JP6562812B2

JP6562812B2 - キャリブレーション用ファントム

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Publication number: JP6562812B2
Application number: JP2015205522A
Authority: JP
Inventors: 宮本　高敬; 高敬宮本; 光久実政; 花岡　茂; 茂花岡
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Priority date: 2015-10-19
Filing date: 2015-10-19
Publication date: 2019-08-21
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Description

本発明は、キャリブレーション用ファントムに関し、特に、生体成分測定装置における測定誤差を修正するためのキャリブレーション用ファントムに関する。

従来、被検者の生体成分を測定する生体成分測定装置が用いられている。生体成分測定装置としては、例えば骨塩量測定装置や体脂肪率測定装置などがあり、これらにおいて被検者の骨塩量あるいは体脂肪率などの生体成分が測定される。生体成分測定装置においては、被検体に照射され、被検体内を透過して減衰したＸ線が検出される。検出されたＸ線に基づいて、骨塩量や体脂肪率が測定される。

生体成分測定装置はＸ線管を有しており、Ｘ線管に電圧（管電圧）が印加されることでＸ線管からＸ線が照射される。照射されるＸ線の強度は、印加される管電圧及び管電流に応じて変動するが、印加される管電圧が装置毎に微妙に異なる（誤差がある）ことから、当該誤差を吸収するためにキャリブレーション（較正）が必要となる。

また、照射されるＸ線には、様々な波長の波が含まれているところ、Ｘ線が物質を透過する際、低エネルギー波（波長が長くエネルギーが低い波）がより多く物質に吸収される。これにより、物質にＸ線が透過した距離に従ってＸ線のエネルギーが高くなる現象（ビームハードニング）が生じる。これにより、Ｘ線の減衰係数の線形性が失われることから、被検体の厚みに応じて測定誤差が生じ得ることになる。したがって、当該測定誤差を吸収するためにもキャリブレーションが必要となる。

キャリブレーションは、骨、あるいは軟部組織（筋肉及び脂肪含む）を模したファントム（較正用物質）を用いて行われるのが一般的である。被検体に対する測定（実測定）に先立って、ファントムに対して測定（較正用測定）が実行され、較正用測定値が得られる。さらに、既知であるファントムの特性（厚さ、骨密度、体脂肪率など）と、較正用測定値とに基づいて、測定誤差を較正するための較正関数あるいは較正量（以下単に「較正関数」と記載する）が演算される。そして、実測定で得られた実測定値に対して、当該較正関数に基づく較正（つまりキャリブレーション）が実行される。

従来、較正用測定値（較正用関数）を得るための種々のファントムが提案されている。例えば、特許文献１には、体厚の違いによる測定誤差に対する較正関数を得るための、複数の厚み（高さ）を模したファントムが開示されている。また、特許文献２には、複数の層を組み合わせて所定の体脂肪率のファントムを形成する技術が開示されている。

特開２０１５−８４８０５号公報米国特許第６，３１５，４４７号明細書

キャリブレーションのための較正関数としては、被検体の体厚に応じて生じる測定誤差を較正するための較正関数のみならず、各生体成分率（例えば体脂肪率）における測定誤差を較正する較正関数も得ておくのが好ましい。各生体成分率に関する較正関数によれば、実測定で得られた各生体成分率に応じた較正を行うことができ、つまりより正確な実測定値を得ることができる。このために、複数の生体成分率が模擬されたファントムが必要となる。この点、上記特許文献２においては、各層の組み合わせにより複数の体脂肪率を模したファントムを構成し得るが、異なる体脂肪率のファントムを構成する度に各層を１枚ずつ重ねる処理が必要となるために、手間あるいは時間がかかるという問題がある。

本発明の目的は、被検体の体厚に応じて生じる測定誤差を較正するための較正関数を好適に得ると共に、各生体成分率における測定誤差を較正するための較正関数を好適に得ることができるファントムを提供することにある。

本発明に係るキャリブレーション用ファントムは、第１生体組織を模した第１ファントム材料で形成され、互いに高さが異なり、且つ、起立状態で整列された複数の第１ファントムプレートから構成される第１ファントム体と、第２生体組織を模した第２ファントム材料で形成され、互いに高さが異なり、且つ、起立状態で整列された複数の第２ファントムプレートから構成される第２ファントム体と、を備え、前記第１ファントム体及び前記第２ファントム体が正立して並列配置された併置状態、及び、正立した前記第１ファントム体と倒立した前記第２ファントム体とが生体成分測定装置からの放射線の照射方向に重畳するよう結合された結合状態を取り得る、ことを特徴とする。

上記構成によれば、第１ファントム体は複数の高さを有する複数の第１ファントムプレートで構成されるから、第１ファントム体を単体で用いれば、複数の体厚における較正用測定値が容易に得られる。これらの測定用測定値に基づいて、体厚に応じて生じる測定誤差を較正するための較正関数が演算される。第２ファントム体も同様に用いることができる。例えば、第１ファントム材料を除脂肪（筋肉）１００％を模した材料で形成し、第２ファントム体を脂肪１００％を模した材料で形成すれば、併置状態にある両者に対して較正用測定を行うことで、除脂肪１００％及び脂肪１００％のファントム体に対して複数の厚みにおける較正用測定値が得られる。そして、それらに基づいて除脂肪１００％及び脂肪１００％に対する較正関数が演算される。

