JPH06296611A - 超音波診断装置のプローブ用接触媒体 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】優れた超音波特性と機械的強度を有する安全性
の高い超音波診断装置のプローブ用接触媒体を提供する
ことを目的とする。 【構成】カードランを主成分とするゲルからなることを
特徴とする、超音波診断装置のプローブ用接触媒体。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は超音波診断装置の探触子
（プローブ）用接触媒体に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】近年、内臓器疾患の治療においては、患
者の体力的負担を軽減し、予後の経過を良好にせしめる
ために、大がかりな外科手術を行うことなく治療する方
法が多数試みられている。また、仮に開腹手術を行うと
しても、術前に病巣部の様子を詳細に知ること、並びに
術中に臓器表面を切開することなく内部の様子を知るこ
とは、実際の手術の際に極めて有意義な情報をもたらす
ことになる。本目的を達成するために、超音波診断が近
年著しく発展普及し、これを用いた術前診断の正確さ
は、最近の手術成績の向上に大いに役立っている。特に
甲状腺疾患に超音波診断法と穿刺吸引細胞診を組み合わ
せることにより診断能の飛躍的向上がなされた。

【０００３】しかしながら、体表面もしくは臓器表面に
直接超音波診断装置のプローブを当てて内部の状態を観
察しようとした際に超音波診断装置の特性上、表面下数
cm以内の領域での鮮明な画像を得ることは非常に困難で
ある。また、実際の体・臓器表面は平らな状態ではな
く、各々に特徴的な湾曲・凹凸を持つことになるため、
ある一定の形態を保った不可変なプローブでは目的の部
位に密着させることは不可能である。すなわち、生体と
プローブの間に空気が介在すると超音波伝播率の著しい
低下が起こり、診断装置上に正確な画像を結ばなくな
る。

【０００４】かかる上記の問題を解決するため、プロー
ブと生体との間に適当なスペーサー（接触媒体）を介在
せしめることが有効である。接触媒体はシート状にして
診断の際にプローブと体表面等との間に挟むか、あるい
は適当な形状に成形しプローブに直接または治具で嵌着
して使用できるものが好ましい。このような接触媒体に
は適当な柔軟性と機械的強度及び良好な音響特性（超音
波減衰率が低いこと等）を有することが要求され、例え
ば、特開昭55-63636には特定の含水高分子ゲルが開示さ
れている。しかしながら、ここで開示されているゲルは
機械的強度が不十分であったり音波の減衰が大きいなど
の問題を有しており、その後、これらを改善すべくさま
ざまな努力がなされている。例えば、ポリビニルアルコ
ール系高分子ゲル（特開昭 62-298342、特公平 2-4621
1）、高吸水性樹脂（特開平 4-53544）、各種有機・無
機高分子（特公平 2-2152)のものが知られている。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記の
ような高分子ゲルは依然として種々の問題を有してい
た。すなわち、合成高分子を用いたものは、穿刺時ある
いは術中にゲルの一部もしくはゲル自体が生体内に混入
・留置される可能性があり、ゲルそのものや残留モノマ
ーに由来する毒性が懸念され、安全性の上で問題があっ
た。また、安全性が高いと考えられる天然高分子やポリ
ビニルアルコールゲルも音響特性が不十分であり（例え
ば減衰率が高い）、この様な音響特性を向上させるに
は、含水率を上げる必要があり、一方、含水率をあげる
と機械的強度が低下してしまうという欠点があった。ま
たポリビニルアルコールゲルは圧力を加えると離水し易
く、体・臓器表面に押し付けて使用するプローブ用接触
媒体としては不向きであった。加えて滅菌性に劣る（簡
便な滅菌法であるオートクレーブによる１２１℃の加熱
で完全に溶解し、原形をとどめ得ない）ため実用化に至
っていない。このような状況から、従来より穿刺・術中
にも使用可能で安全なプローブ用接触媒体が望まれてい
た。

