JPH1173096A - 生体の光学ファントム及びその製造方法 - Google Patents

生体の光学ファントム及びその製造方法

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JPH1173096A
JPH1173096A JP9235519A JP23551997A JPH1173096A JP H1173096 A JPH1173096 A JP H1173096A JP 9235519 A JP9235519 A JP 9235519A JP 23551997 A JP23551997 A JP 23551997A JP H1173096 A JPH1173096 A JP H1173096A
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 ファントムの内部において、時間によって変
動する動的活動状態を模擬させて光学的に測定すること
ができるようにした。 【解決手段】 対象とする生体の部位の形状を複数のフ
ァントム層を積層することにより構成し、前記複数のフ
ァントム層のうちの１以上のファントム層の一部に空洞
部４を設け、前記空洞部４には外部に開口する入口流路
５と出口流路６とを接続し、前記入口流路５から流入さ
せる液体ファントムを空洞部４に流して出口流路６から
流出させることにより、時間によって変動する動的活動
状態を模擬させて光学的に測定するようにした。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、医療診断や治療機
器の開発において、時間によって変動する動的活動状態
を測定することができる生体の光学ファントム及びその
製造方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】光を利用した医療の診断機器や治療機器
の開発において、光が生体の内部をどのように伝播し、
また生体のどの部分を診断したり治療するかを明確にす
ることはきわめて困難である。そこで、人体、その他の
生体を光学的に模擬したファントムを作製し、このファ
ントム内に各種の病変部や組織の活動を模擬した部分を
設けることができれば、診断機器や治療機器の有効性を
正確に評価することができる。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】従来では、平板状又は
円筒状のファントムが作製されているが、生体に酷似す
るような光学ファントムは提案されていない。また、本
発明者等は、人体を模擬している光学的ファントムをす
でに提案しているが、例えば筋肉、脳若しくは血流のよ
うに、時間によって変動する動的活動状態を光学的に測
定することができるファントムは未だ提案されていな
い。そこで本発明者等は、時間によって変動する動的活
動状態を測定することができるファントムを今回初めて
提案することを目的とする。
【０００４】
【課題を解決するための手段】本発明の前記目的を達成
するため、本発明は、対象とする生体の部位の形状を複
数のファントム層を積層することにより構成し、前記複
数のファントム層のうちの１以上のファントム層の一部
に空洞部を設け、前記空洞部には外部に開口する入口流
路と出口流路とを接続し、前記入口流路から流入させる
液体ファントムを空洞部に流して出口流路から流出させ
ることにより、時間によって変動する動的活動状態を模
擬させて光学的に測定するようにしたことを特徴とする
生体の光学ファントム、及び、台座に流路素材を設け、
前記台座の表面に前記流路素材が埋設されるようにして
メス型により１若しくは複数のファントム層を形成させ
た後、前記流路素材が接触するように空洞用素材部を設
けてメス型により空洞用素材部を含むファントム層とそ
の外側のファントム層を順に形成したら、前記流路素材
を除去して入口流路、出口流路を構成するとともに空洞
用素材部を前記流路から排出させ、その後外面に所望の
ファントム層を形成するようにしたことを特徴とする生
体の光学ファントムの製造方法を提供する。
【０００５】
【発明の実施の形態】以下に本発明を図面に示す実施の
形態に基づいて説明する。本発明の光学ファントム１
は、図１に示すように、概略すると台座２の表面に複数
のファントム層３を積層させ、１以上のファントム層３
の一部に空洞部４を設け、前記空洞部４を入口流路５と
出口流路６に連通させ、各流路５，６を外部に開口させ
た構成である。
【０００６】前記台座２は、図面に示す実施の形態では
