JP2017513688A - 超音波プローブのための導電性媒体パッド - Google Patents

Abstract

本開示は、超音波分野液体ゲル接触媒質の代わりに使用できる、使い捨ての形状安定した滑らかなヒドロゲル接触媒質である導電性パッドを記載する。この導電性パッドは、変換器又は他の接触面に対して位置が安定した結合をもたらす1つの接着性表面と、被験者の表面上を摺動可能とした滑らかな第2表面とを備えた二表面音響ヒドロゲル接触媒質を含むことができる。このヒドロゲルの滑らかな表面によって、この変換器は低摩擦の再位置決めが可能となる。この導電性パッドは、それぞれが異なる特性を備えうる複数の層も含むことができる。

Description

関連特許出願の引用
本願は、2014年4月24日付けで提出された「超音波プローブのための導電性媒体パッド」と題した米国仮特許出願第61/983,598号および2015年4月3日付けで提出された「音響結合のための二表面ヒドロゲル」と題した米国仮特許出願第62/142,718号の優先権を主張し、両者はその全体をここに引用して援用する。

超音波エネルギーは空気中ではうまく伝達されないことがある。2つの隣接する表面間の間隙や凹凸には空気がしばしば充満し、これら隣接表面間の界面を通過する超音波エネルギーの伝達のインピーダンスを増加させうる。これまで液体ゲルを用いてこうした空所を充填してきたが、液体ゲルはあたりを汚しかねず、使用の度に被験者及び超音波変換器の清掃が必要となる。多くの処置では、液体ゲルは処置の最中に頻繁に補充しなければならず、無菌状態が維持されていない大型の収容リザーバから補充されることが多い。超音波エネルギーによるキャビテーションにより液体ゲル内に気泡が形成されることもあり、これが隣接表面間の超音波エネルギーの伝達を減少させうる。

本開示の一態様によれば、超音波導電性パッドは、第1の滑らかな(lubricious)表面と、第2の滑らかさが低い表面と、第1ヒドロゲル膜とを含む。前記第1ヒドロゲル膜は、不溶性ヒドロゲルネットワーク内に閉じ込められた1つ又は複数の水溶性ポリマーを含み、当該ネットワークは、調合物中の1つ又は複数モノマーを重合させ且つ前記水溶性ポリマーと架橋することによって形成される。

幾つかの実装例では、前記第2粘着性表面は、超音波プローブ及び砕石術ベローズの少なくとも一方に可逆的に結合するよう構成されている。前記導電性パッドは第2ヒドロゲル膜を含むこともできる。前記第1ヒドロゲル膜は前記第1の滑らかな表面を含むことができ、前記第2ヒドロゲル膜は前記第2粘着性表面を含むことができる。

幾つかの実装例では、前記第1ヒドロゲル膜は前記1つ又は複数の水溶性ポリマーを含み、前記第2ヒドロゲル膜は前記1つ又は複数の水溶性ポリマーを含まない。

前記第2粘着性表面は、前記第1ヒドロゲル膜に結合された接着性表面を含む。幾つかの実装例では、前記1つ又は複数の水溶性ポリマーは、ポリビニルピロリドン、ポリエチレングリコール、及びポリエチレンオキシドを含むことができる。前記架橋されたヒドロゲルネットワークは、多官能アクリレートを含むことができる。幾つかの実装例では、前記第1ヒドロゲル膜は、メタクリル酸2-ヒドロキシエチル及び多官能アクリレートの合計重量に基づいて約0.5%と約10.0%との間の多官能アクリレートと架橋されたメタクリル酸2-ヒドロキシエチルを含む。前記多官能アクリレートは、ポリエチレングリコールジメタクリレート及びポリエチレングリコールジアクリレートの少なくとも一方を含むことができる。

別の様態では、超音波記録でインピーダンスを低下させるための方法は、導電性パッドを準備する段階を含む。前記導電性パッドは、第1の滑らかな表面と、第2の粘着性表面と、第1ヒドロゲル膜とを含む。前記第1ヒドロゲル膜は、メタクリル酸2-ヒドロキシエチル及び多官能アクリレートの合計重量に基づいて約0.5%と約10.0%との間の多官能アクリレートと架橋されたメタクリル酸2-ヒドロキシエチルを含み、さらに1つ又は複数の水溶性ポリマーを含む。前記1つ又は複数の親水性ポリマーは、前記架橋されたヒドロゲルネットワーク内に閉じ込められている。前記方法は、前記導電性パッドを変換器に結合する段階と、超音波エネルギーを前記導電性パッド介して第1表面に伝達させる段階も含む。

幾つかの実装例では、前記第2の粘着性表面は、前記変換器に可逆的に結合するよう構成されている。前記変換器は、超音波プローブ及び砕石術ベローズの少なくとも一方の変換器でよい。

幾つかの実装例では、前記導電性パッドは第2ヒドロゲル膜も含む。前記第1ヒドロゲル膜は前記第1の滑らかな表面を含むことができ、前記第2ヒドロゲル膜は前記第2の粘着性表面を含むことができる。前記第1ヒドロゲル膜は前記1つ又は複数の水溶性ポリマーを含み、前記第2ヒドロゲル膜は前記1つ又は複数の水溶性ポリマーを含まない。幾つかの実装例では、前記第2の粘着性表面は、前記第1ヒドロゲル膜に結合された接着性表面を含むことができる。

幾つかの実装例では、前記1つ又は複数の水溶性ポリマーは、ポリビニルピロリドン、ポリエチレングリコール、及びポリエチレンオキシドの少なくとも1つを含み、前記架橋されたヒドロゲルネットワークは、メタクリル酸2-ヒドロキシエチル及び多官能アクリレートの合計重量に基づいて約0.5%と約10.0%との間の多官能アクリレートと架橋されたメタクリル酸2-ヒドロキシエチルから構成される。幾つかの実装例では、前記ヒドロゲル膜は、メタクリル酸2-ヒドロキシエチル及び多官能アクリレートの合計重量に基づいて約0.5%と約10.0%との間の多官能アクリレートを含む。