【０００６】

【課題を解決するための手段】そこで本発明者等は、上
記課題を解決するため鋭意研究を行った結果、天然多糖
類であるカードランを主成分とするゲルをプローブ用接
触媒体として用いることにより、これらの問題が全て解
決されることを見いだし、本発明を完成した。すなわち
カードランを加熱することにより調製したゲルは、安全
性が極めて高く、仮に体内に留置されても長時間かけて
生体内で徐々に分解される性質を有する（薬学雑誌 110
(10) 869-875,1990）。しかも、最も一般的に普及して
いる滅菌装置オートクレーブまたは放射線による滅菌が
可能であり、超音波診断装置用プローブの接触媒体、特
に穿刺・術中に使用するプローブの接触媒体として極め
て優れている。以下、本発明の構成について詳述する。

【０００７】

【構成の具体的な説明】本プローブ用接触媒体はカード
ランを主成分とする高含水ゲルである。カードランにつ
いては、日本食品工業学会誌Vol.38,No.8,736-742(199
1) などに記載されており、微生物（Alcaligenes faeca
lis var.myxogenesまたはAgrobacteriumの多くの菌株や
Rizobium）が産生する多糖類の一種で、構成糖はD-グル
コースのみであり、そのグルコシド結合の９９％以上が
β-1,3結合である。カードランは水に不溶であるが、水
酸化ナトリウムなどのアルカリ性水溶液には溶解する。
カードランの均一な水分散液の調製法としては、カード
ラン粉末に水を加え高速ホモジナイザーもしくはカッタ
ーミキサー等で激しく撹拌するか、５５℃程度の温水に
手やプロペラ撹拌機等を用いて撹拌しながらカードラン
を加えた後、冷却する方法が知られている。この水分散
液を加熱するとゲルを形成する。加熱によって得られる
ゲルは、その処理温度により２つの型に大別される。す
なわち、８０℃以上の加熱により得られる熱不可逆性の
ゲルと、約６０℃で加熱した後、冷却して得られる熱可
逆性のゲルであり、各々ハイセットゲルおよびローセッ
トゲルと呼ばれる。また加熱をしなくてもカードランを
アルカリ性水溶液に溶解し、これを静置したまま炭酸ガ
ス等で中和するか、透析膜を用いて水酸化ナトリウムを
除去することでもゲルを調製することができる。また
は、アルカリ性水溶液にカルシウム、マグネシウムイオ
ンなどのカチオンを添加して解離した水酸基とカチオン
による架橋構造をつくらせることによってもゲル形成さ
せることができる。

【０００８】本発明のプローブ用接触媒体の製造方法
は、カードランを主成分とし含水率が８０％以上で気泡
を含まないゲルが得られるのであればいかなる方法でも
よく、製造方法がとくに限定されるものではない。例え
ば、二、三の調製法を紹介すると、まず前述のカードラ
ン水分散液を調製する。カードラン濃度としては、１〜
１０wt％好ましくは２〜５wt％とする。１％以下でもゲ
ルの調製は可能であるが、調製されるゲルの強度は著し
く低く、僅かな力を加えただけでゲルは崩壊し、取り扱
いに不都合を生ずる。そのため、実質的には２％以上で
調製することが望ましい。同様に１０％以上の濃度でも
ゲルの調製は可能であるが、カードランを分散した際に
粘度が非常に高くなり、その後の脱気操作が困難とな
る。また、調製したゲルの弾性率が高くなりすぎ、体表
面との密着性が損なわれ、超音波診断には適しないもの
となる。実際の診断には５％以下で調製したものが適し
ている。調製した分散液を真空下で十分脱気し、平板ま
たは成形用鋳型に静かに注入する。これを加圧滅菌装置
もしくは湯浴中で６０℃以上好ましくは８０℃以上の温
度で、好ましくは１０分間以上加熱しゲル化を行う。冷
却後、再び加熱を行うか放射線照射による滅菌操作によ
り、より強固なゲルが得られる。この時の加熱温度は１
回目以上でより長時間行うほどゲルの強度を増すことが
できる。

