JPH04332541A - 超音波化学反応検出用ファントム - Google Patents

超音波化学反応検出用ファントム

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JPH04332541A
JPH04332541A JP10410391A JP10410391A JPH04332541A JP H04332541 A JPH04332541 A JP H04332541A JP 10410391 A JP10410391 A JP 10410391A JP 10410391 A JP10410391 A JP 10410391A JP H04332541 A JPH04332541 A JP H04332541A
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JP
Japan
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phantom
chemical reaction
ultrasonic
reaction detection
ultrasonic chemical
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Pending
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JP10410391A
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English (en)
Inventor
Kenichi Kawabata
健一 川畑
Shinichiro Umemura
晋一郎 梅村
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Hitachi Ltd
Original Assignee
Hitachi Ltd
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Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は超音波化学反応検出用の
ファントムに関する。
【0002】
【従来の技術】超音波の医用応用は、診断,治療へ広く
行われているが、このうち治療に関しては超音波の生体
効果である物理的効果と化学的効果のうちの物理的効果
に注目したものが主であった。例えば、癌治療に関して
は、生体への超音波照射時の熱化学反応を利用し、照射
するエネルギーを高め、生体が受ける熱エネルギーその
ものにより細胞を死滅させ、あるいはタンパクを変性さ
せることを目的としていた。しかしながら、このアプロ
ーチでは高いエネルギーを必要とするために、生体深部
を対象とするときには、生体中の超音波の通り道までも
が超音波の影響を受けてしまうという問題があり、しか
もこれらの効果は癌の完全治癒には不十分であった。
【0003】この問題を解消するためにジャパニーズ 
 ジャーナル  オブ  キャンサーリサーチ  80
巻  第219−222頁(1989)(Jpn. J
.Cancer Res.,80,p.219―222
,1989)や特開平1−146829 号には、比較
的強度の低い超音波を用い、超音波の化学作用を増幅,
増感する物質を超音波照射時に共存させるという、超音
波の化学作用に注目した方法が提案されており、癌に対
する音響化学療法として研究されている。
【0004】音響化学療法は、原理的に低侵襲的・高選
択的な癌治療法であるが、これを実現するためには集束
超音波の使用が不可避であるので、音響化学療法に用い
る超音波トランスデューサーにおいては超音波の集束性
および超音波による化学反応の局在性を調べる必要があ
る。このうち超音波の集束性についてはハイドロフォン
を用いる方法などにより比較的簡便に調べる事が可能で
ある。しかし、化学反応の局在性に関しては簡便な方法
がなく、組織に超音波を照射後、病理標本を作成して超
音波が照射された部分の細胞への影響を調べるという方
法があるのみである。
【0005】この病理標本による方法では、定量的評価
が困難である。なお、超音波に関してはかかる現状であ
るが、放射線用のファントムに関しては研究が進んでお