合成樹脂製で、円環材２１の内部に補強材２２を十字状
に設けた構成であるが、本発明ではそれ以外のどのよう
な材質で成形して、しかもどのような構成であってもよ
い。
【０００７】前記光学ファントム１としては人体の頭部
を模擬しており、またファントム層３は、図面の実施の
形態では内部から外部に向って５つのファントム層を積
層してあり、最も内側の第１ファントム層３１が白質
を、その外側の第２ファントム層３２が灰白質を、その
外側の第３ファントム層３３が脳脊髄液の層を、その外
側の第４ファントム層３４が頭蓋骨層を、その外側であ
って最外側の第５ファントム層３５が頭部の皮膚層を、
それぞれ想定している。
【０００８】前記第１ファントム層３１から第５ファン
トム層３５までの各層は、エポキシ樹脂あるいはポリエ
ステル樹脂等に酸化チタン粒子、インク、染料等を調整
して混合することにより、それぞれの頭部の部位に対応
する光学特性を持った構成とする。
【０００９】そして、前記第１ファントム層３１から第
５ファントム層３５のうちの１以上のファントム層の一
部に、生体の細胞や組織等の活動部位あるいは病変部を
模擬する位置に前記空洞部４を設けるとともに、血管を
模擬する前記入口流路５と出口流路６を前記空洞部４に
接続して外部に連通させ、病変部や組織活動を模擬する
ファントム液体を、外部にの設けた液体循環機構を使用
して入口流路５から空洞部４に流し込み、出口流路６か
ら流出させることにより、筋肉や脳の活動により変化す
る血流、その他の液体を模擬させることができ、ファン
トムの内部において、時間によって変動する動的活動状
態を模擬させて光学的に測定することができる。したが
って、本発明の光学ファントム１は、人体、動物等の生
体の一部の部位に活動部位や病変部を模擬させるととも
に、その部位に血流、組織中の酸素の流れ、細胞内の糖
分の変化等を疑似させることにより、時間によって変動
する動的活動状態を模擬させて光学的に測定することが
できるものである。
【００１０】以下に本発明の光学ファントム１の製造方
法を、図２以下に示す実施の形態に基づいて説明する。
【００１１】前記光学ファントム１の説明では、人体の
頭部を模擬しているので、製造方法においてもそのファ
ントムを作製する方法を以下に説明する。予め、ＭＲＩ
やＸ線ＣＴ等の三次元形状データ収集装置を使用して解
剖学的分類から頭部の複数の断層像データを得て、光学
ファントムのモデルデータを作製する。次に、上記複数
のモデルデータを光造形機に供給して各断層毎に光硬化
性樹脂等を使用して原型を作製し、各原型からシリコー
ンゴムを原材料としてメス型を作製する。したがって、
図１の実施の態様に示す光学ファントムでは、第１ファ
ントム層３１から第５ファントム層３５までを成形する
ための５個のシリコーンゴム製の第１メス型３１１から
第５メス型３５１までを予め作製して準備する。
【００１２】前記台座２の中心位置に、入口流路５を形
成するための第１流路素材５１を挿通させるとともに、
前記第１流路素材５１にチューブ状の液体ファントム流
入路５２を装着して、第１ファントム層３１の外面形状
を成形する第１メス型３１１の開口部に載置し、台座２
の開口部から第１メス型３１１の開口部に、エポキシ樹
脂あるいはポリエステル樹脂等に酸化チタン粒子、イン
ク、染料等を混合することにより光学特性が所望に調整
された原料を供給する（図２）。そして、前記第１メス
型３１１の内部に供給した原料が硬化した時に脱型する
ことにより、第１メス型３１１の内面形状に一致する第
１ファントム層３１が台座２に成形される。なお、前記
第１流路素材５１は、エポキシ樹脂あるいはポリエステ
ル樹脂に接着しないで屈曲できる、例えばテフロン樹脂
で棒状に若しくはチューブ状に成形したものを、また前
記流入路５２は前記エポキシ樹脂あるいはポリエステル
樹脂に接着する樹脂でチューブ状に成形したものを使用
する。
【００１３】前記第１メス型３１１を外して台座２に第
１ファントム層３１を形成すると、接着しない樹脂で成
形した第１流路素材５１を押し出して第１ファントム層
３１の外面に第１流路素材５１の先端部を突出させる
（図３）。
【００１４】前記第１ファントム層３１の外面から突出
する第１流路素材５１の先端部を、第１ファントム層３
１の外面に接触するように屈曲させるとともに出口流路
６を形成するための第２流路素材６１を第１ファントム
層３１の外面に沿わせるようにして設け、前記第１流路
素材５１の先端部と第２流路素材６１の先端部とを第１
