JP6880953B2 - 超音波探触子 - Google Patents

Description

本発明は、超音波診断に用いる超音波探触子に関する。

従来技術の機械走査式超音波探触子に使用する音響媒体としては動粘度または粘度が２０ｍ／ｓまたは２０ｍＰｓ／ｓ以下の粘度である炭化水素系オイルの使用を特長としている（例えば、特許文献１参照）。

超音波診断装置は、超音波診断装置に接続又は通信可能に構成された超音波探触子を、体表に当てる又は体内へ挿入するという簡単な操作で、例えば組織の形状や動きなどが超音波診断画像として得られ、安全性が高いため繰り返して検査を行うことができる。超音波探触子は、超音波を送受信する圧電素子等を内蔵した先端格納部と、超音波探触子全体を把握して操作するためのグリップ部とを備えている。

圧電素子は超音波診断装置と接続又は通信可能に構成されており、超音波診断装置からの電気信号（送信信号）を超音波信号に変換して送波し、生体内において反射された超音波を受信して電気信号（受信信号）に変換し、電気信号に変換された受信信号を超音波診断装置に送信する。

このような超音波探触子のうち、圧電素子を機械的に回転又は揺動させて被検体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は、圧電素子と、圧電素子を回転又は揺動させるための機構部とが先端格納部内に配置されている。

先端格納部の圧電素子の送受波面に対向する面には、超音波が透過し易い材質で作られたウインドウが設けられており、圧電素子の送受波面とウインドウとの間の隙間には、生体に近い音響インピーダンスを有する音響媒体液が充填されている。

この音響媒体液は、圧電素子の送受波面とウインドウとの間を音響的に整合させ超音波の送受信を効果的に行うためのものであり、原理的には圧電素子の送受波面とウインドウとの間の隙間にさえ充填されていれば良い。しかしながら、この隙間のみに音響媒体液を充填することは現実的には困難であり、一般的には、圧電素子が内蔵される空間を液密に密閉し、その密閉空間内に音響媒体液を充填する方法で実現されている。

機械走査式超音波探触子に使用する音響媒体液として、従来技術においては炭化水素系オイルが広範に使用されている。例えば、特許文献１においては、動粘度が２０ｍｍ^２／ｓ以下の炭化水素系オイルが使用されている。また、特許文献２においては、粘度の高い音響媒体液における超音波信号の減衰を改善すべく、粘度が１０〜２０ｍＰａ・ｓの炭化水素系オイルを使用している。

特開２００１−２９９７４８号公報 特開２０１３−１９８６４５号公報

しかしながら、上記のような炭化水素系オイルは、粘度が小さくなるにつれて密度も小さくなる傾向がある。そのため、音響媒体液における超音波信号の減衰、又は画像ノイズの発生を抑制する観点からは、粘度の小さい炭化水素系オイルを音響媒体液として採用することが好ましいが、この場合、音響媒体液の密度も小さくなる。炭化水素系オイルは一般的に密度が０．９未満となっており、粘度の小さい低分子炭化水素系オイルは密度が更に小さくなっている。

異なる媒体を伝播する時、超音波は媒体間の音響インピーダンスの差に比例して反射されるが、音響インピーダンスとは、媒体の密度と音速の積である。従って、上記の観点から粘度の小さい炭化水素系オイルを音響媒体液として採用した場合、その音響インピーダンスも小さくなる。炭化水素系オイルは、一般的に音速が１４００〜１４５０ｍ／ｓであることから、その音響インピーダンスは一般的に１．２ＭＲａｙｌｓと、生体の音響インピーダンス（約１．５３ＭＲａｙｌｓ）との差が大きい数値となっている。

圧電素子から送信された超音波（１回目送信）は、音響媒体液とウインドウを経由してウインドウと接触している生体内に伝播するが、上記のように音響媒体液と生体との間に音響インピーダンスの不整合があった場合、圧電素子から送信された超音波は、音響媒体液と生体との間に生じた音響インピーダンスの差に比例して生体表面で反射される。この反射信号は、元の送信方向とは相反する方向へ進行し、圧電素子表面で再び反射され、音響媒体液を経て生体に再度送波される（２回目送信）。このような、１回目送信の反射信号により２回目以降の超音波送波が生じる現象を多重反射という。

