JPH10222055A - 生体の光学ファントム作製法 - Google Patents
生体の光学ファントム作製法Info
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- JPH10222055A JPH10222055A JP3851397A JP3851397A JPH10222055A JP H10222055 A JPH10222055 A JP H10222055A JP 3851397 A JP3851397 A JP 3851397A JP 3851397 A JP3851397 A JP 3851397A JP H10222055 A JPH10222055 A JP H10222055A
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- phantom
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Abstract
(57)【要約】
【課題】複雑な形状と光学特性を持つ生体の対象部位を
忠実に表現した光学フアントムを製作する技術を得るこ
とができる。 【解決手段】生体の対象部位１の形状を測定して対象部
位１の形状のデータをえて、形状のデータにより前記対
象部位１の模型６を作製し、次に模型６を雄型として雌
型８ａ、８ｂ、８ｃを作製し、次に対象部位の光学特性
に対応して光学特性を調整した樹脂１２ａ、１２ｂ、１
２ｃを前記雌型８ａ、８ｂ、８ｃにモールドして光学フ
アントム１１を作製する
忠実に表現した光学フアントムを製作する技術を得るこ
とができる。 【解決手段】生体の対象部位１の形状を測定して対象部
位１の形状のデータをえて、形状のデータにより前記対
象部位１の模型６を作製し、次に模型６を雄型として雌
型８ａ、８ｂ、８ｃを作製し、次に対象部位の光学特性
に対応して光学特性を調整した樹脂１２ａ、１２ｂ、１
２ｃを前記雌型８ａ、８ｂ、８ｃにモールドして光学フ
アントム１１を作製する
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】この発明は、人体その他の生体の
光学ファントムを作製する方法に関するものである。こ
の発明は光学的医療診断機器や光学的治療機器の開発に
使用することができる。
光学ファントムを作製する方法に関するものである。こ
の発明は光学的医療診断機器や光学的治療機器の開発に
使用することができる。
【０００２】
【従来の技術】生体の病変部は正常部に比べて光散乱係
数や光吸収係数が変化するので、検査対象部位に光を入
射し、その出力光を観測することによって病変部の位置
や病変の有無を診断したり、或いは病変部の治療をする
技術が開発されつつある。
数や光吸収係数が変化するので、検査対象部位に光を入
射し、その出力光を観測することによって病変部の位置
や病変の有無を診断したり、或いは病変部の治療をする
技術が開発されつつある。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】しかし、光を利用した
医療診断、治療機器の開発に於いては、光が生体内をど
の様に伝播し、どの部分を診断し、或いは治療するかを
明確にすることは必ずしも容易ではない。そこで生体を
光学的に模擬したファントムを作製し、ファントム内に
各種の病変部を模擬した部分を設けることができれば、
診断機器、治療機器の有効性を評価することができる。
このために従来からファントムを作製する試みがなされ
ているが、従来のファントムは平板状または円筒状のも
のに止まっていて生体に類似の形態を持つ光学ファント
ムを得るに至っていない。とくに人間の脳のように複雑
な形状と光学特性を持つ対象物を忠実に表現した光学フ
ァントムは製作が困難であった。この発明は上記のごと
き事情に鑑みてなされたものであって、複雑な形状と光
学特性を持つ生体の対象部位を忠実に表現した光学ファ
ントムを製作する技術を提供することを目的とするもの
である。
医療診断、治療機器の開発に於いては、光が生体内をど
の様に伝播し、どの部分を診断し、或いは治療するかを
明確にすることは必ずしも容易ではない。そこで生体を
