超音波探触子、および超音波探触子を用いた超音波診断装置
【課題】摩耗や変形が少なく長期間使用可能な音響レンズを備えた超音波探触子、および該超音波探触子を用いた超音波診断装置を提供する。
【解決手段】被検体表面に接触させ、該音響レンズによって送信する超音波を所定の距離に収束させる音響レンズを備えた超音波探触子であって、音響レンズは、曲げ弾性率が５００ＭＰａ以上、１３００ＭＰａ以下で、かつ音波の伝播速度が１３００ｍ／ｓｅｃ以上、２２００ｍ／ｓｅｃ以下の樹脂材料から成ることを特徴とする超音波探触子。
【解決手段】被検体表面に接触させ、該音響レンズによって送信する超音波を所定の距離に収束させる音響レンズを備えた超音波探触子であって、音響レンズは、曲げ弾性率が５００ＭＰａ以上、１３００ＭＰａ以下で、かつ音波の伝播速度が１３００ｍ／ｓｅｃ以上、２２００ｍ／ｓｅｃ以下の樹脂材料から成ることを特徴とする超音波探触子。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、超音波探触子、および超音波探触子を用いた超音波診断装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
超音波画像診断用の超音波探触子（「超音波探触子」ともいう。）は、患者身体内へ超音波を放射し、身体内からの反射波を受波するためのものであり、通常、多数の圧電素子を１列に配列し、放射・受波面側に音響整合層、音響レンズなどを設けて構成されている。当該超音波探触子を使用する際には、放射・受波面を被検体表面、すなわち、身体（皮膚）表面に接触させて使用されるが、接触させたときに、わずかに発生する隙間に存在する空気の影響を除去するため、ゼリー状の物質を体表に塗り、そのゼリー状物質を介して超音波の送受波をすることが一般的である。そのため、使用後にはゼリーをふき取る作業が必要となるが、そのふき取り作業で音響レンズ面が徐々に磨耗し、フォーカス位置が当初の設計から合わなくなってくる。本来なら、磨耗し、ある限界を超えたら交換しなければならないが、その限界を超えた状態で診断行為を行うと、重要な疾患を見逃す可能性も出てくるという問題を生じる。
【０００３】
従来の超音波探触子では、摩耗しやすいシリコンゴムから成る音響レンズ面が凸面形状の音響レンズが用いられてきた。このような音響レンズが磨耗すると、その厚さは初期状態より薄くなるとともに音響レンズ面の曲率半径が大きくなる。すなわち、フォーカス距離が長くなってしまう。すると、音響レンズとしての性能の劣化が生じるとともに、安全面でも問題が惹起される。
【０００４】
音響レンズとしての性能の劣化については、フォーカス距離が長くなるというレンズ特性の変化により、放射される超音波ビームの特性に悪影響があり、超音波断層像などの画像の画質が劣化し、診断能力の低下がもたらされてしまう。
【０００５】
安全面では、次のような問題が生じる。
【０００６】
第１に、圧電素子より発生した超音波は音響レンズを通って身体内に放射されるが、音響レンズ内での超音波の減衰量は比較的大きい。音響レンズが薄くなると、その減衰量が小さくなるため、初期状態よりも大きな音響出力が身体内に放射される。
【０００７】
第２に、音響レンズの皮膚に接する表面温度が高くなる問題を生じる。超音波を放射する振動子は、診断装置本体から供給される電気エネルギーを音響エネルギーに変換するものであるが、その変換効率は１００％ではなく、一部は音響エネルギーとはならずに熱となる。このため、振動子は一種の熱源となっており、実際、音響レンズの表面でもその熱を感じることができる。そのため、皮膚が熱による障害を受けないよう、超音波探触子の表面温度についての規格にその上限が定められている。圧電素子の上に設けられた音響レンズの厚さが薄くなると、音響レンズ表面と熱源である圧電素子との距離が近くなって、音響レンズ表面の温度が規格を超えて高くなり、皮膚に損傷を与えるおそれが生じる。
【０００８】
このような問題に対する改善策として、音響レンズの下層に音響レンズとは異なる色の色違い部を設け、音響レンズが摩耗すると色違い部が露出し、超音波探触子の使用者が気づくように構成した超音波探触子が開示されている（例えば、特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００９】
【特許文献１】特許第４２２２０５０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
しかしながら、特許文献１に開示されている方法は、音響レンズの耐摩耗性を改善するものではなく、使用者は音響レンズの摩耗に気づく毎に超音波探触子を交換する必要があった。従来の超音波探触子では、およそ４００回〜５００回程度診断する毎に超音波探触子を交換する必要があり、使用者には大変な負担になっていた。
【００１１】
本発明は、上記課題に鑑みてなされたものであって、摩耗や変形が少なく長期間使用可能な音響レンズを備えた超音波探触子、および該超音波探触子を用いた超音波診断装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
本発明に係る上記課題は、以下の手段により解決される。
【００１３】
１．被検体表面に接触させる音響レンズを備え、該音響レンズによって送信する超音波を所定の距離に収束させる超音波探触子であって、
前記音響レンズは、
曲げ弾性率が５００ＭＰａ以上、１３００ＭＰａ以下で、かつ音波の伝播速度が１３００ｍ／ｓｅｃ以上、２２００ｍ／ｓｅｃ以下の樹脂材料から成ることを特徴とする超音波探触子。
【００１４】
２．前記樹脂材料は、
４−メチル−１−ペンテンと、モノマー分子の総炭素数が１２以上１８以下であるα−オレフィンから選ばれる化合物のうち１種、もしくは２種との共重合体であることを特徴とする前記１に記載の超音波探触子。
【００１５】
３．超音波を被検体に向けて送信し、該被検体からの反射波を受信する超音波探触子を有し、該超音波探触子の受信した反射波に応じて画像を生成する超音波診断装置において、
前記超音波探触子は、
前記１または２に記載の超音波探触子であることを特徴とする超音波診断装置。
【発明の効果】
【００１６】
本発明によれば、音響レンズは、曲げ弾性率が５００ＭＰａ以上、１３００ＭＰａ以下で、かつ音波の伝播速度が１３００ｍ／ｓｅｃ以上、２２００ｍ／ｓｅｃ以下の樹脂材料から形成される。このことにより、摩耗や変形が少なく長期間使用可能な音響レンズを備えた超音波探触子、および該超音波探触子を用いた超音波診断装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】超音波診断装置１００の外観構成を示す図である。
【図２】超音波診断装置１００の電気的な構成を示すブロック図である。
【図３】実施形態の超音波探触子のヘッド部の構成を示す断面図である。
【図４】実施例の音響レンズの斜視図である。
【図５】比較例の音響レンズの斜視図である。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
以下、本発明に係る実施の一形態を図面に基づいて説明するが、本発明は該実施の形態に限られない。なお、各図において同一の符号を付した構成は、同一の構成であることを示し、その説明を省略する。
【００１９】
（超音波診断装置および超音波探触子の各構成および動作）
図１は、実施形態における超音波診断装置の外観構成を示す図である。図２は、実施形態における超音波診断装置の電気的な構成を示すブロック図である。
【００２０】
超音波診断装置１００は、図略の生体等の被検体に対して超音波（超音波信号）を送信し、受信した被検体で反射した超音波の反射波（エコー、超音波信号）から被検体内の内部状態を超音波画像として画像化し、表示部４５に表示する。
【００２１】
