声波探针用组合物及使用其的声波探针用有机硅树脂、声波探针和超声波探针的制作方法_4

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于,通过处于上述范围内,能够防止作为声波探针的一部分进行组装使用时的变 形。
[0188] [拉伸试验]
[0189] 对于厚度Imm的有机硅树脂片,按照JIS K6251测定断裂强度和伸长率(伸{/ )。
[0190] 拉伸断裂强度优选为2. OMPa以上,拉伸断裂伸长率优选为300%以上。需要说明 的是,关于实际上的上限值,拉伸断裂强度为IOMPa以下、拉伸断裂伸长率为1500%以下。
[0191] [撕裂强度试验]
[0192] 对于厚度2mm的有机硅树脂片,按照JIS K6252 (2007)制作裤型试片,测定撕裂强 度。
[0193] 撕裂强度优选为20N/cm以上、更优选为30N/cm以上。需要说明的是,实际上的上 限值为l〇〇N/cm以下。
[0194] [威廉姆斯磨耗试验]
[0195] 对于长20mmX宽20mmX厚IOmm的有机硅树脂片,按照JIS K6264-2,使用威廉姆 斯磨耗试验机对于试验前后的质量进行测定。将由下式计算出的质量减少量(%)作为威 廉姆斯磨耗量[%]进行评价。
[0196] (试验前的有机硅树脂片的质量-试验后的有机硅树脂片的质量)/试验前的有机 硅树脂片的质量Xioo
[0197] 威廉姆斯磨耗量优选为1 %以下、更优选为0. 7 %以下、进一步优选为0. 5 %以下, 该值越小越优选。
[0198] [声阻抗]
[0199] 对于厚度2mm的有机硅树脂片,按照JIS K7112 (1999)所述的A法(水中置换法) 的密度测定方法,使用电子相对密度计(例如,Alfa Mirage社制造,商品名"SD-200L") 测定25°C的密度。按照JIS Z2353(2003),使用环鸣式音速测定装置(sing-around type sonic speed measuring apparatus)(例如,超音波工业株式会社制造,商品名"UVM-2型") 在25°C对声波的音速进行测定,由所测得的密度与音速的积求出声阻抗。
[0200][声波(超声波)衰减量、灵敏度]
[0201] 将由超声波振荡器(例如,岩通计测株式会社制造 ,Function Generator,商品 名"FG-350")输出的5MHz的正弦波信号(1波(Iwave))输入到超声波探针(例如,Japan Probe株式会社制造)中,由超声波探针在水中产生中心频率为5MHz的超声波脉冲波。利 用超声波接收机(例如,松下电器产业株式会社制造,示波器,商品名"VP-5204A")在水温 25°C的环境对于所产生的超声波在穿过厚度2_的有机硅树脂片之前和之后的振幅的大 小进行测定,对声波(超声波)灵敏度进行比较,由此来比较各片材的声波(超声波)衰减 量。
[0202] 另外,声波(超声波)灵敏度是由下述计算式得到的数值。
[0203] 在下述计算式中,Vin表示超声波振荡器所带来的半峰宽50nsec以下的输入波的 电压峰值。Vs表示当所产生的声波(超声波)穿过树脂片、超声波振荡器接收从树脂片的 另一面反射而来的声波(超声波)时所得到的电压值。
[0204] 声波(超声波)灵敏度=20 X Log (Vs/Vin)
[0205] 在本发明的评价体系中,声波(超声波)灵敏度优选为_72dB以上、更优选 为-71dB以上。
[0206] 本发明的声波探针用组合物在医疗用部件是有用的,例如可优选用于声波探针或 声波测定装置中。需要说明的是,本发明的声波测定装置并不限于超声波诊断装置或光声 波测定装置,其指的是接收由对象物反射或所产生的声波并以图像或信号强度的形式进行 表示的装置。
[0207] 本发明的声波探针用组合物能够特别适宜地用于超声波诊断装置的声透镜中,或 者用于设置于压电元件与声透镜之间并具有使压电元件与声透镜之间的声阻抗相匹配的 功能的声匹配层的材料、光声波测定装置或超声波内窥镜中的声透镜的材料、以及具备电 容式微加工超声传感器(cMUT :Capacitive Micromachined Ultrasonic Transducers)作 为超声波传感器阵列的超声波探针中的声透镜的材料等中。