また、上記構成によれば第１ファントム体及び第２ファントム体は結合状態を取ることができる。結合状態においては、両ファントム体は放射線（Ｘ線）の照射方向に重畳している。つまりＸ線は第１ファントム体及び第２ファントム体の双方を透過することが可能になる。ここで、Ｘ線の照射方向における第１ファントム体及び第２ファントム体の厚みを適宜設定することで、結合状態において複数の生体成分率を実現することができる。例えば、第１ファントムプレートを高さ順に整列させ、階段状部分を有する第１ファントム体を形成する。第２ファントム体も同様に階段状部分を有する形状とする。そして、両者の階段状部分が組み合わさるようにして結合状態を形成する。第１ファントム材料が除脂肪１００％であり、第２ファントム材料が脂肪１００％であれば、結合状態において、除脂肪１００％から脂肪１００％までの間の体脂肪率（例えば２５％、５０％、７５％など）のファントムが実現される。したがって、結合状態の第１ファントム体及び第２ファントム体（結合ファントム体）に対して較正用測定を行えば、複数の体脂肪率における較正用測定値を容易に得ることができる。これらの較正用測定値に基づいて、各体脂肪率における測定誤差を較正するための較正関数が演算される。

望ましくは、前記併置状態及び前記結合状態を維持する連結部材、をさらに備えることを特徴とする。連結部材によれば、併置状態にある第１ファントム体及び第２ファントム体の相対的な位置決めが確実に行われ、較正用測定がより好適に行われる。また、連結部材によれば、第１ファントム体及び第２ファントム体の結合状態が解除されることなく維持されるから、より好適に複数の生体成分率における較正用測定値が得られる。

望ましくは、前記連結部材は、生体成分測定装置に対する、前記第１ファントム体及び前記第２ファントム体の位置決めを行う位置決め機能を発揮する。連結部材の位置決め機能によって第１ファントム体及び第２ファントム体が生体成分測定装置に対して位置決めされることで、誤った位置又は姿勢において載置された両ファントム体に対して較正用測定を行ってしまうことが防止される。第１ファントム体及び第２ファントム体の位置決めを正確に行えることで、Ｘ線のビームの拡がり方向（つまり測定ライン）に対する両ファントム体の向きを正確に定めることが可能になる。これは、両ファントム体のサイズ低減に寄与する。

望ましくは、前記第１ファントム体は、前記複数の第１ファントムプレートの間にそれぞれ設けられ、生体成分測定装置から照射される放射線を減衰させる複数の第１放射線減衰層を有し、前記第２ファントム体は、前記複数の第２ファントムプレートの間にそれぞれ設けられ、生体成分測定装置から照射される放射線を減衰させる複数の第２放射線減衰層を有する。また、望ましくは、前記第１放射線減衰層及び前記第２放射線減衰層は、金属板により形成される。

第１ファントム体は、測定ライン（Ｘ線のビームの拡がり方向）に平行して各第１ファントムプレートが伸長するように配置される。つまり、Ｘ線発生器の走査に従って、厚さ（高さ）の異なる複数の第１ファントムプレートに順次測定ラインが通過するように配置される。このとき、測定ラインと第１ファントムプレートとの伸長方向が平行でない場合（第１ファントム体が傾斜配置された場合）、あるタイミングにおいて、測定ラインが厚さの異なる２つの第１ファントムプレートに跨ってしまう。このようにして得られた較正用測定値（不正較正用測定値）は、較正用関数の演算に用いることはできない。したがって、不正較正用測定値を検出する必要がある。

上記構成においては、不正較正用測定値を検出するために、複数の第１ファントムプレートの間に、それぞれ第１放射線減衰層が設けられる。測定ラインが２つの第１ファントムプレートに跨ったときに、当然に当該測定ラインは両第１ファントムプレート間にある第１放射線減衰層も通過するから、測定ラインに照射されるＸ線のうち第１放射線減衰層に照射された部分が大きく減衰する。当該減衰を検出することにより、不正較正用測定値が検出される。第１放射線減衰層としては例えばアルミニウムなどの金属板で形成されてもよい。なお、アルミニウムは、除脂肪１００％及び脂肪１００％を模した材料よりも約３倍程度Ｘ線の減衰量が大きい。

第２ファントム体についても上記同様に不正較正用測定値が検出される。また、両者が結合した結合ファントム体においても同様である。

前記金属板は、さらに、前記第１ファントム体の前面及び背面、並びに、前記第２ファントム体の前面及び背面に設けられ、前記複数の第１ファントムプレート及び前記複数の第２ファントムプレートを支持する支持機能を発揮する。

本発明によれば、被検体の体厚に応じて生じる測定誤差を較正するための較正関数を好適に得ると共に、各生体成分率における測定誤差を較正するための較正関数を好適に得ることができるファントムを提供することができる。

生体成分測定装置の外観斜視図である。生体成分測定装置の機能ブロック図である。脂肪ファントムの外観斜視図である。脂肪ファントムの側面の拡大図である。筋肉ファントムの外観斜視図である。併置状態にある脂肪ファントム及び筋肉ファントムを示す図である。連結治具の平面図である。脂肪ファントム及び筋肉ファントムに対する較正用測定値を示すグラフである。脂肪ファントムの上面図である。Ｘ方向の変位と高エネルギ減衰量との関係を示すグラフである。結合状態にある脂肪ファントム及び筋肉ファントムを示す図である。結合ファントムの側面図である。結合ファントムの断面図である。測定脂肪率と理論脂肪率との関係を示すグラフである。