超音波探触子１は、音響レンズ７を介して被検体に対して超音波（超音波信号）を送信し、被検体で反射した超音波の反射波を受信する。超音波探触子１は、図２に示すように、ケーブル３３を介して超音波診断装置本体３１と接続されており、送信回路４２、受信回路４３と電気的に接続されている。
【００２２】
送信回路４２は、制御部４６の指令により、超音波探触子１へケーブル３３を介して電気信号を送信し、超音波探触子１から被検体に対して超音波を送信させる。
【００２３】
受信回路４３は、制御部４６の指令により、超音波探触子１からケーブル３３を介して、被検体内からの超音波の反射波に応じた電気信号を受信する。
【００２４】
画像処理部４４は、制御部４６の指令により、受信回路４３が受信した電気信号に基づいて被検体内の内部状態を超音波画像として画像化する。
【００２５】
表示部４５は、液晶パネルなどから成り、制御部４６の指令により、画像処理部４４が画像化した超音波画像を表示する。
【００２６】
操作入力部４１は、スイッチやキーボードなどから構成され、ユーザが診断開始を指示するコマンドや被検体の個人情報等のデータを入力するために設けられている。
【００２７】
制御部４６は、ＣＰＵ、メモリなどから構成され、操作入力部４１の入力に基づいてプログラムされた手順により超音波診断装置１００各部の制御を行う。
【００２８】
図３は、実施形態の超音波探触子のヘッド部の構成を示す断面図、図４は、実施形態の音響レンズ７の斜視図である。
【００２９】
本実施形態では、送信用圧電素子と受信用圧電素子とを別体とし、超音波の送信時と受信時における動作を分離したアレイ型超音波探触子に本発明を適用した例を説明するが、特に限定されるものではなく単一の圧電素子で送受信を行うシングル型超音波探触子にも適用できる。
【００３０】
以降の説明では図中のＸ、Ｙ、Ｚで示す座標軸に基づいて説明する。Ｘ方向はエレベーション方向（ダイシングを行う方向）であり、Ｚ軸正方向は超音波を送信する方向である。また、Ｚ軸方向は積層方向である。
【００３１】
図３に示す超音波探触子１は、バッキング材５の上に第４電極１５、送信素子層２、第３電極１４、中間層１３、第２電極１０、受信素子層３、第１電極９、整合層６、音響レンズ７の順に積層されている。
【００３２】
（音響レンズ）
音響レンズ７は、送信素子層２が送信する超音波を所定の距離に収束させる。
【００３３】
音響レンズ７を形成する材料に曲げ弾性率と音波の伝播速度（以下、音速ともいう）が所定範囲内の材料を用いることにより、音響レンズ面に付着したゼリーをふき取る際の音響レンズ面の磨耗や変形を低減できるので、超音波探触子１を長期間使用することができる。具体的には、曲げ弾性率が５００ＭＰａ以上、１３００ＭＰａ以下、で、かつ音波の伝播速度が１３００ｍ／ｓｅｃ以上、２２００ｍ／ｓｅｃ以下の範囲の樹脂材料を成型して音響レンズ７を形成することが好ましい。曲げ弾性率が５００ＭＰａ未満、または音速が１３００ｍ／ｓｅｃ未満の樹脂材料は繰り返しゼリーをふき取ると音響レンズ面が変形するおそれがある。また、曲げ弾性率が１３００ＭＰａ、または音速が２２００ｍ／ｓｅｃを越える樹脂材料は傷が付きやすく、繰り返しゼリーをふき取ると音響レンズ面が摩耗するおそれがある。
【００３４】
より好ましくは、曲げ弾性率が６００ＭＰａ以上、１０００ＭＰａ以下の範囲の樹脂材料を成型して音響レンズ７を形成すると、磨耗や変形をさらに低減することができる。
【００３５】
また、音響レンズ７に用いる樹脂材料は、生体の音響インピーダンス（１．４〜１．６Ｐａ・ｓ・ｍ−１）に近く、送受信する超音波の周波数での減衰率が少ないことが望ましい。
【００３６】
以上に述べた曲げ弾性率、音響インピーダンス、減衰率の条件を満たす樹脂材料として、４−メチル−１−ペンテンと、モノマー分子の総炭素数が１２以上１８以下であるα−オレフィンから選ばれる化合物のうち１種、もしくは２種との共重合体を用いることができる。これらの共重合体の音響インピーダンスは、人体の音響インピーダンスに近い１．８Ｐａ・ｓ・ｍ−１程度であり、音速は人体に近い１９００〜２２００ｍ／ｓ程度である。
【００３７】
本発明に係る共重合体を構成するモノマー分子の総炭素数が１２以上１８以下であるα−オレフィンは、特に限定されるものではないが、以下に列記するα−オレフィンを用いることが好ましい。例えば、１−ドデセン、１−トリデセン、１−テトラデセン、１−ペンタデセン、１−ヘキサデセン、１−ヘプタデセン、１−オクタデセン、２−エチルヘキシル−１−デセン、１０−メチル−１−ウンデセン、８−エチル−１−デセン、８−エチル−１−ドデセン、８−ブチル−１−ドデセン、８，１１−ジメチル−１−テトラデセンなどが挙げられる。
【００３８】
また、ポリウレタン樹脂なども用いることができる。
【００３９】
これらの共重合体やポリウレタン樹脂のように人体の音速（約１５００ｍ／ｓ）より音速が速い材料で音響レンズ７を形成する場合は、図３、図４に示すように、音響レンズ７の超音波を送信する側の面を凹面形状にする。すると、凹面形状の音響レンズ面７ａの中央の厚みの薄い部分を通過する超音波は、厚みの厚い部分より遅くなり、音響レンズ７を通過した超音波を所定の距離に収束させることができる。
【００４０】
また、これらの共重合体の超音波の減衰率はシリコン樹脂など他の材質と比べて低く、高次高調波の伝搬損失が少ない。例えば、周波数１５ＭＨｚでの減衰率は−１５．０ｄＢ／ｍｍ程度である。そのためアレイ型超音波探触子を用いて、１０ＭＨｚ以上の高調波信号を利用する場合も高感度で受信することができる。
【００４１】
さらに、これらの共重合体やポリウレタン樹脂はガスや液体を透過しにくいので、超音波探触子１の被検体と接する側の面から消毒用ガス、または液体が侵入して、受信素子層３や送信素子層２の特性が劣化するのを防止することができる。
【００４２】
以降、積層順に各構成要素を説明する。
【００４３】
（送信素子層）
送信素子層２は、ジルコン酸チタン酸鉛などの圧電材料から成る圧電素子であり、互いに厚み方向に対向する両面にそれぞれ第３電極１４、第４電極１５を備えている。送信素子層２の厚みは３２０μｍ程度である。
【００４４】
第３電極１４、第４電極１５は、図示せぬコネクタによりケーブル３３と接続され、ケーブル３３を介して送信回路４２と接続する。第３電極１４、第４電極１５に電気信号を入力すると圧電素子が振動し、送信素子層２からＺ軸正方向に超音波を送信するように構成されている。
【００４５】
第３電極１４、第４電極１５は、金、銀、アルミなどの金属材料を用いて、送信素子層２の両面に蒸着法やフォトリソグラフィー法を用いて成膜する。
【００４６】
（中間層）
中間層１３は、受信素子層３が被検体で反射した超音波の反射波を受信して振動した際に、送信素子層２が共振して振動しないように受信素子層３の振動を吸収するために設けられている。
【００４７】
このような中間層１３は、樹脂材料を成型して形成することができる。中間層１３に用いる樹脂材料としては、例えばポリビニルブチラール、ポリオレフィン、ポリアクリレート、ポリイミド、ポリアミド、ポリエステル、ポリスルホン、エポキシ、オキセタン、などを用いることができる。
【００４８】
中間層１３の厚みは、求める感度や周波数特性により選択されるが、例えば１８０〜１９０μｍ程度である。
【００４９】
なお、求める感度や周波数特性によっては中間層１３を省略することもできる。
【００５０】
（受信素子層）
受信素子層３は、有機圧電材料から成る複数の圧電素子から構成されている。
【００５１】
受信素子層３に用いる有機圧電材料として、例えば、フッ化ビニリデンの重合体を用いることができる。また例えば、有機圧電材料は、フッ化ビニリデン（ＶＤＦ）系コポリマを用いることができる。このフッ化ビニリデン系コポリマは、フッ化ビニリデンと他の単量体との共重合体（コポリマ）であり、他の単量体としては、３フッ化エチレン（ＴｒＦＥ）、テトラフルオロエチレ（ＴｅＦＥ）、パーフルオロアルキルビニルエーテル（ＰＦＡ）、パーフルオロアルコキシエチレン（ＰＡＥ）およびパーフルオロヘキサエチレン等を用いることができる。