光学的に模擬したファントムを作製し、ファントム内に
各種の病変部を模擬した部分を設けることができれば、
診断機器、治療機器の有効性を評価することができる。
このために従来からファントムを作製する試みがなされ
ているが、従来のファントムは平板状または円筒状のも
のに止まっていて生体に類似の形態を持つ光学ファント
ムを得るに至っていない。とくに人間の脳のように複雑
な形状と光学特性を持つ対象物を忠実に表現した光学フ
ァントムは製作が困難であった。この発明は上記のごと
き事情に鑑みてなされたものであって、複雑な形状と光
学特性を持つ生体の対象部位を忠実に表現した光学ファ
ントムを製作する技術を提供することを目的とするもの
である。
【０００４】
【課題を解決するための手段】この目的に対応して、こ
の発明の生体の光学ファントム作製法は、生体の対象部
位の形状を測定して前記対象部位の形状のデータをえ
て、前記形状のデータにより前記対象部位の模型を作製
し、次に模型を雄型として雌型を作製し、次に対象部位
の光学特性に対応して光学特性を調整した樹脂を前記雌
型にモールドして光学ファントムを作製することを特徴
としている。
の発明の生体の光学ファントム作製法は、生体の対象部
位の形状を測定して前記対象部位の形状のデータをえ
て、前記形状のデータにより前記対象部位の模型を作製
し、次に模型を雄型として雌型を作製し、次に対象部位
の光学特性に対応して光学特性を調整した樹脂を前記雌
型にモールドして光学ファントムを作製することを特徴
としている。
【０００５】
【発明の実施の形態】以下、この発明の詳細を一実施の
形態を示す図面について説明する。図１において、１は
光学ファントムを製作しようとする生体の対象部位であ
る。この実施例では対象部位１は人間の脳のように光学
的特性が異なる複数層、例えば、内側層２、中間層３お
よび外側層４を持っている場合について説明する。
形態を示す図面について説明する。図１において、１は
光学ファントムを製作しようとする生体の対象部位であ
る。この実施例では対象部位１は人間の脳のように光学
的特性が異なる複数層、例えば、内側層２、中間層３お
よび外側層４を持っている場合について説明する。
【０００６】１１が完成品である光学ファントムであ
る。光学ファントム１１を製作する場合は、まず三次元
形状データ収集装置を用いて対象部位１の各層２、３、
および４の形状のデータを収集する。この形状のデータ
はそれぞれの各層２、３、４を複数段ａ１、ａ２、ａ
３、・・・・にスライスした各段の断層像データの形で
収集し記憶装置に記憶する。三次元形状データ収集装置
としてはＭＲＩ（Ｍａｇｎｅｔｉｃ Ｒｅｓｏｎａｎｃ
ｅ Ｉｍａｇｉｎｇ：核磁気共鳴イメ−ジング）または
Ｘ線ＣＴその他の対象部位の断層像データを収集し得る
ものを使用することができる。次に収集したデータを使
用して対象部位１の模型を製作する。模型の製作には光
造形技術その他の模型製造技術を使用することができ
る。
る。光学ファントム１１を製作する場合は、まず三次元
形状データ収集装置を用いて対象部位１の各層２、３、
および４の形状のデータを収集する。この形状のデータ
はそれぞれの各層２、３、４を複数段ａ１、ａ２、ａ
３、・・・・にスライスした各段の断層像データの形で
収集し記憶装置に記憶する。三次元形状データ収集装置
としてはＭＲＩ（Ｍａｇｎｅｔｉｃ Ｒｅｓｏｎａｎｃ
ｅ Ｉｍａｇｉｎｇ：核磁気共鳴イメ−ジング）または
Ｘ線ＣＴその他の対象部位の断層像データを収集し得る
ものを使用することができる。次に収集したデータを使
用して対象部位１の模型を製作する。模型の製作には光
造形技術その他の模型製造技術を使用することができ
る。
【０００７】模型は内側層２に関する模型６ａ、中間層
３に関する模型６ｂ及び外間層４に関する模型６ｃから
なっている。光造形技術においてそれぞれの模型を製作
する工程の一例を示す。まず外側層４に関する模型６ｃ
を製作する。すなわち基盤５の上に感光性樹脂を供給し
これに第一段ａ１に関する断層像データを使用して光を
照射し、第一段ａ１の模型７ａ１を形成する。次に第一
段ａ１の模型７ａ１の上に再び感光性樹脂を供給しこれ
に第二段ａ２に関する断層像データを使用して光を照射
