RU2799791C2 - Hand-held ultrasonic device for visualization - Google Patents

Hand-held ultrasonic device for visualization Download PDF

Info

Publication number
RU2799791C2
RU2799791C2 RU2021130018A RU2021130018A RU2799791C2 RU 2799791 C2 RU2799791 C2 RU 2799791C2 RU 2021130018 A RU2021130018 A RU 2021130018A RU 2021130018 A RU2021130018 A RU 2021130018A RU 2799791 C2 RU2799791 C2 RU 2799791C2
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
transducer
ultrasonic
handheld
ultrasonic transducer
housing
Prior art date
Application number
RU2021130018A
Other languages
Russian (ru)
Other versions
RU2021130018A (en
Inventor
Янусз БРЫЗЕК
Джон Генри ЛЕФОРС
Чарльз Эдвард БАУМГАРТНЕР
Томас Стивен ТАРТЕР
Даниэла Мариса ФРЕДРИК
Джэймс Алан ЭВАНИЧ
Брайан Ли БИРКАМШОУ
Джозеф Майкл АДАМ
Original Assignee
Иксо Имэджинг, Инк.
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Иксо Имэджинг, Инк. filed Critical Иксо Имэджинг, Инк.
Publication of RU2021130018A publication Critical patent/RU2021130018A/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2799791C2 publication Critical patent/RU2799791C2/en

Links

Abstract

FIELD: medical equipment.
SUBSTANCE: ultrasound transducer for a handheld ultrasound imaging device for therapeutic and diagnostic purposes comprises a transducer element containing an array of piezoelectric micromachined ultrasonic transducers (pMUTs), the transducer element being integrated on an application specific integrated circuit (ASIC) to form a transducer tile, and a cavity is formed under the transducer element to provide acoustic isolation of the transducer element from the ASIC. The handheld ultrasonic imaging device comprises: a) a housing; b) an ultrasonic transducer module located inside the housing and in contact with the first heat sink and associated with the first thermal zone; c) a plurality of receiver subsystems and transmitter subsystems located within the case and integrated into a multilayer stack, wherein the multilayer stack is in contact with a second heatsink and associated with a second thermal zone, wherein the second heatsink is connected to the case, the multilayer stack, and the first heatsink so that serve as a main structure providing an internal rigid structure for the handheld ultrasonic imaging instrument; d) an anisotropic thermal interface material configured to transfer heat from the first thermal zone to the second thermal zone, wherein the anisotropic thermal interface material reduces thermal coupling between the first heat sink and the second heat sink; and e) logic for actively monitoring the ultrasonic procedure to control the heating of the ultrasonic transducer module within the transient heating range by adjusting user available power to limit overheating.
EFFECT: inventions make it possible to obtain high-quality ultrasound images in a portable hand-held device.
40 cl, 19 dwg

Description

Ссылка на родственную заявкуLink to related application

[001] Согласно настоящей заявке испрашивается приоритет в соответствии с предварительной заявкой на выдачу патента США №62/823,452, поданной 25 марта 2019 г., которая ссылкой полностью включена в настоящий документ.[001] This application claims priority under U.S. Provisional Application No. 62/823,452, filed March 25, 2019, which is incorporated herein by reference in its entirety.

Предшествующий уровень техники настоящего изобретенияBackground of the Invention

[002] Медицинская визуализация является спасающей жизни технологией для медицинской диагностики и терапии, и все же она еще не доступна для примерно 75% населения Земли. За последние несколько десятилетий на рынок были выпущены приборы для визуализации, использующие различные принципы. Самыми распространенными являются рентгеновская томография (XR), компьютерная томография (КТ), магнитно-резонансная томография (МРТ) и ультразвуковая визуализация. Высокая стоимость и большой объем обучения препятствовали широкому распространению томографии.[002] Medical imaging is a life-saving technology for medical diagnosis and therapy, and yet it is not yet available to about 75% of the world's population. Over the past few decades, imaging instruments have been introduced to the market using a variety of principles. The most common are X-ray tomography (XR), computed tomography (CT), magnetic resonance imaging (MRI), and ultrasound imaging. The high cost and large amount of training prevented the widespread use of tomography.

Сущность настоящего изобретенияThe essence of the present invention

[003] Всемирная организация здравоохранения (ВОЗ) рекомендует бороться с проблемой нехватки медицинской визуализации в мировом масштабе с помощью внедрения ультразвуковых приборов для визуализации. Американский институт ультразвука в медицине (AIUM) разработал программу «сначала ультразвук», которая поощряет использование ультразвука как эффективного инструмента визуализации для диагностики пациентов. Фонд Билла и Мелинды Гейтс оценивает, что 99% случаев детской смертности в возрасте до одного года (1 миллион/год) в Африке можно было бы предотвратить, если бы были доступны ультразвуковые приборы для визуализации (частное сообщение).[003] The World Health Organization (WHO) recommends addressing the global medical imaging shortage with the introduction of ultrasound imaging devices. The American Institute of Ultrasound in Medicine (AIUM) has developed an "ultrasound first" program that encourages the use of ultrasound as an effective imaging tool for patient diagnosis. The Bill & Melinda Gates Foundation estimates that 99% of infant deaths under one year of age (1 million/year) in Africa could be prevented if ultrasound imaging devices were available (private communication).

[004] Хотя каждый из применяющихся методов визуализации/томографии имеет различные преимущества, к достоинствам ультразвуковой томографии относятся:[004] While each of the imaging/imaging techniques used has different advantages, the advantages of ultrasound tomography include:

[005] Безопасность: нет никакого излучения и нет ионизации;[005] Safety: no radiation and no ionization;

[006] Стоимость: это один из самых малозатратных способов среди доступных медицинских томографий;[006] Cost: This is one of the most cost-effective methods available for medical imaging;

[007] Переносимость: аппарат можно принести к пациенту;[007] Portability: the device can be brought to the patient;

[008] Скорость: визуализация в режиме реального времени;[008] Speed: real-time imaging;

[009] Применения визуализации: широкий диапазон применений визуализации;[009] Imaging applications: wide range of imaging applications;

[010] Применения в терапевтических целях: широкий диапазон применения в терапевтических целях, например, фокусированный ультразвук высокой интенсивности (HIFU) и фокусированный ультразвук низкой интенсивности (LIFU); и[010] Therapeutic applications: a wide range of therapeutic applications such as High Intensity Focused Ultrasound (HIFU) and Low Intensity Focused Ultrasound (LIFU); And

[011] Применения в диагностических целях: широкий диапазон развивающихся диагностических применений.[011] Diagnostic applications: a wide range of emerging diagnostic applications.

[012] Достижения в технологиях, как ультразвука, так и дополнительной визуализации обещают существенно улучшить качество и разрешение изображения, снизить стоимость прибора для визуализации и улучшить типоразмеры (носибельность), например, с помощью передаваемого ультразвука (томография) и объединения ультразвука с излучением, что позволяет создать лучшие и более дешевые замены для рентгеновских, МРТ и КТ приборов для визуализации в ближайшем будущем. Соединение таких достижений в аппаратуре с технологиями искусственного интеллекта (ИИ) и машинного обучения (МО) ведет к инновационной революции в области визуализации, что позволит проще использовать ультразвуковые портативные аппараты и интерпретировать полученные результаты.[012] Advances in both ultrasound and complementary imaging technologies promise to significantly improve image quality and resolution, reduce imaging device cost, and improve sizing (wearability), for example, through transmitted ultrasound (tomography) and combining ultrasound with radiation, enabling better and cheaper replacements for X-ray, MRI, and CT imaging devices in the near future. Combining such advances in instrumentation with artificial intelligence (AI) and machine learning (ML) technologies is leading to an innovative imaging revolution that will make it easier to use portable ultrasound machines and interpret the results.

[013] Объединение низкой стоимости с высоким качеством визуализации создает многочисленные проблемы, включая следующие:[013] Combining low cost with high rendering quality creates numerous problems, including the following:

[014] 1) Возможность дешевого серийного производства требует применения методов сборки, разработанных для мобильных устройств, в противоположность традиционным технологиям ультразвуковой отрасли; и[014] 1) The possibility of low-cost mass production requires the use of assembly methods developed for mobile devices, as opposed to the traditional technologies of the ultrasonic industry; And

[015] 2) Высококачественная электроника потребляет значительную мощность, что повышает температуру ручного устройства, поэтому нужны передовые решения для теплового менеджмента.[015] 2) High-quality electronics consume significant power, which increases the temperature of the handheld device, so advanced thermal management solutions are needed.

[016] Описанный в настоящем документе объект изобретения решает обе проблемам с помощью многочисленных новых конструктивных приемов, причем инновации введены в следующие области:[016] The subject matter described herein solves both problems with numerous new design techniques, with innovations in the following areas:

[017] Головка преобразователя, включая ультразвуковой преобразователь, встроенный в ASIC и контактирующий с телом человека;[017] A transducer head, including an ultrasonic transducer embedded in the ASIC and in contact with the human body;

[018] Линза с одной стороны преобразователя, управляющая фокусированием ультразвуковых пучков в теле в широком диапазоне частот, например, от 1 до 12 МГц;[018] A lens on one side of the transducer that controls the focusing of ultrasonic beams in the body in a wide frequency range, for example, from 1 to 12 MHz;

[019] Акустические поглотители с другой стороны преобразователя, снижающие обратные акустические отражения;[019] Acoustic absorbers on the other side of the transducer, reducing back acoustic reflections;

[020] Полный узел прибора для визуализации, позволяющий встроить систему в зонд; и[020] A complete imaging instrument assembly that allows the system to be integrated into a probe; And

[021] Тепловой менеджмент, позволяющий снизить температуру зонда при сохранении визуализации высокого качества.[021] Thermal management to reduce probe temperature while maintaining high quality imaging.

[022] Приспосабливаемая к индивидуальным потребностям оператора форма зонда для снижения повторных травм, обычных для сонографистов.[022] Customizable probe shape to reduce re-injury common to sonographers.

[023] Согласно одному аспекту, в настоящем документе раскрыты ультразвуковые преобразователи для ручного ультразвукового прибора для визуализации, содержащие элемент преобразователя, в состав которого входит решетка пьезоэлектрических микрообработанных ультразвуковых преобразователей (pMUT). Согласно некоторым вариантам осуществления, решетка содержит, по меньшей мере, 1 пиксель преобразователя. Согласно другим вариантам осуществления, решетка содержит 4096 или больше пикселей преобразователя. Согласно некоторым вариантам осуществления, элемент преобразователя входит в состав интегральной схемы специального назначения (ASIC), образуя плитку преобразователя. Согласно другим вариантам осуществления, под элементом преобразователя образована полость для обеспечения акустической изоляции элемента ультразвукового преобразователя от ASIC. Согласно другим дополнительным вариантам осуществления, внутри полости находится газ, пар, жидкость или вакуум. Согласно некоторым вариантам осуществления, объединение элемента преобразователя и ASIC реализовано с помощью перевернутого чипа/непосредственного соединения чипа преобразователя с пластиной ASIC (C2W), чипа преобразователя с чипом ASIC (С2С) или пластины преобразователя с пластиной ASIC (W2W). Согласно некоторым вариантам осуществления, модуль ASIC содержит соединители, позволяющие выполнить подключение к внешней электронике обработки сигнала с помощью проводных соединений, подсоединенных к специальным площадкам на ASIC, или с помощью сквозных отверстий в кремнии (TSV) непосредственно на печатную плату (ПП) с высокой плотностью монтажа. Согласно некоторым вариантам осуществления, плитка преобразователя смонтирована на подложке преобразователя. Согласно другим вариантам осуществления, плитка преобразователя смонтирована на подложке преобразователя через акустический поглотитель с высоким ослаблением акустического сигнала и с высокой теплопроводностью. Согласно другим вариантам осуществления, плитка преобразователя смонтирована на подложке преобразователя через вспененный пористый металлический материал. Согласно другим дополнительным вариантам осуществления, вспененный пористый металлический материал заполнен твердым веществом, причем твердое вещество необязательно содержит смесь порошков с высоким акустическим импедансом и низким акустическим импедансом для обеспечения акустического рассеяния. Согласно некоторым вариантам осуществления, подложка преобразователя смонтирована на радиаторе. Согласно другим вариантам осуществления, радиатор содержит многослойную структуру радиатора с чередующимися электрически проводящими и изолирующими слоями, которые как отводят тепло от плитки преобразователя, так и обеспечивают множество независимых подключений электрического питания. Согласно другим вариантам осуществления, радиатор обеспечивает упругое крепление для улучшения надежности при воздействии ударов и вибрации. Согласно некоторым вариантам осуществления, подложка преобразователя прикреплена к одной или более гибким схемам с высокой плотностью с шагом монтажа менее 50 микрон, позволяющим выполнить подключение к внешней электронике обработки сигнала. Согласно некоторым вариантам осуществления, ультразвуковой преобразователь дополнительно содержит сформованную сверху многослойную линзу, причем многослойная линза состоит из множества слоев, содержащих, по меньшей мере, первый слой и второй слой, причем акустический импеданс первого слоя выше, чем у элемента преобразователя, и ниже, чем у второго слоя, а акустический импеданс второго слоя выше, чем у первого слоя, и ниже, чем у визуализируемой мишени; дополнительно, сформованная сверху многослойная линза может быть выполнена с возможностью фокусировки визуализирующих пучков. Согласно другим вариантам осуществления, множество слоев имеет толщины, кратные 1/4 целевой длины волны или набора длин волн для достижения максимальной акустической передачи ультразвуковой энергии и улучшения эффективности за счет применения материалов с импедансом от низкого до высокого. Согласно другим вариантам осуществления, первый слой содержит материал на основе силикона. Согласно другим дополнительным вариантам осуществления, второй слой содержит материал на основе силикона и добавленный материал более высокой плотности для повышения акустического импеданса второго слоя. Согласно конкретному варианту осуществления, материал с более высокой плотностью содержит аморфный оксид алюминия, легированный редкоземельными элементами.[023] According to one aspect, the present document discloses ultrasonic transducers for a handheld ultrasonic imaging instrument, comprising a transducer element comprising an array of piezoelectric micromachined ultrasonic transducers (pMUTs). According to some embodiments, the array contains at least 1 transducer pixel. In other embodiments, the array contains 4096 or more transducer pixels. In some embodiments, the transducer element is part of an application specific integrated circuit (ASIC) to form a transducer tile. In other embodiments, a cavity is formed below the transducer element to provide acoustic isolation of the ultrasonic transducer element from the ASIC. According to other additional options for implementation, inside the cavity is a gas, vapor, liquid or vacuum. In some embodiments, the combination of the transducer element and the ASIC is implemented with a flip chip/transducer chip to ASIC wafer (C2W), transducer chip to ASIC chip (C2C), or transducer wafer to ASIC wafer (W2W) direct connection. In some embodiments, the ASIC module includes connectors that allow connection to external signal processing electronics via wired connections connected to dedicated pads on the ASIC, or through silicon through holes (TSV) directly to a high-density printed circuit board (PCB). In some embodiments, the transducer tile is mounted on the transducer substrate. In other embodiments, the transducer tile is mounted on the transducer substrate via an acoustic absorber with high acoustic attenuation and high thermal conductivity. According to other embodiments, the transducer tile is mounted on the transducer substrate through a foamed porous metal material. In other further embodiments, the foamed porous metal material is filled with a solid, the solid optionally containing a mixture of high acoustic impedance and low acoustic impedance powders to provide acoustic dispersion. In some embodiments, the converter substrate is mounted on a heatsink. In other embodiments, the heatsink comprises a multilayer heatsink structure with alternating electrically conductive and insulating layers that both remove heat from the transducer tile and provide multiple independent electrical power connections. In other embodiments, the heatsink provides a resilient mount to improve reliability against shock and vibration. In some embodiments, the transducer substrate is affixed to one or more high-density flexible circuits with a mounting pitch of less than 50 microns, allowing connection to external signal processing electronics. According to some embodiments, the ultrasonic transducer further comprises an overmolded multilayer lens, wherein the multilayer lens consists of a plurality of layers comprising at least a first layer and a second layer, wherein the acoustic impedance of the first layer is higher than that of the transducer element and lower than that of the second layer, and the acoustic impedance of the second layer is higher than that of the first layer and lower than that of the target being rendered; additionally, the top-molded multilayer lens may be configured to focus the imaging beams. In other embodiments, the plurality of layers have thicknesses that are multiples of 1/4 of the target wavelength or set of wavelengths to achieve maximum acoustic transmission of ultrasonic energy and improve efficiency through the use of low to high impedance materials. In other embodiments, the first layer comprises a silicone-based material. According to other additional embodiments, the second layer comprises a silicone-based material and an added higher density material to increase the acoustic impedance of the second layer. In a particular embodiment, the higher density material comprises rare earth doped amorphous alumina.