【００５２】
一般に、ジルコン酸チタン酸鉛などの圧電材料から成る圧電素子は、基本波の周波数に対する２倍程度の周波数帯域の超音波しか受信することができないが、有機圧電材料の圧電素子は、基本波の周波数に対する例えば４〜５倍程度の周波数帯域の超音波を受信することができ、受信周波数帯域の広帯域化に適している。このような超音波を広い周波数に亘って受信可能な特性を持つ有機圧電素子によって超音波信号が受信されるので、本実施形態における超音波探触子１および超音波診断装置１００は、比較的簡単な構造で周波数帯域を広帯域にすることができる。
【００５３】
受信素子層３の厚さｔは、受信すべき超音波の周波数や有機圧電材料の種類等によって適宜に設定される。受信すべき超音波の波長をλとすると、受信素子層３の厚さｔがｔ＝λ／４のとき最も受信素子層３の受信効率が良い。
【００５４】
このような受信素子層３は、有機圧電材料の溶液から流延して所定の厚さの膜を作製し、加熱して結晶化を行った後、所定の大きさのシート状に成型して作製する。
【００５５】
受信素子層３の厚み方向（Ｚ軸方向）に互いに対向する両面には、それぞれ第１電極９、第２電極１０が形成されている。
【００５６】
第１電極９、第２電極１０は、ケーブル３３を介して受信回路４３と接続する。
【００５７】
受信素子層３が被検体で反射した超音波の反射波を受信して振動すると、反射波に応じて圧電素子に第１電極９、第２電極１０の間に電気信号が発生する。第１電極９、第２電極１０の間に発生した電気信号は、ケーブル３３を介して受信回路４３で受信され、画像処理部４４で画像化される。
【００５８】
（整合層）
整合層６は、被検体の一つである人体と受信素子層３の音響インピーダンスの中間の音響インピーダンスを有し、音響インピーダンスの整合を図る。整合層６は、例えば、樹脂材料を成型して形成することができる。
【００５９】
整合層６に用いる材料は、音響インピーダンスが１．７〜１．８程度で、音速が人体に近い１３００ｍ／ｓｅｃ以上、２２００ｍ／ｓｅｃ以下の材料を用いることが好ましい。例えば、ポリメチルペンテンなどを用いることができる。
【００６０】
バッキング材５の上に、これまでに説明した第３電極１４と第４電極１５とが形成された送信素子層２、中間層１３、第１電極９と第２電極１０とが形成された受信素子層３、整合層６の順に、接着剤により接着して図３のように積層する。積層後、整合層６から超音波放射方向と反対の方向に向かってダイシングを行い、バッキング材５と第４電極１５の接着層からさらにＺ軸負方向に１００μｍの深さまでダイシングを行う。ダイシングによりできた溝部に、シリコン樹脂などから成る充填剤を充填した後、最上層に音響レンズ７を接着する。
【実施例】
【００６１】
以下、実施例を挙げて本発明を説明するが、本発明はこれらに限定されない。
【００６２】
以降に説明する曲げ弾性率は、すべてＡＳＴＭ Ｄ７９０に準拠して測定した値である。
【００６３】
［実施例１〜６］
（音響レンズの作製）
４−メチル−１−ペンテンと１−ドデセン、１−テトラデセンとを質量比を複数種変えて重合した４−メチル−１−ペンテン・１−ドデセン・１−テトラデセン共重合体の曲げ弾性率と音速をそれぞれ測定し、実施例１の曲げ弾性率５００ＭＰａ、音速１９６０ｍ／ｓｅｃの樹脂材料Ａ、実施例２の曲げ弾性率６００ＭＰａ、音速２０５３ｍ／ｓｅｃの樹脂材料Ｂを得た。
【００６４】
同様に、４−メチル−１−ペンテンと１−ヘキサデセン、１−オクタデセンとを質量比を複数種変えて重合した４−メチル−１−ペンテン・１−ヘキサデセン・１−オクタデセン共重合体の曲げ弾性率をそれぞれ測定し、実施例３の曲げ弾性率８００ＭＰａ、音速２０９８ｍ／ｓｅｃの樹脂材料Ｃ、実施例４の曲げ弾性率１０００ＭＰａ、音速２１２７ｍ／ｓｅｃの樹脂材料Ｄ、実施例５の曲げ弾性率１３００ＭＰａ、音速２１４８ｍ／ｓｅｃの樹脂材料Ｅを得た。また、実施例６の樹脂材料Ｆは、曲げ弾性率１２７０ＭＰａ、音速１６２０ｍ／ｓｅｃのポリウレタン樹脂とした。
【００６５】
金型を用いて射出成型を行い、樹脂材料Ａ〜Ｆから成る図４に示すような凹面形状の音響レンズ面７ａを有する音響レンズ７を作製した。音響レンズ７のＸ方向の長さ１０ｍｍ、Ｙ方向の長さ５５ｍｍ、Ｚ方向の最大長さ（厚み）１７０μｍ、凹面部の曲率半径は２０ｍｍとした。
【００６６】
このようにして、６種類の樹脂材料Ａ〜Ｆから成る実施例１〜６の音響レンズをそれぞれ６つ作製した。作製した実施例１〜６の音響レンズの樹脂材料Ａ〜Ｆと曲げ弾性率および音速との関係を表１に示す。
【００６７】
【表１】
【００６８】
（超音波探触子の作製）
試作した超音波探触子１は、次のように作製した。
【００６９】
送信素子層２は、ジルコン酸チタン酸鉛を材料として、Ｘ方向の長さ１０ｍｍ、Ｙ方向の長さ５５ｍｍ、Ｚ方向の長さ（厚み）３２０μｍのシート状にラップ仕上げで作製した。
【００７０】
次に、送信素子層２の両面に、金を真空蒸着して０．３μｍ厚の第３電極１４と第４電極１５とを作製した。
【００７１】
中間層１３は、ポリビニルブチラールを材料としてＸ方向の長さ１０ｍｍ、Ｙ方向の長さ５５ｍｍ、Ｚ方向の長さ（厚み）を１８５μｍに成形した。
【００７２】
受信素子層３は、フッ化ビニリデン（以下ＶＤＦ）とトリフルオロエチレン（以下３ＦＥ）のモル比率が７５：２５であるポリフッ化ビニリデン共重合体粉末（重量平均分子量２９万）を５０℃に加熱したエチルメチルケトン（以下ＭＥＫ）、ジメチルホルムアミド（以下ＤＭＦ）の９：１混合溶媒に溶解した液をガラス板上に流延した。その後、５０℃にて溶媒を乾燥させ、厚さ約１４０μｍ、融点１５５℃のフィルム（有機圧電材料）を得た。
【００７３】
このフィルムをチャックにかかる荷重が測定できるロードセル付きの一軸延伸機によって、室温で４倍に延伸した。４倍延伸終了時点での延伸軸方向の張力は、単位幅（ｍｍ）あたり２．２Ｎであった。延伸した長さを保ったまま延伸機を加熱し、１３５℃で１時間熱処理を行った。その後、張力が０にならないように、チャック間距離を制御しながら（弛緩処理）、室温まで冷却した。得られた熱処理後のフィルムの膜厚は４０μｍであった。
【００７４】
その後、Ｙ方向の長さ５５ｍｍ、Ｘ方向の長さ１０ｍｍのシート状に成形した。ここで得られたフィルムの両面に、表面抵抗が２０Ω以下になるように金、またはアルミニウムを蒸着塗布して両面に０．３μｍ厚の表面電極（第１電極９と第２電極１０）付の試料を得た。
【００７５】
続いて、この電極に室温にて、０．１Ｈｚの交流電圧を印加しながら分極処理を行った。分極処理は低電圧から行い、最終的に電極間電場が１００ＭＶ／ｍになるまで徐々に電圧をかけて行った。最終的な分極量は、圧電材料をコンデンサと見たてた際の残留分極量、すなわち膜厚、電極面積、印加電場に対する電荷蓄積量から求め、前記の各大きさの有機圧電材料を得た。
【００７６】
整合層６は、４−メチル−１−ペンテンと、１−オクテンの共重合体を材料としＹ方向の長さ５５ｍｍ、Ｘ方向の長さ１０ｍｍ、Ｚ方向の長さ（厚み）１４０μｍに作製した。
【００７７】
バッキング材５の上に、第３電極１４と第４電極１５とが形成された送信素子層２、中間層１３、第１電極９と第２電極１０とが形成された受信素子層３、整合層６の順に、接着剤により接着して図３のように積層する。積層後、整合層６からＺ軸負方向に向かってダイシングを行い、バッキング材と第４電極の接着層からさらにＺ軸負方向に１００μｍの深さまでダイシングを行った。
【００７８】
最後に最上層に、実施例１〜６の音響レンズを接着し、実施例１〜６の６種類の超音波探触子１を各６個作製した。
【００７９】
［比較例１〜４］
（音響レンズの作製）
