(57)【要約】【課題】  音響導波路と圧電素子とを強固に密着させて、物性の変動を防止し、かつ容易に小型化を実現しうる超音波照射装置を提供する。【解決手段】  一端を音響放射面として開放し、他端にチタン被覆を施して接地側電極を形成したフレキシブル音響導波路と、該チタン被覆層上に直接密着して設けられた圧電素子膜からなる受音子と、該圧電素子膜上に形成された金属層からなる信号側電極とで構成され、かつ前記チタン被覆、圧電素子膜及び信号側電極を有する端部を、コネクタを付設した筐体で液密的に包囲するとともに、前記接地側電極及び信号側電極をそれぞれコネクタの接地側電極ピン及び信号側電極ピンに接続した構造を有するカテーテル型超音波照射装置とする。【選択図】  図１
2005160823.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
一端を音響放射面として開放し、他端にチタン被覆を施して接地側電極を形成したフレキシブル音響導波路と、該チタン被覆層上に直接密着して設けられた圧電素子膜からなる受音子と、該圧電素子膜上に形成された金属層からなる信号側電極とで構成され、かつ前記チタン被覆、圧電素子膜及び信号側電極を有する端部を、コネクタを付設した筐体で液密的に包囲するとともに、前記接地側電極及び信号側電極をそれぞれコネクタの接地側電極ピン及び信号側電極ピンに接続した構造を有するカテーテル型超音波照射装置。
【請求項２】
チタン被覆を圧電素子形成成分含有強アルカリ水溶液と接触させ、高温、高圧下に水熱反応させることにより、チタン被覆層上に圧電素子膜を直接密着させて設けた請求項１記載のカテーテル型超音波照射装置。
【請求項３】
フレキシブル音響導波路が光ファイバからなる請求項１又は２記載のカテーテル型超音波照射装置。
【請求項４】
光ファイバがサファイア製光ファイバである請求項３記載のカテーテル型超音波照射装置。
【請求項５】
光ファイバがアルミナ製光ファイバである請求項３記載のカテーテル型超音波照射装置。
【請求項６】
光ファイバがプラスティック製光ファイバである請求項３記載のカテーテル型超音波照射装置。
【請求項７】
圧電素子膜がジルコン酸チタン酸鉛からなる請求項１ないし６のいずれかに記載のカテーテル型超音波照射装置。
【請求項８】
圧電素子膜がチタン酸バリウムからなる請求項１ないし６のいずれかに記載のカテーテル型超音波照射装置。
【請求項９】
圧電素子膜が（Ｂｉ0.5Ｎａ0.5）ＴｉＯ3−ＢａＴｉＯ3又は（Ｂｉ0.5Ｎａ0.5）ＴｉＯ3−ＢａＴｉＯ3−ＳｒＴｉＯ3からなる請求項１ないし６のいずれかに記載のカテーテル型超音波照射装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は病気の診断、治療など医療分野において広く用いることができるカテーテル型超音波照射装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
近年、病気の診断や治療を行う医療分野において、超音波照射装置が広く利用されている。そして、これまでにこのような超音波装置として、同心円状に分割され配列された複数の環状のトラックからなり、各トラックの周方向に複数のセクタに分割された二次元アレイ型超音波発生器と、このセクタを構成する素子を駆動する駆動回路と、その駆動信号の位相及び振幅を制御する位相振幅制御回路を備えた、悪性腫瘍の治療に好適な超音波照射装置（特許文献１参照）、すだれ状電極を備えた圧電薄板を非圧電基板の一方の板面に設け、液体又は粘液状の物質を介して前記非圧電基板の他方の板面と接触した物体中に超音波を照射する手段を備えた胆石破壊用超音波照射装置（特許文献２参照）、体内に治療用超音波を照射する超音波照射手段と