[024] Согласно другому аспекту в настоящем документе раскрыты ручные ультразвуковые приборы для визуализации, содержащие: корпус; модуль ультразвукового преобразователя, расположенный внутри корпуса и содержащий решетку емкостных микрообработанных ультразвуковых преобразователей (cMUT) или пьезоэлектрических микрообработанных ультразвуковых преобразователей (pMUT), причем модуль ультразвукового преобразователя находится в контакте с первым радиатором и ассоциирован с первой тепловой зоной; множество подсистем приемника и подсистем передатчика, расположенных внутри корпуса и объединенных в многослойную стопку, причем многослойная стопка находится в контакте со вторым радиатором и ассоциирована со второй тепловой зоной; и анизотропный теплопроводящий материал, выполненный с возможностью передавать тепло из первой тепловой зоны во вторую тепловую зону. Согласно некоторым вариантам осуществления, анизотропный теплопроводящий материал содержит одну или более тепловых труб. Согласно некоторым вариантам осуществления, анизотропный теплопроводящий материал содержит один или более пирографитовых листов (ПГЛ). Согласно некоторым вариантам осуществления, ручной ультразвуковой прибор для визуализации может быть выполнен с возможностью создания одного или более 2D, 3D, 4D, доплеровских изображений с потреблением мощности ниже 11 Вт в пике и ниже 7 Вт в среднем. Согласно некоторым вариантам осуществления, ручной ультразвуковой прибора для визуализации дополнительно содержит анизотропный теплопроводящий материал, снижающий тепловую связь между первым радиатором и вторым радиатором. Согласно некоторым вариантам осуществления, первый радиатор содержит материал с изменяемым фазовым состоянием. Согласно другим вариантам осуществления, материал с изменяемым фазовым состоянием содержит парафин, металлическую матрицу или их комбинацию. Согласно некоторым вариантам осуществления, второй радиатор содержит материал с изменяемым фазовым состоянием. Согласно другим вариантам осуществления, материал с изменяемым фазовым состоянием содержит парафин, металлическую матрицу или их комбинацию. Согласно некоторым вариантам осуществления, второй радиатор действует в качестве основной структуры, создающей внутреннюю жесткую конструкцию. Согласно некоторым вариантам осуществления, корпус является корпусом из нескольких материалов, содержащий материал с высокой теплопроводностью и материал с низкой теплопроводностью, причем корпус из нескольких материалов способствует передаче тепла из первой тепловой зоны во вторую тепловую зону. Согласно некоторым вариантам осуществления, ручной ультразвуковой прибор для визуализации дополнительно содержит логику для активного отслеживания ультразвуковой процедуры с целью управления нагревом модуля ультразвукового преобразователя в пределах переходного нагрева посредством регулировки доступной пользователю мощности для ограничения перегрева. Согласно некоторым вариантам осуществления, ручной ультразвуковой прибор для визуализации дополнительно содержит рамку, выполненную с возможностью закрепить модуль ультразвукового преобразователя, расположенный внутри корпуса. Согласно другим вариантам осуществления, ручной ультразвуковой прибор для визуализации дополнительно содержит конструкцию уплотнения рамки, содержащую пружинную конструкцию для создания равномерной силы. Согласно некоторым вариантам осуществления, ручной ультразвуковой прибор для визуализации дополнительно содержит гибкую прокладку между модулем ультразвукового преобразователя и корпусом для поглощения силы и улучшения стойкости к падению. Согласно некоторым вариантам осуществления, многослойная стопка действует в качестве опорной конструкции для улучшения стойкости к падению. Согласно некоторым вариантам осуществления, корпус обеспечивает доступ для замены элемента питания через неразрушающееся прорезанное в корпусе окошко, которое можно снова герметизировать ультразвуковой сваркой после замены элемента питания. Согласно некоторым вариантам осуществления, внутренняя поверхность корпуса содержит теплоизолирующий материал, который выборочно теплоизолирует внутренние источники тепла от внешней поверхности корпуса в местах его захвата пользователем. Согласно некоторым вариантам осуществления, внутренняя поверхность корпуса содержит экран из металлизированной тонкой пленки, обеспечивающий экранирование расположенной внутри корпуса электроники от электромагнитных помех (ЭМП). Согласно некоторым вариантам осуществления, внешняя поверхность корпуса содержит гидрофобный материал. Согласно некоторым вариантам осуществления, ручной ультразвуковой прибор для визуализации дополнительно содержит съемную ручку оператора. Согласно другим вариантам осуществления, ручка оператора выполнена с возможностью соответствовать кисти руки отдельного оператора.[024] According to another aspect, hand-held ultrasonic imaging devices are disclosed herein, comprising: a housing; an ultrasonic transducer module located within the housing and containing an array of capacitive micromachined ultrasonic transducers (cMUTs) or piezoelectric micromachined ultrasonic transducers (pMUTs), the ultrasonic transducer module being in contact with the first heat sink and associated with the first thermal zone; a plurality of receiver subsystems and transmitter subsystems located within the housing and combined into a multilayer stack, the multilayer stack being in contact with the second heatsink and associated with the second thermal zone; and an anisotropic heat transfer material configured to transfer heat from the first thermal zone to the second thermal zone. In some embodiments, the anisotropic thermal interface material comprises one or more heat pipes. In some embodiments, the anisotropic thermally conductive material comprises one or more pyrographite sheets (PGLs). In some embodiments, a handheld ultrasound imaging device can be configured to generate one or more 2D, 3D, 4D, Doppler images with power consumption below 11 W peak and below 7 W average. In some embodiments, the handheld ultrasonic imaging tool further comprises an anisotropic thermal interface material to reduce thermal coupling between the first heatsink and the second heatsink. According to some embodiments, the first heatsink comprises a phase change material. In other embodiments, the phase change material comprises wax, a metal matrix, or a combination thereof. In some embodiments, the second heatsink comprises a phase change material. In other embodiments, the phase change material comprises wax, a metal matrix, or a combination thereof. In some embodiments, the second heatsink acts as the main structure creating an internal rigid structure. In some embodiments, the housing is a multi-material housing comprising a high thermal conductivity material and a low thermal conductivity material, wherein the multi-material housing facilitates heat transfer from the first thermal zone to the second thermal zone. In some embodiments, the handheld ultrasound imaging device further comprises logic for actively monitoring the ultrasound procedure to control heating of the ultrasound transducer module within transient heating by adjusting user available power to limit overheating. In some embodiments, the handheld ultrasonic imaging device further comprises a frame configured to secure an ultrasonic transducer module disposed within the housing. According to other embodiments, the handheld ultrasonic imaging device further comprises a frame seal structure comprising a spring structure to generate a uniform force. In some embodiments, the handheld ultrasound imaging device further comprises a flexible pad between the ultrasound transducer module and the housing to absorb force and improve drop resistance. In some embodiments, the multilayer stack acts as a support structure to improve drop resistance. In some embodiments, the housing provides access for battery replacement through a non-breakable window cut into the housing, which can be ultrasonically sealed again after the battery has been replaced. In some embodiments, the inner surface of the housing comprises a heat insulating material that selectively insulates internal heat sources from the outer surface of the housing where it is gripped by the user. In some embodiments, the interior surface of the package includes a metallized thin film shield to shield the electronics within the package from electromagnetic interference (EMI). According to some embodiments, the outer surface of the body contains a hydrophobic material. In some embodiments, the handheld ultrasound imaging device further comprises a removable operator's handle. According to other embodiments, the operator's handle is configured to fit the hand of an individual operator.

[025] Согласно другому аспекту в настоящем документе раскрыты узлы ультразвукового преобразователя, содержащие: акустический согласующий слой, микрообработанный ультразвуковой преобразователь и промежуточный слой. Согласно некоторым вариантам осуществления, акустический согласующий слой имеет первое значение податливости. Согласно некоторым вариантам осуществления, акустический согласующий слой выполнен с возможностью быть расположенным вплотную к коже субъекта. Согласно некоторым вариантам осуществления, микрообработанный ультразвуковой преобразователь имеет второе значение податливости. Согласно некоторым вариантам осуществления, промежуточная линза расположена между акустическим согласующим слоем и микрообработанным ультразвуковым преобразователем. Согласно некоторым вариантам осуществления, промежуточная линза содержит первый материал, податливость которого больше, чем первое и второе значения податливости. Согласно другим вариантам осуществления, модуль Юнга первого материала меньше, чем 100 мегапаскалей (МПа). Согласно другим вариантам осуществления, первый материал содержит первое множество частиц с микрометровыми размерами и второе множество частиц с нанометровыми размерами[025] According to another aspect, ultrasonic transducer assemblies are disclosed herein comprising: an acoustic matching layer, a micromachined ultrasonic transducer, and an intermediate layer. In some embodiments, the acoustic matching layer has a first compliance value. In some embodiments, the acoustic matching layer is configured to be positioned against the subject's skin. In some embodiments, the micromachined ultrasonic transducer has a second compliance value. In some embodiments, the intermediate lens is positioned between the acoustic matching layer and the micromachined ultrasonic transducer. In some embodiments, the intermediate lens comprises a first material whose compliance is greater than the first and second compliance values. According to other embodiments, the Young's modulus of the first material is less than 100 megapascals (MPa). In other embodiments, the first material comprises a first plurality of micrometer-sized particles and a second plurality of nanometer-sized particles.

[026] Согласно другим вариантам осуществления, первый материал содержит эластомерный материал. Согласно другим вариантам осуществления, первый материал содержит силикон типа полидиметилсилоксана (ПДМС). Согласно другим вариантам осуществления, первый материал содержит один из материалов Sylgard 182, RTV 615, RTV 630, Med-6016 и/или Med-6755 или их комбинацию. Согласно другим вариантам осуществления, акустический импеданс промежуточной линзы отличается от акустического импеданса первого материала.[026] According to other embodiments, the first material comprises an elastomeric material. In other embodiments, the first material comprises polydimethylsiloxane (PDMS) type silicone. In other embodiments, the first material comprises one of Sylgard 182, RTV 615, RTV 630, Med-6016 and/or Med-6755, or a combination thereof. According to other embodiments, the acoustic impedance of the intermediate lens is different from the acoustic impedance of the first material.

[027] Согласно некоторым вариантам осуществления, микрообработанный ультразвуковой преобразователь является емкостным микрообработанным ультразвуковым преобразователем (cMUT). Согласно некоторым вариантам осуществления, микрообработанный ультразвуковой преобразователь является пьезоэлектрическим микрообработанным ультразвуковым преобразователем (pMUT).[027] In some embodiments, the micromachined ultrasonic transducer is a capacitive micromachined ultrasonic transducer (cMUT). In some embodiments, the micromachined ultrasonic transducer is a piezoelectric micromachined ultrasonic transducer (pMUT).