４−メチル−１−ペンテンと１−ドデセン、１−テトラデセンとを質量比を複数種変えて重合した４−メチル−１−ペンテン・１−ドデセン・１−テトラデセン共重合体の曲げ弾性率をそれぞれ測定し、比較例１の曲げ弾性率４５０ＭＰａ、音速１９０８ｍ／ｓｅｃの樹脂材料Ｇを得た。
【００８０】
同様に、４−メチル−１−ペンテンと１−デセンとを質量比を複数種変えて重合した４−メチル−１−ペンテン・１−デセン共重合体の曲げ弾性率をそれぞれ測定し、比較例２の曲げ弾性率１６００ＭＰａ、音速２２２４ｍ／ｓｅｃの樹脂材料Ｈを得た。また、曲げ弾性率１４００ＭＰａ、音速１０００ｍ／ｓｅｃのシリコン樹脂からなる樹脂材料Ｉと、曲げ弾性率２０８０ＭＰａ、音速１６９０ｍ／ｓｅｃのポリウレタン樹脂からなる樹脂材料Ｊを比較例３、比較例４として用いた。
【００８１】
実施例と同様に金型を用いて射出成型を行い、樹脂材料Ｇ、Ｈから成る図４に示すような凹面形状の音響レンズ面７ａを有する比較例１、２の音響レンズ７を作製した。音響レンズ７のＸ方向の長さ１０ｍｍ、Ｙ方向の長さ５５ｍｍ、Ｚ方向の最大長さ（厚み）１７０μｍ、凹面部の曲率半径は２０ｍｍとした。
【００８２】
また、樹脂材料Ｉのシリコン樹脂を用いて比較例３の音響レンズを作製した。シリコン樹脂の音速は１０００ｍ／ｓであり、人体の音速より低いので図５に示すような凸面形状の音響レンズ面７０ａを有する音響レンズ７０を作製した。音響レンズ７０のＸ方向の長さ１０ｍｍ、Ｙ方向の長さ５５ｍｍ、Ｚ方向の最大長さ（厚み）１７０μｍ、凸面部の曲率半径は２０ｍｍとした。
【００８３】
さらに、樹脂材料Ｊのポリウレタン樹脂を用いて、図４に示すような凹面形状の音響レンズ面７ａを有する音響レンズ７を作製した。音響レンズ７のＸ方向の長さ１０ｍｍ、Ｙ方向の長さ５５ｍｍ、Ｚ方向の最大長さ（厚み）１５０μｍ、凹面部の曲率半径は４３ｍｍとした。
【００８４】
このようにして、樹脂材料Ｇから成る比較例１の音響レンズと、樹脂材料Ｈから成る比較例２の音響レンズと、樹脂材料Ｉから成る比較例３の音響レンズと、樹脂材料Ｊから成る比較例４の音響レンズをそれぞれ６つ作製した。
【００８５】
比較例の樹脂材料Ｇ、Ｈ、Ｉ、Ｊの曲げ弾性率と音速を表２に示す。
【００８６】
【表２】
【００８７】
（超音波探触子の作製）
実施例と同じ手順で各層を積層し、最後に最上層に、比較例１〜４の音響レンズ７を接着し、比較例１〜４の４種類の超音波探触子１を各６個作製した。
【００８８】
［評価方法］
実施例と比較例のそれぞれ５個の超音波探触子の音響レンズ面にエコーゼリーを３ｇ塗り、旭化成（株）製ＢＥＭＣＯＴ Ｍ−３II（商品名）でふき取る作業をそれぞれ２００回、４００回、６００回、８００回、１０００回繰り返した。実施例と比較例のそれぞれ１個の超音波探触子は、エコーゼリーの塗布とふき取りを行わなかった。
【００８９】
（目視評価）
エコーゼリーの塗布とふき取りを行わなかった実施例と比較例のそれぞれ１個と、２００回、４００回、６００回、８００回、１０００回繰り返しふき取りを行った実施例と比較例のそれぞれ５個とを目視で比較した。目視での比較で、エコーゼリーの塗布とふき取りを行わなかった超音波探触子と変化がわからないものを◎、擦り傷が音響レンズ面の一部に認められるものを○、擦り傷が音響レンズ面の全面に認められるもの、音響レンズ面が変形しているものを×とした。
【００９０】
（画像診断）
エコーゼリーの塗布とふき取りを行わなかった実施例と比較例のそれぞれ１個と、ふき取りを２００回、４００回、６００回、８００回、１０００回それぞれ繰り返し行った実施例と比較例の５個を取り替えて、超音波診断装置１００に接続し、同一の被検者の同じ患部の画像診断を行った。画像診断は、どの超音波探触子が超音波診断装置１００に接続されているか分からない状態で、６名の医師、及び２名のソノグラファーが行った。
【００９１】
エコーゼリー塗布、ふき取りを全く行っていない実施例と比較例の超音波探触子で、前記８名による診断を行ったところ、全ての超音波探触子で８名全員が病変をみつけ、同じ診断をした。この診断を正しい診断とする。
【００９２】
画像診断の結果は、８名全員が正しい診断を行った場合を◎、１名のみ診断ができないと判断し、残りの全員が正しい診断を行った場合を○、１名でも診断を誤った場合を×とした。
【００９３】
［結果］
（目視評価）
目視評価の結果を表３に示す。
【００９４】
【表３】
【００９５】
表３に示すように、４００回ふき取り後、実施例には特に変化は見られなかったが、比較例４の音響レンズ面は明らかに摩耗していた。６００回ふき取り後では比較例１の音響レンズ面の全面に無数の傷が認められた。また、比較例２、比較例３、比較例４は明らかに摩耗し、音響レンズ面の最も厚みのある部分がすり減って、下層の整合層６が露出していた。
【００９６】
８００回ふき取り後、比較例２の音響レンズ面の傷は顕著になりエッジ部分の一部が欠損し、比較例２、比較例３、比較例４は整合層６の露出している範囲がさらに広がった。また、８００回ふき取り後、比較例１の音響レンズ面が変形し、エッジ部分には欠損した部分も認められた。
【００９７】
一方、８００回ふき取り後も実施例１〜５の音響レンズ面には傷が認められなかったが、実施例６の音響レンズ面の一部には傷が認められた。
【００９８】
１０００回ふき取り後、実施例１、実施例５、実施例６の音響レンズ面の一部には傷が認められたが、実施例２、実施例３、実施例４の音響レンズ面には傷が認められなかった。
【００９９】
（画像診断）
画像診断の結果を表４に示す。
【０１００】
【表４】
【０１０１】
表４のように、実施例２、３、４では１０００回ふき取り後まで８名全員が正しい診断を行った。実施例１、実施例５では８００回ふき取り後まで８名全員が正しい診断を行ったが、１０００回ふき取り後は、１名が診断できないと判断し、残りの７名が正しい診断を行った。また、実施例６では６００回ふき取り後まで８名全員が正しい診断を行ったが、８００回ふき取り後と１０００回ふき取り後は、１名が診断できないと判断し、残りの７名が正しい診断を行った。
【０１０２】
一方、比較例１では、６００回ふき取り後は全員が診断を誤り、比較例２、比較例４では、４００回ふき取り後以降は全員が診断を誤った。比較例３では、４００回ふき取り後に、１名が診断を誤り、６００回ふき取り後以降は全員が診断を誤った。
【０１０３】
以上このように、本発明によれば、摩耗や変形が少なく長期間使用可能な音響レンズを備えた超音波探触子、および該超音波探触子を用いた超音波診断装置を提供することができる。
【符号の説明】
【０１０４】
１ 超音波探触子
２ 送信素子
３ 受信素子
５ バッキング材
６ 整合層
７ 音響レンズ
９ 第１電極
１０ 第２電極
１３ 中間層
１４ 第３電極
１５ 第４電極
３１ 超音波診断装置本体
３３ ケーブル
４１ 操作入力部
４２ 送信回路
４３ 受信回路
４４ 画像処理部
４５ 表示部
４６ 制御部
７０ 音響レンズ
１００ 超音波診断装置
【技術分野】
【０００１】
本発明は、超音波探触子、および超音波探触子を用いた超音波診断装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
超音波画像診断用の超音波探触子（「超音波探触子」ともいう。）は、患者身体内へ超音波を放射し、身体内からの反射波を受波するためのものであり、通常、多数の圧電素子を１列に配列し、放射・受波面側に音響整合層、音響レンズなどを設けて構成されている。当該超音波探触子を使用する際には、放射・受波面を被検体表面、すなわち、身体（皮膚）表面に接触させて使用されるが、接触させたときに、わずかに発生する隙間に存在する空気の影響を除去するため、ゼリー状の物質を体表に塗り、そのゼリー状物質を介して超音波の送受波をすることが一般的である。そのため、使用後にはゼリーをふき取る作業が必要となるが、そのふき取り作業で音響レンズ面が徐々に磨耗し、フォーカス位置が当初の設計から合わなくなってくる。本来なら、磨耗し、ある限界を超えたら交換しなければならないが、その限界を超えた状態で診断行為を行うと、重要な疾患を見逃す可能性も出てくるという問題を生じる。
