(57)【要約】【課題】超音波センサ用の人体音響結合剤（エコーゲル）における使用者の不快感を和らげ、且つ取り扱いの簡便化を図る。【解決手段】本発明のフィルム状エコーゲル１は、超音波センサ２と人体３との音響結合に用いられるエコーゲルであって、柔軟性且つ粘着性を有し、フィルム状に成形された液体を含有しない高分子系ゲルから成る。【選択図】図２
2007167424.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
超音波センサと人体との音響結合に用いられるエコーゲルであって、
柔軟性且つ粘着性を有し、フィルム状に成形された液体を含有しない高分子系ゲルから成る
ことを特徴とするフィルム状エコーゲル。
【請求項２】
前記高分子系ゲルは、網目構造中に架橋点および分岐した末端分子鎖を有し、
前記架橋点の数が１×１０−６〜１×１０−４ｍｏｌ／ｃｍ３で、前記末端分子鎖の数が  １×１０−５〜１×１０−３ｍｏｌ／ｃｍ３である
ことを特徴とする請求項１記載のフィルム状エコーゲル。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、超音波センサと人体との音響結合に用いられるフィルム状エコーゲルに関する。
【背景技術】
【０００２】
現在の医療用治療装置はＱＯＬ（Quality Of life）を重視する医療用治療装置であり、例えば、高齢者医療において排泄管理は重要である。排尿障害や尿失禁の患者に対して、尊厳ある排泄管理が行われることが望まれている。排泄管理の１つとして、超音波を利用して膀胱内の蓄尿量を定期的に自動計測し、失禁の可能性のある場合には本人ならびに介護者に通報し失禁を未然に防ぐ、失禁防止センサなどが提案されている（特許文献１参照）。この失禁防止センサは、複数の超音波振動子を配列させたセンサパッド（いわゆる超音波センサ）を患者の下腹部に装着して、超音波振動子から発射した超音波が膀胱内壁に当たって反射した反射波を受信して膀胱の内壁形状（大きさ）を検知することにより、蓄尿量を計測している。
【０００３】
センサパッドを患者の下腹部に装着する際には、超音波センサと下腹部との間の音響結合を確実にするために、超音波センサと下腹部との間にエコーゲルと称する音響結合材を介在させて、すなわちエコーゲルで超音波センサと下腹部との間の隙間を埋めるようにして、装着される。この音響結合材としてのエコーゲルとしては、従来、ゼリー状ゲル、あるいは液体を含む膨潤ゲルが用いられてきた。
【０００４】
【特許文献１】特開２００３−１９０１６８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
例えば、上述の排尿障害・尿失禁をコントロールするための超音波による蓄尿量測定システムの構築には、超音波膀胱計測単位ユニットと蓄尿量推定アルゴリズムの開発とともに、超音波センサと人体を結ぶ音響結合材が不可欠である。超音波センサと人体との間の隙間に空気層ができると、センサから発射され膀胱内壁面で反射される超音波は、その強度が減衰されて精度良く測定できない。
【０００６】
超音波センサと人体とを結ぶ音響結合材、いわゆる人体音響結合材は、上記尿量測定システムに限らず、その他の医療に係る超音波診断、超音波検査、超音波測定、超音波治療等などにおいても、不可欠である。
【０００７】
ところで、従来の音響結合材であるエコーゲルは、べた付きのある、ゼリー状液体ゲルあるいは液体を含む膨潤ゲルであるため、人体に塗布、あるいは付着した場合、あまり気持ちの良いものではない。しかも、超音波センサは長時間、固定的に装着されていることを考えると、現状の市販品のエコーゲルは使用者に不快感を与え、長時間使用に耐えるものではない。また剥がしたときにも、センサ側、人体側の双方にべた付きが残り更なる不快感が残る。
【０００８】
本発明は、上述の点に鑑み、不快感を和らげ、しかも取り扱いも簡便であるフィルム状エコーゲルを提供するものである。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明に係るフィルム状エコーゲルは、超音波センサと人体との音響結合に用いられるエコーゲルであって、柔軟性且つ粘着性を有し、フィルム状に成形された液体を含有しない高分子系ゲルから成ることを特徴とする。
【００１０】