本開示の別の態様では、導電性パッドを製造する方法は、第1調合物を準備する段階を含む。前記第1調合物は、水に溶解した1つ又は複数の水溶性ポリマーを含む。前記方法は、水溶性モノマー及び架橋剤を含む第2調合物を準備する段階も含む。前記第１及び第2調合物を結合させて第3調合物を形成する。前記第3調合物は注入成形用金型に注入成形され、その後、硬化される。幾つかの実装例では、前記方法は、水性触媒を前記第3調合物と結合する段階を含む。

幾つかの実装例では、前記注入成形用金型の表面は約90°を上回る水接触角を備えている。前記方法は、前記注入成形用金型の前記表面と前記注入成形された第3調合物との界面において第1表面を形成する段階と、前記注入成形された第3調合物と気体との界面において第2表面を形成する段階とをさらに含む。幾つかの実装例では、前記第1表面は前記第2表面より大きな滑性(lubricity)を備えている。

幾つかの実装例では、前記方法は、前記導電性パッドの上に粘着性表面を作製するため、水溶性ポリマーを含まない第4調合物を形成する段階も含む。幾つかの実装例では、前記第4調合物は前記注入成形用金型に注入成形され且つ部分的に硬化され、その後、前記第3調合物がその上に注入成形されて1つの滑らかな表面が作製され、これら2つの層が一緒に硬化される。幾つかの実装例では、前記第3調合物が最初に注入成形され且つ部分的に硬化され、次に、前記第4調合物がその上に注入成形され、これら2つの層が一緒に硬化される。

幾つかの実装例では、前記方法は、前記第3調合物を、それが硬化する前に付着性バッキング材の上に注入成形する段階を含む。幾つかの実装例では、前記第3調合物への良好な付着特性を備えた付着性バッキングは、まず繊維性材料を感圧性接着剤に接着し、次に、繊維性側の上に前記第3調合物を注入成形することで準備される。幾つかの実装例では、前記1つ又は複数の水溶性ポリマーは、ポリビニルピロリドン、ポリエチレングリコール、及びポリエチレンオキシドの少なくとも1つを含み、前記水溶性モノマーは少なくとも1つの親水性エチレン性不飽和モノマーを含み、前記架橋剤は多オレフィン性架橋剤を含む。

幾つかの実装例では、前記水溶性モノマーは、メタクリル酸2-ヒドロキシエチルを含み、前記架橋剤は多官能アクリレートを含む。幾つかの実装例では、前記第2調合物は、メタクリル酸2-ヒドロキシエチル及び多官能アクリレートの合計重量に基づいて約0.5%と約10.0%との間の多官能アクリレートを含む。幾つかの実装例では、前記多官能アクリレートは、ポリエチレングリコールジメタクリレート及びポリエチレングリコールジアクリレートの少なくとも一方を含む。

当業者であれば、本明細書に記載された図は例示目的のみであることを理解するはずである。幾つかの場合では、記載された実装例の理解を助けるため、そうした記載された実装例の様々な側面が誇張又は拡大して示されていることは理解すべきである。これら図面では、それら全体を通して、類似の参照記号は類似の特徴、機能的に類似の且つ/又は構造的に類似の要素を概して示す。これら図面は必ずしも一定の縮尺ではなく、本教示の原理を図示することにむしろ重点が置かれている。これら図面は、いかなる意味でも本教示の範囲を限定することを意図したものではない。本システム及び方法は、次の図面を参照して次の例示的記載からより良く理解可能である。
図1は、導電性パッドを備えた超音波システムを使用するための例示的なシステムを示す。 図2A-2Cは、図1に示したシステムと共に用いるための例示的な導電性パッドを示す。 図3は、図1に示したシステムと共に用いる導電性パッドを製造するための例示的方法のフローチャートを示す。 図4は、図1に示したシステムを用いる超音波記録におけるインピーダンスを低下させるための例示的方法のフローチャートを示す。

上記で紹介し且つ後に詳述する様々な概念は、それらが特定の化学的性質又は特定の様態の実装例に限定されるものでないため、多くの方法の何れによっても実現できる。具体的な実装例及び応用例は、主として例示目的で記載されている。

図1は、導電性パッドを備えた超音波システムを使用するための例示的なシステム100を示す。システム100は、表面104の下方に超音波エネルギーを送るため使用されるプローブ102を含む。システム100は、プローブ102を表面104に音響結合するよう構成された導電性パッド106を含む。幾つかの実装例では、超音波エネルギーを用いて表面104の下方を写し(例えば、超音波画像を描出する)、又は硬化した塊の破壊(例えば、砕石術装置を使った腎臓結石の破壊)を行う。

システム100のプローブ102は、超音波エネルギーを放射する任意種類のプローブとすることができる。例えば、プローブ102は、超音波装置のプローブとすることができる。別の実装例では、プローブ102は砕石術ベローズ(lithotripsy bellow)でよい。他の実装例では、プローブ102は、他の任意種類の医療用又は非医療用の超音波変換器とすることができる。

表面104は患者の皮膚でよい。例えば、プローブ102が超音波装置のプローブであれば、プローブ102を用いて患者の皮膚表面の下方を映すことができる。表面104は、超音波イメージングの標的位置の上方にある患者の皮膚でよい。

システム100のパッド106は、プローブ102を表面104に音響結合するよう構成されている。導電性パッド106及び導電性パッド106の製造方法は後に詳述するが、一般に、導電性パッド106は、超音波エネルギーを放射するプローブ102の表面と表面104とが密着するように構成されている。プローブ102の表面と表面104との密着は、空気がプローブ102の表面と表面104との間に存在する場合に発生するインピーダンスを減少させることができる。