生体に送波された超音波は、生体内の組織境界など音響インピーダンスの異なる境界で反射され、ウインドウ及び音響媒体液を経由して受信エコーとして圧電素子に受信される。ここで、上記音響媒体液と生体との音響インピーダンスの不整合により上記１回目送信から遅れて送信された２回目送信が発生した場合、その２回目送信の受信エコーは、本来の１回目送信の受信エコーで描出された生体の超音波診断画像上に重畳して多重反射によるノイズ（アーチファクト）となる。

すなわち、従来の音響媒体液では、多重反射によるノイズ（アーチファクト）が発生しやすく超音波診断画像の精度が低下するという課題を有していた。

なお、音響媒体液はウインドウに覆われており、前述した多重反射は実際には音響媒体液とウインドウ内面との間で発生しているが、機械走査式超音波探触子において、ウインドウは一般的にポリメチルペンテンなど生体に近い音響インピーダンスを持つ材料を使用しているため、上記説明では、説明を簡略化するように、ウインドウと生体の音響インピーダンスが同じである場合を想定して、ウインドウ内面を生体表面として説明した。

上記課題を解決するために、本発明の超音波探触子は、超音波を送受信する圧電素子と、前記圧電素子を収納する筐体と、前記圧電素子と前記筐体との間の空間を充填し、芳香族化合物又はその置換体を含む音響媒体液と、を備え、前記音響媒体液は、下記一般式（１）で表される芳香族化合物又はその置換体であるオイル状の物質を含む。

［ただし、Ａｒ _ａ 、Ａｒ _ｂ は芳香環である。ｎ _１ は０〜４の整数、ｎ _２ は０〜３の整数、ｎ _３ は１〜３の整数、ｎ _４ は０、１、２である。なお、ｎ _４ ＝０の時はｎ _１ ≠０であり、ｎ _４ ≠０の時は（ｎ _１ ＋ｎ _２ ）≠０である。Ｋは以下の１）または２）より選ばれる連結基である。
１）−Ｏ−、−ＳＯ _２ −、−Ｏ−（Ｃ＝Ｏ）−Ｏ−、−（Ｃ＝Ｏ）−、−ＲＬ−Ｏ−、−Ｏ−ＲＬ−、−Ｏ−Ｃ（＝Ｏ）−ＲＬ−、−Ｃ（＝Ｏ）−Ｏ−ＲＬ−（ＲＬは、アルキレン基、アルケニレン基またはアルキニレン基、シクロアルキレン基を示す）、−（Ｃ＝Ｓ）−、−（Ｃ＝Ｏ）−Ｏ−、−ＮＲＭ−、−Ｓ−、−（Ｃ＝Ｏ）−ＮＲＭ−および−ＮＲＭ−（Ｃ＝Ｏ）−（ＲＭは、水素原子またはアルキル基を表す）からなる群より選ばれる２価基。
２）炭素数１〜１２の２価〜４価の飽和炭化水素基又はその置換体。
Ｒ _１ 、Ｒ _２ は炭素数１〜３０のアルキル基又はその置換体である。］

本発明によると、超音波探触子における音響媒体液と生体との音響インピーダンス不整合が解消される。従って、多重反射によるノイズを抑制し、高品質な超音波診断画像を得ることが可能となる。

図１は、超音波探触子を使用した超音波診断装置の外観斜視図である。 図２は、超音波探触子の全体構造を示す断面図である。 図３は、先端格納部を拡大した断面図である。 図４は、モータの駆動電圧と回転数との関係を表すグラフである。

以下、図面を参照しながら、本発明の一実施形態について説明する。

（超音波診断装置）
図１は、本実施形態に係る超音波探触子１を使用した超音波診断装置１３の外観斜視図である。

超音波診断装置１３は、超音波診断装置本体２２、コネクタ部２９及びディスプレイ１４を備えている。

超音波探触子１は、コネクタ部２９に接続されたケーブル１１を介して超音波診断装置１３と接続されている。

超音波診断装置１３からの電気信号（送信信号）は、ケーブル１１を通じて超音波探触子１の圧電素子に送信される。なお、圧電素子については後述する。この送信信号は、圧電素子において超音波に変換され、生体内に送波される。送波された超音波は生体内の組織等で反射され、当該反射波の一部がまた圧電素子に受波され電気信号（受信信号）に変換され、超音波診断装置１３に送信される。受信信号は、超音波診断装置１３において画像データに変換されディスプレイ１４に表示される。