し、第二段ａ２の模型７ａ２を形成する。この作業をす
べての段ａｎについて繰り返して外側層４に関する模型
６ｃを形成する。同様にして中間層５に関する模型６
ｂ、内側層２に関する模型６ａを形成する。なおこの実
施例では感光性樹脂として光硬化性樹脂を使用した例を
示したが、その他の感光性樹脂も使用することができ
る。
３に関する模型６ｂ及び外間層４に関する模型６ｃから
なっている。光造形技術においてそれぞれの模型を製作
する工程の一例を示す。まず外側層４に関する模型６ｃ
を製作する。すなわち基盤５の上に感光性樹脂を供給し
これに第一段ａ１に関する断層像データを使用して光を
照射し、第一段ａ１の模型７ａ１を形成する。次に第一
段ａ１の模型７ａ１の上に再び感光性樹脂を供給しこれ
に第二段ａ２に関する断層像データを使用して光を照射
し、第二段ａ２の模型７ａ２を形成する。この作業をす
べての段ａｎについて繰り返して外側層４に関する模型
６ｃを形成する。同様にして中間層５に関する模型６
ｂ、内側層２に関する模型６ａを形成する。なおこの実
施例では感光性樹脂として光硬化性樹脂を使用した例を
示したが、その他の感光性樹脂も使用することができ
る。
【０００８】次に模型６ａ、模型６ｂおよび模型６ｃを
雄型として内側層２に関する雌型８ａ、中間層３に関す
る雌型８ｂおよび外側層４に関する雌型８ｃを製作す
る。模型６ａ、模型６ｂおよび模型６ｃは表面形状が入
り組んで複雑であるので雌型は弾性限界の高い材料で作
成する必要があり、これによって雄型に対する雌型の型
離れを良くすることができる。この様な雌型を構成する
弾性限界の大きい材料としては、ゴム、型取り用ＲＴＶ
ゴムまたはポリエステル樹脂、軟質樹脂等を使用するこ
とができる。これらの雌型はそのまま、または型面を表
面硬化またはメッキなどの表面処理し、後の工程で使用
する。
雄型として内側層２に関する雌型８ａ、中間層３に関す
る雌型８ｂおよび外側層４に関する雌型８ｃを製作す
る。模型６ａ、模型６ｂおよび模型６ｃは表面形状が入
り組んで複雑であるので雌型は弾性限界の高い材料で作
成する必要があり、これによって雄型に対する雌型の型
離れを良くすることができる。この様な雌型を構成する
弾性限界の大きい材料としては、ゴム、型取り用ＲＴＶ
ゴムまたはポリエステル樹脂、軟質樹脂等を使用するこ
とができる。これらの雌型はそのまま、または型面を表
面硬化またはメッキなどの表面処理し、後の工程で使用
する。
【０００９】次にそれぞれの雌型８ａ、８ｂ、８ｃを使
用して光学ファントム１１を製作する。すなわちまず雌
型８ａを使用して、内側層２の光学特性に対応して光学
特性を調整した樹脂１２ａを雌型８ａにモールドして内
側層２の光学ファントム１１ａを作製する。
用して光学ファントム１１を製作する。すなわちまず雌
型８ａを使用して、内側層２の光学特性に対応して光学
特性を調整した樹脂１２ａを雌型８ａにモールドして内
側層２の光学ファントム１１ａを作製する。
【００１０】次に雌型８ｂ内に光学ファントム１１ａを
配置した状態で、中間層３の光学特性に対応して光学特
性を調整した樹脂を雌型８ｂにモ−ルドして光学ファン
トム１１ａを鋳ぐるんだ内側層２と中間層３の光学ファ
ントム１１ｂを作製する。
配置した状態で、中間層３の光学特性に対応して光学特
性を調整した樹脂を雌型８ｂにモ−ルドして光学ファン
トム１１ａを鋳ぐるんだ内側層２と中間層３の光学ファ
ントム１１ｂを作製する。
【００１１】次に雌型８ｃ内に光学ファントム１１ｂを
配置した状態で、外側層４の光学特性に対応して光学特
性を調整した樹脂１２ｃを雌型８ｃにモールドして光学
ファントム１１ｂを鋳ぐるんだ内側層２と中間層３と外
側層４の光学ファントム１１ｃを作製する。この光学フ
ァントム１１ｃが完成品としての光学ファントム１１で
ある。光学特性を調整した樹脂としてはエポキシ樹脂、
ポリエステル樹脂その他の透光性のある樹脂に酸化チタ
ン粒子その他の粒子を混入されて光の散乱係数を調整
し、また光吸収のためにインクや染料を混入させて光吸
収係数を調整したものを使用する。
配置した状態で、外側層４の光学特性に対応して光学特
性を調整した樹脂１２ｃを雌型８ｃにモールドして光学