【０００９】また中和ゲルの調製法として、アルカリ性
水溶液、例えば５mM以上の水酸化ナトリウム水溶液好ま
しくは１０〜５００mMの溶液に１〜１０wt％となるカー
ドラン粉末を溶解し、真空下で脱気した後に等モルの塩
酸水溶液を静注、放置し中和を行う。このとき内部まで
中和されたか否かは、中和にともないゲル化し白濁する
様子で、容易に外見上から判断できる。上記のようにし
て得た中和カードランゲルを、６０℃以上好ましくは８
０℃以上の温度で加熱することにより、さらに強固にゲ
ル化することが可能である。前述のゲル調製法は単独で
もあるいは各々を組み合わせても良い。

【００１０】本発明のプローブ用接触媒体には、ゲルの
主成分であるカードラン以外に、他の高分子物質（例え
ば、アルギン酸、カラギナン、寒天、グルコマンナン、
でんぷん、ヒアルロン酸、スクレログルカン、シゾフィ
ラン、レンチナン、パラミロン、カロース、ラミナラ
ン、セルロース、メチルセルロース、エチルセルロー
ス、ニトロセルロース、ポリビニルアルコール）や各種
の塩類（例えば、リン酸、酢酸、乳酸、クエン酸、ホウ
酸の各ナトリウム塩もしくはカリウム塩、塩化ナトリウ
ム）、各種の糖類（例えば、グルコース、シュクロー
ス、マルトース、ガラクトース、マンノース、ラクトー
ス等）、尿素、グリセリン、シリコーンのうち１種類も
しくは２種以上の物質を配合することによって、より優
れた特性を示すゲルが得られる。

【００１１】このようにして調製されるゲルは、適度な
柔軟性を有すると共に、成形が極めて容易であり、一定
の形状を持つプローブと接触媒体との接続を考えた場
合、非常に有利である。このようにして調製されたゲル
は、全て良好な音響特性を示した。すなわち、音速は水
の場合に近い1497〜1504 m/s、減衰は0.06〜0.16dB/MHz
・cmであり、これまで知られているゲルのうちで最も低
い減衰率を示した。また、同ゲルの機械的強度を測定し
たところ、破断強度 5.37 x 10² 〜 4.22 x 10³g/c
m² 、ヤング率 1.96 x 10⁶ 〜 6.71 x 10⁶ dyn/cm² を
示し、プローブ用接触媒体として使用するのに充分な強
度を持つことも明かであった。

【００１２】

【実施例】以下、実施例により本発明を更に具体的に説
明する。 実施例１ カードラン粉末（武田薬品工業（株））３重量部に９７
重量部の水を加え、高速ホモジナイザー（日本精機製；
パワーホモジナイザー，PM-1）で１０分間撹拌した。上
記カードラン水分散液を真空下で充分に脱気後、型に注
入し１００℃、１０分間の加熱によりゲル化を行った。
冷却し型から取り出した後、高圧加熱滅菌器（トミー精
工製；オートクレーブ，SS-245）で１２１℃、２０分間
の加熱を行い、この操作により完全なゲル化と滅菌が同
時に可能であった。得られたプローブ用接触媒体は縦１
００mm x 横５０mm x 厚15mmであった。上記のように調
製したプローブ用接触媒体について音響特性を測定した
結果、音速1499 m/s、減衰 0.12 dB/MHz・cmとの値を得
た。また、レオメーター（不動工業（株）製：NRM-2010
J-CW）で物性を測定したところ、破壊強度 1.80 x 10³g
/cm²、ヤング率 3.84 x 10⁶ dyn/cm² を示した。次に、
上記接触媒体を超音波診断装置（アロカ（株）製；SSD-
2000）のプローブと皮膚との間に置き画像診断を行った
ところ、接触媒体を介在せしめない場合に比較し明かに
鮮明な画像（図１）が得られた。

