(57)【要約】      （修正有）【課題】良好な音響特性を有するとともに機械的な耐久性に優れた音響レンズを提供する。【解決手段】音響レンズ３０は、エラストマー基材３１と、エラストマー基材３１に分散され、平均最大長さが５μｍ以上１００μｍ以下、かつ平均最大径が０．０１μｍ以上１μｍ以下のフィラー３２と、を含む。【選択図】図５
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
エラストマー基材と、
前記エラストマー基材に分散され、平均最大長さが５μｍ以上１００μｍ以下、かつ平均最大径が０．０１μｍ以上１μｍ以下のフィラーと、
を含む、音響レンズ。
【請求項２】
前記フィラーは、結晶性の無機フィラーを含む、
請求項１に記載の音響レンズ。
【請求項３】
前記フィラーの材料は、チタン酸カリウム、酸化亜鉛、および硫酸マグネシウムから選ばれる群から選択される少なくても１種を含む、
請求項１または２に記載の音響レンズ。
【請求項４】
請求項１〜３のいずれか１項に記載の音響レンズを含む、
超音波プローブ。
【請求項５】
請求項１〜３のいずれか１項に記載の音響レンズを含む、
超音波診断装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、音響レンズ、超音波プローブ、および超音波診断装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
超音波診断装置に用いられている超音波プローブには、被検体と接触する最表面に、超音波を集束する音響レンズが設けられている。
音響レンズは、被検体との界面における超音波の反射を抑制するために、被検体と近い音響インピーダンスを有することが必要である。
例えば、特許文献１には、シリコーンゴムに、平均一次粒子径が２５ｎｍ未満であって、比重が２．０以上１０．０以下である無機化合物粒子を分散させた成形体からなる音響レンズが開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１６−１０７０７５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、上述した従来技術には以下のような問題がある。
特許文献１に記載の技術は、音響波減衰量を低く維持したまま、シリコーン樹脂の硬度および機械強度（引張破断強度、引張破断伸び、引裂強度および耐折疲労性）を大幅に向上させることを目的としている。
しかし、特許文献１に開示された樹脂組成物の実施例の引裂強度は、１７Ｎ／ｃｍ〜７５Ｎ／ｃｍ（１．７Ｎ／ｍｍ〜７．５Ｎ／ｍｍ）である。この程度の引裂強度では、例えば、音響レンズが、他の医療機器などの硬質な材料と接触、摺動したり、手拭き洗浄による摺動負荷を受けたりすると、損傷するおそれがある。
特許文献１では、平均一次粒子径が２５ｎｍ未満の超微粒子が用いられる。しかし、このような超微粒子の含有量は、適正な音響特性を得るため所定の範囲に制約される。超微粒子が添加された構成では、特許文献１に開示された機械強度を大幅に超えることは期待できない。
このため、良好な音響特性を有するとともに機械的な耐久性がさらに向上する音響レンズが強く求められている。
【０００５】
本発明は、上記のような問題に鑑みてなされたものであり、良好な音響特性を有するとともに機械的な耐久性に優れる音響レンズ、超音波プローブ、および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】
【０００６】
上記の課題を解決するために、本発明の第１の態様の音響レンズは、エラストマー基材と、前記エラストマー基材に分散され、平均最大長さが５μｍ以上１００μｍ以下、かつ平均最大径が０．０１μｍ以上１μｍ以下のフィラーと、を含む。
【０００７】
上記音響レンズにおいては、前記フィラーは、結晶性の無機フィラーを含んでもよい。
【０００８】
上記音響レンズにおいては、前記フィラーの材料は、チタン酸カリウム、酸化亜鉛、および硫酸マグネシウムから選ばれる群から選択される少なくても１種を含んでもよい。
【０００９】
本発明の第２の態様の超音波プローブは、上記音響レンズを備える。
【００１０】
本発明の第３の態様の超音波診断装置は、上記音響レンズを備える。
【発明の効果】
【００１１】
本発明の音響レンズ、超音波プローブ、および超音波診断装置によれば、良好な音響特性を有するとともに機械的な耐久性に優れる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】本発明の第１の実施形態の超音波診断装置である超音波内視鏡の一例を示す模式的な正面図である。
【図２】本発明の第１の実施形態の超音波プローブの一例を示す模式的な断面図である。
【図３】本発明の第１の実施形態の超音波プローブにおける超音波振動子アレイの拡大断面図である。
【図４】本発明の第１の実施形態の超音波診断装置である超音波内視鏡の制御系の構成の一例を示すブロック図である。
