JP4418447B2 - 校正用ファントム及び成分濃度測定装置の校正方法 - Google Patents

Description

本発明は、非侵襲な成分濃度測定装置の校正に用いる校正用ファントム及びそれを用いる成分濃度測定装置の校正方法に関する。

非侵襲な、血液中の糖成分等の成分濃度の測定方法として、現在までに、経皮的な電磁波の照射、または、輻射の観測に基づく様々の方法が試行されてきている。これらは何れも、対象とする血液成分、例えば、血糖値の場合はグルコース分子が有する特定の波長の電磁波との相互作用、すなわち吸収、または散乱を利用している。

しかし、グルコースと電磁波との相互作用は小さく、また生体に安全に照射し得る電磁波の強度には制限があり、さらに生体が電磁波に対して散乱体であるために、生体の血糖値測定においては、十分な効果を挙げるに至っていない。

上記のグルコースと電磁波との相互作用を利用する従来の技術の中で、電磁波を生体へ照射して生体内に発生する音波を観測する、光音響法が注目されている。

生体にある量の電磁波を照射した場合、電磁波は生体に含有される分子に吸収され、電磁波を照射した部分を局所的に加熱して熱膨張を起こし音波を発生させる。光音響法とは、この音波の圧力は電磁波を吸収する分子の量に依存するので、音波の圧力を測定することにより、生体内の分子の量を測定する方法である。また、光音響法の中でも、光を照射した局部的な領域において熱が発生し、その熱が拡散することなく熱膨張を惹起し、それにより発生し伝搬する音波を利用する方法を直接光音響法と呼ぶ。

音波は生体内を伝搬する圧力波であり、電磁波に比べ散乱しにくいという特質があり、上記の光音響法は生体の血液成分測定において注目すべき手法である。

図１２および図１３は、従来例として、光音響法による従来の成分濃度測定装置の構成例を示す図である。

図１２は光パルスを電磁波として用いた第１の従来例である（例えば、非特許文献１を参照。）。本例では血液成分として血糖、すなわちグルコースを測定対象としている。図１２において、駆動電源６０４はパルス状の励起電流をパルス光源６１６に供給し、パルス光源６１６はサブマイクロ秒の持続時間を有する光パルスを発生し、前記光パルスは生体被検部６１０に照射される。前記光パルスは生体被検部６１０内にパルス状の光音響信号と呼ばれる音波を発生させ、光音響信号は超音波検出器６１３により検出され、光音響信号は音圧に比例した電気信号に変換される。

前記電気信号の波形は波形観測器６２０により観測される。この波形観測器６２０は上記励起電流に同期した信号によりトリガされ、前記音圧に比例した電気信号は波形観測器６２０の管面上の一定位置に表示され、信号を積算及び平均して測定することができる。

このようにして得られた前記音圧に比例した電気信号の振幅を解析して、生体被検部６１０内の血糖値、すなわちグルコースの量が測定される。図１２に示す例の場合はサブマイクロ秒のパルス幅の光パルスを最大１ｋＨｚの繰り返しで発生させ、１０２４発の光パルスを平均して、前記音圧に比例した電気信号としているが十分な精度が得られていない。

そこで、より精度を高める目的で、連続的に強度変調した光源を用いる第２の従来例が開示されている。図１３に第２の従来例の装置の構成を示す（例えば、特許文献１及び２を参照。）。本例も血糖を主な測定対象として、異なる波長の複数の光源を用いて、高精度化を試みている。

説明の煩雑さを避けるために、図１３により光源の数が２の場合の動作を説明する。図１３において、異なる波長の光源、即ち、第１の光源６０１および第２の光源６０５は、それぞれ駆動電源６０４および駆動電源６０８により駆動され、連続光を出力する。

第１の光源６０１および第２の光源６０５が出力する光は、モータ６１８により駆動され一定回転数で回転するチョッパ板６１７により断続される。ここでチョッパ板６１７は不透明な材質により形成され、モータ６１８の軸を中心とする円周に第１の光源６０１および第２の光源６０５の光が通過する円周上に、互いに素な個数の開口部が形成されている。

上記の構成により、第１の光源６０１および第２の光源６０５の各々が出力する光は互いに素な変調周波数ｆ_１、および変調周波数ｆ_２で強度変調された後、合波器６０９により合波され、１の光束として生体被検部６１０に照射される。

