JPS62298342A - 超音波診断用探触子接触媒質 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 ３、発明の詳細な説明 〈産業上の利用分野〉 本発明は、生体組織へ超音波を照射する場合。

探触子と生体組織間に介在させる、不可欠の接触媒質と
して好適な、透明・粘着性ゲルに関する。

〈従来の技術及び問題点〉 超音波を生体組織へ照射して、密度（ρ）または音響伝
播速度（ｃ）を異にする異種組織間界面からの反射波（
エコー）を検出し、これを電気信号へ変換・増幅後、輝
度変調を経てブラウン管に表示される映像に基づく診断
（すなわち超音波診断）法は、重要な非侵襲的検査とし
て、既に、乳癌。

卵巣癌、子宮筋腫、乳腺症、前立腺癌、肝癌、膵癌、牌
腫、胆癌、肝硬変症、膵炎症、眼球内腫瘍、硝子体出血
、胆石の診断を初め、胎児類計測、胎盤計測、眼軸長計
測、血腫、結節、眼内異物、腹水、血流の検出、更には
、心室、心房、中隔、三尖弁、冠動脈などの観察に広く
利用されている。

この場合の問題点として、超音波発振放射部分（探触子
、プローブ）を生体組織表面へ完全に密着させ難いこと
が挙げられる。即ち、両者の接触面には、しばしば空気
層（気泡）が介在し、この空気の音響インピーダンス（
ρＣ）が４００　ｒａｙｌ（ｋｇｍ−２ｓ−〕、即ち生
体軟組織のｐ　ｃ　（＝１，６００゜０００ｒａｙｌ）
の１／４，０００にすぎないことから、空気と生体組織
界面において超音波の大部分（９９，９％）が反射され
、診断の目的は達成されない（Ｆ。

Ｗ、Ｋｒｅｍｋａｕ　（小林利次訳）；″超音波診断の
原理と演習”　（ｔ９ａｔ）金芳堂）。

この難点を回避する試みには、空気排除材（探触子・生
体組織間密着材）としての水、ひまし油、オリーブ油Ｃ
ｐ　ｃ　＝１，４５０，０００〜ｌ、５００，０００）
などを接触媒体（ｃｏａｐｌｉｎｇ　＋ｍｅｄｉａ、　
ｃｏｎｔａｃｔ　５ｕｒｆａｃｅ）に用いる方式が著名
である。これらの素材のρＣは生体組織の値に近く、従
ってその界面における超音波反射率は１％程度以下と算
出されるが、生体組織が完全平坦でないかぎり、この空
気侵入は避は難い。この場合、探触子を生体組織へ強く
圧迫することも試みられるが、生体組織を自然な形態の
まま診断するのに不都合であり、また、関心術中の心臓
などを圧迫することは、血圧低下、不整脈などを招くた
め避けなければならない。他の試みとして、　ｗａｔｅ
ｒ　ｂａｇ　ｍｅｔｈｏｄ（水嚢法）が周知である。即
ち、脱気水を充填した袋を探触子と生体組織間に介在さ
せる方式であり、水の充填厚みを１０〜２０ｍ＋とじて
も、超音波の水中減衰（吸収）がほとんど無視できるこ
とから、生体孔！ａ（水）と同程度のρＣを具えた袋材
（薄膜）を選択するかぎり、超音波の反射・吸収をほと
んど回避することができる。本漬は１例えば仰臥位また
は座位での乳癌診断等に広く用いられているが、　ｗａ
ｔｅｒｂａｇが不都合な方向へ変形・移動し易い難点が
あり、診断操作時の介助（ナーシングタイム）に手間取
る。この難点を避けるため、水浸法（水槽法、ｗａｔｅ
ｒ　ｂａｔｈ　ｍｅｔｈｏｄ）も採用されている。これ
は水槽中へ、腹臥位下垂乳房と探触子の双方を浸すこと
により、両者間に、確実に水を介在させて、超音波を発
振・照射する方式であるが、顔面（頭部）。

