(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
超音波を送受信する超音波送受信部と、前記超音波送受信部を格納する外装ケースと、前記外装ケース内に充填された音響媒体とを備えた超音波探触子であって、前記音響媒体が、１，２−ブチレングリコールを含むことを特徴とする超音波探触子。
【請求項２】
前記音響媒体が、１，２−ブチレングリコールのみからなる請求項１に記載の超音波探触子。
【請求項３】
前記音響媒体が、更に、１，２−ブチレングリコールに可溶であり、且つ、１０〜４０℃の温度条件において液体である少なくとも１種の物質を含む請求項１に記載の超音波探触子。
【請求項４】
前記物質が、エチレングリコール、１，３−ブチレングリコールおよび水からなる群より選択される少なくとも１種である請求項３に記載の超音波探触子。
【請求項５】
前記物質が、１，３−ブチレングリコールである請求項４に記載の超音波探触子。
【請求項６】
前記音響媒体における１，２−ブチレングリコールの含有量が、２５〜１００重量％である請求項１に記載の超音波探触子。
【請求項７】
前記音響媒体は、２０℃の温度条件下において、音響インピーダンスが１．４５〜１．５１７ＭＲａｙｌ、周波数３ＭＨｚにおける超音波減衰が０．０７〜０．０９１ｄＢ／ｍｍである請求項１に記載の超音波探触子。
【請求項８】
前記超音波送受信部を揺動または回転させる機構を備える請求項１に記載の超音波探触子。
【請求項９】
前記超音波送受信部が、複数の振動子が配列されたアレイ素子を含む請求項１に記載の超音波探触子。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、超音波診断装置などに用いられる超音波探触子に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
超音波診断装置に用いられる超音波探触子としては、超音波を送受信する超音波送受信部を、音響媒体を封入した外装ケース内で、機械的に揺動または回転させることにより、超音波を走査するものが知られている。このような超音波探触子において、音響媒体としては、生体に近い音響インピーダンスを有する物質が用いられ、具体的には、流動パラフィンなどの液体が用いられている（例えば、特許文献１〜３）。
【特許文献１】特開２００１−１７８７２７号公報
【特許文献２】特開平３−３２６５２号公報
【特許文献３】特開平４−８４９４６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
しかしながら、従来の超音波探触子においては、音響媒体として使用される流動パラフィンなどの物質は、生体に近い音響インピーダンスを有するが、例えば、超音波の減衰が大きいなどというように、音響特性に問題があった。そのため、超音波の送受信感度が低下し、超音波画像の画質を低下させてしまうなどの問題があった。更に、これら音響媒体は粘性が高いために、この媒体中で超音波送受信部をモータなどで機械的に揺動または回転させる際に、モータにかかる負荷トルクが大きく、超音波送受信部の円滑な駆動や高速での駆動が困難であるという問題があった。
【０００４】
そこで、本発明は、高感度な超音波の送受信を実現し、且つ、超音波送受信部の駆動の円滑化および高速化を実現し得る超音波探触子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】
【０００５】
前記目的を達成するために、本発明の超音波探触子は、超音波を送受信する超音波送受信部と、前記超音波送受信部を格納する外装ケースと、前記外装ケース内に充填された音響媒体とを備え、前記音響媒体が、１，２−ブチレングリコールを含むことを特徴とする。
【発明の効果】
【０００６】
上記本発明の超音波探触子においては、音響媒体として１，２−ブチレングリコールを使用している。１，２−ブチレングリコールは、生体に近い音響インピーダンスを有しており、且つ、超音波減衰が比較的小さいため、これを音響媒体として使用することにより、高感度な超音波の送受信が可能となる。加えて、１，２−ブチレングリコールは、比較的低い粘度を有しているため、これを音響媒体として使用しても、超音波送受信部の円滑な駆動および高速での駆動が可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００７】