生体被検部６１０内には第１の光源６０１の光により周波数ｆ_１の光音響信号が発生し、第２の光源６０５の光により周波数ｆ_２の光音響信号が発生し、これらの光音響信号は、音響センサ６１９により検出され、音圧に比例した電気信号に変換され、その周波数スペクトルが、周波数解析器６２１により観測される。

本例においては、複数の光源の波長は全てグルコースの吸収波長に設定されており、各波長に対応する光音響信号の強度は、血液中に含まれるグルコースの量に対応した電気信号として測定される。

ここで、予め光音響信号の測定値の強度と別途採血した血液によりグルコースの含有量を測定した値との関係を記憶しておいて、前記光音響信号の測定値からグルコースの量を測定している。

特開平１０−１８９号公報 ＷＯ２００５／１０７５９２号パンフレット オウル大学（Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ ｏｆ Ｏｕｌｕ、Ｆｉｎｌａｎｄ）学位論文「Ｐｕｌｓｅ ｐｈｏｔｏａｃｏｕｓｔｉｃ ｔｅｃｈｎｉｑｕｓ ａｎｄ ｇｌｕｃｏｓｅ ｄｅｔｅｒｍｉｎａｔｉｏｎ ｉｎ ｈｕｍａｎ ｂｌｏｏｄ ａｎｄ ｔｉｓｓｕｅ」（ＩＢＳ ９５１−４２−６６９０−０、ｈｔｔｐ：／／ｈｅｒｋｕｌｅｓ．ｏｕｌｕ．ｆｉ／ｉｓｂｎ９５１４２６６９００／、２００２年）

光音響法は、物質が光を吸収し緩和するときに生じる熱により発生する弾性波、すなわち、音波又は超音波を検出する測定方法である。このときの超音波の強度ｓは、励起波長λの光に対する背景（水）の吸収係数α（ｂ）、測定対象とする血液成分のモル吸収係数α（０）、血液成分濃度（血糖値）Ｍ、及び、比例定数Ｃを用いて次式で示される。

ここで、α（ｂ）及びα（０）は、温度変化に応じて変化する。図１４に、水の吸収スペクトルと温度依存性との関係を示した。例えば、水の吸収係数は、図１４に示すように、１．５μｍ付近では、１℃の変化で１％前後の変化が生じる。

血液中のグルコース濃度のような微小な濃度を測定すると、温度変化に伴う信号強度の変化は、測定に対して著しく悪影響を与え、血液中のグルコース濃度を測定するのに十分な測定精度を得ることが困難になる。このため、高精度な光音響法による測定を行うには測定対象の温度を精密に測定したり、制御したりすることが重要である。

ある溶液の成分濃度を光音響法によって測定する場合を考える。この測定を行うためには測定前に濃度０ｍｇ／ｄｌを示す基準となるもの、校正手段に対して光音響法による測定を行って測定値を校正する必要がある。従来の成分濃度測定装置では、血液成分を測定する場合、この校正手段としてガラス容器に封入された水を用いて測定を行っている。ガラスの比熱は、図１５のとおりである。図１５に、比熱及び熱伝導率の一覧を示した。

ガラスの比熱は、アルミナ及びアクリル等の有機材料に比べて比熱は小さいものの、金、銀等の金属と比較して倍以上も大きい。一方、ガラスの熱伝導率についてみると、金属と比較して、１／１００以下である。以上より、ガラスは、金属と比較して温まりにくく、温度を伝えにくい。

光音響法により血液中のグルコース濃度を測定するためには、測定精度として、ＳＮ比１０００以上が必要である。この測定精度を満たすためには、温度による測定精度の劣化を少なくとも１％以下に抑えることが望まれる。これは、温度測定及び温度制御の精度として、プラスマイナス０．１℃以下が必要であることを示している。

従来の光音響法による測定においては、校正手段として、ガラス容器に封入された水を用いており、高精度な光音響法による測定を行う場合、温度を精密に測定したり、温度を変更したり、制御したりすることの妨げになっている。しかし、この校正手段に対する高精度な温度測定、温度変更及び温度制御の施策は行われていない。

本発明は、前記課題を解決するため、迅速、かつ、高精度な温度測定、温度変更及び温度制御を可能とする校正用ファントム及び成分濃度測定装置の校正方法を提供することを目的とする。