【０００３】
従来の超音波探触子では、摩耗しやすいシリコンゴムから成る音響レンズ面が凸面形状の音響レンズが用いられてきた。このような音響レンズが磨耗すると、その厚さは初期状態より薄くなるとともに音響レンズ面の曲率半径が大きくなる。すなわち、フォーカス距離が長くなってしまう。すると、音響レンズとしての性能の劣化が生じるとともに、安全面でも問題が惹起される。
【０００４】
音響レンズとしての性能の劣化については、フォーカス距離が長くなるというレンズ特性の変化により、放射される超音波ビームの特性に悪影響があり、超音波断層像などの画像の画質が劣化し、診断能力の低下がもたらされてしまう。
【０００５】
安全面では、次のような問題が生じる。
【０００６】
第１に、圧電素子より発生した超音波は音響レンズを通って身体内に放射されるが、音響レンズ内での超音波の減衰量は比較的大きい。音響レンズが薄くなると、その減衰量が小さくなるため、初期状態よりも大きな音響出力が身体内に放射される。
【０００７】
第２に、音響レンズの皮膚に接する表面温度が高くなる問題を生じる。超音波を放射する振動子は、診断装置本体から供給される電気エネルギーを音響エネルギーに変換するものであるが、その変換効率は１００％ではなく、一部は音響エネルギーとはならずに熱となる。このため、振動子は一種の熱源となっており、実際、音響レンズの表面でもその熱を感じることができる。そのため、皮膚が熱による障害を受けないよう、超音波探触子の表面温度についての規格にその上限が定められている。圧電素子の上に設けられた音響レンズの厚さが薄くなると、音響レンズ表面と熱源である圧電素子との距離が近くなって、音響レンズ表面の温度が規格を超えて高くなり、皮膚に損傷を与えるおそれが生じる。
【０００８】
このような問題に対する改善策として、音響レンズの下層に音響レンズとは異なる色の色違い部を設け、音響レンズが摩耗すると色違い部が露出し、超音波探触子の使用者が気づくように構成した超音波探触子が開示されている（例えば、特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００９】
【特許文献１】特許第４２２２０５０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
しかしながら、特許文献１に開示されている方法は、音響レンズの耐摩耗性を改善するものではなく、使用者は音響レンズの摩耗に気づく毎に超音波探触子を交換する必要があった。従来の超音波探触子では、およそ４００回〜５００回程度診断する毎に超音波探触子を交換する必要があり、使用者には大変な負担になっていた。
【００１１】
本発明は、上記課題に鑑みてなされたものであって、摩耗や変形が少なく長期間使用可能な音響レンズを備えた超音波探触子、および該超音波探触子を用いた超音波診断装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
本発明に係る上記課題は、以下の手段により解決される。
【００１３】
１．被検体表面に接触させる音響レンズを備え、該音響レンズによって送信する超音波を所定の距離に収束させる超音波探触子であって、
前記音響レンズは、
曲げ弾性率が５００ＭＰａ以上、１３００ＭＰａ以下で、かつ音波の伝播速度が１３００ｍ／ｓｅｃ以上、２２００ｍ／ｓｅｃ以下の樹脂材料から成ることを特徴とする超音波探触子。
【００１４】
２．前記樹脂材料は、
４−メチル−１−ペンテンと、モノマー分子の総炭素数が１２以上１８以下であるα−オレフィンから選ばれる化合物のうち１種、もしくは２種との共重合体であることを特徴とする前記１に記載の超音波探触子。
【００１５】
３．超音波を被検体に向けて送信し、該被検体からの反射波を受信する超音波探触子を有し、該超音波探触子の受信した反射波に応じて画像を生成する超音波診断装置において、
前記超音波探触子は、
前記１または２に記載の超音波探触子であることを特徴とする超音波診断装置。
【発明の効果】
【００１６】
本発明によれば、音響レンズは、曲げ弾性率が５００ＭＰａ以上、１３００ＭＰａ以下で、かつ音波の伝播速度が１３００ｍ／ｓｅｃ以上、２２００ｍ／ｓｅｃ以下の樹脂材料から形成される。このことにより、摩耗や変形が少なく長期間使用可能な音響レンズを備えた超音波探触子、および該超音波探触子を用いた超音波診断装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】超音波診断装置１００の外観構成を示す図である。
【図２】超音波診断装置１００の電気的な構成を示すブロック図である。
【図３】実施形態の超音波探触子のヘッド部の構成を示す断面図である。
【図４】実施例の音響レンズの斜視図である。
【図５】比較例の音響レンズの斜視図である。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
以下、本発明に係る実施の一形態を図面に基づいて説明するが、本発明は該実施の形態に限られない。なお、各図において同一の符号を付した構成は、同一の構成であることを示し、その説明を省略する。
【００１９】
（超音波診断装置および超音波探触子の各構成および動作）
図１は、実施形態における超音波診断装置の外観構成を示す図である。図２は、実施形態における超音波診断装置の電気的な構成を示すブロック図である。
【００２０】
超音波診断装置１００は、図略の生体等の被検体に対して超音波（超音波信号）を送信し、受信した被検体で反射した超音波の反射波（エコー、超音波信号）から被検体内の内部状態を超音波画像として画像化し、表示部４５に表示する。
【００２１】
超音波探触子１は、音響レンズ７を介して被検体に対して超音波（超音波信号）を送信し、被検体で反射した超音波の反射波を受信する。超音波探触子１は、図２に示すように、ケーブル３３を介して超音波診断装置本体３１と接続されており、送信回路４２、受信回路４３と電気的に接続されている。
【００２２】
送信回路４２は、制御部４６の指令により、超音波探触子１へケーブル３３を介して電気信号を送信し、超音波探触子１から被検体に対して超音波を送信させる。
【００２３】
受信回路４３は、制御部４６の指令により、超音波探触子１からケーブル３３を介して、被検体内からの超音波の反射波に応じた電気信号を受信する。
【００２４】
画像処理部４４は、制御部４６の指令により、受信回路４３が受信した電気信号に基づいて被検体内の内部状態を超音波画像として画像化する。
【００２５】
表示部４５は、液晶パネルなどから成り、制御部４６の指令により、画像処理部４４が画像化した超音波画像を表示する。
【００２６】
操作入力部４１は、スイッチやキーボードなどから構成され、ユーザが診断開始を指示するコマンドや被検体の個人情報等のデータを入力するために設けられている。
【００２７】
制御部４６は、ＣＰＵ、メモリなどから構成され、操作入力部４１の入力に基づいてプログラムされた手順により超音波診断装置１００各部の制御を行う。
【００２８】
図３は、実施形態の超音波探触子のヘッド部の構成を示す断面図、図４は、実施形態の音響レンズ７の斜視図である。
【００２９】
本実施形態では、送信用圧電素子と受信用圧電素子とを別体とし、超音波の送信時と受信時における動作を分離したアレイ型超音波探触子に本発明を適用した例を説明するが、特に限定されるものではなく単一の圧電素子で送受信を行うシングル型超音波探触子にも適用できる。
【００３０】
以降の説明では図中のＸ、Ｙ、Ｚで示す座標軸に基づいて説明する。Ｘ方向はエレベーション方向（ダイシングを行う方向）であり、Ｚ軸正方向は超音波を送信する方向である。また、Ｚ軸方向は積層方向である。
【００３１】