、この体内にイメージング用超音波を送信するとともに体内からの反射波を受信するイメージング用超音波プローブとこれらの超音波からの信号を比較する手段を備えた結石破砕用超音波照射装置（特許文献３参照）、体内の所望の部位に超音波を照射する複数の超音波振動子から構成された超音波発生源と、体内の断層像を得るための超音波を送受信する画像診断用超音波プローブとを備えた治療用ヘッドを有する超音波照射装置（特許文献４参照）、加熱治療用集束超音波照射装置と患者体内組織の三次元画像を撮像して表示する画像診断装置と両者の間を患者の体位を変えることなく移動させる移動装置を有する超音波治療装置（特許文献５参照）などが知られている。
【０００３】
このほか、超音波照射装置として、ガンの低侵襲治療や血栓の溶解治療を目的として、光ファイバのようなフレキシブルな音響導波路を利用したものが提案されているが、このように光ファイバを音響導波路として用いる場合は、体外で発生させた超音波振動を効率よく端面に入射させることが困難になる。
【０００４】
また、従来の超音波照射装置においては、音響導波路とその上に設ける圧電素子膜とを導電性接着剤を用いて接着しているため密着が不均一になるため、物性が変動したり、経時的に密着性が低下したり、あるいは接着層の存在により小型化が制限を受けるという欠点があった。
【０００５】
【特許文献１】特開平７−１８４９１４号公報（特許請求の範囲その他）
【特許文献２】特開平７−３１３５２１号公報（特許請求の範囲その他）
【特許文献３】特開平１０−２１６１４３号公報（特許請求の範囲その他）
【特許文献４】特開２００１−７０３３３号公報（特許請求の範囲その他）
【特許文献５】特開２０００−１６６９５０号公報（特許請求の範囲その他）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明は、このような事情のもとで、音響導波路と圧電素子とを強固に密着させて、物性の変動を防止し、かつ容易に小型化を実現しうる超音波照射装置を提供することを目的としてなされたものである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明者らは、音響導波路の所定の位置に、導電性接着剤を用いずに圧電素子を強固に密着させ、安定した物性を保証するとともに、小型化が可能な超音波照射装置を開発するために、種々研究を重ねた結果、音響導波路の所定の位置にチタン被覆を設け、この上に水熱反応を利用した化学蒸着により圧電素子膜を形成させることにより、その目的を達成しうることを見出し、この知見に基づいて本発明をなすに至った。
【０００８】
すなわち、本発明は、一端を音響放射面として開放し、他端にチタン被覆を施して接地側電極（以下ＧＮＤ側電極という）を形成したフレキシブル音響導波路と、該チタン被覆層上に直接密着して設けられた圧電素子膜からなる受音子と、該圧電素子膜上に形成された金属層からなる信号側電極（以下ＨＯＴ側電極という）とで構成され、かつ前記チタン被覆、圧電素子膜及び信号側電極を有する端部を、コネクタを付設した筐体で液密的に包囲するとともに、前記接地側電極及び信号側電極をそれぞれコネクタの接地側電極ピン及び信号側電極ピンに接続した構造を有するカテーテル型超音波照射装置を提供するものである。
【０００９】
本発明におけるフレキシブル音響導波路としては、光ファイバを用いるのが好ましいが、所望ならば光ファイバ以外のプラスチックワイヤ、プラスチックロッド、金属ワイヤ、金属ロッドなどのフレキシブルな材料からなる線条体を用いることもできる。そして、上記の光ファイバとしては、サファイア製光ファイバ、アルミナ製光ファイバ、プラスチック製光ファイバなどが好ましい。
【００１０】
