JP6885242B2 - 超音波探触子 - Google Patents

Description

本発明は、超音波診断に用いる超音波探触子に関する。

超音波診断装置は、超音波診断装置に接続され、または超音波診断装置と通信可能に構成された超音波探触子を、体表に当てるかまたは体内へ挿入するという簡単な操作で、組織の形状および動きなどを超音波診断画像として得ることを可能とする。超音波診断装置は、安全性が高いため繰り返して検査を行うことができるという利点を有する。

超音波探触子は、超音波を送受信する圧電素子などを内蔵した先端格納部と、超音波探触子全体を把握して操作するためのグリップ部とを備える。圧電素子は、超音波診断装置からの電気信号（送信信号）を受信し、受信した送信信号を超音波信号に変換して送波し、生体内で反射された超音波を受信して電気信号（受信信号）に変換し、電気信号に変換された受信信号を超音波診断装置に送信する。

超音波探触子のうち、被検体の広い範囲を走査可能にするため、圧電素子を機械的に回転または揺動させるものが知られている（このような超音波探触子を、以下、「機械走査式超音波探触子」ともいう。）。機械走査式超音波探触子は、圧電素子と、圧電素子を回転または揺動させるための揺動機構部とを、先端格納部内に備える。先端格納部のうち、圧電素子の送受波面に対向する面には、超音波が透過しやすい材質で作られたウインドウが設けられており、圧電素子の送受波面とウインドウとの間の隙間には、音響媒体液が充填される。

この音響媒体液は、圧電素子の送受波面とウインドウとの間を音響的に整合させ超音波の送受信を効果的に行うためのものであり、原理的には圧電素子の送受波面とウインドウとの間の隙間にさえ充填されていれば良い。しかしながら、この隙間のみに音響媒体液を充填することは現実的には困難であり、圧電素子が内蔵される空間を液密に密閉し、その密閉空間内を音響媒体液で充填することが多い。

上記音響媒体液として、従来技術においては炭化水素系オイルが広範に使用されている。たとえば、特許文献１においては、粘度の高い音響媒体液における超音波信号の減衰を改善すべく、動粘度が２０ｍｍ^２／ｓ以下の炭化水素系オイルが使用されている。また、特許文献２においては、音響媒体液の摩擦抵抗による擦動部材の移動を容易にすべく、粘度が１０〜２０ｍＰａ・ｓの炭化水素系オイルを使用している。

一方で、特許文献３においては、超音波の音速が生体内と同じになるようなインピーダンスを持つ音響媒体液として、５つのフェニル基を有する高フェニールシリコーン油を使用している。

上記ウインドウの材料としては、生体に近い音響インピーダンスを有するポリメチルペンテンを使用することがある。ただし、特許文献４においては、その音速を生体の音速に近づけるため、シリコーン系オイルを混合したポリメチルペンテンを使用している。特許文献５においては、樹脂改質剤を混合して機械的強度を高めたポリメチルペンテンを使用している。

特開２００１−２９９７４８号公報 特開２０１３−１９８６４５号公報 特開昭６０−１６４２４５号公報 特開平１−２４２０４１号公報 特開２００１−１７８７２７号公報

しかしながら、特許文献１〜特許文献３に記載の音響媒体液をポリメチルペンテンなどの従来のウインドウ材料に用いると、圧電素子から送波（１回目送波）された超音波が、音響媒体液とウインドウとの間で反射することがあった。この反射した超音波は、圧電素子などでさらに反射して生体内に向けて送波（２回目送波）される。そのため、圧電素子は、生体内に多重に伝播してそれぞれ反射された、多重の超音波を受信することとなり、取得される超音波画像は、ノイズ（アーチファクト）が重畳されて精度が低下することになる。

本発明は、上記課題に鑑み、多重反射によるノイズ（アーチファクト）の発生を抑制できる超音波探触子、および当該超音波探触子を備える超音波診断装置を提供することを、その目的とする。

上記課題を解決するために、本発明の超音波探触子は、超音波を送受信する圧電素子と、上記圧電素子を収納する筐体と、上記圧電素子と上記筐体との間の空間を充填する、音響媒体液とを備える。上記音響媒体液は、アリール基含有シロキサン化合物を含み、５ＭＨｚの超音波の減衰率が１．５ｄＢ／ｃｍ未満である。