本発明に係るキャリブレーション用ファントムの説明の前に、当該キャリブレーション用ファントムが利用される生体成分測定装置について説明する。

図１に、生体成分測定装置１０の外観斜視図が示されている。生体成分測定装置１０は医療目的などにおいて利用されるものであり、被検体に対してＸ線を照射することにより、被検部位の骨塩量（骨密度）、あるいは体脂肪率を測定するものである。

生体成分測定装置１０は、キャスターで自由に移動できる移動式であり、被検体が載置される撮影台（ブッキー台）（不図示）とともに用いられる。生体成分測定装置１０は、側面視で略コ字状となっており、水平方向に伸びる基部１２、基部１２の上方において同じく水平方向に伸びるアーム部１４、及び基部１２の片側端部から上方に伸び、アーム部１４を片持ち支持する壁部１６を有している。骨塩量あるいは体脂肪率を測定する際には、撮影台に載置された被検体が基部１２及びアーム部１４の間に配置される。なお、図１において、生体成分測定装置１０の左右方向をＸ軸とし、奥行き（前後）方向をＹ軸とし、高さ方向をＺ軸としている。

基部１２の上面には、Ｘ線が透過可能な材質の天板１８が配置されている。天板１８の下方空間において、Ｘ線を照射するＸ線発生器が奥行き方向（Ｙ軸方向）に走査される。走査中のＸ線発生器から上方に向かってＸ線が照射される。Ｘ線発生器から照射され、被検体を通過したＸ線は、アーム部１４に設けられ、Ｘ線発生器と同期して走査されるＸ線検出器により検出される。

壁部１６の前面には、収容ボックス２０が取り付けられている。収容ボックス２０の内部には、主に骨密度測定のための較正用物質が収容されている。当該較正用物質は、所定の骨密度、あるいは所定の体厚を模したものである。当該較正用物質は、例えばポリ塩化ビニル（ＰＶＣ；PolyVinyl Chloride）などで形成される。

図２には生体成分測定装置１０の機能ブロック図が示されている。

Ｘ線発生器３０は、生体成分測定装置１０の左右方向（Ｘ軸方向）に広がるファンビーム状のＸ線を照射するものである。

Ｘ線検出器３２は、Ｘ線発生器３０から照射され、被検部位あるいはファントムを通過したＸ線を検出するものである。Ｘ線検出器３２は、ファンビームの形状に対応した１次元アレイをなす検出素子列を含む。つまり、生体成分測定装置１０の左右方向に並べられた検出素子列を含む。それに代えて二次元アレイ型の検出器が利用されてもよい。Ｘ線検出器３２は、検出したＸ線により得られた検出データを制御部３６を介して後述の測定者端末４０へ送信する。

Ｘ線発生器３０とＸ線検出器３２は、ブラケット（不図示）などにより結合されており、生体成分測定装置１０の中を一体となって奥行き方向に移動する。

走査部３４は、Ｘ線発生器３０及びＸ線検出器３２を奥行き方向に走査させる。これにより、ファンビーム状のＸ線が奥行き方向に走査され、２次元の検出データが収集される。

制御部３６は、例えばマイクロプロセッサなどから構成され、生体成分測定装置１０に設けられる記憶部（不図示）に記憶されたプログラムに従って、生体成分測定装置１０の各部を制御するものである。制御部３６は、Ｘ線発生器３０に対してＸ線の照射開始及び照射停止指示を送信することで、Ｘ線発生器３０にＸ線を照射又は停止させる。また、制御部３６は、走査部３４に対して走査指示を送信することで、走査部３４にＸ線発生器３０及びＸ線検出器３２を走査させる。

生体成分測定装置１０においては、被検体に対するＸ線測定である実測定に先立って、ファントム（較正用物質）に対するＸ線測定である較正用測定が行われる。較正用測定により得られた較正用測定値（較正用測定データ）は測定者端末４０に送信される。

測定者端末４０は、医師や看護師などの測定者が利用する端末であって、例えばパーソナルコンピュータである。測定者端末４０と生体成分測定装置１０は有線あるいは無線にて通信可能に接続され、測定者の被ばくを防ぐために生体成分測定装置１０とは別室に配置される。

測定者端末４０は、生体成分測定装置１０（制御部３６）から送信される検出データに基づいて、Ｘ線画像の形成、骨塩量あるいは体脂肪率の演算を行う。また、測定者端末４０は、較正用測定により得られた較正用測定値に基づいて、実測定により得られた実測定値を補正するための較正関数を演算する。

図２には図示されていないが、測定者端末４０は、Ｘ線画像を形成する画像形成部、液晶パネルなどから構成される表示部、ハードディスク、ＲＯＭ、あるいはＲＡＭなどから構成され、生体成分測定装置１０から送信される検出データ、あるいは測定者端末４０の各部を動作させるためのプログラムなどが記憶される記憶部、ＣＰＵなどから構成され、当該記憶部に記憶されたプログラムに基づいて測定者端末４０の各部を制御する制御部、及びマウスあるいはキーボードなどから構成され、測定者の指示を測定者端末４０に入力するための入力部などを有している。