本発明の超音波探触子は、前述したように、超音波を送受信する超音波送受信部と、前記超音波送受信部を格納する外装ケースと、前記外装ケース内に充填された音響媒体とを備える。更に、超音波探触子は、前記超音波送受信部を揺動または回転させる機構を備える、機械走査型超音波探触子であってもよい。また、前記超音波送受信部が、複数の振動子が配列されたアレイ素子を含む、電子走査型超音波探触子であってもよい。
【０００８】
音響媒体としては、１，２−ブチレングリコールが使用される。１，２−ブチレングリコールのみで使用してもよいが、他の物質と組み合わせて使用することも可能である。
【０００９】
前記音響媒体において、１，２−ブチレングリコールの含有量は、特に限定するものではなく、組み合わせる物質によっても変化するが、好ましくは２５〜１００重量％である。
【００１０】
前記超音波探触子においては、前記音響媒体は、次のような特性を有することが好ましい。特に、前記音響媒体として１，２−ブチレングリコールを他の物質と組み合わせて使用する場合、前記音響媒体が次の特性を満足するように、組み合わせる物質の種類および比率を調節することが好ましい。
【００１１】
前記音響媒体の、２０℃の温度条件下における音響インピーダンスは、被検体である生体の音響インピーダンスに近い値である、１．４〜１．６ＭＲａｙｌであることが好ましい。更には、１．４５〜１．５１７ＭＲａｙｌであることが好ましい。
【００１２】
前記音響媒体の、周波数３ＭＨｚにおける減衰量は小さいほど好ましく、０．０７〜０．０９１ｄＢ／ｍｍであることが好ましい。
【００１３】
前記音響媒体において、１，２−ブチレングリコールと組み合わせて使用可能な物質としては、超音波を伝播し得る物質であり、１，２−ブチレングリコールに可溶で（すなわち、１，２−ブチレングリコールとの混合物が相分離しない。）、且つ、１０〜４０℃の温度条件において液体で存在する物質を使用できる。更には、探触子を構成する部材（金属、プラスチック類など）に及ぼす影響（例えば、腐蝕など）が小さく、生体に対して害がないもの、または害が小さい物質であることが望まれる。
【００１４】
このような物質としては、例えば、各種のグリコール類、水などが挙げられるが、特に、グリコール類が好ましい。このようなグリコール類としては、例えば、１，３−ブチレングリコール、エチレングリコールなどが挙げられる。
【００１５】
以下、本発明の好ましい実施の形態について、図面を用いて、更に詳細に説明する。
【００１６】
（第１の実施形態）
図１は、本発明に係る超音波探触子の一例の構造を示す断面図である。この超音波探触子においては、フレーム１０３とウインドウ１０４とが接合されることにより外装ケース１０５が構成されており、この外装ケース１０５内には、脱気した音響媒体１０６が充填されている。また、外装ケース１０５内には、超音波送受信部１０１が格納されている。なお、ウインドウ１０４および音響媒体１０６の構成材料については、後に詳説する。
【００１７】
超音波送受信部１０１は、超音波を送受信するための超音波振動子を備えている。超音波振動子としては、例えば、ＰＺＴ系などの圧電セラミック、高分子材料または単結晶などの圧電材料が用いられる。超音波振動子の前面（超音波の送受信面）には、必要に応じて、超音波を効率よく送受信するための音響整合層、更には超音波を収束させるための音響レンズが配置されていてもよい。また、超音波振動子の背面（送受信面とは反対の面）には、超音波を吸収するためのバッキング層が配置されていてもよい。
【００１８】
上記超音波振動子はロータに取り付けられており、これによって、超音波送受信部１０１が構成されている。ロータには駆動軸１０２が接続されており、更に、この駆動軸１０２を介して、回転力を発生させるための駆動装置（例えば、モータなど：図示せず）が接続されている。これにより、駆動装置から出力された回転力を、駆動軸１０２を介してロータに伝達し、超音波振動子を回転または揺動させることができる。