以下に、超音波探触子について詳細に説明する。

（超音波探触子）
図２は、超音波探触子１の全体構造の一例を示す断面図である。この超音波探触子１は、超音波診断に用いられる探触子であり、その一部を被検者の体腔内に挿入し、当該体腔内において超音波を走査可能な体腔内挿入型探触子である。

図２に示したように、超音波探触子１は、体腔内に挿入される先端格納部７を含む挿入部２３と、体腔外において操作者によって把持されるグリップ部２４とを備え、超音波診断装置本体２２に接続されるケーブル１１が設けられている。先端格納部７からは、複数の信号線１２が引き出されており、挿入部２３及びグリップ部２４内を通ってケーブル１１に接続されている。

このような体腔内挿入型探触子は、被検者の体腔内に挿入して使用されることが多いが、一般に超音波探触子は被検者の体腔内に挿入せずに体表に当てて使用されるものもある。なお、本発明に係る超音波探触子は体腔内挿入型に限定されない。

また、超音波探触子１はケーブル１１を介して超音波診断装置１３に接続されるように構成されているが、ケーブルを設けず、無線通信により超音波診断装置１３と接続されるように構成されていても良い。

次いで、先端格納部７について詳細に説明する。
図３は、図２の先端格納部７を拡大した断面図である。先端格納部７は、超音波探触子１の筐体の一部をなすウインドウ９と保持部材であるフレーム１０とが接合されて構成されており、圧電素子ユニット３と、それを保持し揺動させるための揺動機構部２と、超音波信号を伝達するための音響媒体液６が充填されている音響媒体液収容空間部１５を備えている。

ウインドウ９は、生体に近い音響インピーダンスを有する材料、例えばポリメチルペンテンからなる。

フレーム１０は、Ｏリング又はパッキンなどの封止部材１６、及び、接着剤１７等によりウインドウ９の内壁に密接するようにシールされており、先端格納部７を液密に封止している。フレーム１０は、例えば金属製又は樹脂製のものを使用することが可能である。金属製の場合は、例えばアルミニウムからなるものを使用することが可能である。樹脂製の場合は、後述する音響媒体液６環境下で膨潤しない樹脂を使用することが望ましい。また、フレーム１０には、前述した複数の信号線１２を通すための配線孔（図示せず）が設けられている。先端格納部７の密閉状態を保つために、当該配線孔において、信号線１２とフレーム１０とは、接着剤等により液密に封止されている。

圧電素子ユニット３は、図３に示したように、バッキング層３ａ、圧電素子３ｂ、音響整合層３ｃ及び音響レンズ３ｄが積層されて構成されている。

バッキング層３ａは、圧電素子３ｂの生体側とは反対する側の面に設けられており、圧電素子３ｂを支持するとともに、圧電素子３ｂの生体側とは反対する側へ送波された超音波を吸収する。バッキング層３ａの材料として、例えば天然ゴム、エポキシ樹脂、又は熱可塑性樹脂等を使用することが可能である。

圧電素子３ｂは、圧電材料で構成される層である。圧電材料の例としては、チタン酸ジルコン酸鉛（ＰＺＴ）、圧電セラミック、チタン酸亜鉛酸ニオブ酸鉛（ＰＺＮＴ）及びマグネシウム酸ニオブ酸チタン酸（ＰＭＮＴ）が挙げられる。圧電素子３ｂの厚さは、例えば０．０５〜０．４ｍｍである。圧電素子３ｂの生体側の表面、及び、それとは反対する側の表面には、圧電素子３ｂに電圧を印加するための電極（図示せず）が設けられている。この電極は信号線１２と接続しており、圧電素子３ｂに対して電気信号の送受を行う。

音響整合層３ｃは、圧電素子３ｂと音響レンズ３ｄとの音響特性を整合させるための層であり、圧電素子３ｂと音響レンズ３ｄとの概ね中間の音響インピーダンスを有するものである。音響整合層３ｃは、単層でも積層でも良いが、音響特性の調整の観点から、音響インピーダンスが異なる複数の層の積層体であることが好ましく（例えば２層以上、より好ましくは４層以上）、音響レンズ３ｄに向けて音響レンズ３ｄの音響インピーダンスに段階的又は連続的に近づくように各層の音響インピーダンスが設定されていることがより好ましい。なお、音響整合層３ｃの各層は、当該技術分野で通常使用される接着剤（例えば、エポキシ系接着剤）で接着されることが可能である。