図３に示す超音波探触子１は、バッキング材５の上に第４電極１５、送信素子層２、第３電極１４、中間層１３、第２電極１０、受信素子層３、第１電極９、整合層６、音響レンズ７の順に積層されている。
【００３２】
（音響レンズ）
音響レンズ７は、送信素子層２が送信する超音波を所定の距離に収束させる。
【００３３】
音響レンズ７を形成する材料に曲げ弾性率と音波の伝播速度（以下、音速ともいう）が所定範囲内の材料を用いることにより、音響レンズ面に付着したゼリーをふき取る際の音響レンズ面の磨耗や変形を低減できるので、超音波探触子１を長期間使用することができる。具体的には、曲げ弾性率が５００ＭＰａ以上、１３００ＭＰａ以下、で、かつ音波の伝播速度が１３００ｍ／ｓｅｃ以上、２２００ｍ／ｓｅｃ以下の範囲の樹脂材料を成型して音響レンズ７を形成することが好ましい。曲げ弾性率が５００ＭＰａ未満、または音速が１３００ｍ／ｓｅｃ未満の樹脂材料は繰り返しゼリーをふき取ると音響レンズ面が変形するおそれがある。また、曲げ弾性率が１３００ＭＰａ、または音速が２２００ｍ／ｓｅｃを越える樹脂材料は傷が付きやすく、繰り返しゼリーをふき取ると音響レンズ面が摩耗するおそれがある。
【００３４】
より好ましくは、曲げ弾性率が６００ＭＰａ以上、１０００ＭＰａ以下の範囲の樹脂材料を成型して音響レンズ７を形成すると、磨耗や変形をさらに低減することができる。
【００３５】
また、音響レンズ７に用いる樹脂材料は、生体の音響インピーダンス（１．４〜１．６Ｐａ・ｓ・ｍ−１）に近く、送受信する超音波の周波数での減衰率が少ないことが望ましい。
【００３６】
以上に述べた曲げ弾性率、音響インピーダンス、減衰率の条件を満たす樹脂材料として、４−メチル−１−ペンテンと、モノマー分子の総炭素数が１２以上１８以下であるα−オレフィンから選ばれる化合物のうち１種、もしくは２種との共重合体を用いることができる。これらの共重合体の音響インピーダンスは、人体の音響インピーダンスに近い１．８Ｐａ・ｓ・ｍ−１程度であり、音速は人体に近い１９００〜２２００ｍ／ｓ程度である。
【００３７】
本発明に係る共重合体を構成するモノマー分子の総炭素数が１２以上１８以下であるα−オレフィンは、特に限定されるものではないが、以下に列記するα−オレフィンを用いることが好ましい。例えば、１−ドデセン、１−トリデセン、１−テトラデセン、１−ペンタデセン、１−ヘキサデセン、１−ヘプタデセン、１−オクタデセン、２−エチルヘキシル−１−デセン、１０−メチル−１−ウンデセン、８−エチル−１−デセン、８−エチル−１−ドデセン、８−ブチル−１−ドデセン、８，１１−ジメチル−１−テトラデセンなどが挙げられる。
【００３８】
また、ポリウレタン樹脂なども用いることができる。
【００３９】
これらの共重合体やポリウレタン樹脂のように人体の音速（約１５００ｍ／ｓ）より音速が速い材料で音響レンズ７を形成する場合は、図３、図４に示すように、音響レンズ７の超音波を送信する側の面を凹面形状にする。すると、凹面形状の音響レンズ面７ａの中央の厚みの薄い部分を通過する超音波は、厚みの厚い部分より遅くなり、音響レンズ７を通過した超音波を所定の距離に収束させることができる。
【００４０】
また、これらの共重合体の超音波の減衰率はシリコン樹脂など他の材質と比べて低く、高次高調波の伝搬損失が少ない。例えば、周波数１５ＭＨｚでの減衰率は−１５．０ｄＢ／ｍｍ程度である。そのためアレイ型超音波探触子を用いて、１０ＭＨｚ以上の高調波信号を利用する場合も高感度で受信することができる。
【００４１】
さらに、これらの共重合体やポリウレタン樹脂はガスや液体を透過しにくいので、超音波探触子１の被検体と接する側の面から消毒用ガス、または液体が侵入して、受信素子層３や送信素子層２の特性が劣化するのを防止することができる。
【００４２】
以降、積層順に各構成要素を説明する。
【００４３】
（送信素子層）
送信素子層２は、ジルコン酸チタン酸鉛などの圧電材料から成る圧電素子であり、互いに厚み方向に対向する両面にそれぞれ第３電極１４、第４電極１５を備えている。送信素子層２の厚みは３２０μｍ程度である。
【００４４】
第３電極１４、第４電極１５は、図示せぬコネクタによりケーブル３３と接続され、ケーブル３３を介して送信回路４２と接続する。第３電極１４、第４電極１５に電気信号を入力すると圧電素子が振動し、送信素子層２からＺ軸正方向に超音波を送信するように構成されている。
【００４５】
第３電極１４、第４電極１５は、金、銀、アルミなどの金属材料を用いて、送信素子層２の両面に蒸着法やフォトリソグラフィー法を用いて成膜する。
【００４６】
（中間層）
中間層１３は、受信素子層３が被検体で反射した超音波の反射波を受信して振動した際に、送信素子層２が共振して振動しないように受信素子層３の振動を吸収するために設けられている。
【００４７】
このような中間層１３は、樹脂材料を成型して形成することができる。中間層１３に用いる樹脂材料としては、例えばポリビニルブチラール、ポリオレフィン、ポリアクリレート、ポリイミド、ポリアミド、ポリエステル、ポリスルホン、エポキシ、オキセタン、などを用いることができる。
【００４８】
中間層１３の厚みは、求める感度や周波数特性により選択されるが、例えば１８０〜１９０μｍ程度である。
【００４９】
なお、求める感度や周波数特性によっては中間層１３を省略することもできる。
【００５０】
（受信素子層）
受信素子層３は、有機圧電材料から成る複数の圧電素子から構成されている。
【００５１】
受信素子層３に用いる有機圧電材料として、例えば、フッ化ビニリデンの重合体を用いることができる。また例えば、有機圧電材料は、フッ化ビニリデン（ＶＤＦ）系コポリマを用いることができる。このフッ化ビニリデン系コポリマは、フッ化ビニリデンと他の単量体との共重合体（コポリマ）であり、他の単量体としては、３フッ化エチレン（ＴｒＦＥ）、テトラフルオロエチレ（ＴｅＦＥ）、パーフルオロアルキルビニルエーテル（ＰＦＡ）、パーフルオロアルコキシエチレン（ＰＡＥ）およびパーフルオロヘキサエチレン等を用いることができる。
【００５２】
一般に、ジルコン酸チタン酸鉛などの圧電材料から成る圧電素子は、基本波の周波数に対する２倍程度の周波数帯域の超音波しか受信することができないが、有機圧電材料の圧電素子は、基本波の周波数に対する例えば４〜５倍程度の周波数帯域の超音波を受信することができ、受信周波数帯域の広帯域化に適している。このような超音波を広い周波数に亘って受信可能な特性を持つ有機圧電素子によって超音波信号が受信されるので、本実施形態における超音波探触子１および超音波診断装置１００は、比較的簡単な構造で周波数帯域を広帯域にすることができる。
【００５３】
受信素子層３の厚さｔは、受信すべき超音波の周波数や有機圧電材料の種類等によって適宜に設定される。受信すべき超音波の波長をλとすると、受信素子層３の厚さｔがｔ＝λ／４のとき最も受信素子層３の受信効率が良い。
【００５４】
このような受信素子層３は、有機圧電材料の溶液から流延して所定の厚さの膜を作製し、加熱して結晶化を行った後、所定の大きさのシート状に成型して作製する。
【００５５】
受信素子層３の厚み方向（Ｚ軸方向）に互いに対向する両面には、それぞれ第１電極９、第２電極１０が形成されている。
【００５６】
第１電極９、第２電極１０は、ケーブル３３を介して受信回路４３と接続する。
【００５７】
受信素子層３が被検体で反射した超音波の反射波を受信して振動すると、反射波に応じて圧電素子に第１電極９、第２電極１０の間に電気信号が発生する。第１電極９、第２電極１０の間に発生した電気信号は、ケーブル３３を介して受信回路４３で受信され、画像処理部４４で画像化される。
【００５８】
（整合層）
整合層６は、被検体の一つである人体と受信素子層３の音響インピーダンスの中間の音響インピーダンスを有し、音響インピーダンスの整合を図る。整合層６は、例えば、樹脂材料を成型して形成することができる。