Краткое описание фигурBrief description of the figures

[028] Лучшего понимания признаков и преимуществ настоящего изобретения можно добиться при изучении следующих подробных описаний, в которых изложены пояснительные варианты осуществления, и прилагаемых фигур, причем:[028] A better understanding of the features and advantages of the present invention can be achieved by studying the following detailed descriptions, which set forth explanatory embodiments, and the accompanying figures, and:

[029] На фиг. 1 показан не имеющий ограничительного характера пример вида в разобранном состоянии узла головки ультразвукового преобразователя, согласно вариантам осуществления настоящего изобретения;[029] In FIG. 1 is a non-limiting example of an exploded view of an ultrasonic transducer head assembly according to embodiments of the present invention;

[030] На фиг. 2 показан не имеющий ограничительного характера пример вида в перспективе узла радиатора в разобранном состоянии, согласно вариантам осуществления настоящего изобретения;[030] In FIG. 2 is a non-limiting example of an exploded perspective view of a heatsink assembly according to embodiments of the present invention;

[031] На фиг. 3 показан не имеющий ограничительного характера пример вида в перспективе модуля ультразвукового преобразователя, включая соединение с подложкой микропроводами, согласно вариантам осуществления настоящего изобретения;[031] In FIG. 3 is a non-limiting example of a perspective view of an ultrasonic transducer module, including microwiring to a substrate, according to embodiments of the present invention;

[032] На фиг. 4А-4С показаны не имеющие ограничительного характера примеры видов в перспективе (фиг. 4А, 4В) и вида сбоку (фиг. 4С) модуля ультразвукового преобразователя, включая гибкую схему и радиатор с функциями упругого крепления, согласно вариантам осуществления настоящего изобретения;[032] In FIG. 4A-4C are non-limiting exemplary perspective views (FIGS. 4A, 4B) and side views (FIGS. 4C) of an ultrasonic transducer module, including a flexible circuit and a heatsink with resilient attachment functions, according to embodiments of the present invention;

[033] На фиг. 5 показан не имеющий ограничительного характера первый пример вида сбоку в разрезе схемы модуля ультразвукового преобразователя, включая многослойную линзу, согласно вариантам осуществления настоящего изобретения;[033] In FIG. 5 is a non-limiting first exemplary side sectional view of a circuit diagram of an ultrasonic transducer module including a multilayer lens according to embodiments of the present invention;

[034] На фиг. 6А и 6В показан не имеющий ограничительного характера второй пример видов сбоку в разрезе схемы модуля ультразвукового преобразователя, включая многослойную линзу, согласно вариантам осуществления настоящего изобретения;[034] In FIG. 6A and 6B show a non-limiting second example side sectional diagram of an ultrasonic transducer module including a multilayer lens according to embodiments of the present invention;

[035] На фиг. 7 показан не имеющий ограничительного характера пример вида сбоку в разрезе схемы модуля ультразвукового преобразователя, включая воздушную полость, согласно вариантам осуществления настоящего изобретения;[035] In FIG. 7 is a non-limiting example of a sectional side view of a circuit diagram of an ultrasonic transducer module, including an air cavity, according to embodiments of the present invention;

[036] На фиг. 8 показан не имеющий ограничительного характера пример вида сбоку в разрезе схемы модуля ультразвукового преобразователя, включая поглотитель из вспененного металла, согласно вариантам осуществления настоящего изобретения;[036] In FIG. 8 is a non-limiting example of a sectional side view of a circuit diagram of an ultrasonic transducer module, including a foamed metal absorber, according to embodiments of the present invention;

[037] На фиг. 9 показан не имеющий ограничительного характера пример вида в разобранном состоянии узла ручного ультразвукового прибора для визуализации, согласно вариантам осуществления настоящего изобретения;[037] In FIG. 9 is a non-limiting example of an exploded view of a handheld ultrasonic imaging device assembly according to embodiments of the present invention;

[038] На фиг. 10 показан не имеющий ограничительного характера пример вида в перспективе узла ультразвукового преобразователя, включая рамку и конструкцию уплотнения рамки, согласно вариантам осуществления настоящего изобретения;[038] In FIG. 10 is a non-limiting example of a perspective view of an ultrasonic transducer assembly, including a frame and a frame seal structure, according to embodiments of the present invention;

[039] На фиг. 11 показан не имеющий ограничительного характера пример вида в разобранном состоянии узла ультразвукового преобразователя, включая рамку и фиксирующие пружины, согласно вариантам осуществления настоящего изобретения;[039] In FIG. 11 is a non-limiting example of an exploded view of an ultrasonic transducer assembly, including a frame and retaining springs, in accordance with embodiments of the present invention;

[040] На фиг. 12 показан не имеющий ограничительного характера пример вида сбоку в разрезе узла ультразвукового преобразователя, включая рамку и фиксирующие пружины, согласно вариантам осуществления настоящего изобретения;[040] In FIG. 12 is a non-limiting example of a side sectional view of an ultrasonic transducer assembly, including a frame and retaining springs, in accordance with embodiments of the present invention;

[041] На фиг. 13 показан не имеющий ограничительного характера пример вида в разобранном состоянии корпуса и рамки ручного ультразвукового прибора для визуализации, включая поглощающий удары интерфейс корпуса, согласно вариантам осуществления настоящего изобретения;[041] In FIG. 13 is a non-limiting example of an exploded view of a body and frame of a handheld ultrasonic imaging instrument, including a shock-absorbing body interface, in accordance with embodiments of the present invention;

[042] На фиг. 14 показан не имеющий ограничительного характера пример увеличенного вида в собранном состоянии корпуса (корпуса зонда) и рамки ручного ультразвукового прибора для визуализации, включая поглощающий удары интерфейс корпуса между корпусом и рамкой, согласно вариантам осуществления настоящего изобретения;[042] In FIG. 14 is a non-limiting example of an enlarged, assembled view of a body (probe body) and frame of a handheld ultrasonic imaging instrument, including an shock-absorbing body-to-frame interface, in accordance with embodiments of the present invention;

[043] На фиг. 15 показан не имеющий ограничительного характера пример схематичного частичного внутреннего вида ручного ультразвукового прибора для визуализации, включая дискретные тепловые зоны с направленным тепловым потоком, согласно вариантам осуществления настоящего изобретения;[043] In FIG. 15 is a non-limiting example of a schematic partial interior view of a handheld ultrasonic imaging instrument, including discrete thermal zones with directed heat flow, in accordance with embodiments of the present invention;

[044] На фиг. 16 показан не имеющий ограничительного характера пример схематичного частичного внутреннего вида ручного ультразвукового прибора для визуализации, включая сдвоенные радиаторы, каждый из которых ассоциирован с дискретной тепловой зоной, согласно вариантам осуществления настоящего изобретения;[044] In FIG. 16 is a non-limiting example of a schematic partial interior view of a handheld ultrasound imaging device, including dual heat sinks, each associated with a discrete thermal zone, in accordance with embodiments of the present invention;

[045] На фиг. 17 показан не имеющий ограничительного характера пример схематичного вида в разобранном состоянии ручного ультразвукового прибора для визуализации, включая сдвоенные радиаторы, каждый из которых ассоциирован с дискретной тепловой зоной, согласно вариантам осуществления настоящего изобретения;[045] In FIG. 17 is a non-limiting example of a schematic exploded view of a handheld ultrasound imaging device, including dual heat sinks, each associated with a discrete thermal zone, in accordance with embodiments of the present invention;

[046] На фиг. 18 показан не имеющий ограничительного характера пример схематичного частичного внутреннего вида ручного ультразвукового прибора для визуализации, включая тепловые материалы, используемые для направления теплового потока, согласно вариантам осуществления настоящего изобретения;[046] In FIG. 18 is a non-limiting example of a schematic partial interior view of a handheld ultrasonic imaging instrument, including thermal materials used to guide heat flow, in accordance with embodiments of the present invention;

[047] На фиг. 19 показан не имеющий ограничительного характера пример схематичного вида в разобранном состоянии ручного ультразвукового прибора для визуализации, включая приспосабливаемую к индивидуальным потребностям оператора ручку, согласно вариантам осуществления настоящего изобретения.[047] In FIG. 19 is a non-limiting example of a schematic exploded view of a hand-held ultrasound imaging device, including an operator-adjustable handle, in accordance with embodiments of the present invention.

Подробное описание настоящего изобретенияDetailed description of the present invention

Некоторые определенияSome definitions

[048] Если не определено иное, все используемые в этом документе технические термины имеют такие значения, которые обычно понимаются специалистом обычной квалификации в области техники, к которой относится настоящее изобретение. Как используется в этом описании и в приложенной формуле изобретения, все формы единственного числа включают в себя ссылки на множественное число, кроме случаев, когда контекст явно указывает иное. Любое использование союза «или» в этом документе считается включающим в себя и сочетание союзов «и/или», если не указано иное.[048] Unless otherwise defined, all technical terms used in this document have such meanings as are commonly understood by a person of ordinary skill in the field of technology to which the present invention pertains. As used in this specification and in the appended claims, all singular forms include references to the plural, unless the context clearly indicates otherwise. Any use of "or" in this document is considered to include "and/or" unless otherwise noted.

Ультразвуковой преобразовательUltrasonic transducer

[049] Согласно некоторым вариантам осуществления, ручной ультразвуковой прибор для визуализации содержит модуль ультразвукового преобразователя. Согласно другим вариантам осуществления, модуль ультразвукового преобразователя содержит элемент преобразователя. Согласно другим дополнительным вариантам осуществления, элемент преобразователя входит в состав электронной схемы для образования плитки преобразователя посредством одного из многих пригодных методов. Согласно конкретным вариантам осуществления, модуль ультразвукового преобразователя содержит функции для ослабления передачи акустической и/или тепловой энергии, ослабления удара и/или вибраций и для обеспечения упругого крепления.[049] In some embodiments, the handheld ultrasound imaging device comprises an ultrasound transducer module. According to other embodiments, the ultrasonic transducer module comprises a transducer element. According to other additional embodiments, the transducer element is included in the electronic circuitry to form the transducer tile by one of many suitable methods. According to specific embodiments, the ultrasonic transducer module includes functions to attenuate acoustic and/or thermal energy transmission, attenuate shock and/or vibrations, and to provide resilient attachment.

[050] Как показано на фиг. 1, согласно конкретному варианту осуществления, модуль ультразвукового преобразователя является частью ручного ультразвукового прибора для визуализации. Согласно этому варианту осуществления, модуль ультразвукового преобразователя расположен между модулем зонда системы визуализации и телом пациента. Элемент 1 преобразователя соответственно содержит множество емкостных микрообработанных ультразвуковых преобразователей (cMUT) или пьезоэлектрических микрообработанных ультразвуковых преобразователей (pMUT). Более того, согласно этому варианту осуществления, плитка преобразователя смонтирована на подложке преобразователя через акустический поглотитель 5 с высоким ослаблением акустического сигнала и высокой теплопроводностью.[050] As shown in FIG. 1, according to a particular embodiment, the ultrasound transducer module is part of a handheld ultrasound imaging device. According to this embodiment, the ultrasound transducer module is located between the probe module of the imaging system and the patient's body. The transducer element 1 respectively comprises a plurality of capacitive micromachined ultrasonic transducers (cMUTs) or piezoelectric micromachined ultrasonic transducers (pMUTs). Moreover, according to this embodiment, the transducer tile is mounted on the transducer substrate through an acoustic absorber 5 with high acoustic attenuation and high thermal conductivity.

[051] Как показано на фиг.5, согласно конкретному варианту осуществления, элемент 1 преобразователя входит в состав электронной схемы (ASIC) 2, образуя плитку преобразователя. Согласно этому варианту осуществления, взаимное соединение между преобразователем и ASIC реализовано с помощью одного из многих подходящих средств, включая, в качестве не имеющих ограничительного характера примеров, перевернутый чип/непосредственное соединение чипа преобразователя с пластиной ASIC (C2W), чипа преобразователя с чипом ASIC (С2С) или пластины преобразователи с пластиной ASIC (W2W). Более того, согласно этому варианту осуществления, воздушная полость 10 выполнена под преобразователем 1 с помощью распределенной перегородки 9 вокруг периметра кристалла преобразователя для создания акустической изоляции преобразователя от ASIC. Можно использовать соединительную конструкцию между ASIC и преобразователем для достижения конкретного механического демпфирования или настройки частоты конструкции преобразователя посредством регулировки формы, размеров и материалов соединительной конструкции.[051] As shown in FIG. 5, according to a specific embodiment, the converter element 1 is included in the electronic circuit (ASIC) 2, forming a converter tile. According to this embodiment, the interconnection between the transducer and the ASIC is implemented by one of many suitable means, including, as non-limiting examples, reverse chip/transducer chip to ASIC wafer (C2W), transducer chip to ASIC chip (C2C) or transducer wafer to ASIC wafer (W2W) direct connection. Moreover, according to this embodiment, the air cavity 10 is provided below the transducer 1 with a distributed baffle 9 around the perimeter of the transducer die to provide acoustic isolation of the transducer from the ASIC. It is possible to use the connection structure between the ASIC and the converter to achieve a specific mechanical damping or frequency tuning of the converter structure by adjusting the shape, dimensions and materials of the connection structure.

[052] Как показано на фиг.2, согласно конкретному варианту осуществления, многослойная конструкция 8 радиатора со слоями электрической изоляции (например, диэлектрические материалы 210, электропроводящий и теплопроводящий слой, включая электрический и тепловой проводник 220, подсоединенный к первому источнику напряжения, электрический и тепловой проводник 221, подсоединенный к земле или к соединению GND (опорное напряжение и путь возврата тока для первого и второго источников напряжения), и электрический и тепловой проводник 222, подсоединенный ко второму источнику напряжения) обеспечивает отвод тепла от плитки и подключение электрического питания к системе. Согласно этому варианту осуществления, подложка преобразователя смонтирована на радиаторе 8, который обладает функциями упругого крепления для улучшения надежности системы во время удара и вибрации, см. фиг. 1, 2 и 4.[052] As shown in FIG. 2, according to a particular embodiment, a heat sink sandwich structure 8 with electrical insulation layers (e.g., dielectric materials 210, an electrical and thermal conductor layer including electrical and thermal conductor 220 connected to a first voltage source, electrical and thermal conductor 221 connected to ground or to a GND connection (reference voltage and current return path for the first and second voltage sources), and electrical and thermal conductor 222 connected to a second at the voltage source) provides heat dissipation from the tile and connection of electrical power to the system. According to this embodiment, the converter substrate is mounted on a heatsink 8 which has resilient mounting functions to improve system reliability during shock and vibration, see FIG. 1, 2 and 4.

[053] Как показано на фиг. 3, согласно конкретному варианту осуществления, ASIC подсоединяет внешнюю электронику с помощью проводных соединений 6, подсоединенных к специальным площадкам на ASIC, или с помощью сквозных проводящих отверстий в кремнии непосредственно на печатную плату (ПП). Преимущество описанных в настоящем документе конструкции и метода изготовления заключается в том, что плитку преобразователя можно полностью проверить перед дальнейшей сборкой и перед ее встраиванием в ручной ультразвуковой прибор для визуализации.[053] As shown in FIG. 3, in a particular embodiment, the ASIC connects external electronics via wire connections 6 connected to dedicated pads on the ASIC, or through via conductive holes in silicon directly to the printed circuit board (PCB). The advantage of the design and manufacturing method described herein is that the transducer tile can be fully inspected prior to further assembly and before being incorporated into a handheld ultrasonic imaging instrument.