上記目的を達成するために、本発明に係る校正用ファントムは、外壁から内壁まで達し、かつ、アルミナより小さい比熱及びアルミナより大きい熱伝導率を有する低比熱高熱伝導率部が容器の全部又は一部に形成される。

具体的には、本発明に係る校正用ファントムは、被検体の成分濃度を光音響法で測定する成分濃度測定装置の校正に用いる校正用ファントムであって、溶液を充填するための開口を有し、外壁から内壁まで達し、かつ、アルミナより小さい比熱及びアルミナより大きい熱伝導率を有する低比熱高熱伝導率部が全部又は一部に形成された容器と、前記容器に充填され、主成分が水である基準物質と、前記容器の前記開口を覆うように装着され、近赤外線を略透過させる物質で形成された光透過体と、前記基準物質の温度を測定する温度測定手段と、を備え、前記温度測定手段が、前記低比熱高熱伝導率部の前記外壁の周囲を取り囲むように配置されることを特徴とする。

上記校正用ファントムは、前記低比熱高熱伝導率部が、外部へ前記基準物質の温度を伝え易く、かつ、外部から前記基準物質へ温度を伝え易い。従って、迅速、かつ、高精度な温度測定、温度変更及び温度制御を可能とする校正用ファントムを提供することができる。

なお、前記被検体とは、人体に限らず動物又は所望の被測定物であっても良い。

上記校正用ファントムは、前記温度測定手段を備えることで、前記基準物質の温度を測定することができる。

上記校正用ファントムは、前記温度測定手段が前記低比熱高熱伝導率部に直接接することで、より迅速、かつ、高精度な温度測定を可能とする。

本発明に係る校正用ファントムでは、前記基準物質を加熱又は冷却する温度変更手段をさらに備えることが好ましい。

上記校正用ファントムは、前記温度変更手段を備えることで、前記基準物質の温度を変更することができる。

本発明に係る校正用ファントムでは、前記温度変更手段が、前記低比熱高熱伝導率部の前記外壁の側に配置されることが好ましい。

上記校正用ファントムは、前記温度変更手段が前記低比熱高熱伝導率部に直接接することで、より迅速、かつ、高精度な温度変更を可能とする。

本発明に係る校正用ファントムでは、前記温度測定手段の測定する温度を基に前記温度変更手段に加熱又は冷却させて、前記基準物質が所定の温度になるように制御する温度制御手段をさらに備えることが好ましい。

上記校正用ファントムは、フィードバック制御を可能とする。

本発明に係る校正用ファントムでは、前記容器は、前記内壁の全部又は一部が水素より小さいイオン化傾向を有する物質で被膜され、或いは、前記内壁の全部又は一部が金属で形成され、該金属が不動態であることが好ましい。

上記校正用ファントムは、前記基準物質による前記容器の劣化を抑制することができる。

上記目的を達成するために、本発明に係る成分濃度測定装置の校正方法は、光を校正用ファントムに出射し、校正用ファントムが発生させる音波を検出し、検出した音波を積算及び平均化処理して校正データとして取得する手順を備える。

具体的には、本発明に係る成分濃度測定装置の校正方法は、光発生手段が、光を発生する光発生手順と、光変調手段が、前記光発生手順で発生した光を電気的に一定周期で強度変調する光変調手順と、光出射手段が、前記光変調手順において一定周期で強度変調した光を、前述の校正用ファントムに充填された水を主成分とする基準物質に光透過体を介して出射する光出射手順と、音波検出手段が、前記光出射手順で出射した光によって前記校正用ファントムが発生させる音波を検出する音波検出手順と、校正手段が、前記音波検出手順で検出した音波を積算及び平均化処理して校正データとして取得する校正手順と、を順に備える。