ファントム層３１の外面において積層させる（図４）。
そして、前記第２流路素材６１にチューブ状の液体ファ
ントム流出路６２を装着するが、前記第２流路素材６１
は第１流路素材５１と同様に第１ファントム層３１に接
着しない樹脂の成形品を、また流出路６２は接着する樹
脂の成形品を使用する。
【００１５】前記のように、第１ファントム層３１の外
面に第１流路素材５１の先端部と第２流路素材６１の先
端部とを沿わせて一部重ね合わせたら、前記第２ファン
トム層３２の外面形状を成形する第２メス型３２１の開
口部にあてがって、第１ファントム層３１を第２メス型
３２１の内部に埋没させる。そして、第１ファントム層
３１の外面と第２メス型３２１の内面とで構成する空隙
部に空洞用素材４１を注入して硬化したら、脱型すると
ともに空洞部４を構成する部分だけの空洞用素材４１を
残してその他の空洞用素材４１を切削除去し、残存する
空洞用素材４１の部分を空洞用素材部４２とする（図
５）。この場合、空洞用素材部４２の内部には、前記第
１流路素材５１と第２流路素材６１の先端部が埋め込ま
れた状態で存在する。前記空洞用素材４１としては、常
温ではある程度形状を維持しているが、加温すると容易
に液状化する寒天、ゼラチン等の原料、あるいは化学薬
品により容易に液状化する原料を使用することができ
る。
【００１６】したがって、図５の（ｄ）で示すように第
１ファントム層３１の外面の一部には、第１流路素材５
１と第２流路素材６１の先端部が連結されている空洞用
素材部４２が設けられている。
【００１７】前記した空洞用素材部４２を有する第１フ
ァントム層３１を、再び第２メス型３２１の開口部にあ
てがって内部に没入させ、第１ファントム層３１の外面
と第２メス型３２１の内面との空隙部に、第２ファント
ム層３２を成形するために、エポキシ樹脂あるいはポリ
エステル樹脂等に酸化チタン粒子、インク、染料等を混
合することにより光学特性が所望に調整された原料を供
給して硬化させ、脱型する（図６）。したがって、前記
した第１ファントム層３１の外面には、一部に空洞用素
材部４２を設けてあるが、その他の部分に第２ファント
ム層３２が被覆して成形されることになる（図６
（ｃ））。
【００１８】次に、前記台座２に第１ファントム層３１
と第２ファントム層３２との２層を有するファントム
を、第３ファントム層３３を成形する第３メス型３３１
の開口部にあてがって内部に埋没させ、前記第３メス型
３３１の内面と第２ファントム層３２の外面とにより形
成される空隙部内に、第３ファントム層３３を成形する
ために、エポキシ樹脂あるいはポリエステル樹脂等に酸
化チタン粒子、インク、染料等を混合することにより光
学特性が所望に調整された原料を供給して硬化させ、脱
型する（図７）。したがって、一部に空洞用素材部４２
を有する第２ファントム層３２の外面に第３ファントム
層３３が被覆して成形され、台座２に３層が積層するフ
ァントムとなる（図７（ｃ））。
【００１９】前記した３層のファントムを成形したら、
屈曲できる第１流路素材５１と第２流路素材６１とを引
き抜くことにより第１ファントム層３１と第２ファント
ム層３２とに入口流路５と出口流路６とを形成するとと
もに、入口流路５と出口流路６との先端開口部に流入路
５２、流出路６２を存在させる（図８（ｂ））。この状
態において、加温・加熱機構１０１を使用して第１ファ
ントム層３１、第２ファントム層３２及び第３ファント
ム層３３の各原料に変性を与えない程度の温度で加温し
て前記空洞用素材部４２を液状化させる（図８
（ｃ））。また、空洞用素材が化学薬品により容易に溶
解して液状化する材料であれば、流入路５２から化学薬
品を注入して空洞用素材を溶解させる。この場合、化学
薬品としては、第１ファントム層３１、第２ファントム
層３２及び第３ファントム層３３の各層を構成するエポ
キシ樹脂やポリエステル樹脂と反応しないものでなけれ
ばならない。
【００２０】前記空洞用素材部４２が軟化して充分に液
状化したら、流入路５２に圧力供給機構１０２を接続し
て液状化している空洞用素材部４２に空気若しくは温水
の圧力を作用させ、空洞用素材部４２を流出路６２から
外部に排出する。この場合、第３ファントム層３３を透
明な層として、空洞用素材部４２を着色して第２ファン
トム層３２に対し色彩を相違させると、空洞用素材部４
２が排出されるのを第３ファントム層３３を通して簡単
に確認することができ、空洞用素材部４２が排出される
ことにより第２ファントム層３２に空洞部４が構成され
て、前記空洞部４が第１ファントム層３１の外面と第３