[0208] 具体地说,本发明的声波探针用有机硅树脂例如可优选应用于日本特开 2005-253751号公报、日本特开2003-169802号公报等中记载的超声波诊断装置;日本特开 2013-202050号公报、日本特开2013-188465号公报、日本特开2013-180330号公报、日本特 开2013-158435号公报、日本特开2013-154139号公报等中记载的光声波测定装置等声波 测定装置中。
[0209] 〈〈声波探头(探针)>>
[0210] 下面基于图1中记载的超声波诊断装置中的超声波探针的构成更详细地说明本 发明的声波探针的构成。需要说明的是,超声波探针是指,在声波探针中作为声波特别使用 超声波的探针。因此,超声波探针的基本结构可以直接应用于声波探针。
[0211] -超声波探针-
[0212] 超声波探针10为超声波诊断装置的主要构成部件,其具有产生超声波、同时发送 接收超声波光束的功能。在超声波探针10的构成中,如图1所示,自前端(与作为被检体 的生物体相接的面)部分起依序设有声透镜1、声匹配层2、压电元件层3、背材4。需要说 明的是,近年来,出于接收高次谐波的目的,有人提出了发送用超声波振动子(ultrasonic oscillator for transmission)(压电元件)与接收用超声波振动子(ultrasonic oscillator for reception)(压电元件)由不同的材料构成并制成层积结构的方案。
[0213] 〈压电元件层〉
[0214] 压电元件层3是产生超声波的部分,在压电元件的两侧贴付电极并施加电压时, 压电元件反复进行伸缩和膨胀,产生振动,从而产生超声波。
[0215] 作为构成压电元件的材料,广泛使用水晶、LiNb03、LiTa03、謂13〇 3等单晶、ZnO、AlN 等薄膜、Pb (Zr, 11)03系等烧结体经分极处理得到的所谓陶瓷无机压电体。通常使用转换效 率良好的PZT :锆钛酸铅等压电陶瓷。
[0216] 另外,在检测高频侧的接收波的压电元件中,需要具有更宽带域宽的灵敏度。因 此,作为适于高频、宽带域的压电元件,使用利用了聚偏二氟乙烯(PVDF)等有机系高分子 物质的有机压电体。
[0217] 进而,在日本特开2011-071842号公报等中记载了 cMUT,其显示出优异的短脉冲 特性、宽带域特性,大量生产性优异,可得到特性偏差小的阵列结构,是利用MEMS (微机电 系统,Micro Electro Mechanical Systems)技术得到的。
[0218] 在本发明中,任一压电元件材料均可优选地使用。
[0219] 〈背材〉
[0220] 背材4设置在压电元件层3的背面,通过抑制多余的振动而缩短超声波的脉冲宽 度,有助于提高超声波诊断图像中的距离分解能。
[0221] 〈声匹配层〉
[0222] 声匹配层2的设置是为了减小压电元件层3与被检体间的声阻抗的差异、有效地 进行超声波的发送接收。
[0223] 本发明的超声波探针用组合物与生物体的声阻抗(1. 4~I. 7X 106kg/m2 ^sec)的 差异小,因而能够优选用作声匹配层的材料。本发明的声匹配层优选含有10质量%以上的 本发明的声波探针用组合物经固化反应而成的声波探针用有机硅树脂。
[0224] 〈声透镜〉
[0225] 声透镜1是设置是为了利用折射使超声波向切片方向(slice direction)聚焦、 提高分解能而设置的。此外还要求其与作为被检体的生物体密合并使超声波与生物体的声 阻抗(在人体中为I. 4~I. 7X 106kg/m2 · sec)匹配、以及声透镜1本身的超声波衰减量 小。
[0226] 即,作为声透镜1的材料,若其音速与人体的音速相比足够小、超声波的衰减少、 并且,通过使用声阻抗接近于人体皮肤值的材料,则超声波的发送接收灵敏度好。
[0227] 作为本发明的超声波探针用组合物的声波探针用组合物作为声透镜材也能够优 选地使用。
[0228] 对于这样的构成的超声波探针10的动作进行说明。对设于压电元件两侧的电极 施加电压、使压电元件层3共振,将超声波信号由声透镜发送至被检体。在接收时,通过来 自被检体的反射信号(回声信号)使压电元件层3振动,该振动电气转换成信号,得到图 像。