図2A-2Cも参照すると、幾つかの実装例では、導電性パッド106は、単層ヒドロゲル膜、付着性バッキングを備えた単層ヒドロゲル、又は二表面を備えた多層ヒドロゲル膜として構成できる。図2Aは、単層200と、第1表面202と、第2表面204とを備えた導電性パッド106を示す。二表面を備えた構成では、一表面は、表面104に再位置決め可能な結合を可能とする滑らかな(lubricious)表面でよい(例えば、この滑らかな表面は導電性パッド106と表面104との間の摩擦係数を低くする)。導電性パッド106の対向表面は実質的に滑らかでないか、粘着性を備えているか、又は第1表面より滑らかでなく、導電性パッド106をプローブ102に可逆的に結合可能とする。例えば、この滑らかな表面によって、導電性パッド106は表面104上を摺動可能となり、又、導電性パッド106を表面104上で摺動させる際に、粘着性があり又は滑らかさが低い表面によって、導電性パッド106はプローブ102に付着した状態を維持できる。幾つかの実装例では、第1表面202と第2表面204との異なる特性は、後述する注入成形工程の結果として得られる。例えば、膜の滑らかさが大きい側は、水接触角が約90°を上回る疎水性表面にハイドロゲルを注入成形することによって成形材料界面で製造できる。疎水性材料製の金型に注入成形されると、図2Aにおける非常に滑らかな表面202は金型界面に形成され、比較的滑らかでない表面204は導電性パッド106の空気界面に形成される。幾つかの実装例では、成形表面は、水接触角が60°未満であるガラスなどの高エネルギー表面である。この高エネルギー表面は金型表面で比較的滑らかでない表面を形成し、空気界面で非常に滑らかな表面を形成する。幾つかの実装例では、ヒドロゲルは20°と60°との間、40°と60°との間、50°と60°との間の水接触角を備えた表面に注入成形される。

図2Bは、付着性バッキング206を備えた単層ヒドロゲル106を示す。幾つかの実装例では、付着性バッキング206の反対側は滑らかである。幾つかの実装例では、導電性パッド106のプローブ102への結合を向上させるため、付着性バッキング206が導電性パッド106に結合される。付着性バッキング206は、繊維性材料又は可融性ウェブテープと両面感圧性接着剤との組合せを含むことができる。

図2Cは二層ヒドロゲル106を示す。二層ヒドロゲル106は第1層208と第2層210とを含む。第1層208と第2層210は、異なる又は同じヒドロゲルポリマー組成を含むことができる。例えば、プローブ102に結合できる第1層208は、患者の皮膚と界面接触する滑らかな第2表面210よりも実質的に厚くなるよう構成できる。

幾つかの実装例では、導電性パッド106の滑らかな側の摩擦係数は、約0.02と約0.15との間、約0.02と約0.12との間、又は約0.02と約0.08との間である。幾つかの実装例では、システム100の導電性パッド106は、超音波エネルギーを放射するプローブ102の表面と同じ形状を備えるよう構成されている。導電性パッド106は、実質的に長方形、円形、又は正方形状としてよい。長方形又は正方形の実装例では、パッド106の表面積は、1 cm²と20 cm²との間、2 cm²と12 cm²との間、又は3 cm²と6 cm²との間である。例えば砕石術で使用するための円形の実装例では、導電性パッド106の直径は、約50 mmと約500 mmとの間、約70 mmと約300 mmとの間、約80 mmと約150 mmとの間である。幾つかの実施形態では、導電性パッド106の厚さは、約1 mmと約25 mmとの間、約2 mmと約20 mmとの間、約2 mmと約15 mmとの間、又は約2 mmと約10 mmとの間である。幾つかの実装例では、導電性パッド106は、プローブ102の表面より実質的に大きい。例えば、導電性パッド106は、プローブ102が動かされる領域に被せることができるパッドでよい。この例では、プローブ102が導電性パッド106の滑らかな表面上を摺動する際に、導電性パッド106が表面104上に維持されるように、導電性パッド106の粘着性側は、表面104に向けて配置し且つ導電性パッド106の滑らかな表面はプローブ102に向けて配置してもよい。

導電性パッド106は、高含水率のヒドロゲルに組み込んだ水溶性ポリマーを含む。この水溶性ポリマーは、当該水溶性ポリマーを水に溶かし且つ親水性モノマー、架橋剤、及び触媒と結合させて予備硬化ヒドロゲル調合物(以降、一般的に「調合物」と呼ぶ)を用意することによってヒドロゲルに組み込むことができる。この架橋剤は、ヒドロゲルモノマーと重合し、2つ以上のポリマー鎖を成長させられる分子でよい。

この架橋過程は重合鎖を、「架橋」される分子ネットワークにつなげる。この調合物は、触媒作用を受けすなわち「硬化」して重合及び架橋結合をもたらし、形状が安定したヒドロゲルを生じる。一旦硬化すると、水溶性ポリマーはヒドロゲル構造体の架橋ネットワーク内に閉じこめられ、この水溶性ポリマーはヒドロゲルの高含水率により安定した状態を維持する。ヒドロゲル内の水溶性ポリマーのこの構造は、相互侵入網目(IPN)と呼ぶことができる。高分子量水溶性ポリマーがこのヒドロゲルでIPNとして使用される場合は、この水溶性ポリマーの大きい分子サイズは、架橋されたヒドロゲルネットワーク内の分子絡み合いによって、当該水溶性ポリマーがヒドロゲル表面から放出されるのを防止できる。

後述するように、実質的になめらかで滑りやすい表面を備えた導電性パッド106は、水溶性ポリマーとヒドロゲルポリマーの比及び調合物中の水の割合を調整することによって製造できる。幾つかの実装例では、多すぎる量の水に多すぎる水溶性ポリマーが結合される場合、得られるヒドロゲルは単独で使用する場合、多くの超音波応用例では弱すぎる場合がある。逆に、水溶性ポリマーのヒドロゲルポリマーに対する比を低くしすぎて、それをヒドロゲル中で少量の水と結合して使用すると、その結果は、非常に強く且つ耐久性があるがあまり滑りやすくないヒドロゲルが得られることがある。