【図５】本発明の第１の実施形態の音響レンズの模式的な断面図である。
【図６】本発明の第１の実施形態の変形例の音響レンズの模式的な断面図である。
【図７】本発明の第２の実施形態の医療機器である超音波診断装置の一例を示す模式的なシステム構成図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下では、本発明の実施形態について添付図面を参照して説明する。すべての図面において、実施形態が異なる場合であっても、同一または相当する部材には同一の符号を付し、共通する説明は省略する。
【００１４】
［第１の実施形態］
以下では、本発明の第１の実施形態の音響レンズ、超音波プローブ、および超音波診断装置について説明する。
図１は、本発明の第１の実施形態の超音波診断装置である超音波内視鏡の一例を示す模式的な正面図である。図２は、本発明の第１の実施形態の超音波プローブの一例を示す模式的な断面図である。図３は、本発明の第１の実施形態の超音波プローブにおける超音波振動子アレイの拡大断面図である。図４は、本発明の第１の実施形態の超音波診断装置である超音波内視鏡の制御系の構成の一例を示すブロック図である。
なお、各図面は、模式図のため形状や寸法は誇張されている（以下の図面も同じ）。
【００１５】
図１に示す本実施形態の超音波内視鏡１（超音波診断装置）は、患者の体内に挿入して用いられる医療用内視鏡である。超音波内視鏡１は、被検体に超音波を印加することによって、被検体の超音波画像を取得することができる。
超音波内視鏡１は、患者の体内に挿入される細長の挿入部２と、挿入部２の基端に接続された操作部３と、操作部３から延出するユニバーサルコード４と、を備える。
【００１６】
挿入部２は、患者の体内に挿入するため、可撓性を有する管状に形成されている。挿入部２は、挿入方向の先端側から順に、先端硬質部５、湾曲自在な湾曲部６、および細径かつ長尺で可撓性を有する可撓管部７がこの順に設けられている。図１には図示されていないが、挿入部２の内部には、例えば、処置具チャンネル、ライトガイドファイバー、画像伝送ケーブル、操作ワイヤーなどの長尺の内蔵物が挿通している。
【００１７】
先端硬質部５は、硬質の樹脂成形品によって略円筒状に形成されている。先端硬質部５は、超音波内視鏡１において、マニピュレータとしてのエンドエフェクタを備える装置部分である。先端硬質部５の先端部には、超音波プローブ１０が設けられている。図示は省略するが、先端硬質部５の内部には、被検体の映像を取得するため、例えばＣＣＤなどの撮像素子、照明光を出射する照明光学系、適宜のレンズを備える撮像光学系などが設けられている。
図２に示すように、先端硬質部５の内部には、処置具などを挿通する処置具チャンネル１１が延びている。処置具チャンネル１１の開口部１１ａの前方には、開口部１１ａが外部に延出する処置具等の向きを変える起上台１２が設けられている。
先端硬質部５の先端において起上台１２の隣には、超音波プローブ１０が固定される超音波プローブ取り付け孔５ａが形成されている。
【００１８】
超音波プローブ１０は、本体部２１と、本体部２１の表面に設けられた超音波振動子アレイ２２と、を備える。
本体部２１の先端には、後述する超音波振動子アレイ２２が配置されるアレイ配置面２１ａが形成されている。本実施形態では、アレイ配置面２１ａは、円筒面状に形成されている。
本体部２１の基端には、超音波プローブ取り付け孔５ａに挿入されて先端硬質部５と連結固定される固定部２１ｂが形成されている。
【００１９】
超音波振動子アレイ２２は、アレイ配置面２１ａ上に複数の超音波振動子２２ａが配列されて構成される。
図３に示すように、各超音波振動子２２ａは、バッキング材２４、圧電素子２７、第１音響整合層２８、第２音響整合層２９、および音響レンズ３０が、この順に積層して構成される。各超音波振動子２２ａは、圧電素子２７および第１音響整合層２８の層厚方向に貫通する隔壁２６によって、矩形状に区画されている。
隔壁２６で仕切られた超音波振動子２２ａは、それぞれ超音波の送受信を行うことができ、超音波振動子アレイ２２によって取得する超音波画像における単位画素の画像信号を生成する。
【００２０】
バッキング材２４は、適宜の接着剤を介して、図示略のアレイ配置面２１ａに接着されている。バッキング材２４は、後述する圧電素子２７で発生する超音波振動のうちアレイ配置面２１ａに向かう振動を吸収するための部材である。
バッキング材２４の材質としては、適宜の振動吸収特性を有する樹脂材料が用いられる。
【００２１】
圧電素子２７は、図示略の電極によって電圧が印加されることで、超音波振動を発生する。さらに圧電素子２７は、超音波プローブ１０の外部で反射した超音波が入射すると、超音波振動を電気信号に変換する。
各超音波振動子２２ａにおける圧電素子２７と電気的に接続される図示略の配線は、図２に示すように、ケーブル２３にまとめられ、固定部２１ｂ（図２参照）から延出している。