前記校正用ファントムを用いることで、迅速、かつ、高精度な温度測定、温度変更及び温度制御を可能とする成分濃度測定装置の校正方法を提供することができる。

本発明に係る成分濃度測定装置の校正方法では、前記各手順と並行して、温度測定手段が、前記基準物質の温度を測定する温度制御手順を、さらに備えることが好ましい。

上記成分濃度測定装置の校正方法は、前記温度制御手順で前記基準物質の温度を測定できるので、より迅速、かつ、高精度な温度測定を可能とする。

本発明に係る成分濃度測定装置の校正方法では、前記温度制御手順は、さらに、温度変更手段が前記基準物質を加熱又は冷却することが好ましい。

上記成分濃度測定装置の校正方法は、前記温度制御手順で前記基準物質を加熱又は冷却できるので、より迅速、かつ、高精度な温度変更を可能とする。

本発明に係る成分濃度測定装置の校正方法では、前記温度制御手順は、さらに、温度制御手段が、前記温度測定手段の測定する温度を基に前記温度変更手段に加熱又は冷却させて、前記基準物質が所定の温度になるように制御することが好ましい。

上記成分濃度測定装置の校正方法は、フィードバック制御を可能とする。

本発明は、迅速、かつ、高精度な温度測定、温度変更及び温度制御を可能とする校正用ファントム及び成分濃度測定装置の校正方法を提供することができる。

添付の図面を参照して本発明の実施の形態を説明する。以下に説明する実施の形態は本発明の構成の例であり、本発明は、以下の実施の形態に制限されるものではない。また、同一部材及び同一部位には同一符号を付した。

（第１実施形態）
図１に、第１実施形態に係る校正用ファントムの第１形態の概略図を示し、（ａ）は光透過体を装着する前、（ｂ）は光透過体を装着した後を示す。第１実施形態に係る校正用ファントムは、被検体の成分濃度を光音響法で測定する成分濃度測定装置の校正に用いる校正用ファントムであって、溶液を充填するための開口１１を有し、外壁１３から内壁１５まで達し、かつ、アルミナより小さい比熱及びアルミナより大きい熱伝導率を有する低比熱高熱伝導率部１７が全部に形成された容器１０と、容器１０に充填され、主成分が水である基準物質２０と、容器１０の開口１１を覆うように装着され、近赤外線を略透過させる物質で形成された光透過体３０と、を備える。図１では、容器１０の側面における低比熱高熱伝導率部１７を網掛けして示した。また、図１（ａ）では、内壁１５を破線で示した。

容器１０の形状としては、例えば、円筒状、角柱状、球状又は楕円体状がある。図１の校正用ファントム１００は、例えば、容器１０の形状が円筒状である。また、容器１０の大きさは、例えば、外径が２０ｍｍ、内径が１０ｍｍである。

容器１０は、図１に示すように低比熱高熱伝導率部１７が全体に形成されることが好ましい。低比熱高熱伝導率部１７を形成可能な物質としては、例えば、金、銀、銅、パラジウム、白金、鉄、アルミニウム、チタン、錫、亜鉛、ニッケル、タングステン及びイリジウム等の単体金属、並びに、ステンレス、黄銅、青銅、炭素鋼及びジェラルミン等の合金がある。図１の校正用ファントム１００は、例えば、低比熱高熱伝導率部１７として銅を用いている。

図２に、第１実施形態に係る校正用ファントムの第２形態の概略図を示した。設定温度における安定性及び制御性が保てれば、図２に示すように、容器１０の一部のみを低比熱高熱伝導率部１７で形成し、他の部分１８を、例えば、ガラス、石英ガラス及びアルミナ等のセラミックス、エポキシ、アクリル及びウレタン等の有機高分子材料、並びに、天然ゴム及び木材等の天然材料で形成しても良い。図２の校正用ファントム１００は、例えば、上半分の側を他の部分１８及び下半分の側を低比熱高熱伝導率部１７とし、他の部分１８としてアクリル及び低比熱高熱伝導率部１７として銅を用いている。

図１の校正用ファントム１００は、基準物質２０が容器１０に満杯となるように充填されることが好ましい。基準物質２０を満杯となるように充填しない場合、容器１０の内部に空気等の周辺物質が混入する可能性があり、基準物質２０と周辺物質との音響インピーダンスの不整合により、音波の測定誤差が生じる可能性がある。

第１実施形態に係る校正用ファントムでは、容器１０は、内壁１５の全部が水素より小さいイオン化傾向を有する物質で被膜される、或いは、内壁１５の全部が金属で形成され、金属が不動態であることが好ましい。水素より小さいイオン化傾向を有する物質としては、例えば、銅、銀、白銀及び金がある。ここで、図１の校正用ファントム１００は、例えば、水素より小さいイオン化傾向を有する物質として、金をめっき法で内壁１５に被膜している。これによって、水による容器１０の劣化を抑制することができる。なお、内壁１５の一部のみを水素より小さいイオン化傾向を有する物質で被膜する、或いは、内壁１５の一部のみを金属で形成し、金属を不動態としても良い。