【００１９】
次に、上記超音波探触子の動作について説明する。上記超音波探触子は、超音波診断装置に接続されて使用される。超音波診断装置は、例えば、探触子を駆動させる制御部と、探触子に対して信号の送受信を行なう送受信部と、受信された信号に基づいて被検物の画像を作成する画像構成部と、作成された断層像を表示する画像表示部とを備えている。
【００２０】
超音波診断時には、まず、被検体である生体表面に超音波探触子を配置する。このとき、ウインドウ１０４は、生体に直接接触、または、超音波伝搬媒体を介して間接的に接触させて配置される。そして、超音波診断装置の制御部からの駆動信号により、探触子の駆動装置を駆動させ、超音波送受信部１０１を回転または揺動させる。次に、超音波診断装置の送受信部から、電気信号（送信信号）を超音波探触子に送信する。送信信号は、探触子の超音波送受信部において超音波に変換されて、音響媒体１０６およびウインドウ１０４を伝播し、生体に送波される。この超音波は生体内の目標物で反射され、その反射波の一部が探触子の超音波送受信部１０１で受波され、電気信号（受信信号）に変換されて、超音波診断装置の送受信部に送信される。この送受信動作を、超音波送受信部１０１を回転または揺動させながら繰り返し行うことにより、超音波の走査が可能となる。受信信号は、増幅、検波などの処理を受けた後、画像構成部に出力される。画像構成部では、受信信号に基づいて目標物の超音波画像（断層像など）が作成されて、これが画像表示部に出力される。
【００２１】
上記のように、この超音波探触子における超音波の伝播経路は、超音波送受信部１０１に接触している音響媒体１０６およびこれを内包するウインドウ１０４である。高分解能の超音波画像を得るためには、この超音波の伝播経路となる音響媒体１０６およびウインドウ１０４の音響特性、特に、音響インピーダンスおよび超音波減衰が問題となる。具体的には、音響媒体１０６およびウインドウ１０４には、被検体（例えば、生体）との間での音響インピーダンスの差による反射が少ないこと、すなわち被検体の音響インピーダンス（例えば、生体であれば１．５〜１．６ＭＲａｙｌ）に近い音響インピーダンスを有することが望まれる。また、減衰による超音波の送受信感度および周波数特性の劣化を抑制するため、超音波減衰量が可能な限り小さいことが望まれる。特に、周波数依存減衰があるため、高分解能の画像を得るために高い周波数を用いた超音波送受波部を使用するときは、この特性が極めて重要となる。
【００２２】
更に、ウインドウ１０４には、上記音響特性に加えて、超音波送受信部１０１の揺動または回転運動を円滑にさせるために、被検体表面への押し当てなどの外圧に対して変形が少ないことが望まれる。これらの観点から、ウインドウとしては、例えば、ポリエチレン、ポリメチルペンテンなどの、プラスチック材料を用いることができる。また、ウインドウの厚さは、特に限定するものではないが、例えば１〜３ｍｍ程度に設定できる。
【００２３】
音響媒体１０６には、上記音響特性に加えて、その粘性が小さいことが望まれる。粘性が小さいと、駆動軸１０２を駆動する駆動装置への負荷（トルク等）を小さくできるために、超音波送受信部１０１を円滑且つ高速に揺動または回転させることができるからである。また、被検体が生体である場合、診断中に何らかの要因で音響媒体１０６が外部に流れ出て、生体に接触する可能性がある。従って、音響媒体１０６は、生体に対して害がないもの、または害が小さいものであることが望まれる。更には、外装ケース１０５内の超音波送受信部１０１、駆動軸１０２などの、音響媒体と接触する部材に対する悪影響（腐食など）がない、または小さいことが望まれる。
【００２４】
本実施形態においては、音響媒体１０６として、例えば、１，２−ブチレングリコールのみが用いられる。
【００２５】
１，２−ブチレングリコールについては、今まで音響特性（音響インピーダンス、音速、減衰）が明らかにされていなかった。そこで、本発明者らは、１，２−ブチレングリコールの音響特性の評価を行った。その結果、後述するように、１，２−ブチレングリコールは、従来の音響媒体や他のブチレングリコールと比較して、音響媒体として極めて有用な特性を有することが明らかとなった。このような１，２−ブチレングリコールの音響媒体としての有用性は、本発明者らによって初めて見出されたものである。
