JP7209493B2 - ファントム及びその製造方法並びにファントム作製用キット - Google Patents
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Description
本実施形態のファントムは、水と、油と、乳化剤と、油凝固剤とを含有する。本実施形態のファントムは、例えば、光計測用、電気計測用、物理的特性計測用等に用いることができる。本実施形態のファントムは、生体に近い散乱係数を有しているため、光計測用ファントムとして好適に用いることができる。更に、本実施形態のファントムは、光特性(吸収係数及び散乱係数)の長期安定性にも優れている。
本実施形態のファントムの製造方法の一例を説明する。本実施形態のファントムの製造方法は、油と、水と、乳化剤と、油凝固剤とを混合して混合液を得る工程(混合工程)を備える。
本実施形態のファントム作製用キット(以下、「本キット」ともいう。)は、水と、油と、乳化剤と、油凝固剤とを含有する。乳化剤及び油凝固剤は、それぞれ水又は油に予め混合されていてもよく、独立して本キットに含まれていてもよい。本キットは、上述した他の成分(防腐剤、インク等)を更に含有していてもよい。他の成分は、水、油、乳化剤又は油凝固剤と予め混合されていてもよく、これらとは独立して本キットに含まれていてもよい。
実施例1
大豆油(理研農産加工株式会社)600mL(550g)に、乳化剤として大豆由来レシチン(富士フイルム和光純薬工業株式会社製)を5.5g(大豆油100質量%に対して1質量%)、油凝固剤として細かく粉砕した固めるテンプル(商品名、ジョンソン株式会社、成分:植物(唐ゴマ)抽出の天然油脂系脂肪酸100%、12-ヒドロキシステアリン酸を含む。)を15g混ぜた。これに、蒸留水400mLを、徐々に混合しながら、ブレンダーで攪拌した。得られた混合物を85℃の恒温槽で、ガラス棒でかき混ぜながら、25分間暖めた。得られた混合物をストッキングでこして、容器(サイズ151mm×151mm×90mm)にいれた。氷水で冷やしながら、ガラス棒でかきまぜ、固まりはじめた段階で冷蔵庫にいれた。これにより、実施例1のファントム(水:脂肪=40:60(体積比))を得た。
大豆油(理研農産加工株式会社)800mL(736g)に、乳化剤として大豆由来レシチン(富士フイルム和光純薬工業株式会社製)を7g(大豆油100質量%に対して1質量%)、油凝固剤として細かく粉砕した固めるテンプルを22.5g混ぜた。これに、蒸留水200mLを、徐々に添加しながら、ブレンダーで攪拌した。得られた混合物を85℃の恒温槽で、ガラス棒でかき混ぜながら、25分間暖めた。得られた混合物をストッキングでこして、容器(サイズ151mm×151mm×90mm)にいれた。これを氷水で冷やしながら、ガラス棒でかきまぜ、固まりはじめた段階で冷蔵庫にいれた。これにより、実施例2のファントム(水:脂肪=20:80(体積比))を得た。
大豆油(理研農産加工株式会社)950mL(874g)に、乳化剤として大豆由来レシチン(富士フイルム和光純薬工業株式会社製)を8.7g(大豆油100質量%に対して1質量%)、油凝固剤として細かく粉砕した固めるテンプルを30g混ぜた。これに、蒸留水50mLを徐々に添加しながら、ブレンダーで攪拌した。得られた混合物を85℃の恒温槽で、ガラス棒でかき混ぜながら、25分間暖めた。得られた混合物をストッキングでこして、容器(サイズ151mm×151mm×90mm)にいれた。これを氷水で冷やしながら、ガラス棒でかきまぜ、固まりはじめた段階で冷蔵庫にいれた。これにより、実施例3のファントム(水:脂肪=5:95(体積比))を得た。
(装置)
図2は、TRS-21-6Wによる測定に使用した装置の外観(図2A)及び装置の構成のブロック図(図2B)を示す。
TRSシステムは、光源(Light Source)、2つの光検出器ユニット(Photodetector unit)、TRS回路(TRS Circuit)、光ファイバ(optical fiber)から構成されている(図2)。光源は、それぞれが100psから200ps(半値全幅)のパルス幅を有するパルスレーザを放射する6つのレーザダイオード(762nm、802nm、838nm、908nm、936nm及び976nm)及びパルス繰り返し率5MHzの周波数を有する。