なお、不動態とは、金属の表面に酸化膜が形成された状態である。

図１（ｂ）に示す光透過体３０は、例えば、円盤状の石英ガラス板である。光透過体３０は、例えば、容器１０に基準物質２０を充填した後に開口１１を覆うように装着する。

なお、近赤外線とは、波長が０．７μｍ以上、かつ、２．５μｍ以下の光である。また、近赤外線を略透過させるとは、近赤外線の透過率が９５％以上、かつ、１００％未満のことを言う。

図３に、第１実施形態に係る校正用ファントムの第３形態の概略図を示した。図３に示すように、第１実施形態に係る校正用ファントムでは、基準物質の温度を測定する温度測定手段４０をさらに備えることが好ましい。温度測定手段４０としては、例えば、熱伝対、測温抵抗体、サーモグラフィ及び放熱温度計がある。よって、校正用ファントム１００は、基準物質の温度を測定することができる。

さらに、第１実施形態に係る校正用ファントムでは、温度測定手段４０が、低比熱高熱伝導率部１７の外壁１３の側に配置されることが好ましい。図３の校正用ファントム１００は、例えば、温度測定手段４０として、測温抵抗体の一種である白金抵抗体が外壁１３を取り囲むように配置されている。低比熱高熱伝導率部１７は、熱伝導率が大きいため、これに直接接する基準物質の温度を遅延が少なくより正確に反映できる。温度測定手段４０を用いると、所定の観測点、例えば、励起光照射点の温度を直接、遅延時間が少なく測定をすることができる。

図４に、第１実施形態に係る校正用ファントムの第４形態の概略図を示した。第１実施形態に係る校正用ファントムでは、基準物質を加熱又は冷却する温度変更手段５０をさらに備えることが好ましい。また、図４の校正用ファントム１００は、温度変更手段５０とともに温度測定手段４０を備えることが好ましい。温度変更手段５０として、例えば、カーボンヒーター、金属線ヒーター、金属箔ヒーター、コードヒーター、シリコーンラバーヒーター等のヒーター素子を備え、ヒーター素子で加熱し、空冷で冷却する。また、温度変更手段５０として、ペルチェ素子を備えることがより好ましい。基準物質の加熱及び冷却をペルチェ素子ひとつで効率的に行うことができる。よって、校正用ファントム１００は、基準物質の温度を変更することができる。

さらに、第１実施形態に係る校正用ファントムでは、温度変更手段５０が、容器１０の低比熱高熱伝導率部１７の外壁１３の側に配置されることが好ましい。図４の校正用ファントム１００は、例えば、温度変更手段５０として、ペルチェ素子が外壁１３を取り囲むように配置されている。校正用ファントム１００は、温度変更手段５０が低比熱高熱伝導率部１７に直接接することで、より迅速に加熱又は冷却することを可能とする。

図５に、成分濃度測定装置を校正している校正用ファントムの第１形態の概略図を示した。成分濃度測定装置２００は、例えば、光発生手段としての光源２１０及び駆動電源２２０、光変調手段としての発信器２５０、音波検出手段としての超音波検出器２３０、校正手段としての位相検波増幅器２４０及び光出射手段としてのレンズ２６０を備える。

光源２１０としては、例えば、近赤外線を発生させる半導体レーザーがある。駆動電源２２０は、光源２１０を駆動する。発信器２５０は、駆動電源２２０を介して一定周期の変調信号を光源２１０に供給し、かつ、超音波検出器２３０に対しても同一の変調信号を供給する。超音波検出器２３０としては、例えば、ＦＥＴトランジスタ（電界効果トランジスタ）を内蔵する周波数平坦方電歪素子（ＰＺＴ）があり、音響結合器（図５には示していない。）として、超音波ジェルを用いた。