これらのフレキシブル音響導波路としてチタン以外の材料を用いた場合には、少なくともその圧電素子膜を付着させる部分にチタン被覆を設けることが必要である。このチタン被覆は、例えばスパッタリング、真空蒸着、溶着、めっきなど公知の金属被覆手段を用いて形成させることができる。
【００１１】
圧電素子膜は、このようにして形成されたチタン被覆の上に成膜されるが、この成膜は、例えば複数の撹拌羽根からなる撹拌手段を備えたオートクレーブ型反応容器において、少なくとも撹拌羽根の外側露出面及び反応容器内側面を耐アルカリ性材料で構成するとともに、上記撹拌羽根に取り付け溝を穿設し、その取り付け溝に、フレキシブル音響導波路の端部のみを露出させ、それ以外の部分を液密的に隔離して着脱自在に嵌合した圧電膜形成装置を用いて行うことができる。
【００１２】
このようにして成膜される圧電素子としては、ジルコン酸チタン酸鉛のようなＰＺＴ系圧電体のほか、チタン酸バリウム、（Ｂｉ0.5Ｎａ0.5）ＴｉＯ3−ＢａＴｉＯ3又は（Ｂｉ0.5Ｎａ0.5）ＴｉＯ3−ＢａＴｉＯ3−ＳｒＴｉＯ3などの非鉛系のものも用いることができる。
【発明の効果】
【００１３】
本発明は、音響導波路上に設けたチタン被覆表面に接着剤なしで水熱反応により直接圧電素子膜を密着させているので、従来の不安定要因であった光ファイバ端部に対する圧電素子膜との接着不良や使用時に水中に設置した放物面上の音響ミラーの焦点に合わせるため、光ファイバを患者体内に挿入する際、患者体内に装入する側と反対側の端部を配置するという煩雑かつむずかしい操作を省くことができるという利点がある。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
次に、添付図面に従って、本発明を実施するための最良の形態を説明する。
図１は、本発明のカテーテル型超音波照射装置の１例を示す縦断面図であって、フレキシブル材料からなる線条体１、好ましくは光ファイバの一端は音響放射面２に形成されており、他端にはチタン被覆３が設けられている。このチタン被覆３は、ＧＮＤ側電極としての役割を果たしている。このチタン被覆表面には、水熱反応により形成した圧電素子膜４、例えばＰＺＴ膜が設けられ、さらにその上にはスパッタリング、真空蒸着などで金属膜５が積層され、ＨＯＴ側電極を構成している。このＨＯＴ側電極は、光ファイバ１の上のＧＮＤ側電極３からは完全に隔離されている。
【００１５】
光ファイバ１のチタン被覆３、圧電素子膜４、金属膜５を有する端部は、コネクタ６を付設したシールドケース７により液密的にカバーされている。また、チタン被覆からなるＧＮＤ側電極３とコネクタのＧＮＤ側電極ピン８、及びＨＯＴ側電極５とコネクタのＨＯＴ側電極ピン９とは、それぞれ導線１０により結ばれている。
【００１６】
図２は、チタン被覆３の表面に圧電素子膜４を形成させる場合に用いる装置の１例を示す側方断面図、図３はその中の撹拌羽根部分の側面図、図４はそのワイヤ取り付け部分の構造を示す断面図である。この装置は、オートクレーブ型反応容器１１の内部にモーター１２で回転する撹拌羽根１３が配設された構造を有している。この反応容器１１は、熱電対１４、圧力計１５及び減圧バルブ１６を備え、かつ電熱線１７により加熱しうるようになっている。
【００１７】
上記の撹拌羽根１３には、その上面に複数の取り付け溝１８，…が穿設され、その各取り付け溝に光ファイバ１が抑え板１９、２０及びネジ２１、２２により着脱自在に嵌合されている。
【００１８】
この取り付け溝１８，…は図４に示す断面をもつ構造を有しており、光ファイバ１の端部１´が撹拌羽根の回転方向に向けて外に突出し、他の部分は液密的に外部から隔離された状態で取り付けられている。
【００１９】