音響整合層３ｃは、種々の材料で構成することが可能である。例えば、アルミニウム、アルミニウム合金、マグネシウム合金、マコールガラス、ガラス、溶融石英、コッパーグラファイト、及び、樹脂を使用することが可能である。前記樹脂の例として、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリカーボネート、ＡＢＳ樹脂、ＡＡＳ樹脂、ＡＥＳ樹脂、ナイロン、ポリフェニレンオキシド、ポリフェニレンスルフィド、ポリフェニレンエーテル、ポリエーテルエーテルケトン、ポリアミドイミド、ポリエチレンテレフタレート、エポキシ樹脂及びウレタン樹脂が挙げられる。

音響レンズ３ｄは、音響整合層３ｃと生体との概ね中間の音響インピーダンスを有する例えば軟質の高分子材料により構成されており、屈折を利用して超音波ビームを集束し分解能を向上させるためのものである。前記軟質の高分子材料の例としては、シリコーン系ゴム、ブタジエン系ゴム、ポリウレタンゴム、エピクロルヒドリンゴム、及び、エチレンとプロピレンとを共重合させてなるエチレン−プロピレン共重合体ゴム、が挙げられる。その中で、シリコーン系ゴム及びブタジエン系ゴムが好ましく、音響レンズの特性の観点からは、シリコーン系ゴムに属するシリコーンゴム、及び、ブタジエン系ゴムに属するブタジエンゴムが特に好ましい。

揺動機構部２は、圧電素子ユニット３を保持し揺動させる伝達機構部５と、伝達機構部５中のギヤ（伝達機構）の回転を駆動するモータ４を備える。これにより、伝達機構部５中のギヤ（伝達機構）の回転に連動して、圧電素子ユニット３を揺動させ超音波信号を走査することができる。なお、圧電素子ユニット３を保持し揺動させる揺動機構部２とともに、又はそれに代わって、圧電素子ユニット３を保持し回転させる回転機構部（図示せず）を設けても良い。また、圧電素子ユニット３を揺動させるために、伝達機構部５においてギヤを伝達機構として用いたが、ギヤ以外にも、例えば、タイミングベルト、ワイヤー等を伝達機構として用いることが可能である。

音響媒体液収容空間部１５は、ウインドウ９及びフレーム１０により液密に密閉された空間であり、音響媒体液６を収容している。

圧電素子３ｂから送波された超音波は、音響整合層３ｃ、音響レンズ３ｄ、音響媒体液６、ウインドウ９の順に、それぞれの媒体を伝播して生体に到達する。生体内組織で反射された超音波は、それとは逆の順に、それぞれの媒体を伝播して圧電素子３ｂに受信される。

次いで、音響媒体液６について詳細に説明する。
前述したように、音響媒体液６は、超音波を送受信する経路に介在しているため、その音響的特性が重要である。

音響インピーダンスは、液体の音響的特性の１つである。前述したように、超音波信号は音響インピーダンスの差に比例して反射するため、圧電素子３ｂから送信された超音波信号の生体に伝播する経路に存在する音響媒体液６及びウインドウ９の材質は、生体の音響インピーダンスに限りなく近いことが望まれる。

超音波信号の減衰特性も、音響媒体液６の音響的特性の１つとして重要である。音響媒体液６における超音波信号の減衰が大きいと、超音波探触子の感度が低下してしまい、超音波診断の被験深度の低下や画像の輝度低下等の問題を引き起こし、超音波診断画像の精度が低下する。従って、音響媒体液６は、超音波信号の減衰が小さいことが要求される。

上記の２つの音響的特性の観点から、本実施形態は芳香族化合物を音響媒体液６として使用している。本実施形態に使用する芳香族化合物は、少なくとも１個の芳香環を含むオイル状の物質であり、それ以上の制約は特にない。ただし、芳香環の数は、５個以上となると粘度が高くなるため、好ましくは１〜４個の範囲で、より好ましくは１〜２個の範囲である。芳香環は、単環のほか縮環や複素環であっても良い。

例えば、本実施形態に使用する芳香族化合物として、芳香環にアルキル基が結合した芳香族化合物を使用することが可能である。芳香環にアルキル基が結合した芳香族化合物の例としては、アルキルベンゼン、アルキルナフタレン、又はそれらの各種誘導体等が挙げられる。アルキルベンゼンの誘導体は、複数のアルキルベンゼンが、アルキレン基、エーテル基、エステル基、カーボネート基、カルボニル基、スルホニル基等の２価基或いは単結合により連結した複核構造のものを使用しても良いし、またそれらの置換体を使用しても良い。なお、当該芳香族化合物又はその誘導体中の芳香環に結合するアルキル基又は置換基は、炭素原子数が１〜３０個の範囲であり、好ましくは４〜２５個の範囲である。