幾つかの実装例では、滑りやすい表面を作り出すためにヒドロゲル内に閉じ込められた水溶性ポリマーは、ポリビニルピロリドン(PVP)、ポリエチレングリコール(PEG)、及び分子量が大きいPEGのタイプであるポリエチレンオキシド(POE)を含むことができるが、それらに限定されない。幾つかの実装例では、ポリマーの分子量(mw)は非常に低い値(<1000ダルトン)から非常に高い値(>百万ダルトン)までの範囲にわたる。上記で定義したように、100,000ダルトンを上回る分子量は分子量が大きいポリマーとして分類される。例えば、PVP K-90の平均分子量は約360,000で、mw値が大きい水溶性ポリマーと考えられる。幾つかの実装例では、PVP K-90は好適な水溶性ポリマーである。他の実装例では、このPVPは、2000から1,500,000ダルトンまでの分子量を備えることができる。

幾つかの実装例では、導電性パッド106を形成するために使用されるポリマーは、メタクリル酸2-ヒドロキシエチル(HEMA)のようなアクリレートモノマーでよい。幾つかの実装例では、HEMAは、アクリルビニル基(acrylate vinyl group)の遊離基開始反応により線状HEMAポリマーを形成することにより重合できる。幾つかの実装例では、このモノマーは、エチレン性不飽和モノマーであり、メタクリル酸、メタクリル酸の塩、メタクリル酸のエステル、メタクリル酸のエステルの塩及び酸、メタクリル酸のアミド、メタクリル酸のN-アルキルアミド、メタクリル酸のN-アルキルアミドのエステルの塩及び酸、N-ビニルピロリドン、アクリルアミド、アクリルアミド誘導体、メタクリルアミド、メタクリルアミド誘導体、アクリルアミド、N-イソプロピルアクリルアミド、メタクリル酸2-ヒドロキシエチル(HEMA)、2-ヒドロキシプロピルメタクリレート、アクリル酸、2-アクリルアミド-2-メチル-l-プロパンスルホン酸、3-スルホプロピルアクリレートカリウム塩、[2-(アクリロイルオキシ)エチル]トリメチルアンモニウムメチルサルフェート及びその無機塩類、[2-(メタクリロイルオキシ)エチル]トリメチルアンモニウムメチルサルフェート及びその無機塩類、又はこれらの組合せを含むことができる。幾つかの実装例では、架橋剤は、エチレングリコールジメタクリレート、エチレングリコールジアクリラート、ポリ(エチレングリコール)ジメタクリレート、ポリ(エチレングリコール)ジアクリレート、ポリ(エチレングリコール)ジアクリルアミド、N,N'-メチレンビスアクリルアミド、ピペラジンジアクリルアミド、グルタルアルデヒド、エピクロロヒドリン、1,2-ジオール構造を含有する架橋剤、機能性ペプチドを含有する架橋剤、及びタンパク質を含有する架橋剤を含む。

幾つかの実装例では、導電性パッド106のポリマーは、二官能又は多官能アクリレートモノマーで架橋することができる。多官能アクリレートは、2つ以上の重合可能なアクリレート基を備えた分子とすることができる。例えば、二官能アクリレートモノマーは、エチレングリコールジメチルアクリレート(EGDM)でよく、これはHEMAの水溶液に触媒作用を及ぼさせて、約50%と約90%との間の水、約60%と約80%との間の水、及び約65%と約75%との間の水を含む形状安定した架橋ヒドロゲルネットワークを形成できる。幾つかの実装例では、この調合物は、約0.5%と約10.0%との間の多官能アクリレート、約1%と約5%との間の多官能アクリレート、又は約1.0%と約3.0%との間の多官能アクリレートを、2メタクリル酸2-ヒドロキシエチル及び多官能アクリレートの合計重量に基づいて含むことができる。幾つかの実装例では、より高分子量のアクリレート架橋剤が使用される。例えば、EGDMの単一エチレングリコールがポリエチレングリコール(PEG)で置換されているポリエチレングリコールジメタクリレート(PEGDM)を架橋剤として使用して導電性パッド106を製造できる。エチレングリコールの反復単位によって、反応性アクリレート末端基間の距離が大きくなり、HEMA鎖間の架橋が長くなり、これによりEGDMで作製されたヒドロゲルに比べて強度、耐久性、及び弾性が大きいヒドロゲルが得られる。PEGDM内のPEGは、8ないし9のエチレングリコールの反復単位を含むことができる。幾つかの実装例では、PEGDMは、2と500との間、5と100との間、5と25との間のPEGの反復単位を含むことができる。

幾つかの実装例では、導電性パッド106を形成するために使用される触媒は、遊離基開始反応によってモノマーを重合させることができる。例えば、遊離基はアクリレートビニル基の炭素-炭素結合を攻撃でき、調合物の他のビニル基との反応による連鎖生長反応の伝播に至る。幾つかの実装例では、この触媒は、熱分解又は紫外線による光分解によって遊離基を生成できる。この触媒は、過酸化ベンゾイル、過硫酸アンモニウム、重亜硫酸ナトリウム、及び過硫酸カリウムを含むことができる。幾つかの実装例では、この触媒は、無機過酸化物である過硫酸ナトリウム(SPS)である。SPSは水に簡単に溶け、HEMAヒドロゲル調合物の水に容易に配合できる。SPSは、例えば約75°Cから90°Cまでの比較低温で熱分解によって活性化できる。幾つかの実装例では、過硫酸塩のカリウム塩を触媒として使用できる。幾つかの実装例では、この触媒は、それが酸素又は窒素などの気体の副産物を生成しないように選択するが、その理由は、この反応の気体副産物は、導電性パッド106を通過する超音波エネルギーを減衰させかねない微視的な泡を発生させる可能性があるからである。

図3は、導電性パッドを製造するための例示的方法300のフローチャートを示す。方法300は、調合物を準備する段階を含むことができる(ステップ302)。次に、この調合物は、金型内又は表面に注入成形され(ステップ304)、その後、この調合物は硬化される(ステップ306)。

