WO2005107599A1 - 生体模擬ファントム - Google Patents

生体模擬ファントム Download PDF

Info

Publication number
WO2005107599A1
WO2005107599A1 PCT/JP2004/018552 JP2004018552W WO2005107599A1 WO 2005107599 A1 WO2005107599 A1 WO 2005107599A1 JP 2004018552 W JP2004018552 W JP 2004018552W WO 2005107599 A1 WO2005107599 A1 WO 2005107599A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
phantom
gel
biological simulation
fine particles
simulation phantom
Prior art date
Application number
PCT/JP2004/018552
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Kenichi Kawabata
Original Assignee
Hitachi Medical Corporation
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Hitachi Medical Corporation filed Critical Hitachi Medical Corporation
Priority to JP2006512916A priority Critical patent/JP4648310B2/ja
Priority to US11/596,044 priority patent/US7943231B2/en
Publication of WO2005107599A1 publication Critical patent/WO2005107599A1/ja

Links

Classifications

    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61B—DIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
    • A61B8/00—Diagnosis using ultrasonic, sonic or infrasonic waves
    • A61B8/48—Diagnostic techniques
    • A61B8/485—Diagnostic techniques involving measuring strain or elastic properties
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61B—DIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
    • A61B8/00—Diagnosis using ultrasonic, sonic or infrasonic waves
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61B—DIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
    • A61B8/00—Diagnosis using ultrasonic, sonic or infrasonic waves
    • A61B8/58—Testing, adjusting or calibrating the diagnostic device
    • A61B8/587—Calibration phantoms
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y10—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC
    • Y10T—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER US CLASSIFICATION
    • Y10T428/00—Stock material or miscellaneous articles
    • Y10T428/24—Structurally defined web or sheet [e.g., overall dimension, etc.]
    • Y10T428/24942—Structurally defined web or sheet [e.g., overall dimension, etc.] including components having same physical characteristic in differing degree
    • Y10T428/24983—Hardness