多重反射によるノイズ（アーチファクト）の発生を抑制できる超音波探触子、および当該超音波探触子を備える超音波診断装置が提供される。

図１は、超音波探触子を使用した超音波診断装置の外観斜視図である。 図２は、超音波探触子の全体構造を示す断面図である。 図３は、先端格納部を拡大した断面図である。 図４Ａはシリコンゴムから形成した試験サンプルを炭化水素系オイルに浸漬したときの、浸漬時間と形成した試験サンプルの質量変化率との関係を表すグラフである。 図４Ｂはシリコンゴムから形成した試験サンプルをベンジルトルエンに浸漬したときの、浸漬時間と形成した試験サンプルの質量変化率との関係を表すグラフである。 図４Ｃはシリコンゴムから形成した試験サンプルをメチルフェニルシリコンオイルに浸漬したときの、浸漬時間と形成した試験サンプルの質量変化率との関係を表すグラフである。 図４Ｄはポリメチルペンテンから形成した試験サンプルを炭化水素系オイルに浸漬したときの、浸漬時間と形成した試験サンプルの質量変化率との関係を表すグラフである。 図４Ｅはポリメチルペンテンから形成した試験サンプルをベンジルトルエンに浸漬したときの、浸漬時間と形成した試験サンプルの質量変化率との関係を表すグラフである。 図４Ｆはポリメチルペンテンから形成した試験サンプルをメチルフェニルシリコンオイルに浸漬したときの、浸漬時間と形成した試験サンプルの質量変化率との関係を表すグラフである。

以下、図面を参照しながら、本発明の一実施形態について説明する。

（超音波診断装置）
図１は、本実施形態に係る超音波探触子１を備える超音波診断装置１３の外観斜視図である。

超音波診断装置１３は、本体部２２、コネクタ部２９およびディスプレイ１４を備える。

超音波探触子１は、コネクタ部２９に接続されたケーブル１１を介して超音波診断装置１３と接続される。

超音波診断装置１３からの電気信号（送信信号）は、ケーブル１１を通じて超音波探触子１の圧電素子（後述）に送信される。この送信信号は、圧電素子において超音波に変換され、生体内に送波される。送波された超音波は生体内の組織などで反射され、当該反射波の一部がまた圧電素子に受波され電気信号（受信信号）に変換され、超音波診断装置１３に送信される。受信信号は、超音波診断装置１３において画像データに変換されディスプレイ１４に表示される。

（超音波探触子）
図２は、超音波探触子１の全体構造の一例を示す断面図である。この超音波探触子１は、超音波診断に用いられる探触子であり、その一部を被検者の体腔内に挿入し、当該体腔内において超音波を走査可能な体腔内挿入型探触子である。

図２に示すように、超音波探触子１は、体腔内に挿入される先端格納部７を含む挿入部２３と、体腔外において操作者によって把持されるグリップ部２４とを備え、本体部２２に接続されるケーブル１１に接続可能に構成される。先端格納部７からは、複数の信号線１２が引き出されており、挿入部２３およびグリップ部２４内を通ってケーブル１１に接続可能である。

このような体腔内挿入型探触子は、被検者の体腔内に挿入して使用されることが多いが、一般に超音波探触子は被検者の体腔内に挿入せずに体表に当てて使用されるものもある。なお、本発明に係る超音波探触子は体腔内挿入型に限定されない。

また、超音波探触子１はケーブル１１を介して超音波診断装置１３に接続可能に構成されるが、ケーブルを設けず、無線通信により超音波診断装置１３と接続可能に構成されていても良い。

次いで、先端格納部７について詳細に説明する。
図３は、図２の先端格納部７を拡大した断面図である。先端格納部７は、超音波探触子１の筐体の一部をなすウインドウ９と保持部材であるフレーム１０とが接合されて構成されており、圧電素子ユニット３と、それを保持し揺動させるための揺動機構部２と、超音波信号を伝達するための音響媒体液６が充填される内部空間１５を備える。