【００１３】 比較例１（特公昭６２−２９８３４２号の記載による） 平均重合度１０００、ケン化度８７％のポリビニルアル
コールの１０％水溶液を厚み１５mmの平板へ流し込み−
３０℃に冷却することにより得られた凍結体を解凍し
た。この凍結解凍操作を８回繰り返して、含水率９０％
のゲルを得た。このゲルについて実施例１に準じて音
速、減衰の測定を行った。その結果、音速は実施例１と
同等の1500 m/sを示したが、減衰が 1.0dB/MHz・cmと約
１０倍高く、超音波診断装置のプローブ用接触媒体とし
ては不十分であった。この接触媒体を用いた超音波診断
画像を図２に示す。

【００１４】 比較例２（特公平１−２８８２４３号の記載による） 平均重合度１５００、ケン価度９５％のポリビニルアル
コールの３％水溶液を８０℃に加熱溶解後、真空加熱撹
拌装置に入れ脱気し、次いで５０℃に放冷した後、−３
０℃に冷却、凍結させた後、室温にまで温め解凍した。
この凍結解凍を９回繰り返し、含水率９７％のゲルを得
た。このゲルを上記実施例１と同様に１２１℃、２０分
間加熱滅菌を行ったところ、溶解してしまい、もとの形
状を保持し得なかった。これに対し実施例１に示したカ
ードランゲルは、１２１℃、２０分間の加熱による変形
は全く認められず、音響特性にも変化は認められなかっ
た。

【００１５】 比較例３（特公平２−２１２５２号の記載による） アクリルアミドモノマー１５０ｇおよびＮ，Ｎ−メチレ
ンビスアクリルアミド８ｇを含む水溶液１０００mlを調
製し、この液に５％ジメチルアミノプロピオニトリル水
溶液１００mlと１％過硫酸カリウム１００mlを加えて気
泡を含まぬように注意しながらよく混合し、ただちに縦
１０cm, 横１５cm, 深さ１０cmの容器に流し込んで４０
℃、１０時間反応させた。上記により調製されたゲル中
には、未反応のアクリルアミドモノマーが残留し、これ
を超音波診断に用いた場合には、その毒性が懸念され
た。

【００１６】 比較例４（特開昭５５−６３６３６号の記載による） 常温の水１００重量部にエチレンオキサイドとプロピレ
ンオキサイドの共重合比が８０／２０で共重合物の−Ｏ
Ｈとトリレンジイソシアネートの−ＮＣＯの比が２／４
である親水性ポリウレタン８重量部を添加してすばやく
均一に分散した後、直ちにポリプロピレン製容器に注入
しそのまま３０分間放置して、ポリウレタン系含水ゲル
を得た。上記により調製されたゲルは、未反応のエチレ
ンオキサイドが残留した。ガス滅菌にも使用されるエチ
レンオキサイドは近年その残留による毒性の発現が懸念
されており、上記調製ゲルは超音波診断装置のプローブ
用接触媒体としては不適切であると考えられた。

【００１７】実施例２ 上記実施例の水の代りに、等張の塩化ナトリウム水溶液
を用いさらに、カードラン濃度を２から５％に調整して
プローブ用接触媒体を調製した。この様に塩を添加する
ことにより、水の場合に比較して保存中のゲルの劣化防
止が可能となった。また、塩の添加による音響特性の低
下は全く認められず（表１）、上記プローブ用接触媒体
を使用することにより、鮮明な診断画像が得られた。

【００１８】 〔表１〕カードランゲルの音響特性に及ぼす塩の影響 ━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━ 調製液 カードラン 音速 減衰 濃 度 m/s dB/MHz・cm ───────────────────────── 水 2 % 1497 0.06 3 % 1499 0.12 4 % 1501 0.14 5 % 1504 0.16 ───────────────────────── 生理的食塩水 2 % 1508 0.07 3 % 1512 0.08 4 % 1513 0.13 5 % 1519 0.16 ━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━