第１実施形態に係る校正用ファントムでは、温度測定手段４０の測定する温度を基に温度変更手段５０に加熱又は冷却させて、基準物質が所定の温度になるように制御する温度制御手段６０をさらに備えることが好ましい。温度測定手段４０及び温度変更手段５０は、例えば、温度制御手段６０に接続され、温度測定手段４０から温度の信号を受けて温度変更手段５０の出力を逐次制御する。これによって、校正用ファントム１００は、フィードバック制御を可能とする。なお、図１から図３の校正用ファントム１００を用いて成分濃度測定装置２００を校正しても良い。また、温度制御手段６０を介さずに、オペレータが、温度測定手段４０が測定した基準物質の温度を目視して、温度変更手段５０を操作して基準物質を加熱又は冷却しても良い。

図６に、成分濃度測定装置を校正している校正用ファントムの第２形態の概略図を示した。図６の校正用ファントム１０１は、温度測定手段４０としての放射温度計が容器１０から離されて配置されている点が図５の校正用ファントム１００と異なる。

図５及び図７を用いて、第１実施形態に係る成分濃度測定装置の校正方法について説明する。図７に、第１実施形態に係る成分濃度測定装置の校正方法の第１のフロチャートを示した。図７に示すように、第１実施形態に係る成分濃度測定装置の校正方法は、光発生手段（図５の光源２１０及び駆動電源２２０を参照。）が、光を発生する光発生手順Ｓ１１０と、光変調手段（図５の発信器２５０を参照。）が、光発生手順Ｓ１１０で発生した光を電気的に一定周期で強度変調する光変調手順Ｓ１２０と、光出射手段（図５のレンズ２６０を参照。）が、光変調手順Ｓ１２０において一定周期で強度変調した光を、校正用ファントム（図５の校正用ファントム１００を参照。）に充填された水を主成分とする基準物質に光透過体を介して出射する光出射手順Ｓ１３０と、音波検出手段（図５の超音波検出器２３０を参照。）が、光出射手順Ｓ１３０で出射した光によって校正用ファントムが発生させる音波を検出する音波検出手順Ｓ１４０と、校正手段（図５の位相検波増幅器２４０を参照。）が、音波検出手順Ｓ１４０で検出した音波を積算及び平均化処理して校正データとして取得する校正手順Ｓ１５０と、を順に備える。

第１実施形態に係る成分濃度測定装置の校正方法では、各手順Ｓ１１０〜Ｓ１５０と並行して、温度測定手段が、基準物質の温度を測定する温度制御手順Ｓ１２５を、さらに備えることが好ましい。また、図８に、第１実施形態に係る成分濃度測定装置の校正方法の第２のフロチャートを示した。図８に示すように、温度制御手順Ｓ１２５を、光変調手順Ｓ１２０と光出射手順Ｓ１３０との間に備えても良い。或いは、温度制御手順Ｓ１２５を、光発生手順Ｓ１１０の前又は光発生手順Ｓ１１０と光変調手順Ｓ１２０との間に備えても良い（図８には示していない。）。第１実施形態に係る成分濃度測定装置の校正方法は、温度制御手順Ｓ１２５で基準物質の温度を測定できるので、より迅速、かつ、高精度な温度測定を可能とする。

第１実施形態に係る成分濃度測定装置の校正方法では、温度制御手順Ｓ１２５は、さらに、温度変更手段（図５の温度変更手段５０を参照。）が基準物質を加熱又は冷却することが好ましい。第１実施形態に係る成分濃度測定装置の校正方法は、温度制御手順Ｓ１２５で基準物質を加熱又は冷却できるので、より迅速、かつ、高精度な温度変更を可能とする。

第１実施形態に係る成分濃度測定装置の校正方法では、温度制御手順Ｓ１２５は、さらに、温度制御手段（図５の温度制御手段６０を参照。）が、温度測定手段の測定する温度を基に温度変更手段に加熱又は冷却させて、基準物質が所定の温度になるように制御することが好ましい。第１実施形態に係る成分濃度測定装置の校正方法は、フィードバック制御を可能とする。

図９に、第１実施形態に係る校正用ファントムの時間の経過と信号強度の変化との関係を示した。ここで、６５秒が経過するまで（図９の破線を参照。）、温度制御手段を作動させて基準物質の温度を３０℃に保持し、それ以降、温度制御手段を停止した。時定数０．１秒に設定した位相検波増幅器の出力端子に、光音響信号に対応する電気信号として、２０μＶの電圧が得られたことを示す。図９から、第１実施形態に係る校正用ファントムは、温度制御手段を作動させて温度制御を行った場合、温度変化がプラスマイナス０．１℃以下となり、信号強度の変化が小さいことが確認できる。一方、図９から、第１実施形態に係る校正用ファントムは、温度制御手段を停止した場合、温度の低下と共に、信号強度が変化して、校正用ファントムの動作が不安定になる。