ウインドウ９は、圧電素子ユニット３などを生体との接触による圧力から保護するための保護部材であり、先端格納部７の生体と接触する側を被覆する位置に設けられる。

フレーム１０は、Ｏリングまたはパッキンなどの封止部材１６、および、接着剤１７などによりウインドウ９の内壁に密接するようにシールされており、これにより先端格納部７の内部を液密に封止する。フレーム１０は、たとえば金属製または樹脂製のものを使用することが可能である。金属製の場合は、たとえばアルミニウムからなるものを使用することが可能である。樹脂製の場合は、後述する音響媒体液６との接触により膨潤しない樹脂を使用することが望ましい。また、フレーム１０には、前述した複数の信号線１２を通すための配線孔（図示せず）が設けられる。先端格納部７の密閉状態を保つために、当該配線孔において、信号線１２とフレーム１０とは、接着剤などにより液密に封止される。

圧電素子ユニット３は、図３に示すように、バッキング層３ａ、圧電素子３ｂ、音響整合層３ｃおよび音響レンズ３ｄが積層されて構成される。

バッキング層３ａは、圧電素子３ｂの生体側とは反対する側の面に設けられ、圧電素子３ｂを支持するとともに、圧電素子３ｂの生体側とは反対する側へ送波された超音波を吸収する。バッキング層３ａの材料として、たとえば天然ゴム、エポキシ樹脂、または熱可塑性樹脂などを使用することが可能である。

圧電素子３ｂは、圧電材料で構成される層である。圧電材料の例としては、チタン酸ジルコン酸鉛（ＰＺＴ）、圧電セラミック、チタン酸亜鉛酸ニオブ酸鉛（ＰＺＮＴ）およびマグネシウム酸ニオブ酸チタン酸（ＰＭＮＴ）などが挙げられる。圧電素子３ｂの厚さは、たとえば０．０５ｍｍ以上０．４ｍｍ以下とすることができる。圧電素子３ｂの生体側の表面、および、それとは反対する側の表面には、圧電素子３ｂに電圧を印加するための電極（図示せず）が設けられる。これらの電極は、信号線１２と接続して、圧電素子３ｂに対して電気信号の送受を行う。

音響整合層３ｃは、圧電素子３ｂと音響レンズ３ｄとの音響特性を整合させるための層であり、圧電素子３ｂと音響レンズ３ｄとの概ね中間の音響インピーダンスを有する材料により構成される。音響整合層３ｃは、単層でも積層でも良いが、音響特性を調整する観点から、音響インピーダンスが異なる複数の層（たとえば２層以上、より好ましくは４層以上）の積層体であることが好ましく、音響レンズ３ｄに向けて音響レンズ３ｄの音響インピーダンスに段階的または連続的に近づくように各層の音響インピーダンスが設定されることがより好ましい。なお、音響整合層３ｃの各層は、当該技術分野で通常使用される接着剤（たとえば、エポキシ系接着剤）で接着されてもよい。

音響整合層３ｃは、種々の材料により構成することが可能である。これらの材料として、たとえば、アルミニウム、アルミニウム合金、マグネシウム合金、マコールガラス、ガラス、溶融石英、コッパーグラファイト、および、樹脂などを使用することが可能である。前記樹脂の例として、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリカーボネート、ＡＢＳ樹脂、ＡＡＳ樹脂、ＡＥＳ樹脂、ナイロン、ポリフェニレンオキシド、ポリフェニレンスルフィド、ポリフェニレンエーテル、ポリエーテルエーテルケトン、ポリアミドイミド、ポリエチレンテレフタレート、エポキシ樹脂およびウレタン樹脂などが挙げられる。

音響レンズ３ｄは、音響整合層３ｃと生体との概ね中間の音響インピーダンスを有する、たとえば軟質の高分子材料などにより構成されており、屈折を利用して超音波ビームを集束し分解能を向上させる。前記軟質の高分子材料の例としては、シリコーン系ゴム、ブタジエン系ゴム、ポリウレタンゴム、エピクロルヒドリンゴム、および、エチレンとプロピレンとを共重合させてなるエチレン−プロピレン共重合体ゴム、などが挙げられる。その中で、シリコーン系ゴムおよびブタジエン系ゴムが好ましく、音響レンズの特性の観点からは、シリコーン系ゴムに属するシリコーンゴム、および、ブタジエン系ゴムに属するブタジエンゴムが特に好ましい。

揺動機構部２は、圧電素子ユニット３を保持し揺動させる伝達機構部５と、伝達機構部５中のギヤ（伝達機構）の回転を駆動するモータ４を備える。揺動機構部２は、伝達機構部５中のギヤ（伝達機構）の回転に連動して、圧電素子ユニット３を揺動させ超音波信号を走査する。なお、圧電素子ユニット３を保持し揺動させる揺動機構部２とともに、またはそれに代わって、圧電素子ユニット３を保持し回転させる回転機構部（図示せず）を設けても良い。また、伝達機構部５においては、ギヤ以外にも、たとえば、タイミングベルト、ワイヤーなどを、圧電素子ユニット３を揺動させるための伝達機構として用いることが可能である。