固定部２１ｂから延出するケーブル２３は、超音波プローブ取り付け孔５ａの内部を通って、挿入部２の内部を経由して、後述する操作部３まで延びている。
各圧電素子２７および各隔壁２６の間には、絶縁層２５が設けられている。絶縁層２５は、圧電素子２７とバッキング材２４とを電気的に絶縁する部材である。絶縁層２５は、導電体を含まない有機物、例えば接着剤で構成されている。
【００２２】
第１音響整合層２８および第２音響整合層２９は、被検体と圧電素子２７とにおける音響インピーダンスの差を低減する層状部である。被検体の音響インピーダンスに応じて、第１音響整合層２８および第２音響整合層２９の音響インピーダンスをそれぞれ適正に設定することにより、被検体による超音波の反射が低減される。
本実施形態では、第１音響整合層２８は、各隔壁２６によって矩形状に区画されているのに対して、第２音響整合層２９は、各第１音響整合層２８および各隔壁２６の先端を覆う層状に設けられている。
ただし、第１音響整合層２８および第２音響整合層２９は、単層の音響整合層に置き換えられてもよい。
【００２３】
音響レンズ３０は、圧電素子２７で発生し、第１音響整合層２８および第２音響整合層２９を通して伝搬する超音波を集束して外部に放射する。さらに、音響レンズ３０は、外部で反射された超音波を集束して、各圧電素子２７に入射させる。音響レンズ３０は、超音波を集束させるための適宜形状に成形されている。
音響レンズ３０は、超音波プローブ１０の最表面に配置されている。
音響レンズ３０の詳細については、超音波内視鏡１の説明を終えた後で説明する。
【００２４】
図１に示すように、湾曲部６は、先端硬質部５の基端側に連結されている。湾曲部６は、先端硬質部５の向きを変更するため、湾曲可能となっている管状の部位である。
湾曲部６は、例えば、円環状の複数の節輪が回動可能に連結され、内部には、操作ワイヤーが挿通されている。
湾曲部６の内部には、例えば、先端硬質部５の撮像素子に接続された電気配線、照明窓まで延ばされたライトガイドファイバーなどの部材が収容されている。
上述した操作ワイヤー、画像伝送ケーブル、ライトガイドファイバー、図示略のケーブル２３などの部材は、後述する可撓管部７の内部に挿通され、後述する操作部３まで延びている。
湾曲部６は、樹脂製の外皮チューブによって被覆されている。
【００２５】
可撓管部７は、湾曲部６と、後述する操作部３と、を繋ぐ管状部分である。
可撓管部７は、内腔を有する樹脂チューブを含んで構成される。樹脂チューブの内側には、内腔の円形断面を保つため、例えば、金属または樹脂からなる帯状部材が螺旋状に巻かれたフレックス、網状の金属ブレードなどの補強部材が設けられてもよい。
【００２６】
操作部３は、術者が超音波内視鏡１の操作を行う装置部分である。操作部３を通して行う操作の例としては、湾曲部６の湾曲量を変更するため、図示略の操作ワイヤーを牽引する操作が挙げられる。操作部３を通して行う他の操作の例としては、超音波プローブ１０を駆動して、超音波画像を取得するための操作が挙げられる。
操作部３の基端部には、超音波内視鏡１の動作に必要な電源線、信号線などを、外部機器と接続するためのユニバーサルコード４が接続されている。
【００２７】
図４に示すように、超音波内視鏡１は、制御ユニット５０と、画像表示を行う表示部５３と、をさらに備える。
制御ユニット５０は、超音波観測部５１と、画像処理部５２と、を備える。
超音波観測部５１は、ユニバーサルコード４を介して、操作部３および圧電素子２７と電気的に接続されている。超音波観測部５１は、操作部３からの制御信号に基づいて、圧電素子２７を用いた超音波の送受信を行う。具体的には、超音波観測部５１は、各超音波振動子２２ａの各圧電素子２７から順次超音波を放射させて、それぞれの反射波を受信する。これにより、超音波観測部５１は、エコーデータを取得する。
画像処理部５２は、超音波観測部５１が取得したエコーデータを解析して、超音波画像を構築する画像処理を行う。
画像処理部５２が構築した超音波画像の画像信号は、画像処理部５２が接続された表示部５３に送出される。これにより、表示部５３に超音波画像が表示される。
【００２８】
制御ユニット５０の装置構成は、ＣＰＵ、メモリ、入出力インターフェース、外部記憶装置などからなるコンピュータからなり、これにより上述のような超音波観測部５１および画像処理部５２の動作を行うプログラムが実行されるようになっている。
【００２９】
次に、本実施形態の音響レンズ３０の詳細構成について説明する。
図５は、本発明の第１の実施形態の音響レンズの模式的な断面図である。
【００３０】
図５に模式的に示すように、音響レンズ３０は、エラストマー基材３１と、フィラー３２と、を備える。
エラストマー基材３１は、被検体である生体組織との接触に好適な生体適合性を有する樹脂材料の硬化物からなる。エラストマー基材３１の材料は、後述するフィラー３２の添加によって、被検体の音響インピーダンスに近い音響インピーダンスが得られる適宜の樹脂材料が用いられる。