以下、本発明に係るキャリブレーション用ファントムについて説明する。図３には、本発明に係るキャリブレーション用ファントムの１つである脂肪ファントム５０の斜視図が示されている。なお、図３において、脂肪ファントム５０の左右方向をｘ軸とし、奥行き（前後）方向をｙ軸とし、高さ方向をｚ軸としている。

脂肪ファントム５０は、脂肪１００％を模擬した複数の脂肪素材５２（５２ａ、５２ｂ、５２ｃ、及び５２ｄ）を含んでいる。本実施形態では、脂肪ファントム５０は４つの脂肪素材５２を含んでいるが、脂肪素材５２の数はこれに限られない。各脂肪素材５２は一方向（左右方向）に伸長した板状となっている。各脂肪素材５２の高さ（厚み）はそれぞれ異なっている。図３に示される通り、本実施形態においては脂肪素材５２ａの厚みが一番小さく、脂肪素材５２ｂ、脂肪素材５２ｃ、脂肪素材５２ｄの順に厚みが大きくなっている。なお、最も厚みが大きい脂肪素材５２ｄの厚みは、標準的な人間の体厚と同等の厚みとしておくのが好ましい。

各脂肪素材５２は、起立状態において整列されている。本実施形態では、各脂肪素材５２は厚み順において前後方向に整列されており、図３に示される通り、前方から、脂肪素材５２ａ、脂肪素材５２ｂ、脂肪素材５２ｃ、脂肪素材５２ｄの順に整列されている。したがって、脂肪ファントム５０においては、各脂肪素材５２の厚みが前方から後方に向けて徐々に高くなっており、階段状の形状を有している。

各脂肪素材５２の間、及び最前方に位置する脂肪素材５２ａの前側、及び最後方に位置する脂肪素材５２ｄの後側において、複数の金属板が設けられている。本実施形態においては金属板としてアルミプレート５４が用いられている。各アルミプレート５４は各脂肪素材５２の前後方向を覆うように設けられ、各脂肪素材５２は各アルミプレート５４に接着されている。各アルミプレート５４の左右端部は９０度に折り曲げられており、折り曲げ部においてネジ穴が設けられている。

各脂肪素材５２の左右側にはそれぞれ側板５６が設けられている。側板５６にはネジ５８を貫通させる複数の孔が設けられており、当該複数の孔にそれぞれ挿入される複数のネジ５８により各アルミプレート５４が２枚の側板５６に固定される。これにより、複数の脂肪素材５２、複数のアルミプレート５４、及び２枚の側板５６が一体となり脂肪ファントム５０が形成される。図３に示される通り、側板５６は複数の脂肪素材５２の形状に沿った形状となっている。つまり、側板５６においても、その前側が階段状の形状となっている。

２枚の側板５６には、脂肪ファントム５０を運搬するときに利用される取っ手６０がそれぞれ取り付けられている。さらに、２枚の側板５６のうち少なくとも一方には、後述の位置決め治具の一部が挿入される結合穴６２がそれぞれ設けられる。結合穴６２の作用については後述する。

図４は、側板５６の拡大図である。上述の通り側板５６の前側は階段状となっており、当該階段状部分は、複数の水平面と複数の垂直面を有している。そして、複数の水平面の少なくとも１つにおいて、上方に突出する突起部６４が形成されている。また、突起部６４が形成されたことに伴って溝６６が形成される。突起部６４及び溝６６の作用については後述する。

図５には、本発明に係るキャリブレーション用ファントムの１つである筋肉ファントム７０の斜視図が示されている。筋肉ファントム７０は、上述の脂肪ファントム５０と同様の構造を有している。脂肪ファントム５０との差異は、脂肪素材５２に代えて、筋肉１００％を模擬した複数の筋肉素材７２（７２ａ、７２ｂ、７２ｃ、及び７２ｄ）を含んでいる点である。その余の点は脂肪ファントム５０と同様であるため、筋肉ファントム７０の各構成要素の説明は省略する。

図６には、脂肪ファントム５０及び筋肉ファントム７０が、併置状態において生体成分測定装置１０にセットされた様子が示されている。脂肪ファントム５０及び筋肉ファントム７０は、第１の利用形態として、図６に示されるように前後に並べられた状態、つまり併置状態において利用される。図６においては、前側に筋肉ファントム７０が、後側に脂肪ファントム５０が配置されているが、両ファントムの位置関係は逆であってもよい。両ファントムは被検体が載置される撮影台８０に載置される。

併置状態において、脂肪ファントム５０及び筋肉ファントム７０の両側面には、両ファントムの位置決めを行うための位置決め治具８２が取り付けられる。図６を参照しつつ、図７を用いて位置決め治具８２の作用について説明する。

図７には、位置決め治具８２の平面図が示されている。位置決め治具８２は、一方向（図６に示される通り、取り付け時において生体成分測定装置１０の前後方向）に伸長する伸長部８２ａ、伸長部８２ａに連なる部分であって、クランク状に屈曲した屈曲部８２ｂ、並びに、伸長部８２ａの側方から突出する２つの突出部８２ｃ及び８２ｄを含んでいる。

併置状態において、脂肪ファントム５０の側板５６に設けられた結合穴６２に突出部８２ｃが嵌め合わされ、筋肉ファントム７０の側板５６に設けられた結合穴６２に突出部８２ｄが嵌め合わされる。さらに、位置決め治具８２の屈曲部８２ｂが、収容ボックス２０の前面及び側面に丁度沿うように合わせられる。これにより、脂肪ファントム５０及び筋肉ファントム７０の生体成分測定装置１０に対する位置及び姿勢が正確に定められる。本実施形態では、位置決め治具８２は、両ファントムの一方側の側面においてのみ取り付けられているが、反対側の側面においても同様に位置決め治具８２を取り付けるようにしてもよい。