眼球更には術中臓器などへ適用できない。

ｔｉａｔｅｒ　ｂａｇ法、　ｗａｔｅｒ　ｂａｔｈ法の
欠点を回避する目的から、ヒドロゲル（ゼリー）または
粘着性炭化水素ゲルの層状体を介在させる試みもある。

しかし、前者（ゼリー）は破損流下し易く、また後者と
してのシリコーン・ゲル、スチレン−ブタジェン共重合
体・パラフィン膨潤ゲル、アクリル酸重合体・ポリエチ
レングリコール膨潤ゲルなどは、生体組織との界面で１
〜１０％の反射損失を招くうえ、ゲル（厚み１０〜２０
１ｎ）中の減衰（吸収）が激しく、その損失は１〜３ｄ
Ｂａｍ−’（２０〜５０％ａｎ−”）にも達する。寒天
は、９７〜９８％の含水率を具えるため、インピーダン
スが生体組織に類似し、しかも水と同様、ゲル中の減衰
もきわめて少ないが１機械的強度に欠けるため、破損し
易い。

また、この超音波診断用接触媒質は、生体組織面に貼布
されることから、接触媒質自体が透明であることが望ま
れる。即ち、接触媒質が、皮膚面またはＩｌｌ器組織面
の所望位置（範囲）に正しく貼布されているか°否かを
直ちに透視判定するには。

この接触媒質自体が透明であることが望ましい。

しかしながら、従来提案された各種接触媒質には、生体
孔ｍ＜水）と類似のρＣと減衰特性を示し、透明・柔軟
にして、破損し雅く、しかも生体組織への語用に至便な
粘着性と非流動性を具えた、生体に無害な素材は見当ら
ない。

〈発明の目的〉 本発明は、生体組織（水）とほぼ同じインピーダンス（
ρＣ）と、水類似の低減衰（吸収）性を具え、しかも非
流動性の、柔軟で透明・かつ粘着性で、生体に無害な高
含水ゲルであることを、特徴とする超音波診断用接触媒
質を提供する。

〈問題点を解決するための手段〉 本発明によれば、けん化度９５モル％未満、７５モル％
以上、平均重合度１，０００以上のポリビニルアルコー
ルを含み、且つ、該ポリビニルアルコールの濃度が７％
１ｔ％を越え、３０νｔ％以下の水溶液を、成形用鋳型
へ注人後、これを−１０℃以下の温度に冷却・同化・成
形し、次に、これを解凍する一連の凍結・解凍操作を施
して累積凍結回数を３〜１０とすることにより得られる
透明・粘着性、非流動性の高含水ゲルであることを特徴
とする超音波診断用探触子（プローブ）接触媒質が得ら
れる。

以下、本発明を更に詳細に説明する。

本発明では超音波診断用接触媒質を、以下に詳述する特
定外法による高含水ゲルを用いて製作する。

本発明に用いるポリビニルアルコールは、そのけん化度
が９５モル％未満、７５モル％以上、好ましくは８０〜
９３モル％を要する。また、ポリビニルアルコールの重
合度は１，０００以上を要する。

本発明では、まず、前述のポリビニルアルコールを含む
水溶液を調合する。ポリビニルアルコールの濃度として
は、７ｗｔ％を超え３０ｗｔ％以下、好ましくは９〜２
５ｖｔ％とする。

本発明においては、上記ポリビニルアルコール水溶液を
、平板または曲板成形用鋳型へ注入し、冷却・凍結後、
これを解凍する。この凍結・解凍の一連の操作を反復し
、累積凍結回数を３〜１０とすることにより、本発明に
供しうる高含水ゲルを得ることができる。累積凍結回数
を高めるとともに、得られる高含水ゲルの流動性が低下
し、硬度が向上するが、累積凍結回数１１以降は、その
効果がほぼ消失することから、上述の３〜１０が経済的
である。