以上のように、被検体に対して光音響法による測定を行う前に、第１実施形態に係る校正用ファントムで基準となる０ｍｇ／ｄｌの信号強度を得て成分濃度測定装置の校正を行った後、被検体の成分濃度の測定を行うことができる。従って、迅速、かつ、高精度な温度測定、温度変更及び温度制御を可能とする校正用ファントム及び成分濃度測定装置の校正方法を提供することができる。

（第２実施形態）
図１０に、第２実施形態に係る校正用ファントムの図を示し、（ａ）は概略図であり、（ｂ）は断面図を示した。図１０を用いて、第１実施形態に係る校正用ファントムと異なる点を中心に説明する。図１０の校正用ファントム１０２は、例えば、容器１０の形状が球状である。また、容器１０の底部に開口１１と略同じ大きさの貫通孔がある。容器１０の大きさは、例えば、外径が２０ｍｍ、内径が１０ｍｍである。また、容器１０は、例えば、低比熱高熱伝導率部１７が略全体に形成され、低比熱高熱伝導率部１７として銅を用いている。光透過体３０は、例えば、円盤状の石英ガラス板である。また、容器１０の貫通孔には、例えば、アクリル板３５が装着される。

図１０には示していないが、容器１０の側面に、温度測定手段としての白金抵抗体及び温度変更手段としてのペルチェ素子を備えても良い。また、白金抵抗体及びペルチェ素子は、温度制御手段に接続され、白金抵抗体から温度の信号を受けてペルチェ素子の出力を逐次制御するフィードバック制御を行っても良い。

第１実施形態に係る校正用ファントムと同様の理由により、迅速、かつ、高精度な温度測定、温度変更及び温度制御を可能とする校正用ファントムを提供することができる。

（第３実施形態）
図１１に、第３実施形態に係る校正用ファントムの概略図を示した。図１１を用いて、第１実施形態に係る校正用ファントムと異なる点を中心に説明する。図１１の校正用ファントム１０３は、例えば、容器１０の形状が角柱状である。容器１０の大きさは、例えば、外径が２０ｍｍ、内径が１０ｍｍである。また、容器１０は、例えば、低比熱高熱伝導率部１７が全体に形成され、低比熱高熱伝導率部１７として銅を用いている。光透過体３０は、例えば、略正方形の石英ガラス板である。

図１１には示していないが、容器１０の側面に、温度測定手段としての白金抵抗体及び温度変更手段としてのペルチェ素子を備えても良い。また、白金抵抗体及びペルチェ素子は、温度制御手段に接続され、白金抵抗体から温度の信号を受けてペルチェ素子の出力を逐次制御するフィードバック制御を行っても良い。

第１実施形態に係る校正用ファントムと同様の理由により、迅速、かつ、高精度な温度測定、温度変更及び温度制御を可能とする校正用ファントムを提供することができる。

本発明に係る校正用ファントム及び成分濃度測定装置の校正方法は、日常の健康管理や美容上のチェックに有用な成分濃度測定装置の校正に利用することができる。

第１実施形態に係る校正用ファントムの第１形態の概略図であり、（ａ）は光透過体を装着する前、（ｂ）は光透過体を装着した後である。 第１実施形態に係る校正用ファントムの第２形態の概略図である。 第１実施形態に係る校正用ファントムの第３形態の概略図である。 第１実施形態に係る校正用ファントムの第４形態の概略図である。 成分濃度測定装置を校正している校正用ファントムの第１形態の概略図である。 成分濃度測定装置を校正している校正用ファントムの第２形態の概略図である。 第１実施形態に係る成分濃度測定装置の校正方法の第１のフロチャートである。 第１実施形態に係る成分濃度測定装置の校正方法の第２のフロチャートである。 第１実施形態に係る校正用ファントムの時間の経過と信号強度の変化との関係を示す図である。 第２実施形態に係る校正用ファントムの概略図である。 第３実施形態に係る校正用ファントムの概略図である。 光パルスを電磁波として用いた第１の従来例の図である。 光源の数が２の場合の従来例の図である。 水の吸収スペクトルと温度依存性との関係を示す従来例の図である。 比熱及び熱伝導率の一覧を示す図である。