本発明に係るフィルム状エコーゲルの好ましい形態は、網目構造中に架橋点および分岐した末端分子鎖（ダングリング鎖）を有し、その架橋点の数が１×１０−６〜１×１０−４ｍｏｌ／ｃｍ３で，末端分子鎖の数が１×１０−５〜１×１０−３ｍｏｌ／ｃｍ３である高分子系ゲルで形成されて成る。
【発明の効果】
【００１１】
本発明に係るフィルム状エコーゲルによれば、柔軟性、粘着性を有するフルム状であるので、取り扱いが簡便である。しかも、エコーゲルには液体が含有されていないので、べた付くことがなく、使用者に対して不快感を和らげ、長時間の使用に耐えることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
以下、図面を参照して本発明の実施の形態を説明する。
【００１３】
図１に、超音波センサと人体間の音響結合材として用いられる本発明に係るフィルム状エコーゲルの一実施の形態を示す。本発明に係るフィルム状（あるいはシート状ともいう）エコーゲルエコーゲル１は、図２の模式図に示すように、超音波センサ２と人体３の所要部位、図示の場合は下腹部との間に空気が存在しないように密着して用いられる。
【００１４】
本実施の形態に係るフィルム状エコーゲル１は、金型によって図１に示すような、フィルム状に成形されて構成される。このフィルム状エコーゲル１に必要な特性は、次の通りである。１）使用する超音波の波長帯にエネルギー吸収をもたないこと、２）粘着性を有し且つ形状の保持がよいこと、３）体の形状に合わせるために柔軟性を有すること、４）べた付き感がないこと、５）汗を吸収させるために吸水性を有することである。
【００１５】
このため、本実施の形態のフィルム状エコーゲル１は、次の条件を備えた高分子系ゲルで形成される。先ず、液体を含有しない、すなわち本エコーゲルは溶媒に不溶である。軽度の架橋および分岐した末端分子鎖を有した分子構造、すなわち網目構造中に所要の数の架橋点及び所要数の末端分子鎖を有した分子構造を有する。室温で分子運動性が高い高分子、すなわちガラス転移温度が室温よりかなり低く、かつ結晶性を有しない高分子である。親水性の基を含む高分子鎖から成る。架橋点の数は１×１０−６〜１×１０−４ｍｏｌ／ｃｍ３で、ダングリング鎖の数は１×１０−５〜１×１０−３ｍｏｌ／ｃｍ３の範囲内が好ましい。
末端分子鎖の数が１×１０−５ｍｏｌ／ｃｍ３より少ないとタックが減少し、１×１０−３ｍｏｌ／ｃｍ３を越えると粘塑性が増し使用難い。
架橋点の数が１×１０−６ｍｏｌ／ｃｍ３より少ないゲルでは柔らかすぎて剥がしたときに糸を曳き肌にべたつくなど使用感に問題が生じる。架橋点が１×10−４ｍｏｌ／ｃｍ３を越えると、タックの低下を招く。
【００１６】
本実施の形態のフィルム状エコーゲル１では、液体を含有していないので、剥離後べた付き感がない。上記分子構造を有するので、粘着性を発現させ、かつ形状の保持性を付与することができる。室温で分子運動が高い高分子で形成されるので、柔軟性を有するゲルを得ることができる。親水性の基を含む高分子鎖から成るので、吸水性を有することができ、汗を吸収することができる。極性ポリオール、脂肪族・脂環族イソシアナート、脂肪族の低分子ポリオールからなる反応生成物の構成により、使用する超音波の波長帯、例えば膀胱形状測定用の超音波センサのときは１ＭＨｚ〜１０ＭＨｚの波長帯にエネルギー吸収、すなわち超音波の吸収が生じない。
【００１７】
従って、本実施の形態のフィルム状エコーゲル１によれば、超音波センサと人体の形状にフィットするように介挿させ、人体音響結合材として作用させることができると共に、超音波センサを人体に良好に貼着させることができる。また、溶媒などの液体を含有していないので、べた付くことがなく、使用者に対する不快感を和らげ、長時間の使用に耐えることができる。さらに、フィルム状に成形されているので、取り扱いが簡便となる。
【００１８】
次に、本発明に係るフィルム状エコーゲルの具体例について説明する。本例は、架橋点および末端分子鎖の数を制御して合成したポリウレタン粘着ゲルで本発明フィルム状エコーゲルを形成した場合である。ここでは、同時に末端分子鎖の数がポリウレタン粘着ゲルの物性に及ぼす影響についても検証した。
【００１９】
ポリウレタン粘着ゲルで本発明フィルム状エコーゲルを形成する場合の原料には、ポリオールとして、数平均分子量が６００から１００００のポリエーテル系、ポリエステル系、ポリカーボネート系、脂肪族系ポリオール等が用いられる。