前記成形用鋳型としては、例えば４０Ｘ４０＋ｍ。

７０Ｘ７０ｗｎ＋、５０Ｘ５０ｍｍの平板、あるいは直
径４０ｍｍの円板１曲板などが得られることの他に特に
制約はないが、臨床使用の実情に応じ、適宜厚み（均一
度または厚みの分布）寸法、形状１１曲率半径などを選
択できる。現行のチタン酸バリウムまたは水晶振動子が
直径１０〜３６ｎ＊であることを考慮するならば１寸度
としては、直径（または１辺）１５ｍｍ以上の円板（ま
たは正方形、長方形）が望ましい、開胸手術中の心臓、
開腹時の肝臓、腎臓などを診断対象とする場合、あらか
じめ。

これらの形状を考慮して、前記鋳型を製作することによ
り、所望形状の成形品が得られるが、広い面積を有する
成形品を得た後、不要部分を裁断し。

所望形状に合致させることもできる。

本発明においては、高含水ゲル板を探触子と生体組織間
に介在させるが、操作の便宜上、あらかじめ高含水ゲル
板を探触子周縁部へ接着して用いることもできる。

本発明の高含水ゲル板は、前述の処決により製作後、こ
れを生理食塩水へ浸漬することにより、ゲル内水分を生
理食塩水に置換することができるほか、あらかじめ、ポ
リビニルアルコール粉末を生理食塩水に溶解せしめるこ
とにより、生理食塩水を多量含有するヒドロゲルとする
ことも差支えない。

本発明の高含水ゲルの滅菌に関しては、ゲルをクロルヘ
キシジン水溶液等の殺菌剤に浸漬後、滅菌済み生理食塩
水により洗浄できる他、上述の殺菌剤浸漬操作を省略し
て、最終的に包装・密封後。

γ線照射による滅菌を施すこともできる。

〈発明の効果〉 本発明の超音波診断用接触媒質は、必要に応じ、診断現
場において所望形状に容易に裁断できる。

また周知の接触媒質に比し、含水率の点において遥かに
勝り、含水率７０％以上、８０〜９３％に達することか
ら、インピーダンス（ρＣ）が水（または生体組織）に
きわめて近く、従って、生体組織との接触界面における
超音波の反射率（損失）を０．５〜１％以下にとどめる
ことができる。

即ち、含水率７０〜９３％の全領域にわたり、ｐｃは１
，４５０，０００−〜１，７００，０００　ｒａｙｌ　
、つまり生体軟組織の１，６００，０００−１，７００
，０００　ｒａｙｌにほとんど整合しており１反射損失
は上記のとおり、事実上無視されうる。これは、従来提
案された接触媒体としてのグリセリンＣｐ　ｃ　〜２，
４００，０００）、流動パラフィン（ｐ　ｃ　〜１，０
００，０００〜１，３００，０００）、オリーブ油Ｃｐ
　ｃ　〜１，３１０，０００）　、シリコーン・ゴム（
ｐ　ｃ　＝　１，１００，０００”ｌ、２００，０００
）　、ブタジェン−アクリロニトリルゴム（ｐｃ　〜２
，１００，０００）のいずれと比較しても、生体組織に
近いインピーダンスを示し１本発明素材の大きな利点と
言える。

本発明の接触媒質（ゲル）は、例えば１０〜３０　ｎｖ
ｎの厚みとして用いる場合にも、ゲル内における超音波
減衰がきわめて少ない。その減少率（１〜１　、５　ｄ
　Ｂａｎ−’、　２０〜２８％ａｍ−１，５Ｍ　Ｈｚ　
）は、従来提案された接触媒質としてのブタジェン−ア
クリロニトリルゴム（７０ｄ　ＢＣＩｌｌ−’、９９．
９％ａ＋１−’）、天然ゴム（１５５ｄＢａｎ−’、９
９．９％ｃｍ−’）、ひまし油（３〜１５　ｄ　Ｂｃｍ
−’、５０〜９７％Ｃｌ１ｌ−’）、オリーブ油（８，
３ｄＢａｎ−’、８５％ａｌ−’）、グリセリン（６ｄ
　Ｂａｍ−１，７５％ｃｍ−’）のいずれよりも、遥か
に低い。