【００５９】
整合層６に用いる材料は、音響インピーダンスが１．７〜１．８程度で、音速が人体に近い１３００ｍ／ｓｅｃ以上、２２００ｍ／ｓｅｃ以下の材料を用いることが好ましい。例えば、ポリメチルペンテンなどを用いることができる。
【００６０】
バッキング材５の上に、これまでに説明した第３電極１４と第４電極１５とが形成された送信素子層２、中間層１３、第１電極９と第２電極１０とが形成された受信素子層３、整合層６の順に、接着剤により接着して図３のように積層する。積層後、整合層６から超音波放射方向と反対の方向に向かってダイシングを行い、バッキング材５と第４電極１５の接着層からさらにＺ軸負方向に１００μｍの深さまでダイシングを行う。ダイシングによりできた溝部に、シリコン樹脂などから成る充填剤を充填した後、最上層に音響レンズ７を接着する。
【実施例】
【００６１】
以下、実施例を挙げて本発明を説明するが、本発明はこれらに限定されない。
【００６２】
以降に説明する曲げ弾性率は、すべてＡＳＴＭ Ｄ７９０に準拠して測定した値である。
【００６３】
［実施例１〜６］
（音響レンズの作製）
４−メチル−１−ペンテンと１−ドデセン、１−テトラデセンとを質量比を複数種変えて重合した４−メチル−１−ペンテン・１−ドデセン・１−テトラデセン共重合体の曲げ弾性率と音速をそれぞれ測定し、実施例１の曲げ弾性率５００ＭＰａ、音速１９６０ｍ／ｓｅｃの樹脂材料Ａ、実施例２の曲げ弾性率６００ＭＰａ、音速２０５３ｍ／ｓｅｃの樹脂材料Ｂを得た。
【００６４】
同様に、４−メチル−１−ペンテンと１−ヘキサデセン、１−オクタデセンとを質量比を複数種変えて重合した４−メチル−１−ペンテン・１−ヘキサデセン・１−オクタデセン共重合体の曲げ弾性率をそれぞれ測定し、実施例３の曲げ弾性率８００ＭＰａ、音速２０９８ｍ／ｓｅｃの樹脂材料Ｃ、実施例４の曲げ弾性率１０００ＭＰａ、音速２１２７ｍ／ｓｅｃの樹脂材料Ｄ、実施例５の曲げ弾性率１３００ＭＰａ、音速２１４８ｍ／ｓｅｃの樹脂材料Ｅを得た。また、実施例６の樹脂材料Ｆは、曲げ弾性率１２７０ＭＰａ、音速１６２０ｍ／ｓｅｃのポリウレタン樹脂とした。
【００６５】
金型を用いて射出成型を行い、樹脂材料Ａ〜Ｆから成る図４に示すような凹面形状の音響レンズ面７ａを有する音響レンズ７を作製した。音響レンズ７のＸ方向の長さ１０ｍｍ、Ｙ方向の長さ５５ｍｍ、Ｚ方向の最大長さ（厚み）１７０μｍ、凹面部の曲率半径は２０ｍｍとした。
【００６６】
このようにして、６種類の樹脂材料Ａ〜Ｆから成る実施例１〜６の音響レンズをそれぞれ６つ作製した。作製した実施例１〜６の音響レンズの樹脂材料Ａ〜Ｆと曲げ弾性率および音速との関係を表１に示す。
【００６７】
【表１】
【００６８】
（超音波探触子の作製）
試作した超音波探触子１は、次のように作製した。
【００６９】
送信素子層２は、ジルコン酸チタン酸鉛を材料として、Ｘ方向の長さ１０ｍｍ、Ｙ方向の長さ５５ｍｍ、Ｚ方向の長さ（厚み）３２０μｍのシート状にラップ仕上げで作製した。
【００７０】
次に、送信素子層２の両面に、金を真空蒸着して０．３μｍ厚の第３電極１４と第４電極１５とを作製した。
【００７１】
中間層１３は、ポリビニルブチラールを材料としてＸ方向の長さ１０ｍｍ、Ｙ方向の長さ５５ｍｍ、Ｚ方向の長さ（厚み）を１８５μｍに成形した。
【００７２】
受信素子層３は、フッ化ビニリデン（以下ＶＤＦ）とトリフルオロエチレン（以下３ＦＥ）のモル比率が７５：２５であるポリフッ化ビニリデン共重合体粉末（重量平均分子量２９万）を５０℃に加熱したエチルメチルケトン（以下ＭＥＫ）、ジメチルホルムアミド（以下ＤＭＦ）の９：１混合溶媒に溶解した液をガラス板上に流延した。その後、５０℃にて溶媒を乾燥させ、厚さ約１４０μｍ、融点１５５℃のフィルム（有機圧電材料）を得た。
【００７３】
このフィルムをチャックにかかる荷重が測定できるロードセル付きの一軸延伸機によって、室温で４倍に延伸した。４倍延伸終了時点での延伸軸方向の張力は、単位幅（ｍｍ）あたり２．２Ｎであった。延伸した長さを保ったまま延伸機を加熱し、１３５℃で１時間熱処理を行った。その後、張力が０にならないように、チャック間距離を制御しながら（弛緩処理）、室温まで冷却した。得られた熱処理後のフィルムの膜厚は４０μｍであった。
【００７４】
その後、Ｙ方向の長さ５５ｍｍ、Ｘ方向の長さ１０ｍｍのシート状に成形した。ここで得られたフィルムの両面に、表面抵抗が２０Ω以下になるように金、またはアルミニウムを蒸着塗布して両面に０．３μｍ厚の表面電極（第１電極９と第２電極１０）付の試料を得た。
【００７５】
続いて、この電極に室温にて、０．１Ｈｚの交流電圧を印加しながら分極処理を行った。分極処理は低電圧から行い、最終的に電極間電場が１００ＭＶ／ｍになるまで徐々に電圧をかけて行った。最終的な分極量は、圧電材料をコンデンサと見たてた際の残留分極量、すなわち膜厚、電極面積、印加電場に対する電荷蓄積量から求め、前記の各大きさの有機圧電材料を得た。
【００７６】
整合層６は、４−メチル−１−ペンテンと、１−オクテンの共重合体を材料としＹ方向の長さ５５ｍｍ、Ｘ方向の長さ１０ｍｍ、Ｚ方向の長さ（厚み）１４０μｍに作製した。
【００７７】
バッキング材５の上に、第３電極１４と第４電極１５とが形成された送信素子層２、中間層１３、第１電極９と第２電極１０とが形成された受信素子層３、整合層６の順に、接着剤により接着して図３のように積層する。積層後、整合層６からＺ軸負方向に向かってダイシングを行い、バッキング材と第４電極の接着層からさらにＺ軸負方向に１００μｍの深さまでダイシングを行った。
【００７８】
最後に最上層に、実施例１〜６の音響レンズを接着し、実施例１〜６の６種類の超音波探触子１を各６個作製した。
【００７９】
［比較例１〜４］
（音響レンズの作製）
４−メチル−１−ペンテンと１−ドデセン、１−テトラデセンとを質量比を複数種変えて重合した４−メチル−１−ペンテン・１−ドデセン・１−テトラデセン共重合体の曲げ弾性率をそれぞれ測定し、比較例１の曲げ弾性率４５０ＭＰａ、音速１９０８ｍ／ｓｅｃの樹脂材料Ｇを得た。
【００８０】
同様に、４−メチル−１−ペンテンと１−デセンとを質量比を複数種変えて重合した４−メチル−１−ペンテン・１−デセン共重合体の曲げ弾性率をそれぞれ測定し、比較例２の曲げ弾性率１６００ＭＰａ、音速２２２４ｍ／ｓｅｃの樹脂材料Ｈを得た。また、曲げ弾性率１４００ＭＰａ、音速１０００ｍ／ｓｅｃのシリコン樹脂からなる樹脂材料Ｉと、曲げ弾性率２０８０ＭＰａ、音速１６９０ｍ／ｓｅｃのポリウレタン樹脂からなる樹脂材料Ｊを比較例３、比較例４として用いた。
【００８１】
実施例と同様に金型を用いて射出成型を行い、樹脂材料Ｇ、Ｈから成る図４に示すような凹面形状の音響レンズ面７ａを有する比較例１、２の音響レンズ７を作製した。音響レンズ７のＸ方向の長さ１０ｍｍ、Ｙ方向の長さ５５ｍｍ、Ｚ方向の最大長さ（厚み）１７０μｍ、凹面部の曲率半径は２０ｍｍとした。
【００８２】
また、樹脂材料Ｉのシリコン樹脂を用いて比較例３の音響レンズを作製した。シリコン樹脂の音速は１０００ｍ／ｓであり、人体の音速より低いので図５に示すような凸面形状の音響レンズ面７０ａを有する音響レンズ７０を作製した。音響レンズ７０のＸ方向の長さ１０ｍｍ、Ｙ方向の長さ５５ｍｍ、Ｚ方向の最大長さ（厚み）１７０μｍ、凸面部の曲率半径は２０ｍｍとした。
【００８３】
さらに、樹脂材料Ｊのポリウレタン樹脂を用いて、図４に示すような凹面形状の音響レンズ面７ａを有する音響レンズ７を作製した。音響レンズ７のＸ方向の長さ１０ｍｍ、Ｙ方向の長さ５５ｍｍ、Ｚ方向の最大長さ（厚み）１５０μｍ、凹面部の曲率半径は４３ｍｍとした。
【００８４】
このようにして、樹脂材料Ｇから成る比較例１の音響レンズと、樹脂材料Ｈから成る比較例２の音響レンズと、樹脂材料Ｉから成る比較例３の音響レンズと、樹脂材料Ｊから成る比較例４の音響レンズをそれぞれ６つ作製した。
【００８５】