図６に示されるような併置状態の脂肪ファントム５０及び筋肉ファントム７０に対して較正用測定が実施される。上述の通り、Ｘ線発生器３０はＸ軸方向に広がるファンビームを照射しながらＹ軸方向に走査される。したがって、併置状態の両ファントムに対して較正用測定が実行されると、筋肉ファントム７０の筋肉素材７２ａ〜７２ｄ、次いで、脂肪ファントム５０の脂肪素材５２ａ〜５２ｄに順次Ｘ線が照射される。筋肉素材７２ａ〜７２ｄは互いに厚みが異なり、また脂肪素材５２ａ〜５２ｄも互いに厚みが異なるから、１度の較正用測定において、筋肉１００％及び脂肪１００％における複数の厚みにおける較正用測定値が得られることになる。このようにして得られた較正用測定値により、被検体の体厚に応じて生じる測定誤差を補正するための較正量又は較正関数（以下「体厚較正関数」と記載する）が求められる。以下、体厚較正関数に関して簡単に説明する。

本実施形態に係る生体成分測定装置１０は、ＤＥＸＡ法により体脂肪率あるいは骨塩量を測定するものである。ＤＥＸＡ法においては、高エネルギのＸ線及び低エネルギのＸ線を被検体（あるいはファントム）に照射して、両Ｘ線の減衰量の比に基づいて体脂肪率あるいは骨塩量を測定するものである。

図８に、併置状態の脂肪ファントム５０及び筋肉ファントム７０に対する較正用測定により得られた較正用測定値を表すグラフが示されている。図８のグラフの横軸は高エネルギＸ線の減衰量（これは体厚を表すものでもある）を表し、縦軸はα値、すなわち、高エネルギＸ線の減衰量と低エネルギＸ線の減衰量の比である。つまり、
α＝Ｒ_Ｌ／Ｒ_Ｈ・・・（式１）
である。式１において、Ｒ_Ｌは低エネルギＸ線の減衰量を示し、Ｒ_Ｈは高エネルギＸ線の減衰量を示す。なお、Ｘ線の減衰量は、
ｌｎ（空気透過検出値／被検体（ファントム）透過検出値）・・・（式２）
で算出される。

脂肪ファントム５０はそれぞれ異なる厚みを有する複数の脂肪素材５２を有しているから、１度の較正用測定において複数の厚み（体厚）における複数の較正用測定値が得られる。そして、複数の較正用測定値から複数のα値が算出される。図８にプロットされた四角マーカ９０ａ〜９０ｄが脂肪１００％の各体厚におけるα値を示すものである。具体的には、四角マーカ９０ａは脂肪素材５２ａに対する測定値であり、四角マーカ９０ｂは脂肪素材５２ｂに対する測定値であり、四角マーカ９０ｃは脂肪素材５２ｃに対する測定値であり、四角マーカ９０ｄは脂肪素材５２ｄに対する測定値である。そして、これらの四角マーカ９０ａ〜９０ｄに対する近似曲線９２が生成される。近似曲線９２は体厚較正関数の１つをなす関数となる。

同様に、筋肉ファントム７０に対する較正用測定によって、複数の較正測定値が得られ、それらに基づいて複数のα値が算出される。図８にプロットされた三角マーカ９４ａ〜９４ｄが筋肉１００％の各体厚におけるα値を示すものである。具体的には、三角マーカ９４ａは筋肉素材７２ａに対する測定値であり、三角マーカ９４ｂは筋肉素材７２ｂに対する測定値であり、三角マーカ９４ｃは筋肉素材７２ｃに対する測定値であり、三角マーカ９４ｄは筋肉素材７２ｄに対する測定値である。そして、これらの三角マーカ９４ａ〜９４ｄの近似曲線９６が生成される。近似曲線９６は体厚較正関数の１つをなす関数となる。

体厚較正関数が演算された後、被検体に対して実測定が行われる。実測定により得られた実測定値において、高エネルギ減衰量がＲ_Ｈ１であり、実測定値から算出されたα値がα_実測値であるとする。図８において実測定値が丸マーカ９８でプロットされている。実測定値の高エネルギ減衰量Ｒ_Ｈ１が特定されると、体厚較正関数である近似曲線９２に基づいて、高エネルギ減衰量＝Ｒ_Ｈ１のときのα値が演算される。このように演算されたα値をα_{１００％脂肪}と記載する。同様に、体厚較正関数である近似曲線９６に基づいて、高エネルギ減衰量＝Ｒ_Ｈ１のときのα値が演算される。このように演算されたα値をα_{１００％筋肉}と記載する。以上のように演算された各値を用いて、被検体の体脂肪率（％Ｆａｔ）が算出される。具体的には、以下の式３により算出される。
％Ｆａｔ＝（α_{１００％脂肪}−α_実測値）／（α_{１００％脂肪}−α_{１００％筋肉}）・・・（式３）

以上のように、脂肪ファントム５０及び筋肉ファントム７０から得られる複数の較正用測定値に基づいて体厚較正関数が求められ、当該体厚較正関数に基づいて被検体の体脂肪率が算出される。したがって、被検体の体厚に応じて生じる測定誤差が吸収され、より正確な体脂肪率が算出される。