上述したように、例示的な方法300は調合物を作製する段階を含む(ステップ302)。具体的な例示的調合物は実例の項目で後述する。一般に、この調合物の準備は、モノマー又はポリマー、架橋剤、触媒、及び水溶性ポリマーを含むヒドロゲル溶液を準備する段階を含む。例えば、後述するように、調合物は、水溶性ポリマーの第1水溶液を準備する段階を含み、次にヒドロゲルモノマー、架橋剤、及び触媒をこの調合物に付加する段階と、この調合物が均一になるまで撹拌する段階が続く。一例では、第1溶液はPVP K-90を蒸留水中で溶解し、PEGDM架橋剤及びHEMAモノマーの第2溶液を準備し、次にSPSの第3水溶液を準備する。次に、上記3つの溶液は結合させてこの調合物を形成する。

幾つかの実装例では、導電性パッドは複数の層を含む。これら複数の層は、それぞれ異なる調合物を含むことができる。例えば、この導電性パッドは、滑らかな第1層と粘着性又は接着性の第2層とを含むように製造できる。複数の層を使用することで、プローブに固定される1層と、プローブを患者の表面又は別の検査対象の表面に低摩擦で再位置決めする為の他の層とからなる2つの異なる表面を備えた導電性パッドの製造が可能となる。一例では、滑らかになるよう構成された第1層は上述のように製造可能であり、粘着性を備えるよう構成された第2層は、水溶性ポリマー(例えば、PVP)が第2層の調合物には付加されないことを除き同一の組成を含むことができる。

幾つかの実装例では、導電性パッドの1つ又は複数の層は、滑剤、乾燥を遅らせるための湿潤剤、塩類、軟化剤、病原生物の成長及び伝播を防止する抗菌物質、及びカビの生長を防止する防腐剤などの付加的化学物質をさらに含むがこれらに限定されない。

図3を参照すると、この調合物が準備されると、これを金型に注入成形できる(ステップ304)。この調合物の注入成形は、調合物を金型に注入する段階と、次にその調合物内の気泡及び溶存空気を除去するために調合物をガス抜きする段階とを含むことができる。

幾つかの実装例では、この注入成形用金型の表面は、形成される導電性パッドの特性に影響しうる。幾つかの実装例では、注入成形用金型の表面は、二表面パッドを製造するために使用できる。例えば、この調合物が、疎水性ポリマー表面のような水接触角が大きい支持表面に注入成形されると、この調合物の水溶性ポリマーは疎水性ポリマー表面との界面に蓄積できる。この水溶性ポリマーの境界面における蓄積は、注入成形用金型に面するパッド表面でより滑らかな表面を、そして、空気と境界面を共有する対向表面で滑らかさが低いヒドロゲル表面を形成できる。

ガラスのような水接触角が小さい材料に注入成形されると、この調合物の成形表面材料へのぬれ及び付着は、成形表面の界面において、硬化ヒドロゲルのあまり滑らかでない表面を形成し、空気境界面でより滑らかなヒドロゲル表面を形成できる。ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリメチルペンテン、及びフルオロポリマーなどの疎水性ポリマーは、すべて90°を上回る水接触角を備え、これらは、金型界面にける滑らかな表面と、対向する空気界面における滑らかさが低い表面とを備えた導電性パッドを製造するために使用できる。ガラスなどの水和性が高い表面は60°を下回る水接触角を備え、空気界面におけるより滑らかな表面と、この水接触角が小さい材料との界面におけるより滑らかさでない表面とを備えた導電性パッドを製造するために使用できる。幾つかの実装例では、この成形用表面は、ガラス、グレーズド磁器、又は硼珪酸ガラスを含む。

幾つかの実装例では、この調合物は、前もって注入成形された接着性シート上に成形される。この調合物が硬化すると、この接着性シートを用いて導電性パッドをプローブ又は他の変換器に結合できる。幾つかの実装例では、この接着剤は接着性ヒドロゲルであり、この滑らかなヒドロゲルは、接着性ヒドロゲルと反応するか又は滑らかなヒドロゲルが硬化する前にその表面と相互侵入網目を形成することで、接着性ヒドロゲルと直接結合できる。幾つかの実装例では、この接着性シートは感圧性接着剤(PSA)を含む。PSAは疎水性の性質を備えうるので、本発明の滑らかな親水性ヒドロゲルはこのPSAへの接着性が低くなり、これら2つの層の層間剥離に至ることがある。このヒドロゲルと疎水性接着剤との結合を向上させるには、ヒドロゲルが接着できる足場材料をもたらすために、繊維層を接着性シートと調合物との間に含ませることができる。例えば、接着性ヒドロゲルシートを作製し、繊維性シートがそれに結合される。次に、この液体ヒドロゲル調合物は、接着性ヒドロゲルに取り付けられた繊維層の上に注入成形され、このヒドロゲルが硬化したときに繊維層に結合する。別の例では、この調合物は、金型の底面でベルクロ(登録商標)の繊維性部分に注入成形できる。こうすることで、この液体ヒドロゲル調合物は、硬化前にベルクロ(登録商標)繊維内に染み込むことができる。硬化すると、このヒドロゲル材料は繊維の周りで重合し、ヒドロゲル層が疎水性接着性シートに固定される。幾つかの実装例では、PSAのシートがまず繊維性の足場材料シートに接着され、次に調合物が、このPSAに接着された繊維性シート上に注入成形される。幾つかの実装例では、このPSAは、アクリル、ブチルゴム、天然ゴム、ニトリルゴム、エチレン酢酸ビニル、シリコーンゴム、及びスチレンゴムブロック共重合体に基づくことができるが、それらに限定されない。