ファントム層３３の内面とで挟まれている。したがっ
て、台座２には第１ファントム層３１と、空洞部４を有
する第２ファントム層３２及び第３ファントム層３３の
３層が積層するファントムが成形される（図９
（ｂ））。
【００２１】前記３層のファントムを、第４ファントム
層３４を成形するための第４メス型３４１の開口部にあ
てがって内部に埋没させ、第４メス型３４１の内面と第
３ファントム層３３の外面とにより形成される空隙部内
に、第４ファントム層３４を成形するために、エポキシ
樹脂あるいはポリエステル樹脂等に酸化チタン粒子、イ
ンク、染料等を混合することにより光学特性が調整され
た原料を供給して硬化させ、脱型して第１ファントム層
３１から第４ファントム層３４の４層を積層したファン
トムを成形する（図１０）。
【００２２】次いで前記４層のファントムを、第５ファ
ントム層３５を成形するための第５メス型３５１の開口
部にあてがって内部に埋没させ、第５メス型３５１の内
面と第４ファントム層３４の外面とにより形成される空
隙部内に、第５ファントム層３５を成形するために、エ
ポキシ樹脂あるいはポリエステル樹脂等に酸化チタン粒
子、インク、染料等を混合することにより光学特性が調
整された原料を供給して硬化させ、脱型して第１ファン
トム層３１から第５ファントム層３５の５層を積層した
ファントムを成形する（図１１）。
【００２３】前記した方法により、各ファントム層にお
いて光学特性が調整され、しかも一部に空洞部４を設け
てファントム液を供給できる入口流路５及び排出できる
出口流路６を形成した本発明の光学ファントム１を製造
できるのである。
【００２４】以上本発明を図面に示す実施の形態に基づ
いて説明したが、本発明は前記実施の形態に限定される
ものではなく、特許請求の範囲に記載の構成を変更しな
い限りどのようにでも実施できる。例えば、人体ばかり
ではなく、動物のあらゆる部位に相当するファントムが
作成可能であるし、空洞部に流すファントム液体として
は、血流、組織内の酸素の変動状態、細胞内の糖分変化
等あらゆる状態を想定することができる。また、ファン
トム層は前記実施の形態に示すように５層以外の複数層
設けることができるし、空洞部もどの層にでも、どのよ
うな位置にでも設けることができる。更に、本発明での
上記説明において、流入路５２及び流出路６２を一体成
形することは必須要件ではなく、ファントムの成形後に
入口流路５と出口流路６の開口端部に、接着剤、ネジ機
構等によりパイプ状の流入路５２及び流出路６２をそれ
ぞれ離脱不能に取り付けてもよい。
【００２５】
【発明の効果】以上要するに、本発明によれば対象とす
る生体の部位の形状を複数のファントム層を積層するこ
とにより構成し、前記複数のファントム層のうちの１以
上のファントム層の一部に空洞部を設け、前記空洞部に
は外部に開口する入口流路と出口流路とを接続し、前記
入口流路から流入させる液体ファントムを空洞部に流し
て出口流路から流出させることにより、時間によって変
動する動的活動状態を模擬させて光学的に測定するよう
にしたことを特徴とする。したがって、人体、動物等の
生体の一部の部位に活動部位や病変部を空洞部によって
模擬させるとともに、その部位に血流、組織中の酸素の
流れ、細胞内の糖分の変化等を疑似させることにより、
時間によって変動する動的活動状態を模擬させて光学的
に測定することができるので、光を利用した医療の診断
機器や治療機器の開発において、光が生体の内部をどの
ように伝播し、また生体のどの部分を診断したり治療す
るかを明確にすることができ、特に診断機器や治療機器
の有効性を正確にしかも高い精度で評価することができ
るばかりでなく、生体の診断や治療の分野において著し
く貢献することができる。
【００２６】しかも、台座の表面にメス型により１若し
くは複数のファントム層を形成するとともに空洞用素材
部を設け、その空洞用素材部を排出させることにより空
洞部を設けて光学ファントムを製造するようにしたの
で、著しく簡単に、どのような形態のファントムでも作
製することができ、特に医学業界における診断や治療に
おいて著しく実用的価値の高いものとなる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態を示す生体の光学ファント
ムの縦断面図である。
【図２】第１ファントム層を作製する状態の概略図で、
（ａ）は斜視図、（ｂ）は縦断面図である。
【図３】台座に第１ファントム層を成形した状態の概略
斜視図である。
【図４】第１ファントム層の表面に第１流路素材と第２