[054] На фиг. 4А-4С показан не имеющий ограничительного характера пример модуля ультразвукового преобразователя, включая гибкую схему 410, подключенную к датчикам и к ПП 420, и радиатор 430 с функциями упругого крепления, например, канавка выемки 440, как показано. Согласно конкретному варианту осуществления, подложка преобразователя прикреплена к одной или более гибким схемам 410 с высокой плотностью, позволяющим выполнить подключение к внешней электронике обработки сигнала. Согласно одному варианту осуществления, многослойная гибкая схема 410 может содержать индуктивности и другие компоненты для улучшения местного менеджмента мощностью. Согласно другому варианту осуществления, гибкая схема может содержать индуктивности и другие компоненты для улучшения полосы частот преобразователя.[054] In FIG. 4A-4C show a non-limiting example of an ultrasonic transducer module, including a flexible circuit 410 connected to the transducers and to the PW 420, and a heatsink 430 with resilient attachment features, such as notch groove 440, as shown. In a particular embodiment, the transducer substrate is attached to one or more high-density flexible circuits 410 to allow connection to external signal processing electronics. According to one embodiment, the multilayer flex circuit 410 may include inductors and other components to improve local power management. According to another embodiment, the flexible circuit may contain inductors and other components to improve the bandwidth of the converter.

ЛинзаLens

[055] Ультразвуковые преобразователи обычно находятся в контакте с организмами, например, с телом человека, которое имеют типичный импеданс приблизительно 1,5 Мрейл. Преобразователи cMUTs и pMUTs обычно имеют импеданс меньше 1,5 Мрейл. Для эффективного ввода мощности из ультразвуковых преобразователей в организмы полезно использовать один или более слоев согласования акустического импеданса. Дополнительно, ультразвуковому преобразователю может потребоваться сфокусировать его акустическую энергию на определенной глубине в теле. Для многоэлементных (например, решетки) ультразвуковых преобразователи нам может понадобиться сфокусировать пучки всех элементов на определенной глубине в теле. Согласно некоторым вариантам осуществления ручного ультразвукового прибора для визуализации и ультразвукового преобразователя, описанных в настоящем документе, эти функции вместе с другими выполняются линзами, изготовленными на поверхности ультразвуковых преобразователей. Дополнительная проблема при выполнении таких функций возникает из-за необходимости работать в широком диапазоне частот, например, 1-12 МГц, в противоположность узкому диапазона частот, например, 1-5 МГц.[055] Ultrasonic transducers are typically in contact with organisms, such as the human body, which have a typical impedance of approximately 1.5 Mrail. cMUTs and pMUTs typically have an impedance of less than 1.5 Mrail. For efficient input of power from ultrasonic transducers into organisms, it is useful to use one or more acoustic impedance matching layers. Additionally, the ultrasonic transducer may need to focus its acoustic energy to a certain depth in the body. For multi-element (eg grating) ultrasonic transducers, we may need to focus the beams of all elements at a certain depth in the body. In some embodiments of the handheld ultrasound imaging device and ultrasound transducer described herein, these functions, along with others, are performed by lenses fabricated on the surface of the ultrasonic transducers. An additional problem in performing such functions arises from the need to operate over a wide frequency range, eg 1-12 MHz, as opposed to a narrow frequency range, eg 1-5 MHz.

[056] Как показано на фиг. 6а, согласно конкретному варианту осуществления, сверху модуля преобразователя сформована линза 12, содержащая несколько слоев (слой 1 и слой 2 на фиг. 6а) с выбранными импедансами и скоростями звука, которые выполняют акустическое согласование с визуализируемым объектом, и фокусируют визуализирующие пучки. Согласно этому варианту осуществления, слой 1 образует линзу, в то время как слой 2 образует согласующий слой и не обеспечивает значительных эффектов фокусировки Значения импедансов слоя 1 и слоя 2 выбраны между значениями импедансов преобразователя и организма, постепенно увеличиваясь или уменьшаясь от одного до другого. Например, в типичном случае, когда у преобразователя cMUT или pMUT низкий импеданс в сравнении с организмом, слой 1 будет иметь импеданс больше, чем у преобразователя, а слой 2 будет иметь импеданс больше, чем у слоя 1, но меньше, чем у организма. Необязательно в этом варианте осуществления толщина слоя 2 может быть кратной 1/4 целевой длины волны для достижения максимальной передачи акустической энергии ультразвуковыми волнами и улучшения эффективности за счет применения материалов с импедансом от низкого до высокого для широкополосного преобразователя, в частности, на целевых длинах волн. Более того, частоты визуализации преобразователя могут быть выбраны равными нечетному целому кратному одной частоты, так как толщина слоя 2 в Va длины волны является подходящей для всех частот визуализации. Например, таким набором частот могут быть частоты: 1,8 МГц, 5,4 МГц, 9,0 МГц, 12,6 МГц и так далее. Альтернативно, толщина может быть выбрана равной нечетному целому кратному Vi длин волн (1/4, 3/4, 5/4, 7/4 и т.д.) на всех частотах визуализации.[056] As shown in FIG. 6a, according to a specific embodiment, a lens 12 is molded on top of the transducer module, containing several layers (layer 1 and layer 2 in Fig. 6a) with selected impedances and sound velocities that perform acoustic matching with the imaged object and focus the imaging beams. In this embodiment, layer 1 forms the lens while layer 2 forms the matching layer and does not provide significant focusing effects. Layer 1 and layer 2 impedance values are chosen between transducer and body impedance values, gradually increasing or decreasing from one to the other. For example, in a typical case where the cMUT or pMUT transducer has low impedance compared to the organism, layer 1 will have an impedance greater than that of the transducer, and layer 2 will have an impedance greater than layer 1 but less than that of the organism. Optionally, in this embodiment, the layer 2 thickness may be a multiple of 1/4 of the target wavelength to achieve maximum acoustic energy transfer by ultrasonic waves and improve efficiency by using low to high impedance materials for the broadband transducer, particularly at target wavelengths. Moreover, transducer imaging frequencies can be chosen to be an odd integer multiple of one frequency, since the thickness of the layer 2 in Va wavelength is suitable for all imaging frequencies. For example, such a set of frequencies can be frequencies: 1.8 MHz, 5.4 MHz, 9.0 MHz, 12.6 MHz, and so on. Alternatively, the thickness may be chosen to be an odd integer multiple of Vi of the wavelengths (1/4, 3/4, 5/4, 7/4, etc.) at all imaging frequencies.

[057] Согласно другому варианту осуществления, модуль преобразователя может иметь линзу из одного слоя (как на фиг. 6а, но только со слоем 1, без слоя 2). Такая линза может действовать и как линза, и как согласующий слой.[057] According to another embodiment, the transducer module may have a single layer lens (as in FIG. 6a, but with layer 1 only, without layer 2). Such a lens can act as both a lens and a matching layer.

[058] В показанном на фиг. 6а варианте осуществления податливости слоя 1 и слоя 2 обычно выше, чем у преобразователей cMUT и/или pMUT, на которых они располагаются. Более того, слой 2 разработан для стойкости к обычному износу, поскольку он открыт для воздействия внешнего мира, включая частые и долгие контакты с организмами, случайные удары от падения и воздействие многих химикатов, включай моющие жидкости. В результате для защиты от такого обычного износа наружный слой часто будет иметь податливость ниже, чем у слоя 1. Согласно некоторым вариантам осуществления, модуль Юнга слоя 1 лежит между 0,1 и 100 МПа; слой 2 более жесткий, чем слой 1, и может иметь, например, значение модуля Юнга между 0,1 и 100 МПа; и дополнительные слои выше слоя 2 могут быть еще более жесткими, например, иметь значение модуля Юнга между 0,1 и 100 МПа.[058] As shown in FIG. 6a embodiment, layer 1 and layer 2 compliances are generally higher than those of the cMUTs and/or pMUTs on which they are located. Moreover, layer 2 is designed to withstand normal wear and tear as it is exposed to the outside world, including frequent and prolonged contact with organisms, accidental drop impacts, and exposure to many chemicals, including cleaning fluids. As a result, to protect against such normal wear, the outer layer will often have a compliance lower than that of layer 1. In some embodiments, the Young's modulus of layer 1 lies between 0.1 and 100 MPa; layer 2 is more rigid than layer 1 and may, for example, have a Young's modulus value between 0.1 and 100 MPa; and the additional layers above layer 2 may be even more rigid, for example having a Young's modulus value between 0.1 and 100 MPa.

[059] Показанный на фиг. 6а базовый вариант осуществления можно расширить на множество слоев, как показано на фиг. 6b, со слоями 3 до n-2, слоем n-1 и слоем n, например. Каждый слой может действовать как линза и как согласующий слой, если его толщина меняется по поверхности для фокусировки или дефокусировки акустической волны с преобразователя (например, иметь сферическую или цилиндрическую форму, как показано слоем 1 и слоем n-1 на фиг. 6b). Если слой имеет по существу одно значение толщины (в частности, слой 2 и слой n), то такой слой выполняет в основном функцию согласования импеданса (в противоположность к функции фокусировки). Каждый слой может необязательно содержать частицы с нанометровыми размерами, в частности, ЖКП (жидкокристаллический полимер), бусинки корунда, бусинки вольфрама, вакуумные нанобусинки и т.п.[059] Shown in FIG. 6a, the basic embodiment can be extended to multiple layers, as shown in FIG. 6b with layers 3 to n-2, layer n-1 and layer n, for example. Each layer can act as a lens and as a matching layer if its thickness varies across the surface to focus or defocus the acoustic wave from the transducer (e.g., be spherical or cylindrical, as shown by layer 1 and layer n-1 in Fig. 6b). If a layer has essentially the same thickness value (particularly layer 2 and layer n), then such a layer performs basically an impedance matching function (as opposed to a focusing function). Each layer may optionally contain nanometer-sized particles, such as LCP (liquid crystal polymer), corundum beads, tungsten beads, vacuum nanobeads, and the like.

[060] Согласно некоторым вариантом осуществления расположенная сверху многослойная линза создается в процессе, в котором первый слой образуется созданием перегородки вокруг преобразователя pMUT и заполнения внутренней части перегородки материалом на основе силикона. Согласно другим вариантам осуществления, слой формируется как плоский слой, который не только защищает микропровода с площадками и преобразователь pMUT, но также имеет импеданс, близким к низкому импедансу pMUT (например, примерно 1 Мрейл). Линза также может быть изготовлена с использованием заранее изготовленной рамы, которая обеспечивает устойчивость конструкции преобразователя и позволяет наносить материалы линзы в конструкцию рамы. Размеры рамы выбираются таким образом, чтобы можно было выбрать толщину линзы и заполняющих материалов и обеспечить формирование линзы с помощью разных поверхностных натяжений между материалами линзы и рамы. На такой первой конструкции линзы затем может быть сформована сверху отливка для создания конструкции и форм вторичной линзы.[060] In some embodiments, the overlying multilayer lens is created in a process in which the first layer is formed by creating a baffle around the pMUT and filling the interior of the baffle with silicone-based material. In other embodiments, the layer is formed as a flat layer that not only protects the padded microwires and the pMUT, but also has an impedance close to the low impedance of the pMUT (eg, about 1 Mrail). The lens can also be fabricated using a prefabricated frame that provides stability to the transducer design and allows lens materials to be applied to the frame structure. The frame dimensions are chosen so that the thickness of the lens and fill materials can be chosen and the lens is formed with different surface tensions between the lens and frame materials. This first lens design can then be molded over the top to create the design and shapes of the secondary lens.

[061] Согласно другим вариантам осуществления, дополнительные слои приклеиваются к плоскому слою и выбираются такими, чтобы значения их импедансов ступенчато увеличивались до импеданса человеческого тела, и им придается такая форма, чтобы добиться максимальной передачи в широком диапазоне частот и глубин фокусировки. Метод формовки сверху снижает затраты и способствует серийному производству для удовлетворения всемирной потребности в медицинской визуализации. Для изоляции соседних преобразователей в решетке от передаваемой акустической энергии процесс формовки можно использовать для заполнения каналов акустической изоляции между преобразователями, которые создаются во время процесса изготовления преобразователя.[061] According to other embodiments, additional layers are glued to a flat layer and are chosen such that their impedance values are stepped up to the impedance of the human body, and they are shaped to achieve maximum transmission over a wide range of frequencies and depths of focus. The overmolding method reduces costs and facilitates mass production to meet the worldwide demand for medical imaging. To isolate adjacent transducers in the array from transmitted acoustic energy, the molding process can be used to fill acoustic isolation channels between transducers that are created during the transducer fabrication process.

[062] Как показано на фиг. 6а и 6b, согласно конкретным вариантам осуществления, сформованная сверху многослойная линза 12 обладает импедансом, ступенчато возрастающим от низкого импеданса pMUT до высокого импеданса человеческого тела. Согласно другим вариантам осуществления, первый слой содержит материал на основе силикона, в то время как во втором, третьем и т.д. слоях используются второй, третий и т.д. материалы, содержащие тот же самый материал на основе силикона с добавкой одного или более материалов более высокой плотности для повышения импеданса ближе к импедансу человеческого тела. Согласно конкретным вариантам осуществления, материалы с более высокой плотностью содержат оксид алюминия, легированный аморфными редкоземельными элементами, что приводит к меньшему рассеиванию, так как структуры двух материалов похожи друг на друга. Дополнительно, геометрическая структура материала является сферической и стеклоподобной, что снижает агломерацию и, следовательно, снижает потери ослабления, связанные с рассеянием ультразвуковой энергии.[062] As shown in FIG. 6a and 6b, according to specific embodiments, the top-molded multilayer lens 12 has an impedance stepwise from low impedance pMUT to high impedance of the human body. In other embodiments, the first layer contains a silicone-based material, while the second, third, etc. layers, the second, third, etc. are used. materials containing the same silicone-based material with the addition of one or more higher density materials to increase the impedance closer to that of the human body. In particular embodiments, the higher density materials comprise alumina doped with amorphous rare earth elements, resulting in less scattering because the structures of the two materials are similar to each other. Additionally, the geometric structure of the material is spherical and glassy, which reduces agglomeration and therefore reduces attenuation losses associated with the scattering of ultrasonic energy.