イソシアナートには、トリレンジイソシナート(ＴＤＩ)、４,４′−ジフェニルメタンジイソシアナート等の芳香族系ジイソシアナートおよびその多官能誘導体、ヘキサメチレンジイソシアナート、イソホロンジイソシアナート、ノルボルナンジイソシアナートおよびその多官能誘導体、リジンジイソシアナートおよびそのトリイソシアナート、トリエチレンレングリコールジイソシアナート等が用いられる。
硬化剤・タック付与剤としては、低分子グリルコールあるいは低分子トリオールおよび一官能のオリゴモノオール等が用いられる。その合成事例を以下に、配合と諸物性を図３の表図に示す。
【００２０】
［実施例１］
ポリオールである液体状のポリ（ε-カプロラクトン）グリコールと、ポリ（オキシエチレン）グリコール−モノメチルエーテル（Ｍ-ＰＥＧ）との混合物にリジンジイソシアネート（ＬＤＩ）を加え、窒素雰囲気下で、油浴温度８０℃、９時間で反応した。アミン当量法により反応追跡を行い、プレポリマーを得た。その際、ポリオールの水酸基とＬＤＩＮＣＯの配合比Ｋ＝［ＮＣＯ］／［ＯＨ］を２．０となるようにした。得られたプレポリマーをセパラブルフラスコに移し、脱泡後に、硬化剤である１，１，１-トリメチロールプロパン（ＴＭＰ）を、ＮＣＯ指数＝［ＮＣＯ］／［ＯＨ］＝１．０３となるように加え、攪拌し、フィルム状に成形する金型に注型後、８０℃で２４時間架橋した。その際、配合比を変化させ、架橋点および末端分子鎖の数を制御し図３に示す試料番号１から５のシート状ゲルを得た。
【００２１】
［実施例２］
室温で液状であり、官能基数ｆ＝３のポリ(e-カプロラクトン)トリオール(Ｌ−ＰＣＬ)を８０℃で２時間減圧乾燥し、これにリジンジイソシアネート(ＬＤＩ)を加えてアジターで攪拌混合した。その混合物を脱泡・注型した後、８０℃で２４時間、真空下で架橋し、シートゲルを得た。その際、ＬＤＩとＬ−ＰＣＬの配合比Ｋ＝［ＮＣＯ］／［ＯＨ］]を変化させることにより、末端分子鎖の数を制御したシート状ゲル（図３の試料番号６から９）を得た。
【００２２】
［実施例３］
ポリ(オキシプロピレン)トリオール(ＰＰＴ)を８０℃で２時間減圧乾燥し、リジンジイソシアネート（ＬＤＩ）を加え、アジターで攪拌混合した。その混合物を脱泡・注型した後、８０℃で２４時間、真空下で架橋しＰＵＧを得た。その際、ＬＤＩとＰＰＴの配合比Ｋ＝［ＮＣＯ］／［ＯＨ］を変化させ、末端分子鎖の数を制御したシート状ゲル（図３の試料番号１０から１１）を得た。
【００２３】
［比較例１］
ポリ（オキシテトラメチレン）グリコール（ＰＴＭＯ））にヘキサメチレンジイソシアナート（ＨＤＩ）を加え、窒素雰囲気下で、油浴温度８０℃、９時間で反応し、プレポリマーを得た。得られたプレポリマーに硬化剤である１，４−ブタンジオールと１，１，１-トリメチロールプロパン（ＴＭＰ）の混合物を[ＮＣＯ]／［ＯＨ］＝１．０３となるように加え、攪拌し、フィルム状に成形する金型に注型後、８０℃で２４時間架橋し、図３に示す対照試料である試料１３を得た。
【００２４】
実施例１、実施例２及び実施例３で得られた試料１〜１２（すなわち、フィルム状エコーゲル）は、全て無色透明であった。これらの試料の架橋点濃度、末端分子鎖、硬度、得られたフィルム状エコーゲルに対して良溶媒であるジメチルアセトアミド中で得たゲル分率と膨潤度、示差走査熱量（ＤＳＣ）測定から求めたガラス転移温度、タックの有無を図３の表図に示す。
ゲル分率は網目の完成度を示し、１００％であることは全ての低分子反応原料が網目に組み込まれたことを示す。膨潤度とは、網目鎖濃度の指標となり、良く膨れることは網目鎖濃度が低いことを意味する。
【００２５】
架橋点濃度およびダングリング鎖濃度は、ゲルの密度と配合比を用いて算出した。実施例１の系ではＭ-ＰＥＧ含量の増加に伴い、架橋点の濃度は減少し、末端分子鎖の濃度は増加していることが分かる。硬度は、Ｍ-ＰＥＧの含量の増加に伴い減少している。これは、末端分子鎖濃度が増加し、自由に動ける分子鎖が多くなったためと考えられる。ジメチルホルムアミド（ＤＭＡ）中で全ての試料は不溶であったことから、網目構造が形成されていることが確認された。膨潤度は、Ｍ-ＰＥＧ含量の増加に伴い増加した。これは、架橋点が減少し、分子鎖が拡がりやすくなったためと考えられる。実施例２，３の系ではジイソシアナートの配合比が減少するとともに架橋点の濃度は減少し、末端分子鎖の濃度は増加していることが分かる。全ての試料でガラス転移温度は室温以下にあり、試料がゴム状にあることがわかる。
【００２６】