また、本実施形態に使用する芳香族化合物は、芳香族化合物において、芳香族環を形成していない炭素原子同士が更に結合して二重結合や環状構造を形成していても良い。例えば、アルキル化ビフェニル、ポリフェニル置換炭化水素、スチレンオリゴマー等を使用することが可能である。

従って、本実施形態に使用する芳香族化合物の一例を、下記一般式（１）に示す構造を有する芳香族化合物又はその置換体により代表することが可能である。

ただし、Ａｒ_ａ、Ａｒ_ｂは芳香環である。ｎ_１は０〜４、好ましくは１〜３の整数、ｎ_２は０又は１〜３、好ましくは１又は２の整数、ｎ_３は１〜３、好ましくは１又は２、特に好ましくは１の整数、ｎ_４は０、１、２（なおｎ_４＝０の時はｎ_１≠０、ｎ_４≠０の時は（ｎ_１＋ｎ_２）≠０である。）の整数である。
Ｋは以下の１）〜３）より選ばれる連結基である。
１） 単結合
２） −Ｏ−、−ＳＯ_２−、−Ｏ−（Ｃ＝Ｏ）−Ｏ−、−（Ｃ＝Ｏ）−、−ＲＬ−Ｏ−、−Ｏ−ＲＬ−、−Ｏ−Ｃ（＝Ｏ）−ＲＬ−、−Ｃ（＝Ｏ）−Ｏ−ＲＬ−（ＲＬは、アルキレン基、アルケニレン基またはアルキニレン基、シクロアルキレン基を示す）、−（Ｃ＝Ｓ）−、−（Ｃ＝Ｏ）−Ｏ−、−ＮＲＭ−、−Ｓ−、−（Ｃ＝Ｏ）−ＮＲＭ−および−ＮＲＭ−（Ｃ＝Ｏ）−（ＲＭは、水素原子またはアルキル基を表す）からなる群より選ばれる２価基。好ましくは酸素原子である。
３） 炭素数１〜１２（好ましくは１〜４、特に好ましくは１）の２価〜４価（好ましくは２価）の飽和炭化水素基又はその置換体。Ｒ_１、Ｒ_２は炭素数１〜３０（好ましくは４〜２５）のアルキル基又はその置換体であり、エーテル結合を含んでも良い。Ｒ_１、Ｒ_２、Ｋ、Ａｒ_ｂは各々複数の構造をとりうる。

一般式（１）において、Ａｒ_ａに複数のＲ_１が結合する場合において、それぞれのＲ_１は同じでも異なっていても良い。同様に、Ａｒ_ｂに複数のＲ_２が結合する場合において、それぞれのＲ_２は同じでも異なっていても良い。また、ｎ_４＝２の場合に、Ａｒ_ａに結合する２つのＫはそれぞれ同じでも異なっていても良い。Ａｒ_ｂも同様に、ｎ_３＝２，３の場合において、それぞれのＡｒ_ｂは同じでも異なっていても良い。

なお、一般式（１）の構造に代表される芳香族化合物は全炭素原子数の３分の１以内の、好ましくは５分の１以内の割合でエーテル結合を含んでいても良い。すなわち、上記酸素原子含有量範囲内でＲ_１及びＲ_２はアルキル基であっても良いし、当該アルキル基の末端又は内部に酸素原子を含む構造、或いはそれらの置換体であっても良い。

また、一般式（１）に代表される芳香族化合物は、全水素原子数の３分の１以内、好ましくは５分の１以内の水素原子が塩素原子、アミノ基、（−ＮＲＲ’）アニル基、アシロキシ基、カルボアルコキシル基、ニトリル基等の極性基で置換されていても良い。

一般式（１）に示す構造を有する芳香族化合物の代表的な例として、下記化学式（２）から（５）でそれぞれ示すベンジルトルエン、１−フェニル−１−キシリルエタン、１−（２−エチルフェニル）−１−フェニルエタン及び１−（４−エチルフェニル）−１−フェニルエタンが挙げられる。