例えば、エラストマー基材３１としては、ジオルガノポリシロキサンを主成分とし、重合度が３０００以上１００００以下のポリシロキサンを含んで構成された原料樹脂に加硫剤が添加されて加熱硬化されたミラブル型のシリコーンゴムが用いられてもよい。
例えば、エラストマー基材３１としては、ジオルガノポリシロキサンを主成分とし、重合度の低いポリシロキサンに硬化剤を添加して硬化させた液状ゴム型のシリコーンゴムが用いられてもよい。このような液状ゴム型のシリコーンゴムは、縮合反応型と付加反応型とがある。特に、付加反応型の場合は硬化中に副生成物が発生しない利点がある。
ただし、エラストマー基材３１は、上述の種類、型には限定されない。エラストマー基材３１の材料は、例えば、生体適合性、耐滅菌耐性、柔軟性、耐久性、硬化性などを考慮して、上述のシリコーンゴム以外のエラストマー材料のうちから、適宜選択されてもよい。
【００３１】
フィラー３２は、エラストマー基材３１に分散して配合されている。フィラー３２は、平均最大長さが５μｍ以上１００μｍ以下、かつ平均最大径が０．０１μｍ以上１μｍ以下の形状を有する。フィラー３２は、平均最大長さが１０μｍ以上５０μｍ以下、かつ平均最大径が０．１μｍ以上０．６μｍ以下の形状を有することがより好ましい。
ここで、「平均最大長さ」は、音響レンズ３０に含まれるフィラー３２単体の最大の外形寸法が、音響レンズ３０に含まれるフィラー３２の集団において平均された値である。「平均最大径」は、音響レンズ３０に含まれるフィラー３２単体の線状部分における最大線径が、音響レンズ３０に含まれるフィラー３２の集団において平均された値である。
フィラー３２の形状は、平均最大長さおよび平均最大径が、上述の数値範囲を満足していれば、特に限定されない。例えば、フィラー３２の形状は、繊維状であってもよい。例えば、フィラー３２は、直線状の線状体であってもよいし、湾曲または屈曲した線状体でもよい。例えば、フィラー３２は、線状体がツリー状に分岐した形状を有していてもよい。例えば、フィラー３２は、断面積が略一定の棒状の線状体であってもよいし、断面積が変化する針状の線状体でもよい。例えば、フィラー３２は中空の管状であってもよい。
【００３２】
フィラー３２の材質は、無機フィラーであってもよいし、有機フィラーであってもよい。ただし、高比重が得られやすい点では、フィラー３２は、無機フィラーであることがより好ましい。低比重ではあるが高強度が得られる点では、フィラー３２はカーボンナノチューブが用いられてもよい。
フィラー３２が無機フィラーの場合、上述の数値範囲の形状が容易に製造しやすい点では、フィラー３２は結晶性材料であることがより好ましい。結晶性材料の場合、結晶成長によって、安定した最大長さおよび最大外径を有する線状体が容易に得られる。フィラー３２が結晶性材料で構成される場合、単結晶を成長させて製造されることが特に好ましい。結晶成長によって製造された結晶性の無機フィラーは、機械加工などによって製造されるフィラーに比べてフィラー自体が高強度になるため、補強効果が高くなる。
ただし、上述の数値範囲の形状が得られれば、フィラー３２は非結晶性材料（アモルファス材料）によって製造されてもよい。具体的には、フィラー３２として、ガラスフィラーなどが用いられてもよい。
【００３３】
フィラー３２に好適な材料の例としては、例えば、チタン酸カリウム、酸化亜鉛、硫酸マグネシウムなどが挙げられる。例えば、フィラー３２の材料は、チタン酸カリウム、酸化亜鉛、および硫酸マグネシウムから選ばれる群から選択される少なくても１種を含んでもよい。
【００３４】
本実施形態の音響レンズ３０を製造するには、例えば、硬化前のエラストマー基材３１に、加硫剤あるいは硬化剤と、フィラー３２と、が添加され、略均一に分散混合されて成形用材料が形成される。形成された成形用材料は、音響レンズ３０の形状を形成する成形型を用いて硬化される。成形用材料の硬化物から脱型することによって、音響レンズ３０が製造される。
【００３５】
このような超音波内視鏡１の作用について、音響レンズ３０の作用を中心として説明する。
音響レンズ３０は、平均最大長さが５μｍ以上１００μｍ以下、かつ平均最大径が０．０１μｍ以上１μｍ以下のフィラー３２を含んでいる。
フィラー３２は、このようなアスペクト比が大きい形状を有するため、粒状体の充填材に比べて比表面積が大きくなっている。フィラー３２は、粒状体よりもエラストマー基材３１との接触面積が大きくなるため、エラストマー基材３１との一体性が高まる。この結果、フィラー３２の長手方向における圧縮および引っ張りの外力に対する補強効果が特に大きくなる。
【００３６】
これに対して、粒状体の充填材では、充填材の粒子径を小さくすることによって、比表面積が大きくなるため、粒子径がより大きい同量の充填材が添加された場合に比べると、ある程度は補強効果が高められる。しかし、補強効果の向上の程度は、アスペクト比が大きいフィラー３２に比べると格段に小さい。