図４及び図５に、実施例１の各試料（試料番号１〜５）の動的貯蔵弾性率（Ｅ′）および損失正接（ｔａｎδ）の温度依存性を示す。−５０℃付近ポリオール成分からなるにソフトセグメント鎖のα緩和に伴うＥ′の減少が観測された。ゴム状領域のＥ′の値は、１０７Ｐａ以下で、特にＰＵＧ２．０の試料では約１０６Ｐａと非常に低い値を示した。また、ｔａｎδ曲線において、Ｍ-ＰＥＧ含量の増加に伴い、α緩和より高温側に異なる緩和が観測された。この緩和は、ダングリング鎖の増加により、ｔａｎδの値も増加していることから、末端分子鎖の運動に起因すると考えられる。
【００２７】
粘着力は万能材料試験機を用いて直径３.２mmのセラミックス球を合成した試料の表面から０.３mm押し込んだ後、球の剥離に要する力を測定した。図６に末端分子鎖濃度と粘着力の関係を実施例で示した全ての試料について示す。同図において、○印は実施例１の系、●印は実施例２の系、▲印は実施例３の系である。図６から末端分子鎖濃度の増加にしたがい粘着力が増加することがわかる。
【００２８】
図７に、実施例１、２，３の代表例としてそれぞれ試料４、８，１２の超音波に対する透明性を示す。方法は２ＭＨｚの超音波を、本発明の開発したフィルム状エコーゲルを張り付けたセンサパッドから発射し、反射物により反射されてくる波が減衰せずに反射を繰り返す現象を記録する方法をとった。図７の縦軸は反射強度、横軸は反射回数を示す。比較例の試料１３は従来の汎用ポリウレタンゲルであり、超音波に対して透明であるが減衰は速い。しかしながら、本発明による開発試料である試料４、８，１２では、反射回数５回ないし６回まで反射強度を観測している。他の実施試料においても同様の傾向を示した。また、１０ＭＨｚの超音波を発射しても同様な結果が得られた。
すなわち、汎用ポリウレタンゲルと比較して本発明の合成したポリウレタンゲルは、反射ピーク数が多く、かつ超音波減衰量も小さく、超音波センサと人体を結ぶ音響結合剤として適用できることを示している。
【００２９】
上述した実施例１，２，３の各試料におけるフィルム状エコーゲルは全て１ＭＨｚから１０ＭＨｚの間で超音波に対して減衰が少なく、前述した本発明における特性１）〜５）を備えており、超音波センサ２と人体３とを結ぶ音響結合材として適用することができる。
【００３０】
すなわち、上述の実施例１〜３の各試料におけるフィルム状エコーゲルによれば、網目構造中に所要数の分岐したダングリング鎖を有するので、粘着性を発現させ、かつ形状の保持性を付与させることができる。室温で分子運動性が高い高分子、すなわちガラス転移温度が室温より低く且つ結晶性を持たない高分子であるので、柔軟性を有するゲルとなり、人体の形状に合わせることができる。親水性の基を含む高分子鎖からなるので、吸水性を持たせることができ、汗などを吸収することができる。また、液体を含有していないので、べた付くことがない。さらに、使用する超音波の波長帯、例えば膀胱形状測定用の場合は１ＭＨｚ〜１０ＭＨｚの波長帯にエネルギー吸収がなく、超音波センサと人体間の音響結合材として適用できる。
【００３１】
上述の具体例では、本発明のフィルム状エコーゲルを合成したポリウレタン粘着ゲルを使用したが、その他、上述した架橋点およびダングリング鎖の数を満たすようにして、同様の特性を有する高分子系粘着ゲルを使用して構成することも可能である。
【図面の簡単な説明】
【００３２】
【図１】本発明に係るフィルム状エコーゲルの実施の形態を示す概略構成図である。
【図２】本発明に係るフィルム状エコーゲルの使用状態を示す模式図である。
【図３】実施例１〜３、比較例１の各試料の原料配合と物性を表わす表図である。
【図４】実施例１の各試料の動的貯蔵弾性率（Ｅ′）の温度依存性を示す図である。
【図５】実施例１の各試料の損失正接（ｔａｎδ）の温度依存性を示す図である。
【図６】実施例１〜３の各試料の末端分子鎖濃度と粘着力の関係を示すグラフである。
【図７】本発明に係わるエコーゲルの超音波の透明性を検討したグラフである。
【符号の説明】
【００３３】
１・・フィルム状エコーゲル、２・・超音波センサ、３・・人体
【図１】
2007167424.tif 000003
【図２】
2007167424.tif 000004
【図３】
2007167424.tif 000005
【図４】
2007167424.tif 000006
【図５】
2007167424.tif 000007
【図６】
2007167424.tif 000008
【図７】
2007167424.tif 000009