また、本実施形態に使用する音響媒体液６は、芳香族化合物を２種類以上混合して使用しても良いし、芳香族化合物の一部、好ましくは３分の２以内、特に好ましくは２分の１以内を非芳香族化合物（例えば炭化水素系オイル）と置き換えた混合オイルを使用しても良い。

表１は、代表的な芳香族化合物の音響的特性を示したものである。

表１に示した代表的な芳香族化合物は、密度が１．００又は０．９９と、一般的な鉱物油や流動パラフィンと呼ばれる直鎖炭化水素オイルの密度が０．９未満であるのに対して大きい値を示している。更に、芳香族化合物の音速は、常温においては１４９７又は１５４０ｍ／ｓであり、生体の音速（およそ１５３０ｍ／ｓ）に非常に近い値となっている。音響インピーダンスは、媒体の密度と音速の積であるため、芳香族化合物の音響インピーダンスはおよそ１．５ＭＲａｙｌｓと、生体の音響インピーダンス（約１．５３ＭＲａｙｌｓ）に非常に近い値となっている。これにより、音響媒体液６と生体と（正確には音響媒体液６とウインドウ９と）の音響インピーダンスの不整合が解消される。

また、芳香族化合物における超音波信号の減衰特性は、０．０１６又は０．０６７ｄＢ／ｍｍ（５ＭＨｚの超音波信号とした場合）と、非常に小さな値となっている。これにより、超音波信号の減衰による超音波探触子の感度低下を抑制することができる。

一方、従来技術において音響媒体液として使用されている直鎖炭化水素オイルは、前述したように、粘度が小さくなるにつれて密度が小さくなる傾向があるとともに、本発明者ら独自の測定結果によれば、粘度が小さくなると超音波減衰も低くなる。そのため、音響媒体液６における超音波信号の低い減衰を求めて粘度の小さい炭化水素系オイルを使用した場合、音響媒体液６の音響インピーダンスは、密度の低下に伴って生体の音響インピーダンスから更にかけ離れるという、超音波信号の減衰特性と音響インピーダンスとがトレードオフ関係にある問題がある。しかしながら、芳香族化合物は、低粘度と高密度との性質を兼有することから、音響媒体液６として芳香族化合物を使用すれば、音響媒体液６における超音波信号の低い減衰と生体に近い音響インピーダンスを同時に求めることが可能となる。

上記音響的特性の観点から、芳香族化合物は、機械走査式超音波探触子における音響媒体液６として好適である。

また、機械的特性も、液体の音響的特性の１つとして重要である。次に、音響媒体液６の機械的特性について説明する。

機械走査式超音波探触子は、音響媒体液６中で圧電素子ユニット３を機械的に回転又は搖動させて超音波を走査しているため、音響媒体液６の動粘度が大きいと機械的負荷が大きくなり、高速で走査することが困難になる。

例えば、図４は、モータ４の駆動電圧と回転数との関係を表すグラフである。図４Ａ、図４Ｂ及び図４Ｃは、４０℃において粘度がそれぞれ４５、２２及び５．２ｍｍ^２／ｓである環境下で行った実験の結果を示す。モータの回転数は、低すぎると、超音波診断画像のフレームレートが低下しリアルタイム性が損なわれるため、１７ＲＰＳ以上であることが好ましい。図４Ａから分かるように、粘度が４５ｍｍ^２／ｓの環境下で、モータの回転数が１７ＲＰＳに達するには、６．３Ｖ以上の駆動電圧が必要である。このような高い電圧では、モータの消費電力の増加に加え、モータの発熱により超音波探触子の温度が上昇し、患者に不快感を与えることややけどの恐れがあるという問題が発生する。

しかしながら、代表的な芳香族化合物の動粘度は、表１に示すように、２．６又は５．２ｍｍ^２／ｓ（４０℃における値）となっている。図４Ｂ及び図４Ｃから分かるように、粘度の低い２２及び５．２ｍｍ^２／ｓの環境下では、機械的負荷が低減するため、６．３Ｖよりも低い駆動電圧（それぞれが３．２Ｖ又は２．３Ｖ）により回転数が１７ＲＰＳに達することが可能となる。３．２Ｖ以下の駆動電圧であれば、超音波探触子の温度上昇は抑制され、やけどの恐れがない。このことから、音響媒体液６は、粘度の低く圧電素子ユニット３への機械的負荷が小さい物質を使用することが好ましく、特に、４０℃における粘度が２２ｍｍ^２／ｓ以下であることが望ましい。