上述の通り、脂肪ファントム５０及び筋肉ファントム７０は、位置決め治具８２によってその位置及び姿勢が定められる。つまり、脂肪素材５２及び筋肉素材７２の伸長方向とファンビームの拡がり方向とが平行となるように位置決めされる。しかし、厳密には、脂肪素材５２及び筋肉素材７２は、ファンビームの拡がり方向とは完全に平行にならず、多少傾きが生じてしまう。つまり、正常な向きから水平面において多少回転してしまう。

図９には、傾斜状態の脂肪ファントム５０の平面図が示されている。図９には測定ライン１００ａ及び１００ｂ、つまりファンビームの拡がり方向が示されている。図９に示される通り、傾斜状態においては、測定ラインと各脂肪素材５２ａ〜ｄの伸長方向が平行でない。したがって、例えば測定ラインが１００ａに示される位置にあるときは問題ないが、測定ラインが１００ｂに示される位置にあるときには、測定ラインが２つの脂肪素材５２ｂ及び５２ｃに跨がった状態となってしまう。上述の通り、脂肪素材５２ｂと脂肪素材５２ｃとではその厚みが異なるから、測定ラインが１００ｂの位置にあるときには正しい較正用測定値が得られない。したがって、１００ｂのようなラインにおいて測定された較正用測定値（以下「不正較正用測定値」と記載する）を検出してこれを除外する必要がある。

上述の通り、脂肪ファントム５０は、各脂肪素材５２の間に設けられたアルミプレート５４を含んでいる。アルミプレート５４は、脂肪素材５２に比して約３倍程度Ｘ線の減衰率が大きい。つまり、各脂肪素材５２の間には、Ｘ線を減衰させるＸ線減衰層が設けられている。Ｘ線減衰層が各脂肪素材５２の間に設けられていることで、不正較正用測定値が検出可能となる。

測定ライン１００ａにおけるＸ方向における位置と高エネルギ減衰量との関係を示すグラフが図１０（ａ）に示されている。図１０に示されるグラフにおいて、横軸はＸ線検出器３２の検出素子番号（ｃｈ）を表す。つまり、横軸はＸ軸方向の位置を表している。縦軸はＸ線の高エネルギ減衰量を表す。測定ライン１００ａは、Ｘ方向の位置に関わらず１つの脂肪素材（脂肪素材５２ｂ）を透過しているから、Ｘ方向の位置に応じた高エネルギ減衰量の変動は比較的少ない。したがって、測定ライン１００ａにおける高エネルギ減衰量の最大値Ｒ_ＭＡＸ１と高エネルギ減衰量の最小値Ｒ_ｍｉｎ１の差であるＲ_ｓｕｂ１＝Ｒ_ＭＡＸ１−Ｒ_ｍｉｎ１は、比較的小さい値となる。

一方、測定ライン１００ｂにおけるＸ方向の変位と高エネルギ減衰量との関係を示すグラフが図１０（ｂ）に示されている。測定ライン１００ｂは、２つの脂肪素材（脂肪素材５２ｂ及び５２ｃ）に跨っているから、両脂肪素材の間にあるアルミプレート５４も透過することになる。したがって、図１０（ｂ）に示すグラフに示される通り、測定ライン１００ｂがアルミプレート５４を透過した位置において、高エネルギ減衰量が突出して大きくなる。したがって、測定ライン１００ｂにおける高エネルギ減衰量の最大値Ｒ_ＭＡＸ２と高エネルギ減衰量の最小値Ｒ_ｍｉｎ２の差であるＲ_ｓｕｂ２＝Ｒ_ＭＡＸ２−Ｒ_ｍｉｎ２は、比較的大きい値となる。

ここで、所定の閾値を設け、測定ラインにおける高エネルギ減衰量の最大値と最小値の差が当該閾値よりも大きいか否かを判定することで不正較正用測定値を検出することができる。当該閾値としては、Ｒ_ｓｕｂ１以上であってＲ_ｓｕｂ２以下の値が設定される。

なお、上記においては脂肪ファントム５０において説明したが、筋肉ファントム７０においてもアルミプレート５４が設けられているため、筋肉ファントム７０においても上記同様に不正較正用測定値を検出可能である。また、複数の脂肪素材５２の間、及び複数の筋肉素材７２の間に設けられるＸ線減衰層としてはアルミプレート５４に限られない。Ｘ線減衰層は、脂肪素材５２あるいは筋肉素材７２のＸ線減衰率に対して有意な差があるＸ線減衰率を有する物質で形成されればよい。

図１１には、脂肪ファントム５０及び筋肉ファントム７０が、結合状態において生体成分測定装置１０にセットされた様子が示されている。第２の利用形態として、両ファントムは、正立状態の脂肪ファントム５０と、倒立状態の筋肉ファントム７０が垂直方向において組み合わされた結合状態において利用される。なお、脂肪ファントム５０と筋肉ファントム７０の位置関係は逆であってもよい。