図3に示した方法300を参照すると、注入成形された調合物は硬化される（ステップ306）。幾つかの実装例では、この注入成形された調合物は、熱、紫外線、又はそれらの組合せによって硬化できる。例えば、この注入成形された調合物は、約1時間乃至4時間又は約1.5時間乃至約3時間にわたり、約170°F乃至約190°F又は約175°F乃至約185°Fで加熱することで硬化できる。幾つかの実装例では、この注入成形された調合物は複数の段階で硬化できる。例えば、この導電性パッドは複数層を含み、第1層は部分的に硬化でき、次に、第2調合物はこの部分的に硬化した調合物の上に注入成形し、その後硬化できる。この例をさらに続けると、接着性ヒドロゲル調合物の第1層を金型に注入成形し、部分的に硬化できる。次に、滑らかなヒドロゲル調合物をこの部分的に硬化した接着性ヒドロゲルの上に注入成形でき、これが完全に硬化して多層導電性パッドを形成する。別の例では、滑らかなヒドロゲルを最初に注入成形して部分的に硬化させ、次に、接着性ヒドロゲルを、最終的な硬化を完了する前に滑らかなヒドロゲルの上に注入成形できる。

図4は、超音波記録におけるインピーダンスを低下させる例示的な方法400のフローチャートを示す。この方法は、を備えた導電性パッドを準備する段階を含む（ステップ402）。次に、この導電性パッドはプローブに結合され（ステップ404）、超音波エネルギーがこの導電性パッドを通過して第1表面に入る（ステップ406）。

上述したように、方法400は、導電性パッドを準備する段階を含むことができる(ステップ402)。この導電性パッドは、本明細書に記載された導電性パッドのいずれでもよい。幾つかの実装例では、この導電性パッドは、第1の滑らかな表面及び第2の粘着性表面を含む。この導電性パッドは、架橋ヒドロゲルネットワーク内に閉じ込められた1つ又は複数の水溶性ポリマーから作製できる。幾つかの実装例では、この導電性パッドは複数のヒドロゲル膜層を含む。例えば、第1滑らかな表面は、水溶性ポリマーを含む第1ヒドロゲル膜の表面でよく、第2の粘着性表面は、この水溶性ポリマーを含まない第2ヒドロゲル膜の表面でよい。

方法400は、この導電性パッドを変換器に結合する段階も含むことができる(ステップ404)。図1を参照すると、幾つかの実装例において、この変換器は超音波装置又は砕石術装置のプローブ102である。幾つかの実装例では、この導電性パッドの第2の粘着性表面はこの変換器に対して位置決めされ、結合される。この導電性パッドはこの変換器に可逆的に結合できる。例えば、新たな導電性パッドを、患者を撮像する前に超音波撮像デバイスに貼り付けることができる。この撮像手順が完了した後、導電性パッドを変換器から取り外し、廃棄できる。

方法400は、超音波エネルギーをこの導電性パッドを介して伝達させる段階を含むことができる（ステップ406）。この導電性パッドは、変換器と、超音波エネルギーが伝達される表面との間の音響接触媒質として作用できる。この導電性パッドは、接触媒質として、表面内への超音波エネルギーの伝達のインピーダンスを減少させることができる。この導電性パッドは、超音波エネルギーがこの導電性パッドなしで伝達されたときに液体結合ジェル内で起こりうるキャビテーションを減少させることで超音波エネルギーの伝達効能を向上させうる。

実例
下記の例は、本明細書に記載された、滑らかな二表面且つ二層ヒドロゲルの実施形態である。これらの例は、本発明の趣旨又は必須の特徴から逸脱することなく他の具体的な形態で実施できる。従って、これらの例は本開示を制限するものでなく、すべてそれぞれを例示するものと考えるべきである。特記されていなければ、記載されたすべての百分率は重量パーセントである。

例1−滑らかな音響結合ヒドロゲルの準備
15重量%のPVP K-90の水溶液79.0gを、HEMAモノマーに溶解された2.8重量%のPEGDM溶液20.9gと結合させることで、PVPを含有する液体ヒドロゲル調合物を準備した。この調合物は均一になるまで撹拌し、2.0%の過硫酸ナトリウム(SPS)水溶液3.6gをこの調合物に加えた。得られたヒドロゲル調合物は68.3%の水を含み、PVPはポリマー固形物の36.2%を構成し、SPSはこの調合物のヒドロゲル固形物の0.3%を構成していた。この液体調合物は二面の長方形ポリプロピレン金型に注入成形し、溶存空気を除去するため真空下でガス抜きした。次に、この金型は175°Fで3時間オーブン内に保持し、ヒドロゲルを形状安定固体に重合させた。得られたヒドロゲルフィルムは金型から取り外し、蒸留水で洗浄した。このヒドロゲルフィルムの両面は、触れると極めてなめらかで滑りやすものであった。このフィルムを皮膚にこすると、水以外には皮膚にほとんどなんの残留物も残らなかった。

例2−疎水性ポリマー金型を用いた二表面ヒドロゲルパッドの作製
例1のヒドロゲル調合物を使用し、この調合物34.0gをポリメチルペンテン(PMP)製の直径100mmのペトリ皿に注入成形した。次に、この液体を真空下でガス抜きした。このペトリ皿には蓋を被せ、このヒドロゲルは175°Fで2.5時間にわたりオーブンで硬化させた。そこでペトリ皿を除去し、成形品を175°Fでさらに30分間硬化させてこのヒドロゲルの表面を乾燥させた。得られた直径100mmのヒドロゲルパッドは概ね4mm厚であった空気に開放された表面は乾燥してわずかに粘着性があったが、金型に接触していた表面は蒸留水で洗浄した後も極めて滑らかであった。

例3−ガラス金型を用いた二表面ヒドロゲルパッドの作製
例1のヒドロゲル調合物を使用し、この調合物24.0gを硼珪酸ガラス製の直径90mmのペトリ皿に注入成形し、その後、この液体を真空下でガス抜きした。このペトリ皿には蓋を被せ、このヒドロゲルは175°Fで3時間にわたりオーブンで硬化させた。得られた直径90 mmのヒドロゲルパッドは概ね3mm厚であったガラスに接触していた表面はわずかに粘着性があったが、空気に曝されていた表面は蒸留水で洗浄した後も濡れており極めて滑らかであった。