ファントム１１ｂを鋳ぐるんだ内側層２と中間層３と外
側層４の光学ファントム１１ｃを作製する。この光学フ
ァントム１１ｃが完成品としての光学ファントム１１で
ある。光学特性を調整した樹脂としてはエポキシ樹脂、
ポリエステル樹脂その他の透光性のある樹脂に酸化チタ
ン粒子その他の粒子を混入されて光の散乱係数を調整
し、また光吸収のためにインクや染料を混入させて光吸
収係数を調整したものを使用する。
【００１２】実験例 １．光ＣＴに用いる近赤外光は、生体内において、強い
散乱を生体組織より受ける。その為、光ＣＴの開発にお
いては、新しいアルゴリズムが必要で、また、開発した
アルゴリズムの妥当性を検討するために人体と良く似た
構造や光学特性を持つファントムを必要とする。そこで
今回、生体組織のサンブルとして人頭部のファントム
（生体模擬試料）の作成を行った。 ２．作成過程 人頭部は、生体内でも非常に複雑で入
り組んだ形状をしている。今回このファントムを作成す
るに当たり、高精度であり、また逆テーパのある形状も
成形できる点から、光造形装置の使用を決定した。次に
人体頭部は様々な部位より構築されているが、今まで判
明している光学特性の相違により以下に挙げる５つの部
位に大別することにした。先ず脳であるが、これは内側
を白質、外側を灰白質とし、次に脳表と頭蓋骨の間隙の
部位を透明層、そして頭蓋骨、皮膚と分割した。続いて
これら各部位の形状のデ−タであるが、これはNIH Imag
e という３次元画像処理ソフトを用いて作成した。この
NIH Image を用いた理由は、ＭＲＩ等から実際の人体頭
部の断層イメージを比較的容易にスタックデータ（光造
形装置用のデータ) に変換できたためである。作成した
スタックデータは、眼球上部より頭頂部までである。こ
のスタックデータで、人頭部のファントムの雄型を光造
形装置で作成する。今回作成した人頭部は、光ＣＴの期
待される応用として新生児の頭部の低酸素症があげられ
るため、直径11cm程度の幼児の頭部という設定で作成し
た。次に光造形装置で出来上がった雄型に離型剤を塗布
し、その上から型取り用ＲＴＶゴム（シリコーン）を流
し込み雌型を作成する。今回作成した人頭部（特に脳）
のような複雑で、逆テーパが大量に存在するような形状
においても、弾性限界の高いＲＴＶゴムを用いれば、型
取りが可能であることが判明した。最後に出来上がった
雌型にファントム用の光学特性を調整したエポキシ樹脂
を流し込みファントムを作成する。ここで今回作成した
ファントムは、６層構造（土台＋人頭部５層）であるか
ら、以上のような作業を繰り返し行い、目的の人頭部フ
ァントムを完成させた。
散乱を生体組織より受ける。その為、光ＣＴの開発にお
いては、新しいアルゴリズムが必要で、また、開発した
アルゴリズムの妥当性を検討するために人体と良く似た
構造や光学特性を持つファントムを必要とする。そこで
今回、生体組織のサンブルとして人頭部のファントム
（生体模擬試料）の作成を行った。 ２．作成過程 人頭部は、生体内でも非常に複雑で入
り組んだ形状をしている。今回このファントムを作成す
るに当たり、高精度であり、また逆テーパのある形状も
成形できる点から、光造形装置の使用を決定した。次に
人体頭部は様々な部位より構築されているが、今まで判
明している光学特性の相違により以下に挙げる５つの部
位に大別することにした。先ず脳であるが、これは内側
を白質、外側を灰白質とし、次に脳表と頭蓋骨の間隙の
部位を透明層、そして頭蓋骨、皮膚と分割した。続いて
これら各部位の形状のデ−タであるが、これはNIH Imag
e という３次元画像処理ソフトを用いて作成した。この
NIH Image を用いた理由は、ＭＲＩ等から実際の人体頭
部の断層イメージを比較的容易にスタックデータ（光造
形装置用のデータ) に変換できたためである。作成した
スタックデータは、眼球上部より頭頂部までである。こ
のスタックデータで、人頭部のファントムの雄型を光造
形装置で作成する。今回作成した人頭部は、光ＣＴの期
待される応用として新生児の頭部の低酸素症があげられ
るため、直径11cm程度の幼児の頭部という設定で作成し
た。次に光造形装置で出来上がった雄型に離型剤を塗布