内部空間１５は、ウインドウ９およびフレーム１０により液密に密閉された空間であり、音響媒体液６を収容する。

圧電素子３ｂから送波された超音波は、音響整合層３ｃ、音響レンズ３ｄ、音響媒体液６、ウインドウ９の順に、それぞれの媒体を伝播して生体に到達する。生体内組織で反射された超音波は、それとは逆の順に、それぞれの媒体を伝播して圧電素子３ｂに受信される。

音響媒体液６は、アリール基含有シロキサン化合物を含み、５ＭＨｚの超音波の減衰率が１．５ｄＢ／ｃｍ未満である液体である。

アリール基含有シロキサン化合物は、シロキサン骨格とアリール基とを有すればよい。シロキサン骨格は、直鎖状でも分岐状でも環状でもよい。アリール基は、芳香環を有すればよく、単環、縮環および複素環のいずれでもよい。アリール基含有シロキサン化合物は、芳香環同士のπ−π結合により分子間距離が小さく、高密度となり得るため、音響インピーダンスを炭化水素系オイルよりも大きくできると考えられる。アリール基は、高密度化を妨げる立体障害が生じにくいフェニル基が好ましい。

アリール基含有シロキサン化合物としては、たとえば、以下の一般式（１）、一般式（２）および一般式（３）に例示される化合物などが挙げられる。

一般式（１）中、Ｒ_１〜Ｒ_８は独立して水素原子、水酸基、アルキル基およびアリール基を示し、少なくとも１つがアリール基である。アルキル基は炭素数が１以上２０以下である置換または非置換の直鎖状または分岐状のアルキル基であり、アリール基は置換または非置換のフェニル基、ナフチル基、アントリル基もしくはフェナントリル基、または、炭素数が１以上２０以下である置換または非置換の直鎖状または分岐状のアルキル基でこれらが結合したアラルキル基であり、ｎ１は１以上１０００以下の整数である。上記アルキル基またはアリール基を置換する置換基は、ハロゲン原子および炭素数が１以上２０以下であるアルキル基である。

一般式（２）中、Ｒ_１１〜Ｒ_２２は独立して水素原子、水酸基、アルキル基およびアリール基を示し、少なくとも１つがアリール基である。アルキル基は炭素数が１以上２０以下である置換または非置換の直鎖状または分岐状のアルキル基であり、アリール基は置換または非置換のフェニル基、ナフチル基、アントリル基もしくはフェナントリル基、または、炭素数が１以上２０以下である置換または非置換の直鎖状または分岐状のアルキル基でこれらが結合したアラルキル基であり、ｎ１１およびｎ１２は独立して１以上１０００以下の整数である。上記アルキル基またはアリール基を置換する置換基は、ハロゲン原子および炭素数が１以上２０以下であるアルキル基である。

一般式（３）中、Ｒ_３１〜Ｒ_３８は独立して水素原子、水酸基、アルキル基およびアリール基を示し、少なくとも１つがアリール基である。アルキル基は炭素数が１以上２０以下である置換または非置換の直鎖状または分岐状のアルキル基であり、アリール基は置換または非置換のフェニル基、ナフチル基、アントリル基もしくはフェナントリル基、または、炭素数が１以上２０以下である置換または非置換の直鎖状または分岐状のアルキル基でこれらが結合したアラルキル基である。上記アルキル基またはアリール基を置換する置換基は、ハロゲン原子および炭素数が１以上２０以下であるアルキル基である。

一般式（１）〜一般式（３）における置換基Ｒ_１〜Ｒ_８、Ｒ_１１〜Ｒ_２２、および、Ｒ_３１〜Ｒ_３８は、それぞれ、少なくとも１個のフェニル基を有することが好ましく、２個以上５個以下のフェニル基を有することがより好ましく、４個のフェニル基を有することがさらに好ましい。また、上記置換基Ｒ_１〜Ｒ_８、Ｒ_１１〜Ｒ_２２、および、Ｒ_３１〜Ｒ_３８のうち、フェニル基以外の置換基は、アルキル基であることが好ましく、メチル基であることがより好ましい。以下、上記置換基Ｒ_１〜Ｒ_８、Ｒ_１１〜Ｒ_２２、または、Ｒ_３１〜Ｒ_３８のすべてがフェニル基およびメチル基のいずれかである化合物を、「メチルフェニルシリコーン」という。