上述の通り、脂肪ファントム５０においては、高さの異なる複数の脂肪素材５２が厚み順に整列されており、また側板５６も複数の脂肪素材５２に応じた形状となっている。それにより、脂肪ファントム５０において階段状部分が形成されている。筋肉ファントム７０においても同様である。両ファントムは、脂肪ファントム５０の階段状部分と筋肉ファントム７０の階段状部分とが組み合わされるように結合される。結合状態における脂肪ファントム５０及び筋肉ファントム７０（結合ファントム）は略直方体の形状となる。脂肪ファントム５０が有する脂肪素材５２のうち最も厚みの大きい脂肪素材５２ｄ、及び筋肉ファントム７０が有する筋肉素材７２のうち最も厚みの大きい筋肉素材７２ｄは、標準的な人間の体厚と同等の厚みとなっている。したがって結合ファントムの高さは標準的な人間の体厚と同等となっている。なお、結合状態においては、正立状態における各脂肪素材５２の上面と倒立状態における各筋肉素材７２の下面とは完全に接触しておらず、わずかな隙間が設けられている。これにより脂肪素材５２表面及び筋肉素材７２表面の摩耗を防止している。

結合状態においても、結合ファントムの側方に位置決め治具８２が設けられる。具体的には、正立状態の脂肪ファントム５０の側板５６に設けられた結合穴６２（図５参照）に突出部８２ｃ（図７参照）が嵌め合わされる。もう一方の突出部である８２ｄは、その側面が倒立状態の筋肉ファントム７０の側板５６の前面に接触している。これにより、倒立状態の筋肉ファントム７０が前方に倒れ込むのを防止している。つまり結合ファントムの結合状態が維持される。

さらに、脂肪ファントム５０及び筋肉ファントム７０の側板５６に設けられた突起部６４及び溝６６により、結合ファントムの結合状態がより確実に維持される。図１２には、結合ファントムの側面図が示されている。図１２に示される通り、結合状態において、脂肪ファントム５０の突起部６４が筋肉ファントムの溝６６に嵌め合わされると共に、筋肉ファントム７０の突起部６４が脂肪ファントムの溝６６に嵌め合わされる。これにより、倒立状態である筋肉ファントム７０の倒れ込みがより確実に防止され、つまり結合ファントムの結合状態がより確実に維持される。

なお、併置状態と同様に、位置決め治具８２の屈曲部８２ｂ（図１１参照）が、収容ボックス２０の前面及び側面に丁度沿うように合わせられることで、結合ファントムの位置決めが正確に行われる。

図１１に示されるような結合ファントムに対して較正用測定が実施される。結合ファントムに対する較正用測定によれば、１度の測定によって複数の体脂肪率における較正用測定値が得られる。このことについて以下、図１３を用いて説明する。

図１３には、結合ファントムのＹＺ断面図が示されている。本実施形態においては、脂肪ファントム５０及び筋肉ファントム７０の階段状部分の各段の蹴り上がりは等しくなっている。したがって、結合ファントムにおいては、領域Ｄ１においては体脂肪率０％（筋肉１００％）のファントムを形成し、領域Ｄ２においては体脂肪率２５％のファントムを形成し、領域Ｄ３においては体脂肪率５０％のファントムを形成し、領域Ｄ４においては体脂肪率７５％のファントムを形成し、領域Ｄ５においては体脂肪率１００％のファントムを形成する。もちろん、各脂肪素材５２ａ〜５２ｄ及び各筋肉素材７２ａ〜７２ｄの厚み、あるいはその数を適宜調整して、その他の体脂肪率のファントムを形成するようにしてもよい。

上述の通り、Ｘ線発生器３０はＸ軸方向に広がるファンビームを照射しながらＹ軸方向に走査される。つまり、ファンビームは図１３に示される各領域Ｄ１〜Ｄ５を順次透過することになる。したがって、結合ファントムに対する１度の較正用測定において、体脂肪率０％、２５％、５０％、７５％、及び１００％における較正用測定値が得られることになる。

ここで、結合ファントムは位置決め治具８２により生体成分測定装置１０に対して位置決めされているから、脂肪ファントム５０と筋肉ファントム７０の位置関係を予め定めておけば、生体成分測定装置１０は、どの位置にどの体脂肪率のファントムが配置されているのかを予め把握することができる。これにより、より好適に各体脂肪率における較正用測定値が測定可能になる。例えば、生体成分測定装置１０は、各領域Ｄ１〜Ｄ５の中心位置において測定された較正用測定値を採用することができる。なお、結合ファントムにおいても、各脂肪素材５２及び各筋肉素材７２の間にはＸ線減衰層としてのアルミプレート５４が設けられているから、測定ラインが複数の領域（例えばＤ１とＤ２）を跨いだときに得られた不正較正用測定値を検出することが可能である。

このようにして得られた較正用測定値により、各体脂肪率において生じる測定誤差を補正するための較正量又は較正関数（以下「成分率較正関数」と記載する）が求められる。以下、成分率較正関数に関して簡単に説明する。

図１４に、結合ファントムに対する較正用測定により得られた較正用測定値を表すグラフが示されている。図１４のグラフの横軸は測定脂肪率を表し、縦軸は理論脂肪率を表す。本実施形態では、結合ファントムに対する較正用測定により体脂肪率０％、２５％、５０％、７５％、及び１００％における較正用測定値が得られる。したがって、図１４のグラフにおいて、体脂肪率０％の較正用測定値１１０ａが理論脂肪率＝０［％］のライン上にプロットされ、体脂肪率２５％の較正用測定値１１０ｂが理論脂肪率＝２５［％］のライン上にプロットされ、体脂肪率５０％の較正用測定値１１０ｃが理論脂肪率＝５０［％］のライン上にプロットされ、体脂肪率７５％の較正用測定値１１０ｄが理論脂肪率＝７５［％］のライン上にプロットされ、体脂肪率１００％の較正用測定値１１０ｅが理論脂肪率＝１００［％］のライン上にプロットされる。