り、例えば日本医学放射線学会誌  34巻  第44
−49頁には寒天ゲルを用いヨウ素澱粉反応を検出手段
とした方法が示されている。放射線の化学反応と超音波
音波の化学反応は近い性質を持つ部分もあるので、文献
に示された方法で調製したファントムの超音波への適用
を試みたが、安定した反応を起こすファントムは得られ
なかった。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】上に述べたように、超
音波化学の反応局在性の確認手段は、実際に生体組織の
応答を利用するという利点はあるものの、毎回動物等を
使用せねばならない、結果を得るのに時間がかかる、ま
た反応の局在性を確認するのが容易でない、などの問題
があった。また、放射線用のファントムは、放射線が化
学反応において超音波に似た性質を持つにもかかわらず
、そのままでは超音波には使用できなかった。
【0007】本発明の目的は、簡便にまた定量的に結果
が得られ、生体に近い性質を持つ超音波化学反応検出用
のファントムを提供することにある。
【0008】
【課題を解決するための手段】上記目的は、(1)目的
とする超音波周波数における共振気泡よりも直径で1倍
以上の大きさの網目構造あるいは蜂の巣状の構造を主に
有するよう制御された有機物あるいは無機物のハイドロ
ゲルおよび超音波化学反応検出試薬より構成されている
ことを特徴とする超音波化学反応検出用ファントム、(
2)上記1記載のファントムにおいて、ゲル形成物質が
、アガー,アガロース,ゼラチン,アクリルアミドの少
なくとも1つを含むことを特徴とする超音波化学反応検
出用ファントム、(3)上記1記載のファントムにおい
て、超音波化学反応検出試薬がヨウ化カリウムとスター
チであることを特徴とする超音波化学反応検出用ファン
トム、(4)上記3記載のファントムにおいて、超音波
化学反応促進試薬として、抱水クロラールあるいは四塩
化炭素の少なくとも一つを含むことを特徴とする超音波
化学反応検出用ファントム、(5)上記1記載のファン
トムにおいて、超音波化学反応検出試薬がクリスタルバ
イオレット,マラカイトグリーン,バリアミンブルーB
,鉄2価イオンおよびタイロンあるいはフェロン、セシ
ウム4価イオンのうち少なくとも1つを含むことを特徴
とする超音波化学反応検出用ファントムによって達成さ
れる。
【0009】本発明におけるゲル形成剤としては、アガ
ー,アガロース、アクリルアミド,ゼラチンその他の天
然材料に由来するものまたは合成により得られるものを
単独でまたは混合して用いる。これらのゲル形成剤は、
ゲル形成時に、使用する超音波周波数における共振気泡
よりも大きいサイズの網目構造あるいは蜂の巣状の構造
を形成していることが必須である。研究の結果、ゲル濃
度,ゲル化剤溶解温度,ゲル化時間を制御することによ
り超音波化学反応検出用ファントムとしての条件を満た
すことが明らかになった。本発明における超音波化学反
応検出試薬としては、超音波照射による化学反応により
色の変化を起こすものであれば良く、ヨウ化カリウムな
らびにスターチ,クリスタルバイオレット,マラカイト
グリーン,バリアミンブルーB,鉄2価イオンおよびタ
イロンあるいはフェロン,セシウム4価イオン等が使用
できる。
【0010】本発明において超音波化学反応検出試薬と
してヨウ化カリウムならびにスターチを用いる際の反応
促進試薬としては、抱水クロラール、あるいは四塩化炭
素が使用できる。以上のものを系に加えておくことによ
り、超音波により生じる化学反応の検出感度が著しく向
上する。このうち四塩化炭素は水に難溶であり、また人
体に対しても毒性が強いので、実際には抱水クロラール
がよく使用される。
【0011】
【作用】超音波化学反応が局在性を調べるには、反応が
、生じた地点からマクロに拡散しない反応場が必要であ
り、ハイドロゲル中での反応により超音波化学反応を生
じた点から拡散させないという目的を達成する。このハ
イドロゲルを、網目構造あるいは蜂の巣状の構造の大き
さが使用超音波の共振気泡よりも大きくなるよう調製す
ることにより、ハイドロゲル中で超音波化学反応を起こ
すことが可能になる。使用の際にあらかじめ超音波化学
反応検出試薬をゲルに加えておくことにより、化学反応
の生じた部分のみの色が変化する。以上により超音波化
学反応の局在性の確認が行え、生体中での超音波化学作