Акустический менеджментAcoustic Management

[063] В общем случае ультразвуковой преобразователь излучает энергию в двух направлениях - вперед в сторону тела пациента и назад в сторону прибора. Изображение пациента получается из ультразвуковых отражений из потока энергии, излучаемой вперед. Если присутствуют сильные обратные отражения, они искажают изображение пациента. Ручные ультразвуковые приборы для визуализации и модули ультразвуковых преобразователей, описанные в настоящем документе, необязательно содержат одну или более из многочисленных функций, снижающих обратные отражения.[063] In general, the ultrasound transducer radiates energy in two directions - forward towards the patient's body and back towards the device. The image of the patient is obtained from the ultrasonic reflections from the flow of energy radiated forward. If strong back reflections are present, they distort the patient image. The handheld ultrasonic imaging devices and ultrasonic transducer modules described herein optionally include one or more of the numerous features that reduce back reflections.

[064] Как показано на фиг. 7, согласно одному варианту осуществления, под плиткой 22 преобразователя выполнена воздушная полость акустического зеркала 15 или вакуумная конструкция 15 для получения однородного акустического отражения, снижающего обратные отражения, которые искажают изображение пациента.[064] As shown in FIG. 7, in one embodiment, an air cavity of the acoustic mirror 15 or a vacuum structure 15 is formed under the transducer tile 22 to produce a uniform acoustic reflection that reduces back reflections that distort the patient image.

[065] Как показано на фиг. 7, согласно другому варианту осуществления, подложка 21 с высокой теплопроводностью с центральной воздушной полостью или вакуумной полостью внутри подложки закреплена между плиткой 22 преобразователя и радиатором (не показан на фиг. 7), так что воздушная или вакуумная полость пропускает мало акустической энергии или вообще не пропускает ее, в то время как тепло может передаваться по периметру вокруг воздушной или вакуумной полости через верх, низ и кромки подложки 21. Согласно некоторым вариантам осуществления, подложка 21 с высокой теплопроводностью может быть помещена между прикрепленной к кристаллу пленкой из диаллилфумарата (ДАФ).[065] As shown in FIG. 7, in another embodiment, a high thermal conductivity substrate 21 with a central air cavity or vacuum cavity within the substrate is secured between transducer tile 22 and a heatsink (not shown in FIG. 7) such that the air or vacuum cavity transmits little or no acoustic energy while heat can be transferred perimeterly around the air or vacuum cavity through the top, bottom, and edges of substrate 21. In some embodiments, the substrate ka 21 with high thermal conductivity can be placed between a film of diallyl fumarate (DAP) attached to the crystal.

[066] Согласно некоторым вариантам осуществления, снижение обратных отражений достигается с помощью вытравленных карманов на задней поверхности ASIC. Согласно другим вариантам осуществления, микросхема ASIC расположена под акустическим преобразователем, причем передняя поверхность ASIC смонтирована вплотную к преобразователю, а задняя поверхность ASIC смонтирована вплотную к радиатору, который может содержать звукопоглощающий материал. Согласно другим дополнительным вариантам осуществления, задняя поверхность микросхемы ASIC содержит карманы, вытравленные на поверхности для создания воздушной полости между ASIC и радиатором для снижения распространения акустической энергии от ASIC к радиатору. Также может быть изготовлено покрытие на задней поверхности преобразователя PMUT для создания акустического поглощения, вызванного многими слоями материала с различной плотностью.[066] According to some embodiments, the reduction of back reflections is achieved using etched pockets on the back surface of the ASIC. In other embodiments, the ASIC is located below the acoustic transducer, with the front face of the ASIC mounted flush against the transducer and the rear face of the ASIC mounted flush against a heatsink, which may contain sound absorbing material. According to other additional embodiments, the rear surface of the ASIC chip includes pockets etched into the surface to create an air cavity between the ASIC and the heatsink to reduce propagation of acoustic energy from the ASIC to the heatsink. A coating can also be made on the rear surface of the PMUT transducer to create acoustic absorption caused by many layers of material with different densities.

[067] Согласно некоторым вариантам осуществления, снижение обратных отражений достигается с помощью вытравленных карманов на задней поверхности ASIC и карманов в акустическом поглотителе. Согласно другим вариантам осуществления, микросхема ASIC расположена под акустическим преобразователем и передняя поверхность ASIC смонтирована вплотную к преобразователю, а задняя поверхность ASIC смонтирована вплотную к радиатору, содержащему звукопоглощающий материал. Согласно другим дополнительным вариантам осуществления, задняя поверхность микросхемы ASIC содержит вытравленные на поверхности карманы для создания воздушной полости между ASIC и радиатором, а в конструкции радиатора имеются карманы, содержащие звукопоглощающий материал. Согласно таким вариантам осуществления, две структуры выровнены таким образом, что ребра между карманами со звукопоглощающим материалом перекрываются с полостями, вытравленными в ASIC. Цель заключается в улучшении передачи тепла от ASIC в опорный акустический поглотитель, и одновременно в снижении передачи акустической энергии между этими подложками.[067] According to some embodiments, the reduction of back reflections is achieved using etched pockets on the back surface of the ASIC and pockets in the acoustic absorber. According to other embodiments, the ASIC chip is located under the acoustic transducer and the front surface of the ASIC is mounted against the transducer, and the rear surface of the ASIC is mounted against a heatsink containing sound absorbing material. In other additional embodiments, the back surface of the ASIC includes pockets etched into the surface to create an air cavity between the ASIC and the heatsink, and the heatsink design includes pockets containing sound absorbing material. In such embodiments, the two structures are aligned such that the ribs between the sound absorbing material pockets overlap with the cavities etched into the ASIC. The goal is to improve heat transfer from the ASIC to the reference acoustic absorber, while at the same time reducing the transfer of acoustic energy between these substrates.

[068] Как показано на фиг. 8, согласно конкретному варианту осуществления, плитка 22 преобразователя установлена на печатной плате 23 с помощью металлической вспененной конструкции 24, в которой объединены материалы с низкой и высокой плотностью, работающие в качестве акустического поглотителя, и при этом обеспечивающие высокую теплопроводность. Согласно этому варианту осуществления, вспененный пористый металлический элемент 18 расположен позади акустического преобразователя для создания теплопроводящего пути, позволяющего теплу из ASIC поступать в радиатор, расположенный позади ASIC. Более того, согласно этому варианту осуществления, вспененный пористый металлический элемент заполнен твердым веществом 19, например, эпоксидом или полиуретаном или силиконом, и твердое вещество необязательно содержит смесь порошков с высоким акустическим импедансом и низким акустическим импедансом для обеспечения акустического рассеяния.[068] As shown in FIG. 8, in a particular embodiment, the transducer tile 22 is mounted on the printed circuit board 23 by a metal foam structure 24 that combines low and high density materials to act as an acoustic absorber while providing high thermal conductivity. According to this embodiment, a foamed porous metal member 18 is positioned behind the acoustic transducer to create a thermal path allowing heat from the ASIC to flow into a heatsink located behind the ASIC. Moreover, according to this embodiment, the foamed porous metal body is filled with a solid 19, such as epoxy or polyurethane or silicone, and the solid optionally contains a mixture of high acoustic impedance and low acoustic impedance powders to provide acoustic dispersion.

[069] Как показано на фиг. 8, согласно другому варианту осуществления, акустический поглотитель 23 снижает последствия рассогласования температурного коэффициента линейного расширения (ТКЛР) между плиткой 22 преобразователя и ПП 23. Согласно этому варианту осуществления, рассогласование ТКЛР между ASIC и ПП компенсируется выбором акустического поглотителя с промежуточным значением ТКЛР, так что акустический поглотитель выполняет не только снижение акустической энергии, передаваемой из ASIC на ПП, но также снижает тепловые механические напряжения на интерфейсе. Поглотитель также может быть выполнен для получения определенного ТКЛР для настройки напряжений на конкретный уровень с целью достижения кривизны преобразователя с конкретным целевым значением.[069] As shown in FIG. 8, according to another embodiment, the acoustic absorber 23 reduces the consequences of the mismatch of the temperature coefficient of linear expansion (TKLR) between the tiles of 22 converters and the PP 23. According to this embodiment, the tclr binding between the ASIC and the PP is compensated by the choice of acoustic absorber with the intermediate value of the TCLR, so that the acoustic absorber is fulfilled not only Sytik energy transmitted from ASIC to PP, but also reduces thermal mechanical stresses on the interface. The absorber can also be configured to obtain a specific TLEC to tune the voltages to a specific level in order to achieve a transducer curvature with a specific target value.

[070] Как показано на фиг. 7 и 8, согласно другому варианту осуществления, акустический материал 24 с высоким акустическим импедансом помещен между ASIC 2 и ПП 23 для образования акустического отражателя (фиг. 7, поз. 20). Согласно этому варианту осуществления, проходящая через ASIC акустическая энергия в значительной степени отражается назад в направлении пациента благодаря согласованию импеданса на границе между отражателем и ASIC. Кандидаты в материалы с высоким импедансом включают в себя, помимо прочего, вольфрам и карбид вольфрама. Акустический отражатель 20 может использоваться один вместо акустического поглотителя (фиг. 8, поз. 24) или может использоваться совместно с акустическим поглотителем.[070] As shown in FIG. 7 and 8, in another embodiment, a high acoustic impedance acoustic material 24 is placed between ASIC 2 and PCB 23 to form an acoustic reflector (FIG. 7, pos. 20). According to this embodiment, acoustic energy passing through the ASIC is largely reflected back towards the patient due to impedance matching at the interface between the reflector and the ASIC. High impedance material candidates include, but are not limited to, tungsten and tungsten carbide. Acoustic reflector 20 may be used alone in place of an acoustic absorber (FIG. 8, pos. 24) or may be used in conjunction with an acoustic absorber.

Ручной ультразвуковой прибор для визуализацииHandheld Ultrasonic Imaging Instrument

[071] Согласно некоторым вариантам осуществления, описанные в настоящем документе ручные ультразвуковые приборы для визуализации позволяют сканировать тело пациента с помощью модуля преобразователя и реконструировать изображение, полученное из сигналов с преобразователя в зонде, и отправлять это изображение для просмотра и постобработки на мобильное устройство, в частности, на смартфон. Для создания высококачественного 2D/3D/4D/доплеровского изображения модуль преобразователя должен содержать большое число пикселей преобразователя (например, 4096) и много каналов передачи и приема (например, 128). В таких ситуациях большое число каналов повышает потребляемую мощность, что, в свою очередь, увеличивает температуру зонда. Более того, обработка 2D/3D/4D/доплеровского изображений дополнительно увеличивает требования к потребляемой мощности. Управление по санитарному надзору за качеством пищевых продуктов и медикаментов (FDA) США ограничивает температуру поверхности, касающейся тела пациента, величиной 42°С, а поверхности ручки оператора - величиной 48°С. Устаревшие ручные 2D приборы для визуализации потребляют мощность меньше 2 Вт. Устаревшие ультразвуковые 3D/4D/доплеровские приборы для визуализации потребляют мощность порядка 1000 Вт. Для соблюдения требований FDA к температуре в описанном в настоящем документе 2D/3D/4D/доплеровском ручном ультразвуковом приборе для визуализации, согласно некоторым вариантам осуществления, используется передовая электроника для снижения потребляемой мощности до величины меньше 10 Вт, и используется, согласно некоторым вариантам осуществления, улучшенный тепловой менеджмент и конструктивная компоновка для удержания температуры устройства в указанных пределах температуры. Согласно некоторым вариантам осуществления, описанные в настоящем документе ручные ультразвуковые приборы для визуализации имеют среднюю максимальную потребляемую мощность от примерно 6 Вт до примерно 7 Вт. Согласно некоторым вариантам осуществления, описанные в настоящем документе ручные ультразвуковые приборы для визуализации имеют пиковую потребляемую мощность примерно 10 Вт.[071] According to some embodiments, the hand-held ultrasound imaging devices described herein are capable of scanning a patient's body with a transducer module and reconstructing an image derived from transducer signals in the probe and sending the image for viewing and post-processing to a mobile device, in particular a smartphone. To create a high quality 2D/3D/4D/Doppler image, the transducer module must contain a large number of transducer pixels (eg 4096) and many transmit and receive channels (eg 128). In such situations, a large number of channels increases the power consumption, which in turn increases the temperature of the probe. Moreover, 2D/3D/4D/Doppler image processing further increases the power requirements. The US Food and Drug Administration (FDA) limits the temperature of the surface that touches the patient's body to 42°C, and the surface of the operator's handle to 48°C. Legacy handheld 2D imaging devices consume less than 2 watts of power. Legacy 3D/4D/Doppler ultrasound imaging devices consume about 1000 watts of power. To comply with FDA temperature requirements, the 2D/3D/4D/Doppler handheld ultrasound imaging device described herein, in some embodiments, uses advanced electronics to reduce power consumption to less than 10 W, and uses, in some embodiments, improved thermal management and design layout to keep the temperature of the device within the specified temperature limits. In some embodiments, the handheld ultrasound imaging devices described herein have an average maximum power consumption of about 6 watts to about 7 watts. In some embodiments, the handheld ultrasound imaging devices described herein have a peak power consumption of about 10 watts.