較正を要さない理想の装置であれば、較正用測定値１１０ａ〜１１０ｅは、図１４に一点鎖線で示したＹ＝Ｘ（理論脂肪率をＹとし測定脂肪率をＸとする）の関数１１２上にプロットされる。しかし、生体成分測定装置１０は、種々の影響により測定誤差を生じるために較正用測定値１１０ａ〜１１０ｅは関数１１２上から外れた位置にプロットされる。

プロットされた較正用測定値１１０ａ〜１１０ｅに対する近似直線１１４が生成される。近似直線１１４はＹ＝ａＸ＋ｂの形で生成され、較正用測定値１１０ａ〜１１０ｅの値から定数ａ及びｂが求められる。近似直線１１４が成分率較正関数となる。

成分率較正関数が演算された後、被検体に対して実測定が行われる。実測定により得られた実測定値がｘ［％］であるとすると、近似直線１１４であるＹ＝ａＸ＋ｂのＸに実測定値ｘが代入される。そのようにして得られた理論脂肪率（つまりａｘ＋ｂ）が較正後の脂肪率となる。

以上の通り説明した脂肪ファントム５０及び筋肉ファントム７０によれば、両者を併置状態で較正用測定を行うことにより、複数の体厚における較正用測定値を容易に得ることができる。また、両者を結合状態において較正用測定を行うことで、複数の脂肪率における較正用測定値を容易に得ることができる。結合状態への遷移は、一方を倒立状態にして正立状態の他方に重ねるだけでよいから、非常に簡単に行うことができる。

また、脂肪ファントム５０及び筋肉ファントム７０を容易に結合状態とすることができるから、コンパクトな状態において両ファントムの運搬や保管を行うことができる。これにより運搬や保管のために要する床面積を低減することができる。

以上、本発明に係る実施形態を説明したが、本発明は上記実施形態に限られるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない限りにおいて種々の変更が可能である。

１０生体成分測定装置、１２基部、１４アーム部、１６壁部、１８天板、２０収容ボックス、３０Ｘ線発生器、３２Ｘ線検出器、３４走査部、３６制御部、４０測定者端末、５０脂肪ファントム、５２，５２ａ，５２ｂ，５２ｃ，５２ｄ脂肪素材、５４アルミプレート、５６側板、５８ネジ、６０取っ手、６２結合穴、６４突起部、６６溝、７０筋肉ファントム、７２，７２ａ，７２ｂ，７２ｃ，７２ｄ筋肉素材、８０撮影台、８２位置決め治具、８２ａ伸長部、８２ｂ屈曲部、８２ｃ，８２ｄ突出部、９０ａ，９０ｂ，９０ｃ，９０ｄ四角マーカ、９２，９６近似曲線、９４ａ，９４ｂ，９４ｃ，９４ｄ三角マーカ、９８丸マーカ、１００ａ，１００ｂ測定ライン、１１０ａ，１１０ｂ，１１０ｃ，１１０ｄ，１１０ｅ較正用測定値、１１２関数、１１４近似直線。

Claims

第１生体組織を模した第１ファントム材料で形成され、互いに高さが異なり、且つ、起立状態で整列された複数の第１ファントムプレートから構成される第１ファントム体と、
第２生体組織を模した第２ファントム材料で形成され、互いに高さが異なり、且つ、起立状態で整列された複数の第２ファントムプレートから構成される第２ファントム体と、
を備え、
前記第１ファントム体及び前記第２ファントム体が正立して並列配置された併置状態、及び、正立した前記第１ファントム体と倒立した前記第２ファントム体とが生体成分測定装置からの放射線の照射方向において重畳するよう結合された結合状態を取り得る、
ことを特徴とするキャリブレーション用ファントム。
前記併置状態及び前記結合状態を維持する連結部材、
をさらに備えることを特徴とする、請求項１に記載のキャリブレーション用ファントム。
前記連結部材は、生体成分測定装置に対する、前記第１ファントム体及び前記第２ファントム体の位置決めを行う位置決め機能を発揮する、
ことを特徴とする、請求項２に記載のキャリブレーション用ファントム。
前記第１ファントム体は、前記複数の第１ファントムプレートの間にそれぞれ設けられ、生体成分測定装置から照射される放射線を減衰させる複数の第１放射線減衰層を有し、
前記第２ファントム体は、前記複数の第２ファントムプレートの間にそれぞれ設けられ、生体成分測定装置から照射される放射線を減衰させる複数の第２放射線減衰層を有する、
ことを特徴とする、請求項１から３のいずれか１項に記載のキャリブレーション用ファントム。
前記第１放射線減衰層及び前記第２放射線減衰層は、金属板により形成される、
ことを特徴とする、請求項４に記載のキャリブレーション用ファントム。
前記金属板は、さらに、前記第１ファントム体の前面及び背面、並びに、前記第２ファントム体の前面及び背面に設けられ、前記複数の第１ファントムプレート及び前記複数の第２ファントムプレートを支持する支持機能を発揮する、
ことを特徴とする、請求項５に記載のキャリブレーション用ファントム。