し、その上から型取り用ＲＴＶゴム（シリコーン）を流
し込み雌型を作成する。今回作成した人頭部（特に脳）
のような複雑で、逆テーパが大量に存在するような形状
においても、弾性限界の高いＲＴＶゴムを用いれば、型
取りが可能であることが判明した。最後に出来上がった
雌型にファントム用の光学特性を調整したエポキシ樹脂
を流し込みファントムを作成する。ここで今回作成した
ファントムは、６層構造（土台＋人頭部５層）であるか
ら、以上のような作業を繰り返し行い、目的の人頭部フ
ァントムを完成させた。
【００１３】
【発明の効果】以上の説明から明らかな通り、この発明
によれば、複雑な形状と光学特性を持つ生体の対象部位
を忠実に表現した光学ファントムを製作する技術を得る
ことができる。また特にこの発明では雌型を使用するこ
とで、雄型の素材などに関する制約がなく、雄型製作に
多様な方法が利用可能である。
によれば、複雑な形状と光学特性を持つ生体の対象部位
を忠実に表現した光学ファントムを製作する技術を得る
ことができる。また特にこの発明では雌型を使用するこ
とで、雄型の素材などに関する制約がなく、雄型製作に
多様な方法が利用可能である。
【図１】光学ファントムを製作する工程を示す工程説明
図
図
１ 対象部位 ２ 内側層 ３ 中間層 ４ 外側層 ５ 基盤 ６ 模型 ６ａ、６ｂ、６ｃ 各層の模型 ７ａ１〜７ａｎ 格段の模型 ８ａ、８ｂ、８ｃ 光学ファントムの雌型 １１ 光学ファントム
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 谷川 ゆかり 茨城県つくば市並木１丁目２番地 工業技 術院機械技術研究所内 (72)発明者 鎮西 清行 茨城県つくば市並木１丁目２番地 工業技 術院機械技術研究所内 (72)発明者 高橋 修一 東京都豊島区東池袋３丁目１番１号 新エ ネルギー・産業技術総合開発機構内 (72)発明者 今井 大吾 埼玉県大宮市春野１丁目８番の２
Claims (3)
- 【請求項１】生体の対象部位の形状を測定して前記対象
部位の形状のデータをえて、前記形状のデータにより前
記対象部位の模型を作製し、次に前記模型を雄型として
雌型を作製し、次に対象部位の光学特性に対応して光学
特性を調整した樹脂を前記雌型にモールドして光学ファ
ントムを作製することを特徴とする生体の光学ファント
ム作製法 - 【請求項２】対象部位の形状のデータはＭＲＩまたはＸ
線ＣＴその他の三次元形状データ収集装置による対象部
位の断層像データであることを特徴とする請求項１記載
の生体の光学ファントム作製法 - 【請求項３】前記雌型はゴムまたは軟質樹脂等の弾性限
界の高い材料で構成されていることを特徴とする請求項
１記載の生体の光学ファントム作製法
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP3851397A JP2857753B2 (ja) | 1997-02-06 | 1997-02-06 | 生体の光学ファントム作製法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP3851397A JP2857753B2 (ja) | 1997-02-06 | 1997-02-06 | 生体の光学ファントム作製法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH10222055A true JPH10222055A (ja) | 1998-08-21 |
| JP2857753B2 JP2857753B2 (ja) | 1999-02-17 |
Family
ID=12527361
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP3851397A Expired - Lifetime JP2857753B2 (ja) | 1997-02-06 | 1997-02-06 | 生体の光学ファントム作製法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2857753B2 (ja) |