例4−二層ヒドロゲルパッドの作製
例1で記載したものと似ているがPVPを使用しない粘着性ヒドロゲル調合物を、先ず、HEMAモノマーに1.5%のPEGDMを含む溶液を準備することで製造した。架橋レベルは、この層に関しては2.8% PEGDMから1.5%まで低下したが、それは調合物中にPVPがなく膨潤が低くなったことが理由であり、二層の膨潤挙動を一致させることが望ましい。次に、このHEMA溶液7.5gを20.9gの蒸留水に結合させて透明な溶液を作り、その後、2%のSPS水溶液1.3gを触媒として加えた。PVPを含まないこのヒドロゲル調合物は74.7%の水を含み、SPSはこの調合物の固形物合計の0.3%を構成していた。この透明な液体ヒドロゲル調合物10.0gを90mmのペトリ皿に加え、溶存空気を除去するため真空下でガス抜きした。次にこの金型には覆いを被せ、ヒドロゲルを部分的に硬化させるため175°Fで45分間オーブン内に保持し、続いてヒドロゲル表面を乾燥させるため金型を開放してさらに15分間オーブン内に保持した。例1で準備したものと似た滑らかなヒドロゲル調合物を別に真空下でガス抜きし、次に、そのガス抜きした液体22.0gをPVP無しのこの部分的に硬化したヒドロゲルの上で注入成形した。この積層ヒドロゲルの硬化を完了させるため、この金型には覆いを被せ、175°Fで2時間オーブン内に保持した。得られたヒドロゲルパッドは金型から取り外し、蒸留水で洗浄した。これは概ね4mm厚であり、非常に滑らかな一表面と、粘着性の接着性ヒドロゲルである対向面とを備えていた。

例5−二層ヒドロゲルパッドの作製
100mmのPMPペトリ皿金型を使用したことを除けば、例4に記載したように二層ヒドロゲルパッドを準備した。このより大型の金型については、先ず、粘着性ヒドロゲル調合物11.2gがこの金型に加えられ、次に、滑らかなヒドロゲル調合物24.0gがこの部分的に硬化した接着性ヒドロゲルの上に加えられた。概ね4mm厚で、一表面が粘着性で一表面が滑らかなより大型の二層ヒドロゲルパッドがこの方法で製造された。

例6−二層ヒドロゲルパッドの作製
滑らかなヒドロゲル調合物が最初に注入成形され、ガラス又はPMPペトリ皿金型が使用されたことを除けば、例4に記載したように二層ヒドロゲルパッドを準備した。一面が粘着性で一面が滑らかな二表面ヒドロゲルパッドがこの方法で製造された。

例7−塗布による二層ヒドロゲルパッドの作製
175°Fで2時間の合計硬化時間のみで、滑らかなヒドロゲル膜を、例2又は例3で記載されたように準備した。このヒドロゲルパッドは金型から外し、粘着性側を上にして清浄な表面上に置いた。この粘着性表面は30分間にわたり空気乾燥し、次に、例4の粘着性ヒドロゲル調合物の薄い層をこの乾燥したヒドロゲル表面にブラシで塗布した。次に、塗布したヒドロゲルパッドは175°Fでさらに1時間にわたりオーブン内で硬化させた。

例8−塗布による二層ヒドロゲルパッドの作製
粘着性ヒドロゲル層のみに放射熱源を向けることによってその粘着性ヒドロゲル層を硬化したことを除けば、例7に記載したように二層ヒドロゲル膜を準備した。

例9−ベルクロ（登録商標）付着性バッキングを備えた滑らかなヒドロゲル
ベルクロ（登録商標）パッドの繊維性部分を接着剤で長方形のポリプロピレン金型の底部に接着することで、この金型を改造した。例1のように準備した滑らかなヒドロゲル調合物を、金型底部のベルクロ（登録商標）が完全に覆われ、繊維の表面の上に1乃至2mmのヒドロゲル液が存在するように、そのベルクロ（登録商標）の上で注入成形した。この金型は、溶存空気及びベルクロ(登録商標)繊維内に閉じ込められた空気を除去するため真空下でガス抜きした。この金型は次に覆いを被せて175°Fで3時間オーブン内に保持し、ヒドロゲルを形状安定固体に重合させた。この硬化した滑らかなヒドロゲルは、ベルクロ(登録商標)繊維の周り及び内部での重合によってそれに強固に取り付けられていた。

例10−特注の付着性バッキングを備えた滑らかなヒドロゲルパッド
一方の面に剥離牲ライナーを備えたスコッチ両面接着材(スクラッチブッキング用テープ)の一面に加圧接着されたポリエステル可融性ウェブテープから特注の付着性バッキングを作製した。この接着材付き特注繊維シートは長方形ポリプロピレンの金型の底部に接着し、例1のように準備した滑らかなヒドロゲル調合物を金型内でこの接着材の繊維性側の上に成形した。このヒドロゲルは真空下でガス抜きし、次に175°Fで3時間オーブン内に保持し、ヒドロゲルを、この接着材に強固に接着した形状安定固体へと重合させた。このヒドロゲルを金型から外し、その縁部をトリミングして接着材の縁部と一致させることで、皮膚への再位置決め可能な結合用の滑らかな一面と、超音波プローブへの可逆的結合用の接着面とを備えた長方形の音響結合ヒドロゲルパッドを製造した。超音波プローブでテストしてみると、この特注接着材付きのヒドロゲルは、接着材が無い滑らかなヒドロゲルパッドや音響結合ゲルのみと同様に良好に機能した。

例11−砕石術で使用するための滑らかなヒドロゲルパッド
付加的な潤滑剤を使用せず粘着性側を砕石術装置のシリコンベローズに設置することで、例5の円形二層ヒドロゲルパッド又は膜を砕石術装置でテストした。このパッドはベローズの表面によく付着し、ベローズ上を摺動したり容易に位置が変わらなかったことが確認された。ベローズは次にテストチャンバと係合するため持ち上げ、集束衝撃波を圧力変換器に向けそれを介して送出することでテストした。この二層ヒドロゲルパッドは、衝撃波を、本発明の音響結合ゲルや単層の滑らかなヒドロゲルパッドや単層の滑らかなヒドロゲルパッドと同様の効率で送出した。