[072] Как показано на фиг. 9, согласно конкретному варианту осуществления, ручной ультразвуковой прибор для визуализации содержит изготовленный из многих материалов корпус 28, имеющий крышку 25 корпуса с некоторой формой, удерживаемый вместе с помощью единственного крепежного элемента, доступ к которому имеется через расположенный сзади порт USB-C. Согласно этому варианту осуществления, внутренняя конструкция 27 радиатора действует как первичная конструкция для зонда для обеспечения внутренней жесткой конструкции, которая позволяет сделать корпус более тонким. Согласно этому варианту осуществления, многослойные стопки подсистем приемника и передатчика объединены в многослойную стопку 26, которая является опорной конструкцией для улучшения стойкости к падению. Конструкция корпуса 28, согласно некоторым вариантам осуществления, селективно теплоизолирует внутренние источники тепла от поверхности корпуса в местах захвата пользователем с помощью теплоизоляции внутри корпуса между местами захвата и наружным корпусом. Форма корпуса 28, согласно некоторым вариантам осуществления, снижает повторные травмы посредством использования минимального размера шейки корпуса и расположения мест захвата для ограничения отклонения кисти руки от нейтрального положения во время приложения пользователем силы к пациенту.[072] As shown in FIG. 9, in a particular embodiment, a handheld ultrasound imaging instrument comprises a multi-material housing 28 having a shaped housing cover 25 held together by a single fastener accessed through a rear USB-C port. According to this embodiment, the internal structure 27 of the heatsink acts as a primary structure for the probe to provide an internal rigid structure that allows the body to be made thinner. According to this embodiment, the multi-layer stacks of the receiver and transmitter subsystems are combined into a multi-layer stack 26 which is a support structure to improve drop resistance. The design of housing 28, in some embodiments, selectively insulates internal heat sources from the surface of the housing at user grips by providing thermal insulation within the housing between the grips and the outer housing. The shape of the housing 28, in some embodiments, reduces re-injury by using a minimal housing neck and locating grip points to limit hand movement from a neutral position during user application of force to a patient.

[073] Как показано на фиг. 10-12, согласно конкретному варианту осуществления, ручной ультразвуковой прибор для визуализации содержит конструкцию 30 уплотнения рамки, которая с помощью конструкции пружины или фиксирующих пружин 1110 создает однородную силу, так что сила 1210 пружины действует на конструкцию уплотнения рамки 30, которая в ответ действует с перпендикулярной силой на узел радиатора / модуля датчика.[073] As shown in FIG. 10-12, in a particular embodiment, the handheld ultrasonic imaging instrument comprises a frame seal structure 30 that, by means of a spring structure or detent springs 1110, generates a uniform force such that the spring force 1210 acts on the frame seal structure 30, which in response acts with a perpendicular force on the heatsink/sensor module assembly.

[074] Как показано на фиг. 13 и 14, согласно конкретному варианту осуществления, ручной ультразвуковой прибор для визуализации содержит конструкцию из упругой прокладки 31, 32 между узлом 1310 модуля датчика и корпусом главного зонда 1410 для поглощения силы во время испытаний на падение, что повышает надежность.[074] As shown in FIG. 13 and 14, according to a particular embodiment, the handheld ultrasonic imaging instrument includes a resilient spacer structure 31, 32 between the sensor module assembly 1310 and the main probe body 1410 to absorb force during drop testing, which improves reliability.

[075] Согласно некоторым вариантам осуществления, корпус содержит экранирующую конструкцию из металлизированной тонкой пленки на внутренней поверхности корпуса, которая обеспечивает экранирование внутренней электроники от электромагнитных помех (ЭМП). Согласно некоторым вариантам осуществления, корпус содержит гидрофобную поверхность. Согласно некоторым вариантам осуществления, корпус обеспечивает доступ для замены элемента питания через неразрушающееся прорезанное в корпусе окошко, которое можно снова герметизировать ультразвуковой сваркой после замены элемента питания.[075] In some embodiments, the package includes a metallized thin film shield structure on the inside surface of the package that provides electromagnetic interference (EMI) shielding to the internal electronics. According to some embodiments, the housing comprises a hydrophobic surface. In some embodiments, the housing provides access for battery replacement through a non-breakable window cut into the housing, which can be ultrasonically sealed again after the battery has been replaced.

Тепловой менеджментThermal management

[076] Ручные ультразвуковые приборы для визуализации должны работать в пределах максимальной безопасной температуры, установленной FDA США равной 42°С для касающейся пациента поверхности и 48°С для используемой оператором ручки. Говоря простыми словами, высокое качество изображения требует повышенного потребления мощности электроникой, что в свою очередь повышает температуру зонда. В описанных в настоящем документе ручных ультразвуковых приборах для визуализации, согласно различным вариантам осуществления, применены многочисленные новые технологии снижения температуры для достижения лучшего качества изображения в переносном ручном типоразмере корпуса.[076] Handheld ultrasonic imaging devices must operate within the maximum safe temperature set by the US FDA of 42°C for the patient touch surface and 48°C for the handle used by the operator. In simple terms, high image quality requires higher power consumption by the electronics, which in turn increases the temperature of the probe. The handheld ultrasound imaging instruments described herein, in various embodiments, employ numerous new temperature reduction technologies to achieve better image quality in a portable, handheld package size.

[077] Как показано на фиг. 15, согласно конкретному варианту осуществления, в ручном ультразвуковом приборе для визуализации используется направленный поток тепла между дискретными тепловыми зонами 33.[077] As shown in FIG. 15, in a particular embodiment, the handheld ultrasound imaging instrument utilizes directed heat flow between discrete thermal zones 33.

[078] Как показано на фиг. 16 и 17, согласно конкретному варианту осуществления, ручной ультразвуковой прибор для визуализации содержит две отдельные тепловые зоны с отдельными радиаторами. Согласно этому варианту осуществления, тепловая зона 1 34 включает в себя узел схемы головки преобразователя. И, согласно этому варианту осуществления, тепловая зона 2 35 включает в себя электронику системы. Радиатор 1 36 прикреплен к компонентам только в тепловой зоне 1 34. Радиатор 2 37 прикреплен к компонентам только в тепловой зоне 2 35. Тепловые зоны 1 и 2 теплоизолированы посредством прерывания любой перемычки с высокой теплопроводностью из тепловой зоны 1 34 в тепловую зону 2 35. Механическая опора изготовлена из материалов с низкой теплопроводностью в корпусе 1 38, в то время как тепло отводится из тепловой зоны 1 к корпусу 2 39 с помощью материалов 40 с высокой анизотропной теплопроводностью. Передача тепла в одном направлении улучшена, в то время как передача тепла в другом направлении снижена. Это позволяет эффективным образом отводить тепло из тепловой зоны 1 34 с использованием общедоступных материалов, в то время как передача тепла из тепловой зоны 2 35 и в нее ограничена. Тепло может распространяться через анизотропные материалы в конкретном направлении, что позволяет организовать дискретные тепловые зоны.[078] As shown in FIG. 16 and 17, according to a particular embodiment, the handheld ultrasound imaging instrument comprises two separate thermal zones with separate heat sinks. According to this embodiment, thermal zone 1 34 includes a transducer head circuit assembly. And, according to this embodiment, thermal zone 2 35 includes the electronics of the system. Heat sink 1 36 is only attached to components in thermal zone 1 34. Heat sink 2 37 is only attached to components in thermal zone 2 35. Thermal zones 1 and 2 are thermally insulated by interrupting any high thermal conductive link from thermal zone 1 34 to thermal zone 2 35. to body 2 39 using materials 40 with high anisotropic thermal conductivity. Heat transfer in one direction is improved while heat transfer in the other direction is reduced. This allows efficient removal of heat from thermal zone 1 34 using commonly available materials, while heat transfer from and to thermal zone 2 35 is limited. Heat can propagate through anisotropic materials in a specific direction, allowing discrete thermal zones to be organized.

[079] Как показано на фиг. 18, согласно конкретному варианту осуществления, ручной ультразвуковой прибор для визуализации содержит анизотропный теплопроводящий материал 40, закрепленный между чипом 41 и системной платой 42 (которые соединены вместе с помощью клея 1810) для отвода тепла от полупроводникового чипа и снижения тепловой связи между радиатором 1 36 и радиатором 2 37. Согласно некоторым вариантам осуществления, анизотропный теплопроводящий материал 40 содержит пирографитовый лист (ПГЛ), тепловые трубы или их комбинации.[079] As shown in FIG. 18, in a specific embodiment, a handheld ultrasonic imaging tool includes an anisotropic thermal interface material 40 secured between the chip 41 and motherboard 42 (which are bonded together with adhesive 1810) to remove heat from the semiconductor chip and reduce thermal coupling between heat sink 1 36 and heat sink 2 37. In some embodiments, the anisotropic thermal interface material 40 comprises a pyrographite sheet (PG L), heat pipes or combinations thereof.

[080] Согласно некоторым вариантам осуществления, ручной ультразвуковой прибор для визуализации содержит материалы с изменяемым фазовым состоянием для управления передачей тепла в переходном процессе. Согласно другим вариантам осуществления, ручной ультразвуковой прибор для визуализации содержит радиатор со встроенным материалом с изменяемым фазовым состоянием, который расширяет тепловые характеристики преобразователя в переходном режиме посредством использования явления скрытой теплоты. Радиатор обеспечивает более долгую постоянную времени, чем сплошной медный или алюминиевый радиатор благодаря резервуару с застывшим материалом с температурой плавления ~40°С. Объем материала с изменяемым фазовым состоянием внутри радиатора определяет переходное поведение интерфейса вблизи основания радиатора. Согласно другим вариантам осуществления, подходящие материалы с изменяемым фазовым состоянием включают в себя парафин (воск), который можно выполнить с возможностью иметь различные температуры плавления, и металлическую матрицу, в частности, висмут, индий и другие материалы с низкими температурами плавления.[080] In some embodiments, the handheld ultrasonic imaging instrument comprises phase change materials to control transient heat transfer. According to other embodiments, the handheld ultrasonic imaging instrument comprises a heat sink with an embedded phase change material that enhances transient thermal performance of the transducer by utilizing the latent heat phenomenon. The heatsink provides a longer time constant than a solid copper or aluminum heatsink due to a solidified material reservoir with a melting point of ~40°C. The volume of phase change material inside the heatsink determines the transient behavior of the interface near the base of the heatsink. In other embodiments, suitable phase change materials include paraffin (wax), which can be configured to have different melting points, and a metal matrix, such as bismuth, indium, and other low melting point materials.

[081] Согласно некоторым вариантам осуществления, ручной ультразвуковой прибор для визуализации содержит комбинацию акустического поглотителя и решения для теплового менеджмента. Согласно другим вариантам осуществления, ручной ультразвуковой прибор для визуализации содержит устройство передачи тепла, использующее явление скрытой теплоты, в частности, паровую камеру или плоскую тепловую трубу. Необязательно аппарат содержит наружный медный корпус с элементами «фитилей» на стенках для способствования испарению/конденсации при конкретной температуре. Аппарат имеет герметичный внутренний объем для удержания небольшого количества жидкости при некотором барометрическом давлении, необходимом для получения кипения при нужных температурах. Существенной особенностью конструкции является внутренний воздушный зазор, который можно использовать для отражения или ослабления приходящих акустических волн. Включение воздушного промежутка в некоторых случаях является ключевым для получения нужных акустических свойств конструкции. Согласно таким вариантам осуществления, выгодами использования паровой камеры являются улучшение теплопередачи с одновременным обеспечением поглощения или отражения акустических волн. Передача тепла при использовании паровой камеры намного выше, чем у сплошного медного блока. Такая необязательная функция позволяет использовать конструкцию с высокой теплопроводностью и при этом иметь воздушный зазор непосредственно под описанным устройством.[081] In some embodiments, the handheld ultrasonic imaging instrument comprises a combination of an acoustic absorber and a thermal management solution. According to other embodiments, the handheld ultrasonic imaging instrument comprises a heat transfer device utilizing the latent heat phenomenon, such as a steam chamber or a flat heat pipe. Optionally, the apparatus includes an outer copper casing with "wick" elements on the walls to promote evaporation/condensation at a particular temperature. The apparatus has a sealed internal volume to hold a small amount of liquid at a certain barometric pressure necessary to obtain boiling at the desired temperatures. An essential design feature is an internal air gap that can be used to reflect or attenuate incoming acoustic waves. The inclusion of an air gap is in some cases the key to obtaining the desired acoustic properties of the structure. According to such embodiments, the benefits of using a steam chamber are improved heat transfer while allowing absorption or reflection of acoustic waves. The heat transfer when using a steam chamber is much higher than with a solid copper block. This optional feature allows for a highly thermally conductive design and still have an air gap directly below the described device.

[082] Согласно некоторым вариантам осуществления, ручной ультразвуковой прибор для визуализации содержит корпус зонда из двух частей со встроенным радиатором. Согласно другим вариантам осуществления, ручной ультразвуковой прибор для визуализации содержит корпус ручного зонда из разных материалов, используемых для улучшения разделения потоков тепла от двух или более дискретных источников тепла. В такой вариант осуществления включен материал с низкой теплопроводностью, соединенный с материалом с высокой теплопроводностью таким образом, что тепло можно передавать на часть с высокой теплопроводностью и при этом теплоизолировать отдельный источник тепла. В результате можно разделить потоки передачи тепла двух или большего числа источников в той же самой оболочке. Материал с высокой теплопроводностью может добавить механические особенности, например ребра или шипы для достижения увеличенного конвекционного теплоотвода. Такой вариант осуществления необязательно используется совместно с описанными в настоящем документе другими вариантами теплового менеджмента для получения отдельного и направленного теплового потока.[082] In some embodiments, the handheld ultrasound imaging instrument comprises a two-piece probe body with an integral heat sink. In other embodiments, the handheld ultrasonic imaging instrument comprises a handheld probe body of various materials used to improve separation of heat streams from two or more discrete heat sources. Such an embodiment includes a low thermal conductivity material bonded to a high thermal conductivity material such that heat can be transferred to the high thermal conductivity portion while thermally insulating a separate heat source. As a result, it is possible to separate the heat transfer flows of two or more sources in the same envelope. A material with high thermal conductivity may add mechanical features such as fins or spikes to achieve increased convection heat dissipation. Such an embodiment is optionally used in conjunction with other thermal management options described herein to provide a separate and directed heat flow.

[083] Согласно некоторым вариантам осуществления, температура во время выполнения ультразвуковых процедур активно отслеживается, и для регулировки доступной мощности применяются пределы переходного нагрева с целью ограничения перегрева.[083] In some embodiments, temperature during ultrasonic procedures is actively monitored and transient heat limits are applied to adjust available power to limit overheating.