この装置を用いて光ファイバの端部に圧電素子膜を形成させるには、反応容器１１内に所要の金属イオン供給源を含むアルカリ水溶液を満たして水熱反応を行わせる必要があるので、反応容器内面１１´及び撹拌羽根１３はいずれも耐アルカリ性材料により形成されている。
【００２０】
この耐アルカリ性材料としては、通常、フッ素樹脂、例えばポリテトラフルオロエチレンが用いられる。このようにして構成された反応装置の取り付け溝１８，…にチタンワイヤを取り付け、チタンが露出した端面を撹拌羽根の回転方向と一致させ、アルカリ性水溶液中で回転させる。
【００２１】
この際の回転数としては、結晶核生成段階すなわち第１段階では１０〜５０ｒｐｍ、結晶核成長段階すなわち第２段階では１０〜１５００ｒｐｍ、好ましくは１５〜３００ｒｐｍの範囲内で選ぶのが好ましい。このようにして、０．１〜１．０ＭＰａ及び８０〜２００℃の条件下で１０〜３０時間水熱反応させると、第２段階の繰り返し回数に応じて、繰り返し回数１回当り約１０μｍとした場合、チタン端面に１０〜３００μｍの厚さの圧電素子膜が形成される。
【００２２】
水熱反応は圧電素子形成成分、例えばＰｂ2+イオン、Ｚｒ4+イオン、Ｔｉ4+イオンを含む水酸化アルカリ水溶液中に、線条体のチタンが露出した端部を浸漬し、かきまぜながら高温高圧下で反応させることによって行うことができる。
【００２３】
上記のＰｂ2+イオン供給源としては、ＰｂＩ2、ＰｂＯ、ＰｂＣｌ2・ＰｂＯ、Ｐｂ（ＳＯ4）2、Ｐｂ（ＮＯ3）2、ＰｂＨＰＯ4、ＰｂＣＯ3、Ｐｂ（ＣＨ3ＣＯＯ）2・３Ｈ2Ｏのようなアルカリ可溶性鉛化合物が、Ｚｒ4+イオン供給源としては、ＺｒＣｌ4，ＺｒＯＣｌ2、ＺｒＣｌ2Ｏ・８Ｈ2Ｏ、Ｚｒ（ＣＨ3ＣＯＯ）4などのアルカリ可溶性ジルコニウム化合物が、またＴｉ4+イオン供給源としては、ＴｉＣｌ4、ＴｉＢｒ4・６Ｈ2Ｏ、ＴｉＯ2、ＴｉＯ2・２Ｈ2Ｏ、ＴｉＳ2、Ｔｉ（ＳＯ4）2、Ｋ2［ＴｉＯ（Ｃ2Ｏ4）2］・２Ｈ2Ｏのようなアルカリ可溶性チタン化合物や金属チタンがそれぞれ用いられる。また、水酸化アルカリ水溶液としては、ＮａＯＨ又はＫＯＨの水溶液が用いられる。
【００２４】
これらの化合物は、０．１〜８．０ｍｏｌ／リットル濃度のアルカリ水溶液中に、鉛化合物を５０〜５００ｍｍｏｌ／リットル濃度で、ジルコニウム化合物を１０〜５００ｍｍｏｌ／リットル濃度で、チタン化合物を１０〜５００ｍｍｏｌ／リットル濃度で混合して用いられる。
【００２５】
これらの化合物を水熱反応させるには、例えばオートクレーブ中、０．１〜１．０ＭＰａ、好ましくは０．３〜０．５ＭＰａの圧力下、８０〜２００℃、好ましくは１２０〜１６０℃の温度に加熱する。この水熱反応による成膜は、通常２段階に分かれ、第１段階で先ず圧電体の結晶核が生成し、第２段階で生成した結晶が成長する。そして、この第２段階の繰り返しによって厚膜化が進行する。
【００２６】
本発明における圧電素子膜材料としては、ジルコン酸チタン酸鉛Ｐｂ（Ｔｉ，Ｚｒ）Ｏ3系のいわゆるＰＺＴが好ましいが、それ以外のもの例えばチタン酸バリウム、（Ｂｉ0.5Ｎａ0.5）ＴｉＯ3−ＢａＴｉＯ3系、（Ｂｉ0.5Ｎａ0.5）ＴｉＯ3−ＢａＴｉＯ3−ＳｒＴｉＯ3系のものを用いることもできる。このような非鉛系圧電体は、Ｐｂ2+イオン供給源の代わりにＢａ2+イオン供給源、Ｓｒ2+イオン供給源、Ｂｉ3+イオン供給源、Ｎａ+イオン供給源を用いて形成させることができる。
【００２７】
この水熱反応によりチタンが露出した端面に圧電素子膜を形成させる場合、所望に応じ、水熱反応を行うに先立って上記端面を粗面化処理しておくこともできる。このように粗面化処理後、水熱反応を行わせて圧電素子膜を生成させると、結晶生成用混合水溶液が粗面化処理により形成された凹部に容易に侵入するため、凹部に優先的に結晶核が生成され、結晶核の成長段階を経て、基板の凹凸にかかわらず、ほぼ一様に圧電素子膜が積層する。