【００１９】実施例３ カードラン２．７重量部、アルギン酸０．３重量部に９
７重量部の水を加え高速ホモジナイザーで、１３０００
回転、５分間撹拌した。これを真空下で脱気した後、型
に注入し１００℃、１０分間の加熱によりゲル化を行っ
た。冷却し型から取りはずした後、１０％塩化カルシウ
ム溶液に浸しアルギン酸のゲル化を行った。２４時間後
にゲルを取り出して水洗後、高圧加熱滅菌器を用いて１
２１℃、２０分間の加熱を行い完全なゲル化と滅菌を同
時に行った。得られたプローブ用接触媒体を用いて超音
波診断を行ったところ、接触媒体を用いない場合に比較
し、明かに鮮明な画像が得られた。

【００２０】実施例４ カードラン７重量部に下表に示す添加物を３重量部加え
これに９０重量部の水を加え高速ホモジナイザーで１０
０００回転、１０分間撹拌した。これを真空下で脱気し
た後、平板に静注し１００℃、１０分間の加熱によりゲ
ル化を行った。調製されたゲルの目視観察結果と超音波
画像診断の結果について表２に示す。

【００２１】 〔表２〕添加物の添加効果 ━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━ 添加物 目視観察結果 超音波画像 ━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━ テ゛ンフ゜ン 良好 良好 ホ゜リヒ゛ニルアルコール 表面に多少のぬるつき 良好 カラキ゛ナン 良好 良好 メチルセルロース 表面に多少のぬるつき 良好 スルレロク゛ルカン 黄色、良好 良好 ━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━

【００２２】実施例５ ３重量部のカードラン粉末を９７重量部の１５０mM水酸
化ナトリウム溶液に溶解し、真空下で脱気を行った後、
等量の１５０mM塩酸水溶液を静かに上から注ぎ込み４８
時間放置して中和を行った。中和後、ゲルを取り出し生
理食塩水中で洗浄を行いプローブ用接触媒体を得た。こ
のプローブ用接触媒体を用いた超音波診断により、鮮明
な画像が得られることが明かとなった。

【００２３】実施例６ カードラン６重量部に９４重量部の生理的食塩水を加
え、高速ホモジナイザーで１０分間撹拌し、真空下で脱
気した後、１００℃、１０分間の加熱によりゲル化を行
った。冷却して型から取り外した後、生理的食塩水を満
たした容器に入れγ線照射により滅菌を行った。得られ
たプローブ用接触媒体の物性は、破断強度5.23 x 10³g/
cm²、ヤング率 7.23 x 10⁶dyn/cm²であった。このプロ
ーブ用接触媒体を用いて超音波診断を行った結果、これ
を用いない場合に比較し、明かに鮮明な画像が得られ
た。

【００２４】実施例７ カードラン粉末３重量部に９７重量部の下表に示す濃度
の尿素溶液を加え、高速ホモジナイザーで１０分間撹拌
した。上記カードラン分散液を真空下で充分に脱気後、
型に注入し１００℃、１０分間の加熱によりゲル化を行
った。冷却して型から取り出した後、高圧加熱滅菌器で
１２１℃、２０分間の加熱を行い、この操作により完全
なゲル化と滅菌が同時に可能であった。このときのゲル
の破断強度とヤング率を表３に示す。上記接触媒体を超
音波診断装置のプローブと皮膚の間に置き画像診断を行
ったところ、ゲルを介在せしめない場合に比較し明かに
鮮明な画像が得られた。

【００２５】 〔表３〕尿素の添加効果 ━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━ 尿素濃度 破断強度 ヤング率 （mM） （×10³g/cm²） （×10⁶dyn/cm²） ━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━ １０ １．７０ ４．４４ ５０ ２．４９ ４．９７ １００ ２．９８ ４．２０ ５００ １．５０ １．９９ ━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━