Definitions

  • the present invention relates to a medical image diagnostic technique, and more particularly to a biological simulation phantom used for a medical image diagnostic apparatus that visualizes a disease by using a difference in shear elastic modulus (hardness) of a living body. .
  • Imaging diagnostic modalities such as X-ray CT, MRI, and ultrasonic diagnostic equipment have long been indispensable tools in medical practice. These are images of differences in CT value, spin relaxation time, and acoustic impedance in a living body, respectively, and since these differences in physical properties exclusively reflect the structure of a living body, Called “imaging.” On the other hand, imaging of a part that is functionally different even if it is structurally the same tissue is called “functional imaging”.
  • PET Positron Emission Tomography
  • elastic imaging which is a technique for imaging differences in hardness in tissues, is used as functional imaging at the tissue level. No. This is to obtain information obtained by palpation of a doctor using a diagnostic device. Stiffness is an important factor that reflects tissue characteristics such as canceration, so that lumps may lead to early detection in breast cancers. If an image of the hardness of a minute part can be imaged by a diagnostic device, it is possible to diagnose a disease state that cannot be understood by palpation, such as detection of arterial sclerosis.
  • the hardness examined by palpation is expressed as a rigidity (shear modulus).
  • shear modulus is one of the physical quantities that it is difficult to measure accurately, and the power of elastic imaging to show its true value.Since it is an early disease that is difficult to distinguish with normal diagnostic images, the absolute elastic modulus is By determining the relative elastic modulus instead of the value, it is possible to sufficiently visualize the diseased area Therefore, clinically, the method of making a diagnosis based on the relative elastic modulus is the mainstream.
  • Such elasticity imaging provides a new diagnostic method that has never existed before, and its spread requires a biological simulation phantom for training an operator, demonstrating the method, or examining the method. .
  • Conventionally known elastic imaging phantoms are based on existing ultrasonic tomographic imaging phantoms.
  • Gels using high molecules such as agar or gelatin can be used as a graphite or the like.
  • the basic structure is a mixture of powders.
  • the gel has a structure in which solvent molecules are present in a bound state in a polymer network, and is apparently a solid. Hydrate gels using water as the solvent have almost the same acoustic properties as water and soft tissues of living organisms, and can be considered to acoustically simulate living organisms.
  • the hardness of the gel can be easily controlled by changing the production conditions such as the concentration of the polymer, the hydration gel is an excellent material for the elastic imaging phantom.
  • thermoreversible gel A gel using agar or gelatin is called a thermoreversible gel, and reversibly changes into a sol (a state with high fluidity) and a gel (a state with low fluidity) by heating and cooling.
  • sol a state with high fluidity
  • gel a state with low fluidity
  • Non-patent document 1 1996 IEEE ULTRASONICS SYMPOSIUM, p.1193-1196
  • Patent Document 1 JP-A-8-10254 Disclosure of the Invention Problems to be Solved by the Invention
  • thermoreversible gel In the preparation of a thermoreversible gel, it is necessary to introduce a scatterer into the gel in a sol state, that is, in a high temperature state, and then to cool it for gelation.
  • the sol-to-gel transition occurs at about 30-50 ° C for agar and about 20-40 ° C for gelatin, and when the scatterer is introduced into the sol, the temperature is about 70 ° C, which is sufficiently higher than the gelation temperature. Need to keep at temperature. At a high temperature of about 70 ° C, the vapor pressure of water is high, so evaporation evaporates and it is difficult to control the concentration accurately.
  • Non-Patent Document 2 To solve the problem of low mechanical strength, a method using a polybutyl alcohol gel as in the above-described conventional example (Non-Patent Document 2) has been proposed.
  • gel networks are formed by the interaction between polymers caused by a change in the three-dimensional structure of the polymers due to a decrease in temperature from the sol state.
  • polybutyl alcohol gel free water in the solution freezes due to a temperature drop from the sol state, and water separates from the polymer chain, so that the distance between the polybutyl alcohol molecules decreases and the molecular weight decreases.
  • a gel network is formed by a hydrogen bond between them.
  • the gel network grows by repeated reheating and freezing, resulting in a strong gel structure.
  • using a polyvinyl alcohol gel as a material makes it possible to prepare a phantom that is mechanically stronger than a thermoreversible gel such as agar or gelatin.
  • polybutyl alcohol gel has a network formed by weak bonds as compared with covalent bonds called hydrogen bonds, so it has higher mechanical strength than completely thermoreversible gel, but it changes over time.
  • a network is formed by a weak bond as a chemical bond such as intermolecular interaction or hydrogen bond.
  • a gel formed by strong bonds such as covalent bonds is called a chemical gel.
  • the present invention has been made in view of the above points, and an object of the present invention is to provide a biological simulation phantom technology that can control the intensity and hardness of an ultrasonic echo and is excellent in stability. I do.