一般式（１）および一般式（２）における繰り返し単位数ｎ１、ｎ１１およびｎ２２は、いずれも１以上１０以下であることが好ましく、１以上５以下であることがより好ましく、１以上３以下であることがさらに好ましく、１であることが特に好ましい。

表１に、代表的なアリール基含有シロキサン化合物、炭化水素系オイルおよびベンジルトルエンの特性を示す。なお、炭化水素系オイルの特性は、特許文献１に記載の値である。

密度、音速、音響インピーダンス、４０℃における動粘度および超音波の減衰率は、以下の方法で測定して得られた値である。なお、本明細書における上記各特性は、特に記載しない限り、いずれも以下の方法で測定して得られた値である。

密度は、ＪＩＳ−Ｋ７１１２ ０２に記載のＡ法（水中置換法）の密度測定方法に準じて、電子比重計ＳＤ−２００Ｌ（アルファミラージュ製）を用いて測定して得られた値である。

音速は、ＪＩＳ Ｚ２３５３−２００３に従い、超音波工業株式会社製シングアラウンド式音速測定装置を用いて２５℃において測定して得られた値である。

音響インピーダンスは、密度および音読から以下の式に従い導いた値である。
音響インピーダンス（Ｍｒａｙｌ）＝密度（×１０^３ｋｇ／ｍ^３）×音速（×１０^３ｍ／ｓｅｃ）

動粘度は、ＪＩＳ Ｋ２２８３に準拠した測定機器である株式会社エスティーエム製Ｍｉｎｉ−ＡＶ−Ｘを用いて４０℃において測定して得られた値である。

超音波の減衰率は、ＪＩＳ Ｚ２３５４−１９９２に従い、水槽中に２５℃の水を満たし、超音波パルサー・レシーバーＪＰＲ−１０Ｃ（ジャパンプローブ社製）によって水中で５ＭＨｚの超音波を発生させ、超音波がシートを透過する前と後の振幅の大きさを測定して得られた値である。

超音波は、異なる媒体間を伝播する時に、媒体間の音響インピーダンスの差に比例して反射される。本実施例では、上述したように生体に近い音響インピーダンスを有する材料をウインドウ９に使用するため、音響媒体液６も、音響インピーダンスが生体よりに近いものであると、音響媒体液６とウインドウ９との間での超音波の反射を抑制し、当該反射により超音波が生体内に多重に伝播することによるノイズ（アーチファクト）が抑制され精度がより向上した超音波画像が取得される。

特許文献１および特許文献２に記載のような炭化水素系オイルは、粘度が小さいため、媒体の密度と音速の積である音響インピーダンスも小さくなる。炭化水素系オイルは、一般的に音速が１４００〜１４５０ｍ／ｓ程度であることから、その音響インピーダンスは一般的に１．２ＭＲａｙｌであり、生体の音響インピーダンス（約１．５３ＭＲａｙｌ）との差が大きい。

これに対し、本実施形態で音響媒体液６として用いるアリール基含有シロキサン化合物は、炭化水素系オイルよりも密度が高く、より生体に近い音響インピーダンスを有する。

なお、平均分子量がより大きい炭化水素系オイルを使用すれば、音響媒体液６の音響インピーダンスも大きくできると考えられる。しかし、平均分子量がより大きい炭化水素系オイルを用いると、音響媒体液６の動粘度が大きくなり、揺動する際に圧電素子ユニット３にかかる物理的負荷が大きくなるほか、高速での走査が困難になる可能性がある。

これに対し、本実施形態で音響媒体液６として用いるアリール基含有シロキサン化合物は、音響インピーダンスが生体により近いうえに、４０℃における動粘度も小さい。そのため、アリール基含有シロキサン化合物を単独で、あるいは適切に組み合わせて混合して使用すれば、４０℃における粘度を３０ｍｍ^２／ｓ以下、好ましくは２２ｍｍ^２／ｓ以下として、圧電素子ユニット３への機械的負荷を小さくし、かつ、高速での走査を容易にすることが容易である。