【００２６】実施例８ カードラン粉末３．５重量部に９６．５重量部の下表に
示すグルコース・シュクロース水溶液を加え、高速ホモ
ジナイザーで１０分間撹拌した。上記カードラン分散液
を真空下で充分に脱気後、型に注入し１００℃、１０分
間の加熱によりゲル化を行った。冷却して型から取り出
した後、高圧加熱滅菌器で１２１℃、２０分間の加熱を
行い、この操作により完全なゲル化と滅菌が同時に可能
であった。このときのゲルの破断強度とヤング率を表４
に示す。上記接触媒体を超音波診断装置のプローブと皮
膚の間に置き画像診断を行ったところ、ゲルを介在せし
めない場合に比較し明かに鮮明な画像が得られた。

【００２７】 〔表４〕尿素の添加効果 ━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━ 糖水溶液 破断強度 ヤング率 （濃度；mM） （×10³g/cm²） （×10⁶dyn/cm²） ━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━ グルコース （ ７５） ３．４１ ７．１０ グルコース （１５０） ３．１２ ６．５１ シュクロース（ ７５） ２．２４ ５．４８ シュクロース（１５０） ２．６８ ５．５２ ━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━

【００２８】実施例９ カードラン粉末３.５重量部に９６.５重量部の150mM乳
酸ナトリウム水溶液を加え、高速ホモジナイザーで１０
分間撹拌した。上記カードラン分散液を真空下で充分に
脱気後、型に注入し１００℃、１０分間の加熱によりゲ
ル化を行った。冷却して型から取り出した後、高圧加熱
滅菌器で１２１℃、２０分間の加熱を行い、この操作に
より完全なゲル化と滅菌が同時に可能であった。上記接
触媒体を超音波診断装置のプローブと皮膚の間に置き画
像診断を行ったところ、ゲルを介在せしめない場合に比
較し明かに鮮明な画像が得られた。

【００２９】

【発明の効果】本発明の超音波診断装置プローブ用接触
媒体は高含水率のゲルからなり、極めて優れた超音波特
性・機械的強度を持つものである。しかも、天然多糖類
を原料としているために安全性も高く、加えて安価に大
量に供給が可能である。また、通常の加圧滅菌装置が使
用でき無菌化も容易である。また、本発明のプローブ用
接触媒体は、適当な接続部品を用いて超音波診断装置の
プローブに直接固定することが可能であり、その使用性
は従来に比較してはるかに向上するものと考えられる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 超音波診断画像の写真であり、左側は実施例
１で調製したプローブ用接触媒体を用いた場合のヒト頸
部の超音波診断画像で、右側はこれを用いない場合の画
像である。

【図２】 超音波診断画像の写真であり、右側は実施例
１で調製したプローブ用接触媒体を用いた場合のヒト頸
部の超音波診断画像であり、左側は比較例１で調製した
プローブ用接触媒体を用いた場合の画像である。

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 カードランを主成分とするゲルからなる
   ことを特徴とする、超音波診断装置のプローブ用接触媒
   体。
2. 【請求項２】 カードラン濃度が１〜１０％であり、超
   音波伝播の音速 1480m/s〜 1550m/s、減衰率 0.3dB/MHz
   ・cm以下である、請求項１記載の超音波診断装置のプロ
   ーブ用接触媒体。
3. 【請求項３】 無機酸または有機酸のナトリウム塩もし
   くはカリウム塩、塩化ナトリウム、糖、および尿素から
   なる群から選ばれる１種もしくは２種以上を含有するこ
   とを特徴とする、請求項１又は２記載の超音波診断装置
   のプローブ用接触媒体。
4. 【請求項４】 アルギン酸、カラギナン、寒天、グルコ
   マンナン、でんぷん、ヒアルロン酸、スクレログルカ
   ン、シゾフィラン、レンチナン、パラミロン、カロー
   ス、ラミナラン、セルロース、メチルセルロース、エチ
   ルセルロース、ニトロセルロース、およびポリビニルア
   ルコールからなる群から選ばれる少なくとも１種以上の
   高分子物質を含有することを特徴とする請求項１又は２
   記載の超音波診断装置のプローブ用接触媒体。