フィラー３２は、粒状体に比べてアスペクト比が格段に大きいため、１つのフィラー３２の補強効果がより広い領域に及ぶ。これに対して、粒状体の充填材では、粒子径が小さくなると代表長さが小さくなるため、１つの充填材の補強効果が及ぶ領域はより狭くなってしまう。
粒状体の充填材によってさらに補強効果を高めるには、含有量を増やす必要がある。この場合、エラストマー基材３１との混合物は、硬くなるとともに脆くなるため、特に引き裂き強度などを低下しやすい。さらに、充填材の含有量が多くなりすぎることによって、音響特性が適正な範囲から外れやすくなる。
【００３７】
特に、フィラー３２の形状が、枝分かれした線状部を有する場合には、枝分かれした線状部がエラストマー基材３１に対するアンカー効果を有するため、フィラー３２による補強効果がさらに向上する。
この場合、枝分かれした線状部は、他のフィラー３２の線状部と絡みやすくなる作用もある。このため、エラストマー基材３１に分散したフィラー３２の相互の絡み合いが増えることによって、補強効果が増大することも期待できる。
【００３８】
音響レンズ３０では、上述したように、特にフィラー３２の長手方向の圧縮強度および引張強度が向上する。
さらに、音響レンズ３０では、例えば、フィラー３２の長手方向に交差する方向に作用するせん断力に対する強度が向上する。このため、例えば、破断時または引き裂き時にエラストマー基材３１に発生するマイクロクラックの進展がフィラー３２によって抑制される。このように、音響レンズ３０では、粒状体が添加された場合に比べて、破断強度および引き裂き強度も向上する。
フィラー３２の高アスペクト比ではあるが、平均最大長さが１００μｍ以下であるため、硬化前のエラストマー基材３１に混合する場合の配向性は低い。このため、硬化前のエラストマー基材３１とフィラー３２とは、略均一に分散するように混合することが可能である。これにより、フィラー３２の配向は、略無配向になる。この結果、引張強度、破断強度、および引き裂き強度の異方性が抑制される。
【００３９】
このようなフィラー３２の補強作用は、平均最大長さが長いほど、あるいは、平均最大が大きいほど、大きくなる。
一方、フィラー３２には、形状および含有量によって、音響特性が変化する作用もある。具体的には、フィラー３２は、超音波を減衰させたり、音響インピーダンスを変化させたりする。
フィラー３２の比重、平均最大長さ、および平均最大径は、上述の補強効果と、音響レンズ３０の音響特性とが適正となるように選ばれる。
【００４０】
例えば、フィラー３２の平均最大径が、０．０１μｍ（１０ｎｍ）未満であると、補強効果が小さくなりすぎる。フィラー３２の平均最大径が、１μｍを超えると、超音波の減衰率が大きくなりすぎる。
例えば、フィラー３２の平均最大長さが、５μｍ未満であると、補強効果が及ぶ領域が小さくなりすぎる。このため、特に引き裂き強度が低下しすぎる。フィラー３２の平均最大長さが、１００μｍを超えると、超音波の減衰率が大きくなりすぎる。
【００４１】
例えば、含有量をあまり増やすことなく音響インピーダンスを調整できるようにするには、フィラー３２の材質として、高比重の材質が選ばれることがより好ましい。フィラー３２の比重は、１．３以上１０以下がより好ましい。フィラー３２の比重は、２以上６以下がさらに好ましい。
例えば、チタン酸カリウム（比重３．３〜３．５）、酸化亜鉛（比重５．６〜５．８）、硫酸マグネシウム（比重２．３〜２．６）などは、比重の点でもより好ましい。
チタン酸カリウム、酸化亜鉛、および硫酸マグネシウムは、結晶性材料であるため、結晶成長によって製造されることで、フィラー自体が高強度になる。このため、平均最大径が小さくても、必要な補強効果が得られるため、減衰率の低下が抑制される。
【００４２】
このように、超音波内視鏡１では、音響レンズ３０が上述のフィラー３２を含有するため、音響レンズ３０が良好な音響特性を有するとともに機械的な耐久性に優れる。例えば、音響レンズ３０は、特に引き裂き強度に優れる。このため、音響レンズ３０が、他の医療機器などの硬質な材料と接触、摺動したり、手拭き洗浄による摺動負荷を受けたりしても、音響レンズ３０が損傷しにくくなる。この結果、音響レンズ３０の耐久寿命が向上する。同様に、音響レンズ３０を備える超音波プローブ１０および超音波内視鏡１の耐久性も向上する。
【００４３】
［変形例］
次に、本発明の第１の実施形態の変形例について説明する。
図６は、本発明の第１の実施形態の変形例の音響レンズの模式的な断面図である。
【００４４】
図１に示すように、本変形例の超音波内視鏡１Ａ（超音波診断装置）は、上記第１の実施形態の超音波内視鏡１の超音波プローブ１０に代えて、超音波プローブ１０Ａを備える。
図２に示すように、超音波プローブ１０Ａは、上記第１の実施形態における超音波振動子アレイ２２に代えて、超音波振動子アレイ２２Ａを備える。
以下、上記第１の実施形態と異なる点を中心に説明する。