音響媒体液６は、超音波の減衰率が大きいと、超音波診断の被験深度を低下させたり画像の輝度を低下させたりして、超音波診断画像の精度を低下させるおそれがある。

特許文献１および特許文献２に記載のような炭化水素系オイルは、超音波の減衰率は１．１９ｄＢ／ｃｍ程度であり実用に耐えうる程度であるものの、音響インピーダンスを大きくすると、超音波の減衰率も高くなる傾向がある。そのため、音響インピーダンスと超音波の減衰率との両立が困難である。

これに対し、本実施形態で音響媒体液６として用いるアリール基含有シロキサン化合物は、音響インピーダンスが生体により近いうえに、超音波の減衰率も小さい。そのため、アリール基含有シロキサン化合物を単独で、あるいは適切に組み合わせて混合して使用すれば、音響媒体液６の５ＭＨｚの超音波の減衰率を１．５ｄＢ／ｃｍ未満として、超音波診断画像の精度の低下を抑制することが容易である。

音響媒体液６は、沸点が低いと、揮発しやすく、封入された内部空間１５の内部で気泡が発生しやすくなる。音響媒体液６に混入した気泡などは、超音波の伝播を妨げる原因となる。そのため、音響媒体液６は、液体から気体への相変化が起こりにくく、経時的に性質が安定しているものが要求される。

水は、音響インピーダンスが約１．４５Ｍｒａｙｌであり、超音波の減衰率も小さいため、音響媒体液６として使用する際の音響特性に優れている。しかし、水は沸点が低く揮発しやすいため、気泡を発生しやすい。

これに対し、本実施形態で音響媒体液６として用いるアリール基含有シロキサン化合物は、沸点が高く、かつ構造的に安定しているため、気泡を発生しにくい。

音響媒体液６は、内部空間１５の内部で、ウインドウ９、圧電素子ユニット３の音響レンズ３ｄ、接着剤などと接するため、これらの部材を構成する材料へのケミカルアタックが少ないことが要求される。

これに対し、本実施形態で音響媒体液６として用いるアリール基含有シロキサン化合物は、ウインドウ９の材料として使用されるシリコンゴムおよびポリ−α−オレフィン、音響レンズ３ｄの材料として使用されるシリコンゴムおよびポリスチレン、リザーバ１８の材料として使用されるニトリルゴム、シリコンゴム、クロロプレンゴムおよびフッ素ゴム、ならびに、接着剤として使用されるエポキシ系接着剤などへのケミカルアタックが炭化水素系オイルおよびベンジルトルエンなどと比較しても非常に小さい。

図４Ａ〜図４Ｆは、各種音響媒体液によるウインドウ９の材料へのケミカルアタック試験結果を示すグラフである。

試験は、以下の手順で行った。シリコンゴムおよびポリメチルペンテンを用意した。シリコンゴムは、５ｇの試料を室温で効果させた後、４８時間さらに室温で放置して完全硬化させて、試験サンプルとした。ポリメチルペンテンは、射出成形で得たテストピースから５ｇの試験片を切り出して試験サンプルとした。完全硬化した各試験サンプルの初期質量を電子天秤で測定した後、各種媒体液に各試験サンプルを浸漬した。媒体液は、炭化水素系オイル、ベンジルトルエンおよびメチルフェニルシリコーンを用いた。その後、所定の時間が経過する度に、試験サンプルを媒体液から取り出し、その時点における試験サンプルの質量を電子天秤で測定した。図４Ａ〜図４Ｆは、試験サンプルごとに、浸漬時間を横軸、質量変化率（初期質量からの測定時の質量減少量を、初期質量で除算して得た値（％））を縦軸として各試験サンプルの時間経過ごとの質量減少率をプロットして得られたグラフである。

図４Ａはシリコンゴムから形成した試験サンプルを炭化水素系オイルに、図４Ｂはシリコンゴムから形成した試験サンプルをベンジルトルエンに、図４Ｃはシリコンゴムから形成した試験サンプルをメチルフェニルシリコンオイルに、それぞれ浸漬したときの、浸漬時間と形成した試験サンプルの質量変化率との関係を表すグラフである。