本発明の接触媒質は、多量の水分を含むにかかわらず、
非流動性であるため、板状（層状）のまま長期保存でき
るほか、柔軟性に富み、小腸平滑筋相当（以下）の動的
弾性率（Ｅ′）を有することから、各種生体組織の形状
に応じて密着（自在変形密着）可能である。

本発明の接触媒質は、前述のとおり、単にポリビニルア
ルコール水溶液に、低温領域の熱履歴を与えることによ
り容易に得られ、生体組織に有害な酸、アルカリ、その
他の化学試薬、架橋試薬などを全く用いない。したがっ
て、製品から有害物を除くための多大の労力を要せず、
しかも、心臓。

肝臓、腎臓等の生体組織に直接長時間接しても。

細胞浸潤、炎症などの異物反応を惹起しない。

本発明の接触媒質は、前述のとおり非流動性で、長時間
の反復使用に耐えるが、製法が単純であることから、量
産によるコスト低下に適しており。

手術室１診断室（検診室）における細菌、真菌による汚
染回避の観点から、″使い捨て方式°′に最も適してい
る。

本発明の接触媒質は、無色透明であることから。

皮ｆＪ（体表）面または臓器などの生体組織面に貼布後
、貼布面を透視することができ、したがって。

接触媒質貼布部位、即ち、超音波照射（予定）部位を正
しく知ることが容易である。

また、本発明の接触媒質は粘着性に富むことから、生体
組織に貼布された接触媒質は、故意に剥離させないがき
り脱落しない。

〈実施例〉 以下、本発明を実施例につき説明する。なお、％は重量
基準である。

実施例１ 平均重合度１，０００．けん化度８７％のポリビニルア
ルコールの１０％水溶液を、厚み１８ｍｎのガラス製ス
リット（２０Ｘ５■）へ流し込み、このスリットを一３
０℃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
粘着性透明ゲルを得た。この平板を裁断（四等分）　し
、５Ｘ５ａ＋＋の断片を得た。これらに、２．５ＭＲａ
ｄのγ線照射滅菌を施したが、ゲルの透明度（可視光透
過率９７％（１＋ｍ＋））、柔軟性、粘着性に支障をき
たさなかった。これらを滅菌済みガラスびんへ、無菌操
作のもとに１枚ずつ収め、密栓した。

このうちの１枚をブイヨン培地へ移し、７日間３７℃で
培養を試みたが、微生物は検出されなかった。

他の１枚につき、比重（密度）を測定した処、２７℃に
おいて１．０３を得た。更に、これにつき、水中におい
て超音波全反射角を測定する手法（日本超音波医学会編
；パ超音波医学”　ｐ、１８０（１９７３）医学書院）
を用いて伝播速度を求め、水の場合に近い値、　１，５
００ｍ　ｓ−’を得た。したがって。

そのρｃは１，５５０，０００　ｒａｙｌ、即ち水（ｐ
　Ｃ：＝　１，５００゜０００）　、生体組織（ｐ　ｃ
　＝　１，６００，０００）にきわめて近く、反射損失
がほとんど無いことを知った。次に、放射圧に基づく超
音波出力計測法（日本超音波医学会編；“超音波医学′
″Ｐ、６ｇ　（１０７３）医学書院）により、このゲル
ｌａｗあたりの吸収係数が１ｄ　Ｂａｏ−’　（５ＭＨ
ｚ）と求められ、減衰率として約２０％ｃｍ−”程度に
すぎないことを知った。