[084] Согласно некоторым вариантам осуществления, радиатор содержит ребристую секцию под подложкой преобразователя и удлинительную пластину, отводящую тепло от подложки преобразователя. Согласно некоторым вариантам осуществления, радиатор, находящийся в контакте с модулем ультразвукового преобразователя, содержит ребра пирамидальной формы для отвода тепла от подложки преобразователя.[084] According to some embodiments, the heatsink includes a finned section under the converter substrate and an extension plate that removes heat from the converter substrate. In some embodiments, the heat sink in contact with the ultrasonic transducer module includes pyramid-shaped fins to remove heat from the transducer substrate.

Элемент питанияBattery

[085] Обеспечение работы от элемента питания является сложной задачей в ручном ультразвуковом приборе для визуализации. Ручной ультразвуковой прибор для визуализации должен быть достаточно небольшим и легким, чтобы уменьшить и предотвратить травмирование оператора, но должен выдавать достаточную мощность для создания полезных для медицинских целей изображений и даже терапевтических эффектов. Согласно некоторым вариантам осуществления, описанные в настоящем документе ручные ультразвуковые приборы для визуализации содержат первичный элемент питания и запасной элемент питания, что обеспечивает резервируемость элемента питания.[085] Providing battery operation is a challenge in a handheld ultrasonic imaging instrument. A handheld ultrasound imaging device must be small and light enough to reduce and prevent injury to the operator, but must provide enough power to produce medically useful images and even therapeutic effects. In some embodiments, the handheld ultrasound imaging devices described herein comprise a primary battery and a spare battery to provide battery redundancy.

[086] Согласно некоторым вариантам осуществления, один или более элементов питания содержат внешнюю плоскую упаковку / согласованный стиль, позволяющий подключиться с помощью порта USB-C. Согласно таким вариантам осуществления, элемент питания становится новой наружной оболочкой и увеличивает габаритные размеры. Согласно другим вариантам осуществления, элемент питания обеспечивает поглощение механического удара с помощью элементов, отлитых в пластиковом корпусе.[086] In some embodiments, one or more batteries comprise an external flat pack/coherent style to allow connection using a USB-C port. According to such embodiments, the battery becomes a new outer shell and increases overall dimensions. According to other embodiments, the battery provides mechanical shock absorption with elements molded in a plastic case.

[087] Согласно некоторым вариантам осуществления, один или более элементов питания содержат возможность быстрой зарядки с помощью встроенных штырей для розетки на 120/240 В. Согласно другим вариантам осуществления, ручной ультразвуковой прибор для визуализации использует внутреннюю схему для осуществления зарядки. Согласно различным вариантам осуществления, порт USB-C содержит вилку или розетку USB-C, обеспечивающую подключение к источнику питания для зарядки.[087] In some embodiments, one or more batteries comprise fast charging capability using built-in 120/240V outlet pins. In other embodiments, the handheld ultrasound imaging device uses internal circuitry to effect charging. In various embodiments, the USB-C port includes a USB-C plug or receptacle that provides connection to a power source for charging.

[088] Согласно некоторым вариантам осуществления, ручной ультразвуковой прибор для визуализации содержит внутренний отсек для элемента питания, который отделен от остальной внутренней части и герметизирован, для обслуживания элемента питания имеется выполненный на заводе доступный внешний проем.[088] In some embodiments, the handheld ultrasonic imaging instrument includes an internal battery compartment that is separated from the rest of the interior and sealed, with a factory-made external opening available for battery maintenance.

Ручка оператораOperator's handle

[089] В традиционной медицинской ультразвуковой визуализации используется множество зондов для контакта с телом пациента. Форма зонда часто оптимизируется для визуализируемых частей тела и в современных системах используются несколько зондов. Несмотря на оптимизацию зондов для визуализации конкретных органов тела, почти 85% сонографистов, выполняющих ультразвуковую визуализацию, испытывают связанную с работой боль, 90% из них испытывают связанную с работой боль на протяжении более половины их карьеры. Один из каждых пяти сонографистов получил связанную с работой травму, закончившую его карьеру, а среднее время работы в этой профессии до того, как сонографист начнет испытывать боль, составляет пять лет, согласно основному исследованию, приведенному Обществом специалистов по ультразвуковой диагностике (SDMS) в 2000 г. на основе ответов от 10000 участников из США и Канады.[089] Conventional medical ultrasound imaging uses a plurality of probes to contact the patient's body. The shape of the probe is often optimized for the body parts to be imaged and multiple probes are used in current systems. Despite probes being optimized for specific body organ imaging, nearly 85% of ultrasound imaging sonographers experience work-related pain, 90% of whom have experienced work-related pain for more than half of their careers. One out of every five sonographers has a work-related injury that ends their career, and the average time in the profession before a sonographer begins to experience pain is five years, according to a pivotal study cited by the Society for Ultrasound Diagnostics (SDMS) in 2000 based on responses from 10,000 participants in the United States and Canada.

[090] В 2017 г. появился новый тип зонда, универсальное средство ультразвуковой визуализации, позволяющее визуализировать 13 органов тела. Новые зонды позволяют исследовать еще большее число органов с единственным зондом. Однако это увеличивает проблемы для сонографистов, так как форма одного зонда не может быть оптимизирована для широкого набора задач, что увеличивает напряжение в кистях рук сонографистов. Описанные в настоящем документе ручные ультразвуковые приборы для визуализации согласно некоторым вариантом осуществления снижают проблемы со здоровьем оператора, возникающие из-за использования универсальных приборов для визуализации.[090] In 2017, a new type of probe was introduced, a versatile ultrasound imaging tool that can visualize 13 organs of the body. New probes allow even more organs to be examined with a single probe. However, this increases the problem for sonographers, as the shape of a single probe cannot be optimized for a wide range of tasks, which increases the strain on sonographers' hands. The handheld ultrasonic imaging devices described herein, in accordance with some embodiments, reduce operator health problems associated with the use of general purpose imaging devices.

[091] Как показано на фиг. 19, согласно конкретному варианту осуществления, ручной ультразвуковой прибор для визуализации содержит модуль 43 ультразвукового преобразователя и приспосабливаемую к индивидуальным потребностям оператора ручку 45, прикрепляемую к корпусу 44 прибора для визуализации, эта часть традиционно взаимодействует с кистью руки сонографиста/оператора. Изменение корпуса 44 прибора для визуализации, чтобы обеспечить возможность вставления приспосабливаемой к индивидуальным потребностям оператора ручки (например, посредством скольжения и защелкивания ручки 45 оператора на корпусе 44 прибора для визуализации) создает возможность использования множества ручек оператора, каждая из которых оптимизирована для конкретной задачи и конкретного оператора. Согласно таким вариантам осуществления, возможна дальнейшая оптимизация ручки 45 оператора к кисти руки оператора, для этого 3D изображение кисти руки оператора пересылается в цех 3D печати, оснащенный надлежащим оптимизирующим программным обеспечением. Более того, согласно таким вариантам осуществления, возможна персонализация ручки 45 оператора.[091] As shown in FIG. 19, according to a specific embodiment, a handheld ultrasound imaging device comprises an ultrasound transducer module 43 and an operator-specific handle 45 attached to the body 44 of the imaging device, this portion conventionally interacting with the hand of the sonographer/operator. Modifying the imaging device body 44 to allow the insertion of an operator-customizable handle (e.g., by sliding and snapping the operator handle 45 onto the imaging device body 44) allows the use of a plurality of operator handles, each optimized for a particular task and a particular operator. According to such embodiments, further optimization of the operator's handle 45 to the operator's hand is possible, for this the 3D image of the operator's hand is sent to a 3D printing shop equipped with the appropriate optimization software. Moreover, according to such embodiments, personalization of the handle 45 of the operator is possible.

[092] Согласно таким вариантам осуществления, дополнительной выгодой отдельной ручки оператора является увеличение разрешенной рассеиваемой мощности в приборе для визуализации, это важно для повышения частоты кадров и 3D визуализации. Ручка оператора необязательно изготавливается из теплоизолирующих и теплоотражающих материалов, что позволяет работать с температурой электроники внутри оболочки, большей температуры поверхности, которую касается кисть руки оператора.[092] According to such embodiments, an additional benefit of a separate operator handle is an increase in the allowed power dissipation in the imaging device, which is important for higher frame rates and 3D rendering. The operator's handle is optionally made of heat-insulating and heat-reflecting materials, which allows operation with the temperature of the electronics inside the shell, which is higher than the temperature of the surface that the operator's hand touches.

[093] Хотя в этом документе показаны и описаны предпочтительные осуществления настоящего изобретения, специалистам в этой области техники очевидно, что такие осуществления приведены только в качестве примеров. Специалисты в этой области техники теперь могут вносить различные варианты, изменения и замены без отклонения от сущности изобретения. Следует понимать, что при практическом осуществлении изобретения могут применяться различные альтернативы к описанным в этом документе вариантам осуществления изобретения.[093] While preferred embodiments of the present invention are shown and described in this document, those skilled in the art will appreciate that such embodiments are provided by way of example only. Specialists in this field of technology can now make various variations, changes and substitutions without deviating from the essence of the invention. It should be understood that various alternatives to the embodiments of the invention described herein may be applied in the practice of the invention.

Claims (45)