[0229] 特别是由本发明的超声波探针用组合物得到的声透镜作为一般的医疗用超声波 传感器在大约5MHz以上的超声波的发送频率下可确认到显著的灵敏度改善效果。特别是 可期待在IOMHz以上的超声波的发送频率下具有特别显著的灵敏度改善效果。
[0230] 下面对于由本发明的超声波探针用组合物得到的声透镜在现有课题中发挥出特 别功能的装置进行详细记载。
[0231] 需要说明的是,本发明的超声波探针用组合物对于下述记载以外的装置也可显示 出优异的效果。
[0232] -具备cMUT (电容式微加工超声传感器)的超声波探针-
[0233] 将日本特开2006-157320号公报、日本特开2011-71842号公报等中记载的cMUT 器件用于超声波诊断用传感器阵列中的情况下,与使用通常的压电陶瓷(PZT)的传感器相 比,其灵敏度通常降低。
[0234] 但是,通过使用由本发明的声波探针用组合物得到的声透镜,能够补偿cMUT的灵 敏度不足。由此,能够使cMUT的灵敏度与现有传感器的性能相近。
[0235] 需要说明的是,由于cMUT器件是利用MEMS技术制作的,因而其大量生产性高于压 电陶瓷探针,能够向市场提供低成本的超声波探针。
[0236] -基于光超声波成像的光声波测定装置-
[0237] 在日本特开2013-158435号公报等中记载的光超声波成像(PAI :Photo Acoustic Imaging)中,在向人体内部照射光(电磁波),由于所照射的光而使人体组织发生绝热膨 胀,此时产生超声波,其显示出对所产生的超声波进行图像化而得到的图像、或超声波的信 号强度。
[0238] 此处,由于通过光照射而产生的超声波的音压为微量的,因而具有难以进行人体 深部观察的课题。
[0239] 但是,通过使用由本发明的声波探针用组合物得到的声透镜,能够对该课题发挥 出有效的效果。
[0240] -超声波内窥镜_
[0241] 对于日本特开2008-311700号公报等所记载的超声波内窥镜中的超声波来说,在 其结构方面,与体表用传感器相比,该超声波内窥镜的信号线缆更长,因而提高线缆损失所 致的传感器的灵敏度是其课题。另外,针对该课题,由于下述理由,可以说没有有效的灵敏 度提高手段。
[0242] 第一,若为体表用的超声波诊断装置,则在传感器前端能够设置放大器电路、AD转 换IC等。与此相对,由于超声波内窥镜是插入到体内使用的,因而传感器的设置空间狭窄, 难以在传感器前端设置放大器电路、AD转换IC等。
[0243] 第二,对于体表用超声波诊断装置中的传感器所采用的压电单晶,从其物理特 性·工艺适应性方面来看,难以应用在超声波的发送频率为7~8MHz以上的传感器中。但 是,内窥镜用超声波大体上是超声波的发送频率为7~8MHz以上的探针,因而也难以利用 压电单晶材提高灵敏度。
[0244] 但是,通过使用由本发明的声波探针用组合物得到的声透镜,能够提高内窥镜超 声波传感器的灵敏度。
[0245] 另外,即使在使用相同的超声波的发送频率(例如IOMHz)的情况下,在内窥镜用 超声波传感器中使用由本发明的声波探针用组合物得到的声透镜的情况下,也可特别发挥 出有效性。
[0246] 【实施例】
[0247] 下面基于使用超声波作为声波的实施例更详细地说明本发明。需要说明的是,本 发明并不限于超声波,只要根据待测对象或测定条件等选择适当的频率,也可以使用听觉 频率的声波。
[0248] [实施例1]
[0249] 将乙烯基末端聚二甲基硅氧烷(Gelest社制造,商品名"DMS-V42"、质均分子 量72, 000) 79. 6质量份、甲基氢化硅氧烷-二甲基硅氧烷共聚物(Gelest社制造,商品名 "HMS-301"、质均分子量2, 000、甲基氢化硅氧烷比例27mol % )2. 4质量份、气相法二氧化 硅(NIPPON AER0SIL社制造,商品名"AEROSIL RX300"、平均一次粒径7nm、六甲基二硅氮 烷(HMD
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