【００４５】
図３に示すように、本変形例の超音波振動子アレイ２２Ａは、上記第１の実施形態の音響レンズ３０に代えて、音響レンズ３０Ａを備える。
図６に模式的に示すように、音響レンズ３０Ａは、エラストマー基材３１およびフィラー３２に加えて、さらに充填材３３を備える。
充填材３３は、エラストマー基材３１に比べて平均的なアスペクト比が小さい無機粒子からなる。
充填材３３は、フィラー３２と合わせて音響レンズ３０Ａに必要な音響特性が得られる適宜量が含有される。
充填材３３は、高比重であることがより好ましい。減衰率が大きくなりすぎないようにするため、充填材３３の平均粒子径は、０．０１μｍ以上１μｍ以下であることがより好ましい。
【００４６】
充填材３３として好適な無機フィラーの例としては、シリカ、アルミナ、ベーマイト、酸化セリウム、窒化ホウ素、窒化アルミニウム、酸化マグネシウム、水酸化アルミニウム、酸化亜鉛、三酸化タングステン、ジルコニア、ダイヤモンド、窒化珪素、炭化珪素、サファイヤなどが挙げられる。
充填剤としては、１種類の物質が用いられてもよいし、２種類以上の物質が用いられてもよい。
【００４７】
本変形例の音響レンズ３０Ａによれば、フィラー３２に加えて、充填材３３を含有するため、上記第１の実施形態と同様、音響レンズ３０Ａが機械的な耐久性に優れる。
さらに本変形例によれば、音響特性は、フィラー３２および充填材３３の配合によって適宜調整できる。例えば、フィラー３２として、低比重の材質が用いられる場合、必要な強度が得られるフィラー３２の含有量では、音響インピーダンスが低くなりすぎる場合がある。この場合、高比重の充填材３３を適宜含有させることによって、音響インピーダンスを適正値に調整できる。
このため、本変形例の音響レンズ３０Ａは、良好な音響特性を有するとともに機械的な耐久性に優れる。これにより、音響レンズ３０Ａの耐久寿命が向上する。同様に、音響レンズ３０Ａを備える超音波プローブ１０Ａおよび超音波内視鏡１Ａの耐久性も向上する。
【００４８】
［第２の実施形態］
次に、本発明の第２の実施形態の超音波プローブおよび超音波診断装置について説明する。
図７は、本発明の第２の実施形態の医療機器である超音波診断装置の一例を示す模式的なシステム構成図である。
【００４９】
図７に示すように、本実施形態の超音波診断装置６０は、例えば、内視鏡などを経由して患者の体内に挿入して用いられる。超音波診断装置６０は、被検体に超音波を印加することによって、被検体の超音波画像を取得することができる。
超音波診断装置６０は、超音波プローブ６１、プローブ回転部６４、制御ユニット６５、およびモニタ６６を備える。
【００５０】
超音波プローブ６１は、可撓性を有する細長な樹脂製のシース部材で形成されたプローブ本体６２と、プローブ本体６２の先端部に設けられた超音波印加部６３と、を備える。
プローブ本体６２は、例えば、内視鏡の処置具チャンネルに挿通できる外径を有し、処置具チャンネルの先端部の開口から延出できる長さを有する。
超音波印加部６３は、上記第１の実施形態におけると同様の超音波振動子２２ａがプローブ本体６２の長手方向に複数配列されて構成されている。本実施形態における超音波振動子２２ａの列は１列には限定されない。例えば、超音波振動子２２ａの列は、プローブ本体６２の中心軸線を挟んで対向するような２列になっていてもよい。
図３に示すように、超音波印加部６３の超音波振動子２２ａの最表面には、上記第１の実施形態と同様な音響レンズ３０が配置されている。
【００５１】
各超音波振動子２２ａの各圧電素子２７には、それぞれ図示略の信号線が接続されている。各信号線はプローブ本体６２の内部に挿通して後述するプローブ回転部６４まで延びている。各信号線は、図７に示すように、信号ケーブル６７にまとめられてプローブ回転部６４から外部に延出している。信号ケーブル６７は、コネクタ６７ａを介して後述する制御ユニット６５に通信可能に接続されている。
【００５２】
プローブ回転部６４は、超音波プローブ６１の回転操作を行うための装置部分である。本実施形態では、プローブ回転部６４は、術者が手動によって、超音波プローブ６１をその中心軸線回りに回転できるようになっている。プローブ回転部６４の主要部は、互いに相対回転可能に組み立てられた複数の樹脂部材によって構成される。
【００５３】
制御ユニット６５は、各圧電素子２７（図３参照）を通して、超音波の送受信を制御するとともに、各圧電素子２７が受信したエコーデータを解析し、超音波画像の構築等の画像処理を行う装置部分である。制御ユニット６５には、コネクタ６７ａを介して信号ケーブル６７が電気的に接続されている。
制御ユニット６５の装置構成は、上記第１の実施形態における制御ユニット５０と同様な構成が用いられる。
モニタ６６は、制御ユニット６５が構築した超音波画像などを表示する装置部分である。モニタ６６は、信号ケーブル６８を介して、制御ユニット６５と通信可能に接続されている。
【００５４】