用に関するファントムが実現できる。
【0012】
【実施例】まず、共振気泡よりも充分大きい網目構造あ
るいは蜂の巣状の構造をもつハイドロゲルの調製法につ
いて示す。
【0013】実施例1 ヨウ化カリウムおよびスターチを超音波化学反応検出試
薬とし、抱水クロラールを反応促進試薬として用いる、
750kHzにおける共振気泡(直径約10ミクロン)
よりも大きい網目構造あるいは蜂の巣状の構造を持つア
ガロースゲルの調製。
【0014】図1に示す型を用いてファントムを調製し
た。図中1はゲル溶液を入れる取り込み口である。2は
仕切り板であり、2により型の上部に集まる気泡凝集ゲ
ルを型下部のゲルと分離させる。3は仕切り板受けであ
る。
【0015】以下に典型的なファントム調製方法を示す
。80℃以上に保った純水100mlにスターチ0.3
g を加え完全に溶解する。ヨウ化カリウム1.6g,
抱水クロラール1.7g、およびアガロース2gを加え
、溶液をはげしく撹拌しながら完全に溶解させる。型は
底面4aを下にしておき、この溶液を取り込み口1より
型に流し込み、型上部の気泡を吸引する。常温で暗所に
10分から1時間放置した後、仕切り板2により型の上
部に集まった気泡凝集ゲルを型下部のゲルと分離させる
。底面4bを下にし、さらに常温で暗所に24時間放置
する。
【0016】以上により、主に直径30ミクロンの大き
さを持つファントムを調製した。
【0017】なお、探索の結果、アガロース濃度1.5
% 以上4%未満においてアガロース溶解温度80℃以
上100℃未満の条件に設定することにより、超音波周
波数500kHz以上に対して使用可能なファントムが
調製可能であることが示された。上記アガロースに変え
てアガー,ゼラチンを用いて類似条件でファントムを調
製したが、この場合も10ミクロン以上の直径の網目構
造あるいは蜂の巣状の構造を持つゲルが調製できた。図
2に−120℃において凍結割断したファントムの顕微
鏡写真を示す。
【0018】実施例2 ヨウ化カリウムおよびスターチを超音波化学反応検出試
薬とし、抱水クロラールを反応促進試薬として用いる、
750kHzにおける共振気泡(直径約10ミクロン)
よりも大きい網目構造あるいは蜂の巣状の構造を持つポ
リアクリルアミドゲルの調製。
【0019】図1に示す型を用いてファントムを調製し
た。以下に典型的なファントム調製方法を示す。純水1
00mlにアクリルアミド5.7g ,ビスアクリルア
ミド0.3g を溶解し、重合開始剤として過硫酸アン
モニウムを0.064% になるよう加える。型は底面
4aを下にしておき、過硫酸アンモニウムを加えた直後
に、この溶液を取り込み口1より型に流し込み、型上部
の気泡を吸引する。常温で暗所に10分から1時間放置
した後、仕切り板2により型の上部に集まった気泡凝集
ゲルを型下部のゲルと分離させる。底面4bを下にし、
さらに常温で暗所に24時間放置する。
【0020】以上により、主に直径30ミクロンの大き
さを持つファントムを調製した。
【0021】なお、探索の結果、アクリルアミド濃度2
%以上20%未満において、超音波周波数500kHz
以上に対して使用可能なファントムが調製可能であるこ
とが示された。
【0022】次に本発明による集束超音波の化学反応の
局在性確認に関する実施例を挙げる。
【0023】実施例3 ヨウ化カリウムおよびスターチを超音波化学反応検出試
薬とし、抱水クロラールを反応促進試薬として用いる、
750kHzにおける共振気泡(直径約10ミクロン)
よりも大きい網目構造あるいは蜂の巣状の構造を持つア
ガロースゲルからなるファントムによる750kHz集
束超音波の化学反応の局在性の確認。
【0024】ファントムは上記実施例1の方法で調製し
たファントムを用いた。超音波トランスデューサーとし
ては、焦点距離120mm、F値1のものを用いた。こ
のトランスデューサーの焦点位置に上記ファントムを配
置し、出力150ワットで60秒間超音波を照射し、フ
ァントムを厚さ1.5 ミリにスライスし、電気泳動用
ゲル分析用のデンシトメーターにより波長633nmに
おけるゲルの吸光度変化を測定した。その結果を図3お
よび図4に示す。
【0025】上記アガロースに変えて、アガー,ゼラチ
ン,アクリルアミドを用いてファントムを調製し上記ト
ランスデューサーを用いて超音波照射を行ったが、この