上記機械的特性の観点からも、芳香族化合物は、機械走査式超音波探触子における音響媒体液６として好適である。

また、安定性も、液体の音響的特性の１つとして重要である。次に、音響媒体液６の安定性について説明する。

音響媒体液６は、超音波探触子に封入されるため、その安定性は超音波探触子のメンテナスの観点から重要である。音響媒体液６の沸点が低ければ、揮発しやすいために、超音波探触子に封入された音響媒体液６の中に気泡が発生しやすくなる。音響媒体液６に気泡等が混入すると、超音波の伝播を妨げる原因となる。そのため、音響媒体液６は、液体から気体への相変化が起こりにくく、経時的に性質が安定しているものが要求される。

表１に示した通りに、代表的な芳香族化合物の沸点は３００℃程度であり、飽和蒸気圧は８．３ｋｐａ（２００℃における値）と高くなっている。これにより、上述のような気泡発生が起こりにくくなり、超音波伝播を妨げる原因が解消される。

上記安定性の観点からも、芳香族化合物は、機械走査式超音波探触子における音響媒体液６として好適である。

上述した通りに、芳香族化合物は、音響的特性、機械的特性及び安定性の観点から、機械走査式超音波探触子における音響媒体液６として好適である。音響媒体液６として芳香族化合物を使用することで、音響媒体液６と生体と（正確には音響媒体液６とウインドウ９と）の音響インピーダンスの不整合が改善され、多重反射によるアーチファクトを抑制した高品質な超音波診断画像を得ることが可能となる。

また、音響媒体液６は、前述のように、液密に密閉された音響媒体液収容空間部１５に充填されているが、一般に環境温度によって膨張収縮する。音響媒体液６の膨張により、音響媒体液収容空間部１５の内圧が上昇して亀裂や液漏れ等の不具合が発生する場合がある。

そして、音響媒体液収容空間部１５に音響媒体液６を封入する工程においても、気泡が混入してしまうことがある。このような気泡が圧電素子ユニット３とウインドウ９の間に存在すると、超音波の伝播を妨げる原因となり、超音波信号が気泡により減衰したり、反射を起こしたりして鮮明な超音波断層像が得られなくなるという問題が発生する場合がある。

このような不具合を防止するため、図３に示したように、音響媒体液収容空間部１５と接続されて音響媒体液６の膨張収縮を吸収するためのリザーバ１８を、音響媒体液収容空間部１５の外に設置しても良い。

リザーバ１８の材料としては、芳香族化合物環境下でゴムや樹脂等の材料は膨潤を起こしやすいことから、フッ素系のゴムを使用することが好ましい。

また、上述したリザーバ１８とともに、又はそれに代わって、気泡と音響媒体液６の表面張力及び比重がそれぞれ異なることにより、気泡を音響媒体液収容空間部１５から外に移動させるための気泡溜まり部（図示せず）を設けても良い。

また、音響媒体液６に接触する超音波探触子１の部品は、芳香族化合物環境下で膨潤を起こしにくいシリコンゴム、フロロシリコンゴム又はフッ素系ゴム等のものを使用することが好ましい。特に、ゴムや樹脂等の材料は芳香族化合物環境下で膨潤を起こしやすいことから、音響媒体液６に接触する可能性のあるＯリングやパッキン等の封止部材（例えば、フレーム１０とウインドウ９を密着させるための封止部材１６）は、シリコンゴム、フロロシリコンゴム又はフッ素系ゴム製のものを使用することが好ましい。

また、芳香族化合物環境下でゴムや樹脂等の材料は膨潤を起こしやすいことから、音響媒体液６に接触する可能性のある接着剤（例えば、接着剤１７）は、エポキシ、シリコン、又はフロロシリコン接着剤を使用することが好ましい。

また、芳香族化合物環境下でゴムや樹脂等の材料は膨潤を起こしやすいことから、音響媒体液６に接触する可能性のある樹脂の音響媒体液６と接触する面（例えば、樹脂で製作されたウインドウ９の内面１９）には、コーティングを施すことが好ましい。例えば、フッ素コーティング、ポリパラキシリレンコーティング又は無機膜コーティングが有用である。特に、無機膜コーティングの中で、導電性金属無機膜コーティングを施した場合は、外部電磁波ノイズのシールド効果も得られる。

Claims (14)