図４Ｄはポリメチルペンテンから形成した試験サンプルを炭化水素系オイルに、図４Ｅはポリメチルペンテンから形成した試験サンプルをベンジルトルエンに、図４Ｆはポリメチルペンテンから形成した試験サンプルをメチルフェニルシリコンオイルに、それぞれ浸漬したときの、浸漬時間と形成した試験サンプルの質量変化率との関係を表すグラフである。

図４Ａ、図４Ｂおよび図４Ｃに示すように、シリコンゴムから形成した試験サンプルをメチルフェニルシリコーン中に浸漬したところ、炭化水素系オイルおよびベンジルトルエンに浸漬したときよりも試験サンプルの質量減少率は小さかった。

図４Ｄ、図４Ｅおよび図４Ｆに示すように、ポリメチルペンテンから形成した試験サンプルをメチルフェニルシリコーン中に浸漬したところ、炭化水素系オイルおよびベンジルトルエンに浸漬したときよりも試験サンプルの質量減少率は小さかった。

これらの結果から、メチルフェニルシリコーンはシリコンゴムおよびポリメチルペンテンのいずれに対してもケミカルアタックが小さいことがわかる。

音響媒体液６は、上述したアリール基含有シロキサン化合物を１種のみ単独で使用してもよいが、音響媒体液６の各種特性を所望の程度に調整するため、アリール基含有シロキサン化合物と他の媒体液、または複数種のアリール基含有シロキサン化合物を組み合わせて使用してもよい。

アリール基含有シロキサン化合物と炭化水素系オイルを混合した音響媒体液６は、音響インピーダンスが生体に近いアリール基含有シロキサン化合物による多重反射の低減に加え、低粘度かつ超音波の減衰が少ない炭化水素系オイルにより、動粘度および超音波の減衰をより小さくすることが可能である。同様の効果を得るため、アリール基含有シロキサン化合物とシリコーン油とを混合した音響媒体液６を使用してもよいし、アリール基含有シロキサン化合物、炭化水素系オイルおよびシリコーン油を混合した音響媒体液６を使用してもよい。

音響インピーダンスを生体により近づける観点からは、２個以上５個以下のフェニル基を有するアリール基含有シロキサン化合物を含むことが好ましく、４個のフェニル基を有するアリール基含有シロキサン化合物を含むことがより好ましい。また、音響媒体液６は、音響インピーダンスおよび超音波の減衰率などを含む各種特性を調整するため、それぞれ異なる個数の芳香環を有する複数のアリール基含有シロキサン化合物を含むことが好ましい。上記各種音響媒体液６に含まれるアリール基含有シロキサン化合物は、メチルフェニルシリコーンであることが好ましい。

ウインドウ９の材料は、シリコンゴムおよびポリ−α−オレフィンなどの押圧（生体との接触）により変形しにくい材料を使用することができる。これらの材料は音響インピーダンスが生体より大きいことが多いため、密度がより小さく音響インピーダンスがより小さいポリ−α−オレフィンが好ましく、音響インピーダンスが１．６７Ｍｒａｙｌであり生体により近いポリメチルペンテンがより好ましい。音響インピーダンスが生体に近い材料をウインドウ９に使用することで、音響媒体液６とウインドウ９との間、およびウインドウ９と生体との間における多重反射を抑制可能である。

また、ウインドウ９の材料は、図４Ｃと図４Ｆとの比較のように、音響媒体液６が含むアリール基含有シロキサン化合物によるケミカルアタックを少なくする観点からも、ポリ−α−オレフィンが好ましく、ポリメチルペンテンがより好ましい。

ポリ−α−オレフィン、特にはポリメチルペンテン、は、可塑剤を混合して、音響インピーダンスをより生体に近づけることが可能である。可塑剤としては、音響媒体液６によるウインドウ９の膨潤、ウインドウ９の表面への可塑剤の析出、および、音響媒体液６がウインドウ９を透過することを抑制する観点から、アリール基含有シロキサン化合物との相溶性が小さい炭化水素系オイルが好ましい。さらには、飽和しているため化学的に安定であり、かつ、不純物が少ないことから生体への安全性が高いポリ−α−オレフィンオイルがより好ましい。

ポリ−α−オレフィン、特にはポリメチルペンテン、の音響インピーダンスは、可塑剤の量により調整可能である。表２に、可塑剤としての量平均分子量が３１００であるポリ−α−オレフィンオイルを、ポリメチルペンテンと混練したときの、可塑剤の量と混練後の材料の音響インピーダンスとの関係を示す。