比較例の樹脂材料Ｇ、Ｈ、Ｉ、Ｊの曲げ弾性率と音速を表２に示す。
【００８６】
【表２】
【００８７】
（超音波探触子の作製）
実施例と同じ手順で各層を積層し、最後に最上層に、比較例１〜４の音響レンズ７を接着し、比較例１〜４の４種類の超音波探触子１を各６個作製した。
【００８８】
［評価方法］
実施例と比較例のそれぞれ５個の超音波探触子の音響レンズ面にエコーゼリーを３ｇ塗り、旭化成（株）製ＢＥＭＣＯＴ Ｍ−３II（商品名）でふき取る作業をそれぞれ２００回、４００回、６００回、８００回、１０００回繰り返した。実施例と比較例のそれぞれ１個の超音波探触子は、エコーゼリーの塗布とふき取りを行わなかった。
【００８９】
（目視評価）
エコーゼリーの塗布とふき取りを行わなかった実施例と比較例のそれぞれ１個と、２００回、４００回、６００回、８００回、１０００回繰り返しふき取りを行った実施例と比較例のそれぞれ５個とを目視で比較した。目視での比較で、エコーゼリーの塗布とふき取りを行わなかった超音波探触子と変化がわからないものを◎、擦り傷が音響レンズ面の一部に認められるものを○、擦り傷が音響レンズ面の全面に認められるもの、音響レンズ面が変形しているものを×とした。
【００９０】
（画像診断）
エコーゼリーの塗布とふき取りを行わなかった実施例と比較例のそれぞれ１個と、ふき取りを２００回、４００回、６００回、８００回、１０００回それぞれ繰り返し行った実施例と比較例の５個を取り替えて、超音波診断装置１００に接続し、同一の被検者の同じ患部の画像診断を行った。画像診断は、どの超音波探触子が超音波診断装置１００に接続されているか分からない状態で、６名の医師、及び２名のソノグラファーが行った。
【００９１】
エコーゼリー塗布、ふき取りを全く行っていない実施例と比較例の超音波探触子で、前記８名による診断を行ったところ、全ての超音波探触子で８名全員が病変をみつけ、同じ診断をした。この診断を正しい診断とする。
【００９２】
画像診断の結果は、８名全員が正しい診断を行った場合を◎、１名のみ診断ができないと判断し、残りの全員が正しい診断を行った場合を○、１名でも診断を誤った場合を×とした。
【００９３】
［結果］
（目視評価）
目視評価の結果を表３に示す。
【００９４】
【表３】
【００９５】
表３に示すように、４００回ふき取り後、実施例には特に変化は見られなかったが、比較例４の音響レンズ面は明らかに摩耗していた。６００回ふき取り後では比較例１の音響レンズ面の全面に無数の傷が認められた。また、比較例２、比較例３、比較例４は明らかに摩耗し、音響レンズ面の最も厚みのある部分がすり減って、下層の整合層６が露出していた。
【００９６】
８００回ふき取り後、比較例２の音響レンズ面の傷は顕著になりエッジ部分の一部が欠損し、比較例２、比較例３、比較例４は整合層６の露出している範囲がさらに広がった。また、８００回ふき取り後、比較例１の音響レンズ面が変形し、エッジ部分には欠損した部分も認められた。
【００９７】
一方、８００回ふき取り後も実施例１〜５の音響レンズ面には傷が認められなかったが、実施例６の音響レンズ面の一部には傷が認められた。
【００９８】
１０００回ふき取り後、実施例１、実施例５、実施例６の音響レンズ面の一部には傷が認められたが、実施例２、実施例３、実施例４の音響レンズ面には傷が認められなかった。
【００９９】
（画像診断）
画像診断の結果を表４に示す。
【０１００】
【表４】
【０１０１】
表４のように、実施例２、３、４では１０００回ふき取り後まで８名全員が正しい診断を行った。実施例１、実施例５では８００回ふき取り後まで８名全員が正しい診断を行ったが、１０００回ふき取り後は、１名が診断できないと判断し、残りの７名が正しい診断を行った。また、実施例６では６００回ふき取り後まで８名全員が正しい診断を行ったが、８００回ふき取り後と１０００回ふき取り後は、１名が診断できないと判断し、残りの７名が正しい診断を行った。
【０１０２】
一方、比較例１では、６００回ふき取り後は全員が診断を誤り、比較例２、比較例４では、４００回ふき取り後以降は全員が診断を誤った。比較例３では、４００回ふき取り後に、１名が診断を誤り、６００回ふき取り後以降は全員が診断を誤った。
【０１０３】
以上このように、本発明によれば、摩耗や変形が少なく長期間使用可能な音響レンズを備えた超音波探触子、および該超音波探触子を用いた超音波診断装置を提供することができる。
【符号の説明】
【０１０４】
１ 超音波探触子
２ 送信素子
３ 受信素子
５ バッキング材
６ 整合層
７ 音響レンズ
９ 第１電極
１０ 第２電極
１３ 中間層
１４ 第３電極
１５ 第４電極
３１ 超音波診断装置本体
３３ ケーブル
４１ 操作入力部
４２ 送信回路
４３ 受信回路
４４ 画像処理部
４５ 表示部
４６ 制御部
７０ 音響レンズ
１００ 超音波診断装置
【特許請求の範囲】
【請求項１】
被検体表面に接触させる音響レンズを備え、該音響レンズによって送信する超音波を所定の距離に収束させる超音波探触子であって、
前記音響レンズは、
曲げ弾性率が５００ＭＰａ以上、１３００ＭＰａ以下で、かつ音波の伝播速度が１３００ｍ／ｓｅｃ以上、２２００ｍ／ｓｅｃ以下の樹脂材料から成ることを特徴とする超音波探触子。
【請求項２】
前記樹脂材料は、
４−メチル−１−ペンテンと、モノマー分子の総炭素数が１２以上１８以下であるα−オレフィンから選ばれる化合物のうち１種、もしくは２種との共重合体であることを特徴とする請求項１に記載の超音波探触子。
【請求項３】
超音波を被検体に向けて送信し、該被検体からの反射波を受信する超音波探触子を有し、該超音波探触子の受信した反射波に応じて画像を生成する超音波診断装置において、
前記超音波探触子は、
請求項１または２に記載の超音波探触子であることを特徴とする超音波診断装置。
【請求項１】
被検体表面に接触させる音響レンズを備え、該音響レンズによって送信する超音波を所定の距離に収束させる超音波探触子であって、
前記音響レンズは、
曲げ弾性率が５００ＭＰａ以上、１３００ＭＰａ以下で、かつ音波の伝播速度が１３００ｍ／ｓｅｃ以上、２２００ｍ／ｓｅｃ以下の樹脂材料から成ることを特徴とする超音波探触子。
【請求項２】
前記樹脂材料は、
４−メチル−１−ペンテンと、モノマー分子の総炭素数が１２以上１８以下であるα−オレフィンから選ばれる化合物のうち１種、もしくは２種との共重合体であることを特徴とする請求項１に記載の超音波探触子。
【請求項３】
超音波を被検体に向けて送信し、該被検体からの反射波を受信する超音波探触子を有し、該超音波探触子の受信した反射波に応じて画像を生成する超音波診断装置において、
前記超音波探触子は、
請求項１または２に記載の超音波探触子であることを特徴とする超音波診断装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【公開番号】特開２０１０−２６３４０７（Ｐ２０１０−２６３４０７Ａ）
【公開日】平成２２年１１月１８日（２０１０．１１．１８）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００９−１１２６０２（Ｐ２００９−１１２６０２）
【出願日】平成２１年５月７日（２００９．５．７）
【公序良俗違反の表示】
（特許庁注：以下のものは登録商標）
１．ＶＤＦ
【出願人】（３０３０００４２０）コニカミノルタエムジー株式会社 (2,950)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２２年１１月１８日（２０１０．１１．１８）
【国際特許分類】
【出願日】平成２１年５月７日（２００９．５．７）
【公序良俗違反の表示】
（特許庁注：以下のものは登録商標）
１．ＶＤＦ
【出願人】（３０３０００４２０）コニカミノルタエムジー株式会社 (2,950)
【Ｆターム（参考）】
[ Back to top ]