流路素材とを作製する状態の概略説明図で、（ａ）は第
１流路素材を延長した状態の斜視図、（ｂ）は第１流路
素材を第１ファントム層の外面に沿って屈曲させた状態
の斜視図、（ｃ）は第２流路素材を第１ファントム層の
外面に沿って屈曲させた状態の斜視図である。
【図５】第１ファントム層の外面に空洞用素材の層を設
けて空洞用素材部を作製する状態の概略説明図で、
（ａ）は斜視図、（ｂ）は縦断面図、（ｃ）は脱型した
状態の斜視図、（ｄ）は空洞用素材の一部を削除して空
洞用素材部を成形した状態の斜視図である。
【図６】第１ファントム層の表面に第２ファントム層を
作製する状態の概略説明図で、（ａ）は斜視図、（ｂ）
は縦断面図、（ｃ）は第２ファントム層を成形した斜視
図である。
【図７】第２ファントム層の表面に第３ファントム層を
作製する状態の概略説明図で、（ａ）は斜視図、（ｂ）
は縦断面図、（ｃ）は第３ファントム層を成形した斜視
図である。
【図８】空洞用素材部を液状化する状態の概略斜視図
で、（ａ）は第３ファントム層を成形した斜視図、
（ｂ）は第１流路素材と第２流路素材とを引き抜いた状
態の斜視図、（ｃ）は加熱状態の概略斜視図である。
【図９】空洞部を形成する状態の概略斜視図で、（ａ）
は空洞用素材部を除去する状態の斜視図、（ｂ）は空洞
用素材部を除去して空洞部を形成した斜視図である。
【図１０】第３ファントム層の表面に第４ファントム層
を作製する状態の概略説明図で、（ａ）は斜視図、
（ｂ）は縦断面図、（ｃ）は第４ファントム層を成形し
た斜視図である。
【図１１】第４ファントム層の表面に第５ファントム層
を作製する状態の概略説明図で、（ａ）は斜視図、
（ｂ）は縦断面図、（ｃ）は第５ファントム層を成形し
た斜視図である。
【符号の説明】
１ 光学ファントム ２ 台座 ３ ファントム層 ４ 空洞部 ５ 入口流路 ６ 出口流路 ３１ 第１ファントム層 ３２ 第２ファントム層 ３３ 第３ファントム層 ３４ 第４ファントム層 ３５ 第５ファントム層 ４１ 空洞用素材 ４２ 空洞用素材部 ５１ 第１流路素材 ５２ 流入路 ６１ 第２流路素材 ６２ 流出路
フロントページの続き (72)発明者 今井 大吾 埼玉県大宮市春野１丁目８番の２の404

Claims (4)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 対象とする生体の部位の形状を複数のフ
    ァントム層を積層することにより構成し、前記複数のフ
    ァントム層のうちの１以上のファントム層の一部に空洞
    部を設け、前記空洞部には外部に開口する入口流路と出
    口流路とを接続し、前記入口流路から流入させる液体フ
    ァントムを空洞部に流して出口流路から流出させること
    により、時間によって変動する動的活動状態を模擬させ
    て光学的に測定するようにしたことを特徴とする生体の
    光学ファントム。
  2. 【請求項２】 複数のファントム層は光学特性を調整し
    たエポキシ樹脂、ポリエステル樹脂等を原料として使用
    し、複数の各ファントム層ごとにメス型を作製して複数
    のファントム層を順に積層させて構成してなる請求項１
    に記載の生体の光学ファントム。
  3. 【請求項３】 台座に流路素材を設け、前記台座の表面
    に前記流路素材が埋設されるようにしてメス型により１
    若しくは複数のファントム層を形成した後、前記流路素
    材が接触するように空洞用素材部を設けてメス型により
    空洞用素材部を含むファントム層と、その外側のファン
    トム層を形成したら、前記流路素材を除去して入口流
    路、出口流路を構成するとともに空洞用素材部を前記流
    路から排出させ、その後外面に所望のファントム層を形
    成するようにしたことを特徴とする生体の光学ファント
    ムの製造方法。
  4. 【請求項４】 流路素材は樹脂に接着しない素材で、ま
    た空洞用素材部は寒天、ゼラチン等加温により容易に液
    体化する原料、あるいは化学薬品により容易に液体化す
    る原料で、空洞用素材部を含むファントム層と、その外
    側のファントム層を形成したら、加温、あるいは化学薬
    品を注入させることにより空洞用素材部を液体化させる
    ようにしたことを特徴とする請求項３に記載の生体の光
    学ファントムの製造方法。
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