【００２８】
ところで、圧電縦効果による圧電素子膜の固有振動数は、膜厚に反比例することから、粗面化処理により水平方向に膜厚の異なる圧電素子膜が形成されると、膜厚差に基づく周波数帯域での超音波送信が可能になり、また同じ帯域での超音波受信も可能になるという利点を生じる。この粗面化処理は、旋盤、ドリル、プレス、フライス盤などによる機械加工、レーザ処理、サンドブラスト処理などの物理的加工、プラズマ処理、エッチング処理などの化学的加工によって行うことができる。
【００２９】
本発明においては、このようにして形成される圧電素子膜の膜厚として、１０〜２００μｍ、好ましくは２０〜５０μｍの範囲内が選ばれる。
【００３０】
本発明のカテーテル型超音波照射装置における圧電素子膜の形成は、以下のようにして行うのが特に好ましい。
【００３１】
ポリ（テトラフルオロエチレン）で内張した図２に示す反応容器中に四塩化チタン１ｇ、１モル濃度の塩化酸化ジルコニウム八水和物水溶液６０ｍｌ及び１モル濃度の硝酸鉛水溶液２００ｍｌと、４モル濃度の水酸化カリウム水溶液２００ｍｌとを装入し、一端にチタン被覆を有する光ファイバ（径２ｍｍ、長さ２００ｍｍ）を図３に示すようにして撹拌羽根に取り付け、内部温度１６０℃、圧力４００ｋＰａに保ち、１５ｒｐｍで３０分間かきまぜたのち、内部温度を１４０℃に降下させ、２４時間、２４５ｒｐｍでかきまぜながら水熱反応を行わせた。
【００３２】
反応終了後、光ファイバを取り出し、水洗する。この際、減圧時に内部温度が８０℃を経て常温まで冷却すると、８０℃通過時に赤茶色の酸化鉛の膜が生成し、特性が劣化するので、反応温度のまま減圧バルブを開放し、内部のガスを大気圧まで減圧して、できるだけ速くチタンワイヤを取り出した。
このようにして、チタンワイヤの端部にのみＰＺＴ膜を付着させることができる。
【００３３】
このようにして得た光ファイバからなる音響導波路の圧電素子膜上に、銀を厚さ２μｍで真空蒸着してＨＯＴ側電極を形成したのち、この端部をコネクタを付設したプラスチック製ケースにより液密的にシールドし、コネクタのＧＮＤ側電極ピンとチタン被覆からなるＧＮＤ電極との間及びコネクタのＨＯＴ側電極ピンと銀蒸着膜からなるＨＯＴ側電極とを導線で結ぶ。
このようにして、本発明のカテーテル型超音波照射装置を作製することができる。
このようにして得たカテーテル型超音波照射装置は従来のカテーテル型超音波照射装置と同様の性能を示すことが確認された。
【産業上の利用可能性】
【００３４】
本発明のカテーテル型超音波照射装置は、超音波診断装置、超音波治療器として利用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００３５】
【図１】本発明のカテーテル型超音波照射装置の１例の縦断面図。
【図２】本発明の圧電素子膜を形成するための装置。
【図３】図２中の撹拌羽根部分の側面図。
【図４】図２の取り付け状態を示す断面図。
【符号の説明】
【００３６】
１  線条体
２  音響放射面
３  チタン被覆（ＧＮＤ側電極）
４  圧電素子膜
５  金属膜
６  コネクタ
７  シールドケース
８  ＧＮＤ側電極ピン
９  ＨＯＴ側電極ピン
１０  導線
１１  オートクレーブ型反応容器
１１´１１の内面
１２  モーター
１３  撹拌羽根
１４  熱電対
１５  圧力計
１６  減圧バルブ
１７  電熱線
１８  取り付け溝
１９，２０  抑え板
２１，２２  ネジ
【図１】
2005160823.tif 000003
【図２】
2005160823.tif 000004
【図３】
2005160823.tif 000005
【図４】
2005160823.tif 000006