【００２６】
以下、１，２−ブチレングリコールの特性についての評価結果を記述する。
【００２７】
（１）音響インピーダンス
１，２−ブチレングリコールの音速を測定したところ、温度２５℃で１．４７ｋｍ／ｓ、温度２０℃で１．４５ｋｍ／ｓであった。なお、音速の測定方法は、次の通りである。温度コントロールした音響媒体内に、送信用および受信用の超音波トランスデューサを一定の距離をあけて設置した。前記送信用トランスデューサにパルス信号を印加し、前記音響媒体に超音波を伝播させ、前記超音波を受信用トランスデューサで受信して、超音波の伝播時間を測定した。この伝播時間および送信用トランスデューサと受信用トランスデューサとの距離から、音速を算出した。
【００２８】
また、１，２−ブチレングリコールの密度は、１．０×１０3ｋｇ／ｍ3であることが既知である（例えば、ＣＡＳ  Ｎｏ．５８４−０３−２（ＣＨＥＭ  ＥＸＰＥＲ）参照。）。
【００２９】
上記各値から、１，２−ブチレングリコールの音響インピーダンスを算出したところ、温度２５℃で１．４７ＭＲａｙｌ、温度２０℃で１．４５ＭＲａｙｌであり、生体の音響インピーダンスの値に近いことが確認できた。
【００３０】
なお、従来の超音波探触子において音響媒体として提案されている流動パラフィン、ヒマシ油、１，３−ブチレングリコールの音響インピーダンスは、それぞれ、約１．１９ＭＲａｙｌ、１．４６ＭＲａｙｌ、１．５４ＭＲａｙｌである（超音波技術便覧（日刊工業新聞社）参照）。
【００３１】
（２）超音波減衰
１，２−ブチレングリコールの各周波数における超音波減衰を測定した。また、比較例として、１，３−ブチレングリコールの超音波減衰を測定した。結果を、図２に示す。なお、超音波減衰の測定方法は、次の通りである。前記音速測定と同様の系を使用し、送信用トランスデューサに任意の周波数の約３０波のｓｉｎ波を印加し、音響媒体内を伝播した超音波を受信用トランスデューサで受信して、受信電圧を測定した。更に、送受信トランスデューサを一定距離（例えば、１０ｍｍ）変化させて、同様に受信電圧を測定した。前記受信電圧の比と、送受信トランスデューサの距離とから超音波減衰を算出した。
【００３２】
図２に示すように、１，２−ブチレングリコールは、１，３−ブチレングリコールに比較して、超音波の減衰量が小さいことが確認できた。例えば、３ＭＨｚの周波数では、１，２−ブチレングリコールの減衰量は０．０７ｄＢ／ｍｍであるのに対して、１，３−ブチレングリコールは０．１４ｄＢ／ｍｍであり、減衰量を約２分の１とすることができる。また、この減衰量の差は、周波数が高くなるに従って大きくなることが確認できた。
【００３３】
（３）粘度
図３は、１，２−ブチレングリコールの粘度の温度特性を示すグラフである。また、図３には、比較例として、１，３−ブチレングリコールの粘度の温度特性を併せて示している。
【００３４】
図３から明らかなように、１，２−ブチレングリコールは、１，３−ブチレングリコールに比較して、極めて粘性が低いことが確認できた。例えば、１０℃〜４０℃（探触子の通常使用環境温度の範囲）では、明らかに粘性の差があり、特に温度が低い１０℃においては、１，３−ブチレングリコールの約４分の１以下の粘性を実現している。この値は、１，３−ブチレングリコールが、温度約３７℃の時とほぼ同じレベルとなっている。また、ヒマシ油の粘度は、２０℃において９８６ｃｐであり、１，２−ブチレングリコールは、このヒマシ油と比較しても極めて低い粘度を有している。
【００３５】
（４）その他の特性
１，２−ブチレングリコールは、生体に対する影響が極めて少ない物質である。また、プラスチックなどで構成されるウインドウ、圧電セラミックなどで構成される超音波送受信部、金属などで構成される駆動軸およびフレームなどの構成部品に対しても、腐食などの悪影響が極めて少ない物質である。
【００３６】