1. 超音波を送受信する圧電素子と、
   前記圧電素子を収納する筐体と、
   前記圧電素子と前記筐体との間の空間を充填し、芳香族化合物又はその置換体を含む音響媒体液と、
   を備え、
   前記音響媒体液は、下記一般式（１）で表される芳香族化合物又はその置換体であるオイル状の物質を含む、
   超音波探触子。
   

   

   ［ただし、Ａｒ _ａ 、Ａｒ _ｂ は芳香環である。ｎ _１ は０〜４の整数、ｎ _２ は０〜３の整数、ｎ _３ は１〜３の整数、ｎ _４ は０、１、２である。なお、ｎ _４ ＝０の時はｎ _１ ≠０であり、ｎ _４ ≠０の時は（ｎ _１ ＋ｎ _２ ）≠０である。Ｋは以下の１）または２）より選ばれる連結基である。
   １）−Ｏ−、−ＳＯ _２ −、−Ｏ−（Ｃ＝Ｏ）−Ｏ−、−（Ｃ＝Ｏ）−、−ＲＬ−Ｏ−、−Ｏ−ＲＬ−、−Ｏ−Ｃ（＝Ｏ）−ＲＬ−、−Ｃ（＝Ｏ）−Ｏ−ＲＬ−（ＲＬは、アルキレン基、アルケニレン基またはアルキニレン基、シクロアルキレン基を示す）、−（Ｃ＝Ｓ）−、−（Ｃ＝Ｏ）−Ｏ−、−ＮＲＭ−、−Ｓ−、−（Ｃ＝Ｏ）−ＮＲＭ−および−ＮＲＭ−（Ｃ＝Ｏ）−（ＲＭは、水素原子またはアルキル基を表す）からなる群より選ばれる２価基。
   ２）炭素数１〜１２の２価〜４価の飽和炭化水素基又はその置換体。
   Ｒ _１ 、Ｒ _２ は炭素数１〜３０のアルキル基又はその置換体である。］
2. 前記音響媒体液は、４０℃において粘度が２２ｍｍ^２／ｓ以下であることを特徴とする請求項１に記載の超音波探触子。
3. 前記音響媒体液は、ベンジルトルエンであることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の超音波探触子。
4. 前記音響媒体液は、１−フェニル−１−キシリルエタン、１−フェニル−１−エチルフェニルエタン、又はそれらの混合物であることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の超音波探触子。
5. 前記圧電素子を機械的に揺動又は回転させる揺動機構部又は回転機構部を備えることを特徴とする請求項１から４のいずれか一項に記載の超音波探触子。
6. 前記揺動機構部又は回転機構部は、自身の運動に連動して前記圧電素子を揺動又は回転させる伝達機構と、前記伝達機構の運動を駆動するモータとからなることを特徴とする請求項５に記載の超音波探触子。
7. 前記音響媒体液に接触する部品は、シリコンゴム、フロロシリコンゴム又はフッ素系ゴムからなることを特徴とする請求項１から６のいずれか一項に記載の超音波探触子。
8. 前記筐体の一部をなすウインドウと、保持部材であるフレームとにより密閉され、前記圧電素子及び前記音響媒体液を収容する音響媒体液収容空間部を備えることを特徴とする請求項１から７のいずれか一項に記載の超音波探触子。
9. シリコンゴム、フロロシリコンゴム又はフッ素系ゴムからなり、前記ウインドウと前記フレームの間に配置され、前記音響媒体液収容空間部を液密に封止する封止部材を備えることを特徴とする請求項８に記載の超音波探触子。
10. エポキシ接着剤、シリコン接着剤又はフロロシリコン接着剤により前記ウインドウと前記フレームが接着され、前記音響媒体液収容空間部が液密に封止されることを特徴とする請求項８に記載の超音波探触子。
11. フッ素系ゴムからなり、前記音響媒体液収容空間部と接続しており、前記音響媒体液が流出入することで前記音響媒体液の膨張収縮を吸収するリザーバを備えることを特徴とする請求項８から１０のいずれか一項に記載の超音波探触子。
12. 前記筐体の前記音響媒体液と接する面にコーティングが施されていることを特徴とする請求項１から１１のいずれか一項に記載の超音波探触子。
13. 前記コーティングはフッ素コーティング、ポリパラキシリレンコーティング又は無機膜コーティングであることを特徴とする請求項１２に記載の超音波探触子。
14. 請求項１から１３のいずれか一項に記載の超音波探触子を備える超音波診断装置。

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