このような構成の超音波診断装置６０の超音波プローブ６１は、例えば、内視鏡の処置具チャンネルなどを経由して超音波プローブ６１の先端部が患者の体内に挿入されて使用される。超音波プローブ６１は可撓性を有するため、処置具チャンネルが湾曲していると、処置具チャンネルの湾曲に沿って曲がりながら挿入される。
患者の体内に挿入された超音波プローブ６１は超音波印加部６３が、患者の体内の被検体に接触するように、プローブ回転部６４によって回転される。
超音波印加部６３が被検体と接触したら、超音波印加部６３の各圧電素子２７によって超音波の送受信が行われ、エコーデータが取得される。取得されたエコーデータは、制御ユニット６５によって解析され、超音波画像が構築される。超音波画像の画像信号は、モニタ６６に送出されて、モニタ６６に表示される。
【００５５】
このように、超音波プローブ６１の使用に際して、超音波印加部６３の表面における音響レンズ３０は、処置具チャンネルあるいは被検体と摺動する。さらに、超音波プローブ６１の音響レンズ３０は、使用前後に、例えば、手拭き洗浄による摺動負荷を受ける。
しかし、音響レンズ３０は機械的な耐久性に優れるため、損傷しにくくなっている。
このため、音響レンズ３０を備える超音波プローブ６１および超音波診断装置６０の耐久性も向上する。
【００５６】
なお、上記各実施形態の説明では、音響レンズ３０が、エラストマー基材３１およびフィラー３２を備える場合の例で説明した。音響レンズ３０には、必要に応じて、適宜の添加物が含有されてもよい。音響レンズ３０として必要な音響特性が得られる範囲であれば、音響レンズ３０に含まれる添加物の種類、含有量は特に限定されない。例えば、音響レンズ３０として必要な音響特性が得られる範囲であれば、音響レンズ３０には、湿潤剤、色材などの添加物が含まれてもよい。
【実施例】
【００５７】
以下では、上記第１の実施形態および変形例に対応する音響レンズを形成する樹脂組成物の実施例について、比較例とともに説明する。
下記［表１］には、実施例１〜５の樹脂組成物の組成および評価結果が、比較例の樹脂組成物の組成および評価結果とともに示されている。
【００５８】
【表１】
2019083859.tif 000003
【００５９】
［実施例１］
実施例１は、第１の実施形態の音響レンズ３０を形成するための樹脂組成物の実施例である。
［表１］に示すように、実施例１の樹脂組成物は、エラストマー基材３１として６５質量部のシリコーンゴム、フィラー３２として３５質量部のチタン酸カリウム製の結晶性フィラーが用いられた。
シリコーンゴムは、二液からなる付加反応型の液状ゴムが用いられた。硬化剤としては、白金系触媒が用いられた。
フィラーの平均最大長さは１５μｍ、平均最大径は０．４μｍであった。
実施例１の樹脂組成物の評価用サンプルを製造するため、上述の液状ゴムに上述のフィラーが上述の配合比となるように計量され、均一に混合されて、成形用材料が調製された、この後、成形用材料は、評価用サンプルの成形型に流し込まれて硬化された。
実施例１の評価用サンプルとしては、音響インピーダンス評価用のサンプルＡと、引き裂き強度評価用のサンプルＢと、が製造された。
サンプルＡは、成形用材料が３０ｍｍ×３０ｍｍ×１ｍｍのシートに成形されて製造された。硬化方法としては、１００℃１時間の加熱硬化が用いられた。
サンプルＢは、成形用材料がＪＩＳ  Ｋ  ６２５２に準拠した試験片の形状に成形されて製造された。具体的には、厚さ０．５ｍｍ、切り込みなしのアングル型試験片が製造された。硬化方法としては、１００℃１時間の加熱硬化が用いられた。
【００６０】
［実施例２］
実施例２の樹脂組成物は、エラストマー基材３１として５５質量部のシリコーンゴム、フィラー３２として４５質量部の酸化亜鉛製の結晶性フィラーが用いられた。
シリコーンゴムの材質および硬化剤は、実施例１と同様とされた。
フィラー３２の平均最大長さは１０μｍ、平均最大径は０．２μｍであった。
実施例２の評価用サンプルは、成形用材料が異なる以外は実施例１と同様のサンプルＡ、Ｂが、実施例１と同様にして製造された。
【００６１】
［実施例３］
実施例３は、上記第１の実施形態の変形例の実施例である。
実施例３の樹脂組成物は、フィラー３２の含有量が３０質量部とされ、充填材３３として５質量部のアルミナ（平均粒子径０．０３μｍ）が添加された以外は、実施例１と同様の構成が用いられた。
実施例３の評価用サンプルは、成形用材料が異なる以外は実施例１と同様のサンプルＡ、Ｂが、実施例１と同様にして製造された。
【００６２】
［実施例４］
実施例４は、上記第１の実施形態の変形例の実施例である。
実施例４の樹脂組成物は、エラストマー基材３１として６０質量部のシリコーンゴム、フィラー３２として３０質量部の硫酸マグネシウム製の結晶性フィラー、充填材３３として１０質量部のジルコニア（平均粒子径０．１μｍ）が用いられた。
シリコーンゴムの材質および硬化剤は、実施例１と同様とされた。
フィラー３２の平均最大長さは１５μｍ、平均最大径は０．５μｍであった。