このゲル板の動的弾性率（Ｅ′）を測定したところ０．
ＯＩＸｌＸ１０５Ｎ”であり、小腸平滑筋（０、２Ｘ　
１０’Ｎｍ−”）等に比し柔軟で、体表面または開胸、
開腹時の詣臓器のいずれの表面にも密着適合しうるに足
る自在変形性を示した。一方、このゲル板を、密閉容器
内に３力月放置したが、容器底面に密着したまま、厚み
１８ｎ＋ｍの形状が維持されており、流動・分散する懸
念のないことを確かめた。

このゲル板から１８Ｘ２０Ｘ２０ｍｍの断片を切取り、
ウサギの背皮下に１年間留置後、摘出したが、細胞浸潤
、炎症などの異物反応は検出されなかった。同じ＜０．
３Ｘ３０Ｘ３０ｎｎの断片を、イヌの心膜と心外膜間に
１年間留置したが異物反応は認められなかった。

比１咬例１ 既に提案されている接触媒質５種につき、実施例１に準
じ、密度ρ（ｋｇｍ−’）　、音響伝播速度Ｃ（ｍｓ−
”］、イインビーダンスルｃ　（ｒａｙｌ、　ｋｇｍ−
”５−１３、減衰係数ａ　’　（ｄ　Ｂ　ａａ−’）を
測定し、生体組織（ｐｃ　＝　１，６００，０００）と
の界面における反射率Ｒ〔％〕及び接触媒質１ａ１１あ
たりの減衰（吸収）率Ａ〔％ａｎ−’）を求めた。

グリセリン（ρ＝１２６０．　ｃ　＝１９２０．　ｐ　
ｃ　＝２，４１９゜０００、Ｒ＝４．α’　〜６．Ａ＝
７５）　、流動パラフィン（ｐ　＝８３５．　ｃ　＝１
４２０．　ｐ　ｃ　〜１，１８６，０００．　Ｒ〜３、
α’　〜５．Ａ＝６８）、シリコーン油（ρ＝９６０、
ｃ＝９８５．ρｃ＝９４５，６００．Ｒ＝６．　ａ’　
〜１゜Ａ＝２０）はいずれも反射率が３％を超え、生体
組織のρＣとの類似性に薙があうた。オリーブ油−（ｐ
　：＝９０４．　ｃ　＝１４５０．　ｐ　ｃ　〜１，３
１１，０００．　Ｒ＝　１　。

α’　〜５．３．Ａ＝８５）の反射率は低いが、減衰が
激しく、不適当であった。ひまし油（ρ＝９６０゜ｃ　
＝１５００．ｐｃ　＝１４７０．　Ｒ＝０．２．　ａ’
　＝　１０　、　Ａ＝９０）は、反射回避に問題はない
ものの、減衰がきわめて著しく、やはり不適当であった
。

以上すべてが、流動性を示し、顔面、頚、項。

腰腹、背狭細部、腰、股、上腹、下腹などの、必ずしも
平坦でない生体組織表面、さらには開胸、開腹時の心臓
、肝臓などの表面に貼布（塗布）して探触子を密着させ
るには不都合であった。

実施例２ 平均重合度１，２００．けん化度８６．５％のポリビニ
ルアルコールの１５％水溶液を、厚み８ｍのガラス製ス
リット（１０Ｘ５ｃｍ）へ流し込み、１０回の凍結・解
凍を施して得た成形板を裁断し、５×５０の断片とした
。この１枚につき、実施例１に準じてρｓａｗ　ρＱｅ
Ｒ９α′、Ａを求めた。

反射率（Ｒ）は０．３５％にすぎず、また、減衰率も２
５％ａ＋１−”と詐出された。即ち、反射損失の点に全
く問題無く、減衰率も、オリーブ油（８５％ａｍ−１）
、グリセリン（７５％ｃｎ−’）、流動パラフィン（６
８％■′″１）、ひまし油（９０％■−゛）に比し、遥
かに低い。