符号の説明

１０ 容器
１１ 開口
１３ 外壁
１５ 内壁
１７ 低比熱高熱伝導率部
１８ 他の部分
２０ 基準物質
３０ 光透過体
３５ アクリル板
４０ 温度測定手段
５０ 温度変更手段
６０ 温度制御手段
１００，１０１，１０２，１０３ 校正用ファントム
２００ 成分濃度測定装置
２１０ 光源
２２０，６０４，６０８ 駆動電源
２３０，６１３ 超音波検出器
２４０ 位相検波増幅器
２５０ 発信器
２６０ レンズ
６０１ 第１の光源
６０５ 第２の光源
６０９ 合波器
６１０ 生体被検部
６１６ パルス光源
６１７ チョッパ板
６１８ モータ
６１９ 音響センサ
６２０ 波形観測器
６２１ 周波数解析器
Ｓ１１０ 光発生手順
Ｓ１２０ 光変調手順
Ｓ１２５ 温度制御手順
Ｓ１３０ 光出射手順
Ｓ１４０ 音波検出手順
Ｓ１５０ 校正手順

Claims (9)

1. 被検体の成分濃度を光音響法で測定する成分濃度測定装置の校正に用いる校正用ファントムであって、
   溶液を充填するための開口を有し、外壁から内壁まで達し、かつ、アルミナより小さい比熱及びアルミナより大きい熱伝導率を有する低比熱高熱伝導率部が全部又は一部に形成された容器と、
   前記容器に充填され、主成分が水である基準物質と、
   前記容器の前記開口を覆うように装着され、近赤外線を略透過させる物質で形成された光透過体と、
   前記基準物質の温度を測定する温度測定手段と、
   を備え、
   前記温度測定手段が、前記低比熱高熱伝導率部の前記外壁の周囲を取り囲むように配置されることを特徴とする校正用ファントム。
2. 前記基準物質を加熱又は冷却する温度変更手段をさらに備えることを特徴とする請求項１に記載の校正用ファントム。
3. 前記温度変更手段が、前記低比熱高熱伝導率部の前記外壁の側に配置されることを特徴とする請求項２に記載の校正用ファントム。
4. 前記温度測定手段の測定する温度を基に前記温度変更手段に加熱又は冷却させて、前記基準物質が所定の温度になるように制御する温度制御手段をさらに備えることを特徴とする請求項１から３のいずれかに記載の校正用ファントム。
5. 前記容器は、前記内壁の全部又は一部が水素より小さいイオン化傾向を有する物質で被膜され、或いは、前記内壁の全部又は一部が金属で形成され、該金属が不動態であることを特徴とする請求項１から４のいずれかに記載の校正用ファントム。
6. 光発生手段が、光を発生する光発生手順と、
   光変調手段が、前記光発生手順で発生した光を電気的に一定周期で強度変調する光変調手順と、
   光出射手段が、前記光変調手順において一定周期で強度変調した光を、請求項１に記載の校正用ファントムに充填された水を主成分とする基準物質に光透過体を介して出射する光出射手順と、
   音波検出手段が、前記光出射手順で出射した光によって前記校正用ファントムが発生させる音波を検出する音波検出手順と、
   校正手段が、前記音波検出手順で検出した音波を積算及び平均化処理して校正データとして取得する校正手順と、
   を順に備えることを特徴とする成分濃度測定装置の校正方法。
7. 前記各手順と並行して、
   温度測定手段が、前記基準物質の温度を測定する温度制御手順を、さらに備えることを特徴とする請求項６に記載の成分濃度測定装置の校正方法。
8. 前記温度制御手順は、さらに、温度変更手段が前記基準物質を加熱又は冷却することを特徴とする請求項７に記載の成分濃度測定装置の校正方法。
9. 前記温度制御手順は、さらに、温度制御手段が、前記温度測定手段の測定する温度を基に前記温度変更手段に加熱又は冷却させて、前記基準物質が所定の温度になるように制御することを特徴とする請求項７又は８に記載の成分濃度測定装置の校正方法。

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