TRSシステムでは、測定された時間プロファイルを光拡散理論に基づいて解析することにより、生体組織等の散乱媒体中の吸収係数(μa)及び等方換算散乱係数(μs’)が測定される。散乱媒体中の光子の挙動は、光子拡散方程式(Appl.Opt.28(12),2331-2336(1989).)によって表される。
ここで、φ(r,t)は位置r及び時間tにおける拡散光子フルエンス率を示し、D=1/3μs’は光子拡散係数を示し、cは媒質中の光の速度を示し、S(r,t)は光源を示す。
ここで、z0=1/μs’は輸送平均自由行程であり、ze=2D(1+rd)/(1-rd)は線形外挿距離である。rdは、境界における屈折率の不一致による内部反射率であり、媒質の屈折率(n)に依存する近似式(rd=-1.440n-2)+0.710n-1+0.668+0.0636n)から計算される。したがって、推定された時間プロファイルは、IRF(J.Biomed.Opt.1(3),330-335(1996)、J.Biomed.Opt.8(3),512-517(2003))の影響を考慮するために、R(d、t)での装置応答関数(IRF)の畳み込みを計算することによって得られる。媒体のμa及びμs’は、Levenberg-Marquardtアルゴリズムに基づく非線形最小二乗法を用いて、測定されたプロファイルに推定プロファイルを適合させることによって決定する。各波長λについて得られた吸収係数は、以下の線形結合で表される。
ここでmは吸光物質の数であり、Ciは濃度であり、εi(λ)はi番目の吸光物質の吸収係数である。吸収係数は分光光度計で測定することができ、濃度は式(3)の連立方程式を解くことによって決定される。生物組織の近赤外波長における主要な吸光物質はデオキシヘモグロビン、オキシヘモグロビン、水及び脂肪であるが、提案されたファントムの吸光物質は水及び脂肪のみであると仮定した。また、乳化剤と凝固剤の吸収は無視できるものと仮定した。水の吸収スペクトルは、分光光度計(U-3500、Hitachi High-Technologies Corporation、Tokyo、Japan)を用いて測定した。使用した脂肪の吸収スペクトルは文献(J.Biomed.Opt.10(5),054004(2005))に報告されている。
データ取得は、3.0T MRユニット(Discovery 750w、GE Healthcare、Waukesha、WI)を用いて行った。使用したプロトン密度脂肪分率(PDFF)パルスシーケンスとしては、MRユニット(IDEAL IQ、GE Healthcare)の製造業者によって提供された市販のシーケンスを用いた(Radiology,284(1),244-254(2017)、Magn.Reson.Med.77(4),1516-1524(2017))。パルスシーケンスとは、T1フリップアングルを使用してT1バイアスを制限し、T2エフェクトを修正するための6つのエコーを取得し、マルチピーク・ファット・モデルを使用するマルチポイント・ディクソン技術である。このシーケンスのパラメータは以下の通りである。
繰返し時間7.3ms;最短エコー時間3ms;視野40×40cm;マトリックス160×160;帯域幅111.1kHz;フリップ角4°;セクション厚さ7mm;36個のセクションを持つ1次元画像。
各ファントムの水及び脂肪量を6波長TRSシステム及びMRIで測定し、結果を理論値と比較した。ファントムの中心には、TRSシステムプローブを設置した。MRIによって得られた脂肪分画マップでは、2cm×5cmの矩形関心領域(ROI)をファントムの水平中心の表面の直下に配置した。各ファントムに対して4回の測定値の平均値を得た。
Claims (4)
- 水と、油と、乳化剤と、油凝固剤とを含有し、
750~1000nmの波長における散乱係数が5~20cm-1である、ファントム(但し、寒天を含む、ファントムを除く。)。 - 前記油凝固剤が、12-ヒドロキシステアリン酸を含む、請求項1に記載のファントム。
- 油と、水と、乳化剤と、油凝固剤とを混合して混合液を得る工程を備え、
前記油と前記水との混合が、前記乳化剤存在下で、前記油に前記水を徐々に添加しながら攪拌することにより行われる、750~1000nmの波長における散乱係数が5~20cm-1であるファントムの製造方法。 - 水と、油と、乳化剤と、油凝固剤とを含有する、750~1000nmの波長における散乱係数が5~20cm-1であるファントム(但し、寒天を含む、ファントムを除く。)作製用キット。
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