場合も同様の結果を得た。
【0026】また、上記ヨウ化カリウムおよびスターチ
に変えてクリスタルバイオレット,マラカイトグリーン
,バリアミンブルーB,鉄2価イオンおよびタイロンあ
るいはフェロン、セシウム4価イオンをそれぞれ超音波
化学反応検出試薬として用い、上記トランスデューサー
を用いて超音波照射を行ったが、この場合も同様の結果
を得た。
【0027】なお、本発明の適用範囲は以上に限らず、
上記ゲルにグラファイト粒子,アルコール、あるいは脂
質,酸化マグネシウム等の金属酸化物を添加することに
より得られる生体に近い音響的な減衰または散乱特性を
持たせた音響化学反応検出用ファントムについても適用
されるものである。
【0028】
【発明の効果】以上述べたごとく、本発明によれば集束
超音波の化学反応を簡便に検出することができ、これに
よって必要なときにすぐ治療用の超音波トランスデュー
サーの性能の確認ができ、その結果として、より安全性
の高い治療を行うことが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図1】音響化学反応検出用ファントム作成用型の説明
図である。
【図2】音響化学反応検出用ファントムの凍結割断面の
描画図である。
【図3】本発明の実施例のファントムを用いて、音響化
学反応を検出し、超音波の進行方向に垂直な方向方向に
走査して測定した吸光度測定図である。
【図4】本発明の実施例のファントムを用いて、音響化
学反応を検出し、深さ方向に走査して測定した吸光度測
定図である。
【符号の説明】
1…取り込み口、2…仕切り板、3…仕切り板受け、4
a,4b…底面、5…ゲルの網目構造、6…内接球。

Claims (5)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】目的とする超音波周波数における共振気泡
    直径以上の内接球直径の網目構造あるいは蜂の巣状の構
    造を主に有するよう制御された有機物あるいは無機物の
    ハイドロゲルおよび超音波化学反応検出試薬より構成さ
    れていることを特徴とする超音波化学反応検出用ファン
    トム。
  2. 【請求項2】特許請求の範囲第1項記載のファントムに
    おいて、ゲル形成物質が、アガー,アガロース,ゼラチ
    ン,アクリルアミドの少なくとも1つを含むことを特徴
    とする超音波化学反応検出用ファントム。
  3. 【請求項3】特許請求の範囲第1項記載のファントムに
    おいて、超音波化学反応検出試薬がヨウ化カリウムとス
    ターチであることを特徴とする超音波化学反応検出用フ
    ァントム。
  4. 【請求項4】特許請求の範囲第3項記載のファントムに
    おいて、超音波化学反応促進試薬として、抱水クロラー
    ルあるいは四塩化炭素の少なくとも一つを含むことを特
    徴とする超音波化学反応検出用ファントム。
  5. 【請求項5】特許請求の範囲第1項記載のファントムに
    おいて、超音波化学反応検出試薬がクリスタルバイオレ
    ット,マラカイトグリーン,バリアミンブルーB,鉄2
    価イオンおよびタイロンあるいはフェロン,セシウム4
    価イオンのうち少なくとも1つを含むことを特徴とする
    超音波化学反応検出用ファントム。
JP10410391A 1991-05-09 1991-05-09 超音波化学反応検出用ファントム Pending JPH04332541A (ja)

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Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US8011826B2 (en) 2006-06-21 2011-09-06 Hitachi, Ltd. Phantom
WO2012050086A1 (ja) * 2010-10-12 2012-04-19 株式会社 日立製作所 生体模擬ファントムおよび校正装置
WO2013099787A1 (ja) * 2011-12-28 2013-07-04 株式会社日立製作所 生体模擬ファントムおよび校正装置

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