上記のように、１，２−ブチレングリコールは、音響媒体として望まれる音響特性、粘性、生体への影響（安全性）、更には構成部品への影響などにおいて、良好な特性を有することが確認できた。そのため、１，２−ブチレングリコールを音響媒体として用いることにより、高性能、高品質、安全性を有した超音波探触子を得ることができる。
【００３７】
特に、１，２−ブチレングリコールは超音波の減衰量が小さいため、超音波の送受信感度を向上させることができる。しかも、周波数依存減衰の値が小さいため、高周波数での送受信が可能となり、その結果、高分解能で高感度の超音波診断が可能となる。また、１，２−ブチレングリコールは粘度が低いため、超音波送受信部を揺動または回転走査させるときに、音響媒体の粘性抵抗による、モータへの負荷を小さくでき、円滑な駆動（例えば、等速駆動など）、高速駆動が可能となる。また、モータの小型化や、駆動電流を小さくすることが可能となる。
【００３８】
なお、上記説明においては、振動子をモータで回転させる機械走査式を採用した例を挙げたが、複数の振動子を短冊状に配列して成るアレイ素子による電子走査式であっても同様に実施可能である。
【００３９】
（第２の実施形態）
上記第１の実施形態においては、音響媒体として、１，２−ブチレングリコールのみを用いた場合を例示したが、本発明はこれに限定されるものではなく、１，２−ブチレングリコールを他の物質と組み合わせて使用してもよい。本実施形態では、このような音響媒体の一例として、１，２−ブチレングリコールと１，３−ブチレングリコールとの混合物を使用した場合について説明する。
【００４０】
なお、本実施形態に係る超音波探触子は、音響媒体の組成が異なること以外は、第１の実施形態と同様の構成を有し、その動作についても第１の実施形態と同様である。
【００４１】
（１）音響インピーダンス
図４は、１，２−ブチレングリコールと１，３−ブチレングリコールとの混合物において、その混合比（重量比）を変化させた場合の前記混合物の音速を測定した結果を示すグラフである。なお、音速の測定方法は前述と同様であり、温度条件は２５℃である。
【００４２】
図４において、横軸は混合比を示し、左側程１，２−ブチレングリコールの含有量が多く、右側程１，３−ブチレングリコールの含有量が多くなることを示す。また、縦軸は音速を示す。図４に示すように、音速は混合比によって変化しており、１，２−ブチレングリコールが１００重量％のときの音速は１．４５ｋｍ／ｓであり、これに１，３−ブチレングリコールの比率が増すほど音速は速くなり、１，３−ブチレングリコールが１００重量％になると音速は１．５４ｋｍ／ｓとなる。また、音速の変化は、混合比に対して、ほぼ単純な比例関係である。
【００４３】
１，２−ブチレングリコールおよび１，３−ブチレングリコールは、いずれも、密度１．０×１０3ｋｇ／ｍ3であるので、混合物の密度は、混合比に関わらず１．０×１０3ｋｇ／ｍ3と考えることができる。従って、音響インピーダンスは、図４に示す音速と、密度１．０×１０3ｋｇ／ｍ3との積で算出することができる。その結果、混合物の音響インピーダンスは、約１．４５〜１．５４ＭＲａｙｌの範囲となり、どのような混合比であっても生体の音響インピーダンスに近い値となることが確認された。
【００４４】
例えば、１，３−ブチレングリコールの含有量が７５重量％、すなわち１，２−ブチレングリコールの含有量が２５重量％の混合物の音速は、１．５１７ｋｍ／ｓである。したがって、音響インピーダンスは１．５１７ＭＲａｙｌとなり、生体の音響インピーダンスに近い値となる。
【００４５】
（２）超音波減衰
図５は、１，２−ブチレングリコールと１，３−ブチレングリコールとの混合物において、その混合比（重量比）を変化させた場合の、周波数３ＭＨｚにおける超音波減衰を示すグラフである。なお、超音波減衰の測定方法は、前述と同様である。
【００４６】