1. Ультразвуковой преобразователь для ручного прибора для ультразвуковой визуализации для терапевтических и диагностических целей, причем ультразвуковой преобразователь содержит элемент преобразователя, в состав которого входит решетка пьезоэлектрических микрообработанных ультразвуковых преобразователей (pMUT), при этом элемент преобразователя интегрирован на интегральную схему специального назначения (ASIC), образуя плитку преобразователя, и при этом под элементом преобразователя образована полость для обеспечения акустической изоляции элемента преобразователя от ASIC.1. An ultrasonic transducer for a hand-held device for ultrasound imaging for therapeutic and diagnostic purposes, wherein the ultrasonic transducer comprises a transducer element, which includes an array of piezoelectric micromachined ultrasonic transducers (pMUTs), while the transducer element is integrated on an application-specific integrated circuit (ASIC), forming a transducer tile, and a cavity is formed under the transducer element to provide acoustic isolation of the transducer element from the ASIC. 2. Ультразвуковой преобразователь по п. 1, в котором решетка содержит множество пикселей преобразователя.2. An ultrasonic transducer according to claim 1, wherein the array comprises a plurality of transducer pixels. 3. Ультразвуковой преобразователь по п. 1, в котором решетка содержит 4096 или больше пикселей преобразователя.3. An ultrasonic transducer according to claim 1, wherein the array contains 4096 or more transducer pixels. 4. Ультразвуковой преобразователь по п. 1, в котором внутри полости находится газ, пар, жидкость или вакуум.4. Ultrasonic transducer according to claim 1, in which there is a gas, vapor, liquid or vacuum inside the cavity. 5. Ультразвуковой преобразователь по п. 1, в котором интегрирование элемента преобразователя и ASIC реализовано с помощью перевернутого чипа/непосредственного соединения чипа преобразователя с пластиной ASIC (C2W), чипа преобразователя с чипом ASIC (C2C) или пластины преобразователя с пластиной ASIC (W2W).5. The ultrasonic transducer according to claim 1, wherein the integration of the transducer element and the ASIC is realized by an inverted chip/transducer chip to ASIC wafer (C2W), transducer chip to ASIC chip (C2C) or transducer wafer to ASIC wafer (W2W) direct connection. 6. Ультразвуковой преобразователь по п. 1, в котором ASIC интегрирован в модуль, содержащий соединители, позволяющие выполнить подключение к внешней электронике обработки сигнала с помощью проводных подсоединений к площадкам на ASIC, или с помощью сквозных отверстий в кремнии (TSV) непосредственно к печатной плате (ПП) с высокой плотностью монтажа.6. The ultrasonic transducer of claim. 1, wherein the ASIC is integrated into a module containing connectors that allow connection to external signal processing electronics using wired connections to pads on the ASIC, or via through holes in silicon (TSV) directly to a high-density printed circuit board (PCB). 7. Ультразвуковой преобразователь по п. 1, в котором плитка преобразователя смонтирована на подложке преобразователя.7. The ultrasonic transducer of claim 1, wherein the transducer tile is mounted on the transducer substrate. 8. Ультразвуковой преобразователь по п. 7, в котором плитка преобразователя смонтирована на подложке преобразователя через акустический поглотитель.8. An ultrasonic transducer according to claim 7, wherein the transducer tile is mounted on the transducer substrate via an acoustic absorber. 9. Ультразвуковой преобразователь по п. 7, в котором плитка преобразователя смонтирована на подложке преобразователя через вспененный пористый металлический материал.9. An ultrasonic transducer according to claim 7, wherein the transducer tile is mounted on the transducer substrate through a foamed porous metal material. 10. Ультразвуковой преобразователь по п. 9, в котором вспененный пористый металлический материал заполнен твердым веществом.10. The ultrasonic transducer of claim 9, wherein the foamed porous metal material is filled with a solid. 11. Ультразвуковой преобразователь по п. 10, в котором твердое вещество содержит смесь порошков с высоким акустическим импедансом и низким акустическим импедансом для обеспечения акустического рассеяния. 11. The ultrasonic transducer of claim 10 wherein the solid contains a mixture of high acoustic impedance and low acoustic impedance powders to provide acoustic dispersion. 12. Ультразвуковой преобразователь по п. 7, в котором подложка преобразователя смонтирована на радиаторе.12. The ultrasonic transducer of claim 7, wherein the transducer substrate is mounted on a heatsink. 13. Ультразвуковой преобразователь по п. 12, в котором радиатор содержит многослойную структуру радиатора с чередующимися электрически проводящими и изолирующими слоями, которые как отводят тепло от плитки преобразователя, так и обеспечивают множество независимых подключений электрического питания.13. The ultrasonic transducer of claim 12, wherein the heatsink comprises a multilayer heatsink structure with alternating electrically conductive and insulating layers that both remove heat from the transducer tile and provide multiple independent electrical power connections. 14. Ультразвуковой преобразователь по п. 12, в котором радиатор обеспечивает упругое крепление для улучшения надежности при воздействии ударов и вибрации.14. The ultrasonic transducer of claim 12, wherein the heatsink provides resilient mounting to improve reliability against shock and vibration. 15. Ультразвуковой преобразователь по п. 7, в котором подложка преобразователя прикреплена к одной или более гибким схемам с высокой плотностью с шагом монтажа менее 50 микрон, позволяющим выполнить подключение к внешней электронике обработки сигнала.15. The ultrasonic transducer of claim 7, wherein the transducer substrate is attached to one or more high-density flexible circuits with a mounting pitch of less than 50 microns, allowing connection to external signal processing electronics. 16. Ультразвуковой преобразователь по п. 1, который дополнительно содержит сформованную сверху многослойную линзу, причем многослойная линза содержит множество слоев, содержащих по меньшей мере первый слой и второй слой, причем акустический импеданс первого слоя выше, чем у элемента преобразователя, и ниже, чем у второго слоя, а акустический импеданс второго слоя выше, чем у первого слоя, и ниже, чем у визуализируемой мишени; причем сформованная сверху многослойная линза необязательно выполнена с возможностью фокусировки визуализирующих пучков.16. An ultrasonic transducer according to claim 1, which further comprises a top-molded multilayer lens, wherein the multilayer lens comprises a plurality of layers containing at least a first layer and a second layer, wherein the acoustic impedance of the first layer is higher than that of the transducer element and lower than that of the second layer, and the acoustic impedance of the second layer is higher than that of the first layer and lower than that of the target being rendered; wherein the overmolded multilayer lens is optionally configured to focus the imaging beams. 17. Ультразвуковой преобразователь по п. 16, в котором множество слоев имеет толщины, кратные 1/4 целевой длины волны или набора длин волн.17. The ultrasonic transducer of claim 16, wherein the plurality of layers have thicknesses that are multiples of 1/4 of the target wavelength or set of wavelengths. 18. Ультразвуковой преобразователь по п. 16, в котором первый слой содержит материал на основе силикона.18. The ultrasonic transducer of claim 16, wherein the first layer comprises a silicone-based material. 19. Ультразвуковой преобразователь по п. 18, в котором второй слой содержит материал на основе силикона и материал более высокой плотности, добавленный для повышения акустического импеданса второго слоя.19. The ultrasonic transducer of claim 18, wherein the second layer comprises a silicone-based material and a higher density material added to increase the acoustic impedance of the second layer. 20. Ультразвуковой преобразователь по п. 19, в котором материал с более высокой плотностью содержит аморфный оксид алюминия, легированный редкоземельными элементами.20. The ultrasonic transducer of claim 19, wherein the higher density material comprises rare earth doped amorphous alumina. 21. Ручной ультразвуковой прибор для визуализации для терапевтических и диагностических целей, причем ручной ультразвуковой прибор для визуализации содержит:21. A handheld ultrasound imaging device for therapeutic and diagnostic purposes, wherein the handheld ultrasound imaging device comprises: a) корпус;a) body; b) модуль ультразвукового преобразователя, расположенный внутри корпуса и содержащий решетку емкостных микрообработанных ультразвуковых преобразователей (cMUT) или пьезоэлектрических микрообработанных ультразвуковых преобразователей (pMUT), причем модуль ультразвукового преобразователя находится в контакте с первым радиатором и ассоциирован с первой тепловой зоной;b) an ultrasonic transducer module located within the housing and containing an array of capacitive micromachined ultrasonic transducers (cMUTs) or piezoelectric micromachined ultrasonic transducers (pMUTs), the ultrasonic transducer module being in contact with the first heat sink and associated with the first thermal zone; c) множество подсистем приемника и подсистем передатчика, расположенных внутри корпуса и интегрированных в многослойную стопку, причем многослойная стопка находится в контакте со вторым радиатором и ассоциирована со второй тепловой зоной, при этом второй радиатор соединен с корпусом, многослойной стопкой и первым радиатором так, чтобы служить в качестве основной структуры, обеспечивающей внутреннюю жесткую структуру для ручного ультразвукового прибора для визуализации;c) a plurality of receiver subsystems and transmitter subsystems located within the housing and integrated into a multilayer stack, the multilayer stack being in contact with a second heat sink and associated with a second thermal zone, the second heat sink being connected to the housing, the multilayer stack and the first heat sink so as to serve as a main structure providing an internal rigid structure for a handheld ultrasonic imaging instrument; d) анизотропный теплопроводящий материал, выполненный с возможностью передавать тепло из первой тепловой зоны во вторую тепловую зону, при этом анизотропный теплопроводящий материал снижает тепловую связь между первым радиатором и вторым радиатором; иd) an anisotropic thermal interface material configured to transfer heat from the first thermal zone to the second thermal zone, wherein the anisotropic thermal interface material reduces thermal coupling between the first heat sink and the second heat sink; And e) логику для активного отслеживания ультразвуковой процедуры с целью управления нагревом модуля ультразвукового преобразователя в пределах переходного нагрева посредством регулировки доступной пользователю мощности для ограничения перегрева.e) logic for actively monitoring the ultrasound procedure to control the heating of the ultrasonic transducer module within the transient heating range by adjusting the user available power to limit overheating. 22. Ручной ультразвуковой прибор для визуализации по п. 21, в котором анизотропный теплопроводящий материал содержит одну или несколько тепловых труб.22. The handheld ultrasonic imaging tool of claim 21, wherein the anisotropic thermal interface material comprises one or more heat pipes. 23. Ручной ультразвуковой прибор для визуализации по п. 21, в котором анизотропный теплопроводящий материал содержит один или более пирографитовых листов (ПГЛ).23. The handheld ultrasonic imaging instrument of claim 21, wherein the anisotropic thermally conductive material comprises one or more pyrographite sheets (PGL). 24. Ручной ультразвуковой прибор для визуализации по п. 21, выполненный с возможностью создавать одно или более из 2D, 3D, 4D, доплеровских изображений с потреблением мощности ниже 11 Вт в пике и ниже 7 Вт в среднем.24. The handheld ultrasound imaging device of claim 21, configured to generate one or more of 2D, 3D, 4D, Doppler images with power consumption below 11 W peak and below 7 W average. 25. Ручной ультразвуковой прибор для визуализации по п. 21, дополнительно содержащий анизотропный теплопроводящий материал, снижающий тепловую связь между первым радиатором и вторым радиатором.25. The handheld ultrasonic imaging tool of claim 21, further comprising an anisotropic thermal interface material that reduces thermal coupling between the first heatsink and the second heatsink. 26. Ручной ультразвуковой прибор для визуализации по п. 21, в котором первый радиатор содержит материал с изменяемым фазовым состоянием.26. The handheld ultrasonic imaging tool of claim 21, wherein the first heat sink comprises a phase change material. 27. Ручной ультразвуковой прибор для визуализации по п. 26, в котором материал с изменяемым фазовым состоянием содержит парафин, металлическую матрицу или их комбинацию.27. The handheld ultrasonic imaging instrument of claim 26, wherein the phase change material comprises paraffin, a metal matrix, or a combination thereof. 28. Ручной ультразвуковой прибор для визуализации по п. 21, в котором корпус содержит первый материал, имеющий высокую теплопроводность, и второй материал, имеющий низкую теплопроводность, причем корпус способствует передаче тепла из первой тепловой зоны во вторую тепловую зону.28. The handheld ultrasonic imaging instrument of claim 21, wherein the housing comprises a first material having a high thermal conductivity and a second material having a low thermal conductivity, the housing facilitating heat transfer from the first thermal zone to the second thermal zone. 29. Ручной ультразвуковой прибор для визуализации по п. 21, который дополнительно содержит рамку, выполненную с возможностью закрепить расположенный внутри корпуса модуль ультразвукового преобразователя.29. The handheld ultrasonic imaging tool of claim 21, which further comprises a frame configured to secure an ultrasonic transducer module located within the housing. 30. Ручной ультразвуковой прибор для визуализации по п. 29, который дополнительно содержит конструкцию уплотнения рамки, содержащую пружинную конструкцию для создания равномерной силы.30. The handheld ultrasonic imaging instrument of claim 29, which further comprises a frame seal structure comprising a spring structure to generate a uniform force. 31. Ручной ультразвуковой прибор для визуализации по п. 21, который дополнительно содержит гибкую прокладку между модулем ультразвукового преобразователя и корпусом для поглощения силы и улучшения стойкости к падению.31. The handheld ultrasonic imaging tool of claim 21, which further comprises a flexible spacer between the ultrasonic transducer module and the housing to absorb force and improve drop resistance. 32. Ручной ультразвуковой прибор для визуализации по п. 21, в котором многослойная стопка действует в качестве опорной конструкции для улучшения стойкости к падению.32. The handheld ultrasonic imaging instrument of claim 21, wherein the multilayer stack acts as a support structure to improve drop resistance. 33. Ручной ультразвуковой прибор для визуализации по п. 21, в котором корпус обеспечивает доступ для замены элемента питания через неразрушающееся прорезанное в корпусе окошко, которое можно снова герметизировать ультразвуковой сваркой после замены элемента питания.33. The handheld ultrasonic imaging instrument of claim 21, wherein the housing provides access for battery replacement through a non-destructive cut-through window in the housing that can be ultrasonically sealed again after the battery has been replaced. 34. Ручной ультразвуковой прибор для визуализации по п. 21, в котором внутренняя поверхность корпуса содержит теплоизолирующий материал, который выборочно изолирует внутренние источники тепла от внешней поверхности корпуса в местах его захвата пользователем.34. The handheld ultrasonic imaging instrument of claim 21, wherein the inner surface of the housing comprises a thermally insulating material that selectively insulates internal heat sources from the outer surface of the housing where it is gripped by the user. 35. Ручной ультразвуковой прибор для визуализации по п. 21, в котором внутренняя поверхность корпуса содержит экран из металлизированной тонкой пленки, обеспечивающий экранирование расположенной внутри корпуса электроники от электромагнитных помех (ЭМП).35. The handheld ultrasonic imaging device of claim 21, wherein the inside surface of the housing includes a metallized thin film shield to shield the electronics within the housing from electromagnetic interference (EMI). 36. Ручной ультразвуковой прибор для визуализации по п. 21, в котором внешняя поверхность корпуса содержит гидрофобный материал.36. The handheld ultrasonic imaging device of claim 21, wherein the outer surface of the housing comprises a hydrophobic material. 37. Ручной ультразвуковой прибор для визуализации по п. 21, который дополнительно содержит съемную ручку оператора.37. The handheld ultrasonic imaging device of claim 21, which further comprises a detachable operator's handle. 38. Ручной ультразвуковой прибор для визуализации по п. 37, в котором ручка оператора приспособлена под руку конкретного оператора.38. The handheld ultrasonic imaging instrument of claim 37, wherein the handle of the operator is adapted to the hand of the particular operator. 39. Ручной ультразвуковой прибор для визуализации по п. 21, в котором второй радиатор содержит материал с изменяемым фазовым состоянием.39. The handheld ultrasonic imaging tool of claim 21, wherein the second heatsink comprises a phase change material. 40. Ручной ультразвуковой прибор для визуализации по п. 39, в котором материал с изменяемым фазовым состоянием содержит парафин, металлическую матрицу или их комбинацию.40. The handheld ultrasonic imaging instrument of claim 39, wherein the phase change material comprises paraffin, a metal matrix, or a combination thereof.
RU2021130018A 2019-03-25 2020-03-24 Hand-held ultrasonic device for visualization RU2799791C2 (en)

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
US62/823,452 2019-03-25

Related Child Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2023117485A Division RU2023117485A (en) 2019-03-25 2020-03-24 HAND-HELD ULTRASONIC VISUALIZATION DEVICE

Publications (2)

Publication Number Publication Date
RU2021130018A RU2021130018A (en) 2023-04-25
RU2799791C2 true RU2799791C2 (en) 2023-07-11

Family

ID=

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2511671C2 (en) * 2008-09-16 2014-04-10 Конинклейке Филипс Электроникс Н.В. Capacitive micromachined ultrasonic transducer
US20160041129A1 (en) * 2014-08-08 2016-02-11 Samsung Electronics Co., Ltd. Ultrasonic probe
RU2594429C2 (en) * 2010-11-18 2016-08-20 Конинклейке Филипс Электроникс Н.В. Catheter comprising capacitive micromachined ultrasonic transducers with adjustable focus
WO2017027654A1 (en) * 2015-08-13 2017-02-16 Access Business Group International Llc Acoustic module and control system for handheld ultrasound device
US20180153510A1 (en) * 2016-12-04 2018-06-07 Exo Imaging Inc. Low voltage, low power mems transducer with direct interconnect capability

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2511671C2 (en) * 2008-09-16 2014-04-10 Конинклейке Филипс Электроникс Н.В. Capacitive micromachined ultrasonic transducer
RU2594429C2 (en) * 2010-11-18 2016-08-20 Конинклейке Филипс Электроникс Н.В. Catheter comprising capacitive micromachined ultrasonic transducers with adjustable focus
US20160041129A1 (en) * 2014-08-08 2016-02-11 Samsung Electronics Co., Ltd. Ultrasonic probe
WO2017027654A1 (en) * 2015-08-13 2017-02-16 Access Business Group International Llc Acoustic module and control system for handheld ultrasound device
US20180153510A1 (en) * 2016-12-04 2018-06-07 Exo Imaging Inc. Low voltage, low power mems transducer with direct interconnect capability

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP7364259B2 (en) portable ultrasound imaging device
Lee et al. Ultrasonic transducers for medical diagnostic imaging
US10085717B2 (en) Ultrasonic probe
US7314447B2 (en) System and method for actively cooling transducer assembly electronics
US6537224B2 (en) Multi-purpose ultrasonic slotted array transducer
CN104755032B (en) Ultrasonic probe
EP2842642B1 (en) Ultrasonic probe and method of manufacturing the same
EP2886209B1 (en) Ultrasonic probe and method of manufacturing the same
US20040002655A1 (en) System and method for improved transducer thermal design using thermo-electric cooling
US20160174939A1 (en) Ultrasonic probe
TW201815353A (en) Rearward acoustic diffusion for ultrasound-on-a-chip transducer array
US9642597B2 (en) Ultrasonic diagnostic instrument and manufacturing method thereof
US20140364742A1 (en) Ultrasonic probe and manufacturing method thereof
EP2894631B1 (en) Ultrasonic diagnostic apparatus and manufacturing method thereof
CN104768472B (en) Ultrasonic probe
RU2799791C2 (en) Hand-held ultrasonic device for visualization
CN110013267A (en) Ultrasonic probe
RU2021130018A (en) HAND-HELD ULTRASONIC DEVICE FOR VISUALIZATION
Choi et al. Thermal dispersion method for an ultrasonic phased-array transducer