表２から、音響インピーダンスを生体により近づける観点からは、可塑剤の量はウインドウ９の材料の全質量に対し６質量％１９質量％以下であることが好ましい。また、可塑剤の量が上記範囲であると、ウインドウ９の材料の剛性が適度に低下してウインドウ９にひび割れなどがより生じにくくなり、かつ、ウインドウ９の材料が軟化しすぎない。

また、音響媒体液６は、前述のように、液密に密閉された内部空間１５に充填されるが、一般に環境温度によって膨張収縮する。音響媒体液６の膨張により、内部空間１５の内圧が上昇して亀裂や液漏れなどの不具合が発生する場合がある。

そして、内部空間１５に音響媒体液６を封入する工程においても、気泡が混入してしまうことがある。このような気泡が圧電素子ユニット３とウインドウ９の間に存在すると、超音波の伝播を妨げる原因となり、超音波信号が気泡により減衰したり、反射を起こしたりして鮮明な超音波断層像が得られなくなるという問題が発生する場合がある。

このような不具合を防止するため、図３に示すように、内部空間１５と接続されて音響媒体液６の膨張収縮を吸収するためのリザーバ１８を、内部空間１５の外に設置しても良い。

リザーバ１８の材料としては、アリール基含有シロキサン化合物環境下でゴムや樹脂などの材料は膨潤を起こしやすいことから、フッ素系のゴムを使用することが好ましい。

また、上述したリザーバ１８とともに、またはそれに代わって、気泡と音響媒体液６の表面張力および比重がそれぞれ異なることにより、気泡を内部空間１５から外に移動させるための気泡溜まり部（図示せず）を設けても良い。

本発明によれば、ノイズ（アーチファクト）が従来よりも少ない超音波画像を得ることができる。そのため、本発明は、超音波診断が適用され得る範囲を拡大することが期待される。

１ 超音波探触子
２ 揺動機構部
３ 圧電素子ユニット
３ａ パッキング層
３ｂ 圧電素子
３ｃ 音響整合層
３ｄ 音響レンズ
４ モータ
５ 伝達機構部
６ 音響媒体液
７ 先端格納部
９ ウインドウ
１０ フレーム
１１ ケーブル
１２ 信号線
１３ 超音波診断装置
１４ ディスプレイ
１５ 内部空間
１６ 封止部材
１７ 接着剤
１８ リザーバ
２２ 本体部
２３ 挿入部
２４ グリップ部
２９ コネクタ部

Claims (10)

1. 超音波を送受信する圧電素子と、
   前記圧電素子を収納する筐体と、
   前記圧電素子と前記筐体との間の空間を充填する、それぞれ異なる個数のフェニル基を有する複数のアリール基含有シロキサン化合物を含み、５ＭＨｚの超音波の減衰率が１．５ｄＢ／ｃｍ未満である音響媒体液と、
   を備える超音波探触子。
2. 前記音響媒体液は、アリール基含有シロキサン化合物および炭化水素系オイルを含む、請求項１に記載の超音波探触子。
3. 前記音響媒体液は、２個以上５個以下のフェニル基を有するアリール基含有シロキサン化合物を含む、請求項１または２に記載の超音波探触子。
4. 前記音響媒体液は、４個のフェニル基を有するアリール基含有シロキサン化合物を含む、請求項１〜３のいずれか１項に記載の超音波探触子。
5. 前記音響媒体液は、前記筐体の一部をなすウインドウと、前記筐体のフレームとにより液密に封止された内部空間を充填し、
   前記ウインドウは、ポリ−α−オレフィンを含む材料からなる、
   請求項１〜４のいずれか１項に記載の超音波探触子。
6. 前記ウインドウは、ポリメチルペンテンを含む材料からなる、請求項５に記載の超音波探触子。
7. 前記ウインドウは、可塑剤を混合したポリメチルペンテンを含む材料からなる、請求項５または６に記載の超音波探触子。
8. 前記ウインドウは、ポリ−α−オレフィンオイルを混合したポリメチルペンテンを含む材料からなる、請求項７に記載の超音波探触子。
9. 前記ウインドウは、その全質量に対する前記ポリ−α−オレフィンオイルの含有量が６％以上１９％以下である前記材料からなる、請求項８に記載の超音波探触子。
10. 請求項１〜９のいずれか１項に記載の超音波探触子を備える超音波診断装置。

Images