次に、上記断片の動的弾性率（Ｅ′）を測定したところ
、Ｏ、ＯＯ５Ｘ　１０’Ｎｍ−”、即ち平滑筋よりも更
に柔軟で、自在変形性に富むことを知った。この断片を
ポリエチレン製袋に収めて、γ線滅菌（５、ＯＭｒａｄ
）を施し、３力月後に開封したが、厚み８ＩＩｎの形状
が維持されており、流動分散しないことが確かめられた
。

また、上記断片の可視光線透過率は９７％（１ｍ）であ
り、通常市販のソフトコンタクトレンズに匹敵する透明
性を示した。

なお、上記断片を、起坐位の胸部、前屈位の背部、頚部
前屈位の頂部、頚部過伸張位の咽喉部などにそれぞれ貼
布しても、少なくとも３０分以上脱落しないことを確か
めた。

比較例２ 軟質材料として著名なシリコーン・ゴム、天然ゴム、ブ
タジェン−アクリロニトリルゴムの３種につき、超音波
特性を測定したが、シリコーンゴムＣｐ　ｃ　〜１，１
００，０００．　Ｒ＝　４　）とブタジェン−アクリロ
ニトリルゴム（ｐ　Ｃ＝２，１６０．０００１　Ｒ＝２
）では反射率が２％以上に達し、天然ゴム（ρＣ＝１，
５００，０００．　Ｒ＝０．２）では反射率は問題ない
ものの、減衰がききわめて激しいこと（Ａ＝９９．９％
ｃｍ１）を知った。

また、これら３種のゴムは、すべて動的弾性率（Ｅ′）
が５　Ｘ　Ｉ　Ｏ’Ｎｍ−”以上にも達し、その硬さは
生体軟組織（Ｅ’　〜０．０５〜１　（１０’Ｎｍ−２
））を超え、軟骨と同等以上であった。

また、これら３種のゴムは全て不透明であり、厚されず
か１ｍの膜においても、皮膚に貼布後、これを透視する
ことは不可能であった。

比較例３ 心臓を強く圧迫することなく、心臓の拍動に追随・密若
しうる接触媒質として、提案されている２種の炭化水素
ゲルの超音波特性を２５℃、６ＭＨｚにおいて測定した
。

シリコーンゲル（１）　＝９７０．　ｃ　＝１０５０．
　ｐ　ｃ　〜１．０００，０００．反射率５％、α’＝
２．７ｄＢ■′″１゜ＥｉＡ　衰率４５％ｃｍ−’）、
パラフィンゲル（スチレニノーブタジェン・ゴムの流動
パラフィン含浸ゲル）（ｐ　＝８７０．　ｃ　＝１４６
０．　ｐ　ｃ　〜１，２７０，０００．反射率１％、　
ａ’　＝７．３　ｄ　Ｂａ＋＋−”、減衰率８２％ａｎ
−１）は反射損失または減衰のいずれかに難があり、ま
た、粘着性には一応問題ないものの、透明性に鑓があり
（可視光線透過率４０〜８０％（１ｎｎ＋））一本発明
の接触媒質（反射損失１％以下、減衰率３Ｑ％ｄｌｌ−
”、可視光線透過率９７％（１ｍｍ））のほうが優れる
ことが自明である。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. けん化度９５モル％未満、７５モル％以上、平均重合度
   １，０００以上のポリビニルアルコールを含み、且つ、
   該ポリビニルアルコールの濃度が７ｗｔ％を越え、３０
   ｗｔ％以下の水溶液を、成形用鋳型へ注入後、これを−
   １０℃以下の温度に冷却・固化（凍結）し、次に、これ
   を解凍する一連の凍結・解凍操作を施し、累積凍結回数
   を３〜１０とすることにより得られる透明・粘着性、非
   流動性の高含水ゲルであることを特徴とする超音波診断
   用探触子接触媒質。