実施例４の評価用サンプルは、成形用材料が異なる以外は実施例１と同様のサンプルＡ、Ｂが、実施例１と同様にして製造された。
【００６３】
［実施例５］
実施例５の樹脂組成物は、フィラー３２として、３０質量部のチタン酸カリウム製の結晶性フィラーと、５質量部のガラスフィラーが用いられた以外は、実施例１と同様の構成が用いられた。チタン酸カリウム製の結晶性フィラーは、実施例１と同様の材料が用いられた。
ガラスフィラーの平均最大長さは１００μｍ、平均最大径は１μｍであった。
実施例５の評価用サンプルは、成形用材料が異なる以外は実施例１と同様のサンプルＡ、Ｂが、実施例１と同様にして製造された。
【００６４】
［比較例］
比較例の樹脂組成物は、フィラー３２に代えて、３５質量部のアルミナ（平均粒子径１μｍ）が用いられた以外は、実施例１と同様の構成が用いられた。
比較例の評価用サンプルは、成形用材料が異なる以外は実施例１と同様のサンプルＡ、Ｂが、実施例１と同様にして製造された。
【００６５】
［評価］
音響インピーダンスは、各実施例、比較例のサンプルＡを用いて、各樹脂組成物の密度と、音速とが測定された。音響インピーダンスは、測定された密度と音速との積によって計算された。
引き裂き強度は、各実施例、比較例のサンプルＢを用いて、ＪＩＳ  Ｋ  ６２５２に準拠した引き裂き強度試験が行われることによって測定された。
【００６６】
［評価結果］
［表１］に示すように、実施例１、３〜５のサンプルＡの音響インピーダンスは、１．３０ＭＲａｙｌ、実施例２の音響インピーダンスは、１．４０ＭＲａｙｌであった。
比較例のサンプルＡの音響インピーダンスは、１．３１ＭＲａｙｌであった。
音響レンズは、生体組織の音響インピーダンスに近い１．３ＭＲａｙｌ以上１．６ＭＲａｙｌが好適である。このため、各実施例および比較例はいずれも音響レンズ３０として好適な音響インピーダンスを有していた。
【００６７】
［表１］に示すように、実施例１〜５のサンプルＢの引き裂き強度は、それぞれ、４３Ｎ／ｍｍ、４８Ｎ／ｍｍ、４１Ｎ／ｍｍ、４１Ｎ／ｍｍ、４９Ｎ／ｍｍであった。
比較例のサンプルＢの引き裂き強度は、１１Ｎ／ｍｍであった。
一方、各樹脂組成物に用いたシリコーンゴム単体の硬化物の引き裂き強度は、２８Ｎ／ｍｍであった。このため、実施例１〜５は、シリコーン単体の引き裂き強度に対して、１．４６倍から１．７５倍になっていたため、引き裂き強度に優れていた。
【００６８】
特に、実施例２は、実施例１に比べてフィラーの含有量が多いため、音響インピーダンスと引き裂き強度とがいずれも実施例１よりも大きくなっていた。
実施例３、４は、実施例１に比べてフィラーの含有量が少ないが、減らされたフィラーの代わりに無機粒子が補充されてため、音響インピーダンスは実施例１と変わらなかった。しかし、実施例３、４は、実施例１に比べて引き裂き強度が少し低下した。
実施例５は、フィラー３２として複数の材質のフィラーが混合された例になっている。実施例５では、実施例１におけるチタン酸カリウム製のフィラーの一部が、ガラスフィラーで置換されていた。この場合、ガラスフィラーの添加による音響インピーダンスの変化は生じなかった。しかし、平均最大長さおよび平均最大径がより大きいガラスフィラーが加わることで、引き裂き強度が実施例１よりも大きくなった。
【００６９】
比較例の引き裂き強度は、無機粒子を含有することでシリコーン単体の引き裂き強度の０．３９倍に低下していた。
比較例において無機粒子の含有量を減らせば、シリコーン単体の引き裂き強度に近づくことが考えられる。しかし、比較例においては、無機粒子の含有量を０質量部にしても、各実施例の引き裂き強度よりは格段に下回ってしまう。
さらに比較例において無機粒子の含有量を減らすと、音響インピーダンスが１．３１よりも低下することは明らかである。このため、音響レンズとしては良好と言えない音響インピーダンスになってしまう可能性が高い。
【００７０】
以上、本発明の好ましい各実施形態、変形例、各実施例を説明したが、本発明はこれらの各実施形態、変形例、各実施例に限定されることはない。本発明の趣旨を逸脱しない範囲で、構成の付加、省略、置換、およびその他の変更が可能である。
また、本発明は前述した説明によって限定されることはなく、添付の特許請求の範囲によってのみ限定される。
【符号の説明】
【００７１】
１、１Ａ  超音波内視鏡（超音波診断装置）
１０、１０Ａ、６１  超音波プローブ
２２、２２Ａ  超音波振動子アレイ
２２ａ  超音波振動子
３０、３０Ａ  音響レンズ
３１  エラストマー基材
３２  フィラー
３３  充填材
６０  超音波診断装置
６３  超音波印加部
【図１】
2019083859.tif 000004
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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