Cited By (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US6083008A (en) * | 1997-09-01 | 2000-07-04 | Agency Of Industrial Science & Technology, Ministry Of International Trade & Industry | Optical phantom of living body and method for producing it |
| JP2002323444A (ja) * | 2001-04-26 | 2002-11-08 | Hitachi Medical Corp | 生体光計測装置 |
| JP2003508734A (ja) * | 1999-08-31 | 2003-03-04 | シーエムイー テレメトリックス インク． | スペクトル分析器の精度を検証するための装置 |
| JP2006343434A (ja) * | 2005-06-07 | 2006-12-21 | Toin Gakuen | 人体患部実体モデルの製造方法 |
| JP2011053462A (ja) * | 2009-09-02 | 2011-03-17 | National Institute Of Advanced Industrial Science & Technology | 模擬眼底 |
| WO2012099087A1 (ja) * | 2011-01-17 | 2012-07-26 | 学校法人 久留米大学 | 画像診断における二次元の診断画像の理解を助ける方法及び装置 |
-
1997
- 1997-02-06 JP JP3851397A patent/JP2857753B2/ja not_active Expired - Lifetime
Cited By (8)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US6083008A (en) * | 1997-09-01 | 2000-07-04 | Agency Of Industrial Science & Technology, Ministry Of International Trade & Industry | Optical phantom of living body and method for producing it |
| JP2003508734A (ja) * | 1999-08-31 | 2003-03-04 | シーエムイー テレメトリックス インク． | スペクトル分析器の精度を検証するための装置 |
| JP2002323444A (ja) * | 2001-04-26 | 2002-11-08 | Hitachi Medical Corp | 生体光計測装置 |
| JP4603718B2 (ja) * | 2001-04-26 | 2010-12-22 | 株式会社日立メディコ | 生体光計測装置 |
| JP2006343434A (ja) * | 2005-06-07 | 2006-12-21 | Toin Gakuen | 人体患部実体モデルの製造方法 |
| JP2011053462A (ja) * | 2009-09-02 | 2011-03-17 | National Institute Of Advanced Industrial Science & Technology | 模擬眼底 |
| WO2012099087A1 (ja) * | 2011-01-17 | 2012-07-26 | 学校法人 久留米大学 | 画像診断における二次元の診断画像の理解を助ける方法及び装置 |
| JP5843239B2 (ja) * | 2011-01-17 | 2016-01-13 | 学校法人 久留米大学 | 画像診断における二次元の診断画像の理解を助ける方法及び装置 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JP2857753B2 (ja) | 1999-02-17 |
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