図５において、図４と同様に、横軸は混合比を示し、左側程１，２−ブチレングリコールの含有量が多く、右側程１，３−ブチレングリコールの含有量が多くなることを示す。また、縦軸は減衰量を示す。図５に示すように、１，３−ブチレングリコールの含有量が多くなると減衰量は大きくなることが分かる。減衰の傾向は、単純に１，３−ブチレングリコールの混合割合に対して比例関係に変化するのではなく、１，３−ブチレングリコールの割合が７５重量％よりも多くなる場合に、減衰量が顕著に増加する傾向がある。このことから、１，２−ブチレングリコールの含有量が２５重量％以上の混合割合とすれば、減衰量を、従来の１，３−ブチレングリコールのみを用いた場合よりも極めて小さくすることができ，超音波の送受信感度をより向上できることが確認できた。例えば，１，２−ブチレングリコールの含有量が２５重量％（１，３−ブチレングリコールの含有量が７５重量％）のときの減衰量は０．０９１ｄＢ／ｍｍであり、従来の１，３−ブチレングリコールのみの減衰量０．１４ｄＢ／ｍｍより約３５％小さくなっており、極めて有効である。
【００４７】
以上、音響インピーダンス、超音波減衰の観点から、１，２−ブチレングリコールの含有量は２５〜１００重量％の範囲が望ましく、そのときの音響インピーダンスは１．４５〜１．５１７ＭＲａｙｌで、超音波減衰は０．０７〜０．０９１ｄＢ／ｍｍ（３ＭＨｚ）の特性を有している。
【００４８】
（３）粘性
１，２−ブチレングリコールと１，３−ブチレングリコールとの混合物において、その粘度は、１，２−ブチレングリコールのみの粘度と、１，３−ブチレングリコールのみの粘度との間の値になると推測される。
【００４９】
（４）その他の特性
１，２−ブチレングリコールおよび１，３−ブチレングリコールは、いずれも、生体に対する影響が極めて少ない物質である。また、プラスチックなどで構成されるウインドウ、圧電セラミックなどで構成される超音波送受信部、金属などで構成される駆動軸およびフレームなどの構成部品に対しても、腐食などの悪影響が極めて少ない物質である。
【００５０】
上記のように、１，２−ブチレングリコールと１，３−ブチレングリコールとの混合物もまた、音響媒体として望まれる音響特性、粘性、生体への影響（安全性）、更には構成部品への影響などにおいて、良好な特性を有することが確認できた。
【００５１】
特に、１，２−ブチレングリコールの含有量が２５〜１００重量％であると、混合物の超音波減衰量が極めて小さくなるため、超音波の送受信感度を著しく向上させることができる。よって、本実施形態に係る音響媒体において、混合物中における１，２−ブチレングリコールの含有量は、好ましくは２５〜１００重量％に調整される。
【００５２】
なお、本実施形態では、音響媒体として、１，２−ブチレングリコールと１，３−ブチレングリコールとの混合物を用いた場合を例示しているが、前述したように、本発明はこれに限定されるものではない。
【００５３】
また、上記説明においては、振動子をモータで回転させる機械走査式を採用した例を挙げたが、複数の振動子を短冊状に配列して成るアレイ素子による電子走査式であっても同様に実施可能である。
【産業上の利用可能性】
【００５４】
本発明に係る超音波探触子は、高感度な超音波の送受信を実現し、且つ、超音波送受信部の駆動の円滑化および高速化を実現し得るため、例えば、リアルタイムで高分解能の３次元超音波画像を得ることが可能になる。従って、例えば、超音波診断装置などに用いる超音波探触子などとして有用である。
【図面の簡単な説明】
【００５５】
【図１】図１は、本発明の超音波探触子の一例を示す断面図である。
【図２】図２は、１，２−ブチレングリコールおよび１，３−ブチレングリコールの各周波数における超音波減衰特性を示すグラフである。
【図３】図３は、１，２−ブチレングリコールおよび１，３−ブチレングリコールの各温度における粘度を示すグラフである。
【図４】図４は、１，２−ブチレングリコールと１，３−ブチレングリコールとの混合物において、その混合比と音速との関係を示すグラフである。
【図５】図５は、１，２−ブチレングリコールと１，３−ブチレングリコールとの混合物において、その混合比と超音波減衰との関係を示すグラフである。
【図１】
0004588701.tif 000002
【図２】
0004588701.tif 000003
【図３】
0004588701.tif 000004
【図４】
0004588701.tif 000005
【図５】
0004588701.tif 000006