本開示を好適な実施形態を参照して説明してきたが、当業者であればこれらの例は非限定的であり、多数のヒドロゲルの化学的性質、組成、ヒドロゲルの物理的形態、使用方法が本発明では考慮されていることが分かるはずである。本開示の滑らかなヒドロゲルは、乾燥を遅らせるための湿潤剤、様々な塩類及び軟化剤、病原生物の成長及び伝播を防止する抗菌物質、並びにカビの生長を防止する防腐剤に加え、多くの他の親水性ポリマーを滑剤として含むことができる。本発明は、次の特許請求の範囲の趣旨及び範囲から逸脱することなくその主題に関連した当業者には明白であろう修正を含むことが意図されている。

Claims (22)

1. 第1ヒドロゲル膜であって、
   1つ又は複数の水溶性ポリマーで、
   架橋されたヒドロゲルネットワーク内に閉じ込められた1つ又は複数の水溶性ポリマーを備えた第1ヒドロゲル膜と、
   前記第1ヒドロゲル膜の第1の滑らかな表面と、
   前記第1の滑らかな表面より滑らかでない第2表面とを含む、超音波導電性パッド。
2. 第2ヒドロゲル膜をさらに含む、請求項1に記載の超音波導電性パッド。
3. 前記第1ヒドロゲル膜は前記第1の滑らかな表面を含み、前記第2ヒドロゲル膜は前記第2表面を含む、請求項2に記載の超音波導電性パッド。
4. 前記第1ヒドロゲル膜は前記1つ又は複数の水溶性ポリマーを含み、前記第2ヒドロゲル膜は前記1つ又は複数の水溶性ポリマーを含まない、請求項3に記載の超音波導電性パッド。
5. 前記1つ又は複数の水溶性ポリマーは、100,000ダルトンを上回る分子量を備える、請求項1に記載の超音波導電性パッド。
6. 前記第2表面は、前記第1ヒドロゲル膜に結合された接着性表面を含む、請求項1に記載の超音波導電性パッド。
7. 前記第2表面は、超音波プローブ及び砕石術ベローズの少なくとも一方に可逆的に結合するよう構成されている、請求項1に記載の超音波導電性パッド。
8. 前記1つ又は複数の水溶性ポリマーは、ポリビニルピロリドン、ポリエチレングリコール、及びポリエチレンオキシドの少なくとも1つを含み、前記架橋されたヒドロゲルネットワークは、親水性エチレン性不飽和モノマー及び多オレフィン性架橋剤少なくとも1つを含む、請求項1に記載の超音波導電性パッド。
9. 前記架橋されたモノマーネットワークは、メタクリル酸2-ヒドロキシエチル及び多官能アクリレートを含む、請求項8に記載の超音波導電性パッド。
10. 前記第1ヒドロゲル膜は、約0.5%と約10.0%との間の多官能アクリレートを、メタクリル酸2-ヒドロキシエチル及び前記多官能アクリレートの合計重量に基づいて含む、請求項9に記載の超音波導電性パッド。
11. 多官能アクリレートは、ポリエチレングリコールジメタクリレート及びポリエチレングリコールジアクリレートの少なくとも一方を含む、請求項9に記載の超音波導電性パッド。
12. 導電性パッドを製造する方法であって、
    水に溶解した1つ又は複数の水溶性ポリマーを含む第1調合物を準備する段階と、
    水溶性モノマー及び架橋剤を含む第2調合物を準備する段階と、
    第三調合物を形成するために前記第1及び第2調合物を触媒と結合させる段階と、
    前記第3調合物を注入成形用金型に注入成形する段階と、
    前記第3調合物を硬化させる段階とを含む、方法。
13. 前記注入成形用金型の表面は約90°を上回る水接触角を備えた、請求項12に記載の方法。
14. 前記注入成形用金型の前記表面と前記注入成形された第3調合物との界面において第1表面を形成する段階と、
    前記注入成形された第3調合物と気体との界面において第2表面を形成する段階とをさらに含む、請求項13に記載の方法。
15. 前記第1表面は前記第2表面より大きな滑性を備えた、請求項14に記載の方法。
16. 水溶性ポリマーを含まない第4ヒドロゲル調合物を形成する段階と、
    前記第4ヒドロゲル調合物を前記注入成形用金型に注入成形する段階と、
    前記第4ヒドロゲル調合物を少なくとも部分的に硬化させる段階と、
    前記第3調合物を前記注入成形用金型に注入成形する段階と、
    前記第3調合物及び前記第4ヒドロゲル調合物を完全に硬化させる段階とをさらに含む、請求項12に記載の方法。
17. 付着性バッキングを前記第3調合物に貼り付ける段階を更に含む、請求項12に記載の方法。
18. 前記付着性バッキングは、感圧性接着剤の一面に結合された繊維性材料を含む、請求項17に記載の方法。
19. 前記1つ又は複数の水溶性ポリマーは、ポリビニルピロリドン、ポリエチレングリコール、及びポリエチレンオキシドの少なくとも1つを含み、前記水溶性モノマーは少なくとも1つの親水性エチレン性不飽和モノマーを含み、前記架橋剤は多オレフィン性架橋剤を含む、請求項12に記載の方法。
20. 前記水溶性モノマーは、メタクリル酸2-ヒドロキシエチルを含み、前記架橋剤は多官能アクリレートを含む、請求項12に記載の方法。
21. 前記第2調合物は、約0.5%と約10.0%との間の多官能アクリレートを、メタクリル酸2-ヒドロキシエチル及び前記多官能アクリレートの合計重量に基づいて含む、請求項20に記載の方法。
22. 多官能アクリレートは、ポリエチレングリコールジメタクリレート及びポリエチレングリコールジアクリレートの少なくとも一方を含む、請求項20に記載の方法。