  • the present inventors have used a chemical gel to form a network structure by a chemical bond having a strength equivalent to a covalent bond or a covalent bond between polymer chains, and It has been found that it is effective to use a gel obtained by a preparation method in which a process in which a molecule is obtained by polymerization of a monomer and a process in which polymer chains are combined to form a network by simultaneously proceeding.
  • the scatterer By linking the polymers by a covalent bond, the low stability, which is a problem in the physical gel, is solved. Furthermore, by simultaneously performing the polymerization process and the network formation process, the scatterer can be dispersed in a low-viscosity monomer (low-molecule) solution, and the scatterer can be uniformly and reproducibly dispersed in the gel. It is possible to do. Further, unlike the physical gel, since the heating and cooling steps are not included, the scatterer concentration can be set strictly.
  • the chemical gel used in the present invention forms a network at the same time as the monomer is polymerized.
  • the polymer is represented by the following general formula (Chemical Formula 1) (where R and R are the same or different hydrogen, an alkyl group having 20 or less carbon atoms,
  • the polymerization reaction used for preparing the gel in the present invention include a polycondensation reaction, a thermal polymerization reaction, a radiation polymerization reaction, a photopolymerization reaction, and a plasma polymerization reaction.
  • a polymerization initiator in some cases is added to a mixed solution of a monomer that is a main component of a polymer chain containing two or more functional groups and a crosslinking monomer containing three or more functional groups.
  • the cross-linking monomer is selected according to the monomer serving as the main component of the polymer chain, and when using the above-mentioned polyacrylamide derivative monomer, ⁇ , ⁇ ′-methylenebis (acrylamide) is particularly suitable.
  • the powder is mixed with a highly viscous polymer solution so that sedimentation can be prevented to some extent.
  • scatterers are mixed with a low viscosity monomer solution and gelling is performed, it is particularly important to prevent sedimentation. It becomes. Assuming a 'spherical' monodispersion, the settling velocity of the particles in the fluid is
  • the sedimentation velocity of particles of 40 microns in diameter and specific gravity in water is 1.6 ⁇ / 3. Assuming that Gerui-dani takes 10 minutes, it will sink about 6 cm I will. On the other hand, when the diameter is 4 microns, the sedimentation velocity is 16 nm / s, and the sedimentation distance in 10 minutes is about 0.6 mm, which is almost negligible. Since the gelation time varies depending on the shape and size of the phantom, the optimum size of the scatterer differs depending on the target phantom.
  • the specific gravities of solid particles of metals, metal oxides, carbon particles, and spherical polymers that can be used as scatterers are generally in the range of 115.
  • the material of the scatterer used in the present invention is not particularly limited as long as it is a solid having low water solubility.However, from the viewpoint of mechanical stability, oxide fine particles such as titanium oxide, alumina oxide, and silicon oxide, tungstate, nickel, Metal particles such as molybdenum and the like, and resin particles such as polyethylene particles, polyethylene hollow spheres and polystyrene hollow spheres are preferable.
  • the biological simulation phantom of the present invention is a biological simulation phantom composed of a plurality of portions having different hardness and ultrasonic echo characteristics, wherein the plurality of portions bind a liquid with a polymer skeleton. It includes a gel structure and a solid scatterer.
  • the gel structure includes a polyacrylamide derivative represented by the following chemical formula.
  • R and R are hydrogen, an alkyl group having 20 or less carbon atoms, or an
  • the oxide fine particles include any one of titanium oxide, alumina oxide, and silicon oxide.
  • the solid scatterer includes at least one kind of metal particles.
  • the solid scatterer includes at least one kind of resin particles.
  • the resin particles include at least one of polyethylene particles, polyethylene hollow spheres, and polystyrene hollow spheres.
  • the living body simulation phantom according to the present invention includes a first portion, and a second portion provided in the first portion and having a different hardness and / or ultrasonic echo intensity from the first portion. And the first portion and the second portion form a gel structure by a covalent bond between polymer chains or a chemical bond having a strength corresponding to the covalent bond, and the gel structure It is characterized by including solid scatterers dispersed therein and having different hardness and ultrasonic echo intensity from each other.
  • the method for manufacturing a biological simulation phantom according to the present invention is provided in the first portion and the first portion, wherein the first portion has hardness and / or ultrasonic echo characteristics different from those of the first portion.
  • R and R are hydrogen, an alkyl group having 20 or less carbon atoms, or an
  • an ultrasonic echo intensity and hardness can be controlled, and a biological simulation phantom technology excellent in stability can be realized.
  • a female mold 1 (here, a rectangular parallelepiped) having a desired size and shape as shown in FIG. 1 and a phantom as shown in FIG.
  • a male mold 3 having a shape obtained by extending a desired planar shape (here, a circle) corresponding to a portion having different acoustic or elastic characteristics in the axial direction is prepared.
  • a desired planar shape here, a circle
  • FIG. 1 2-1, 2-2, and 2-3 are recesses for fixing the male mold 3 to the female mold 1 and are engaged with the fixing part 4.
  • the shape of the male mold 3 can also be configured so that the recess 2 and the end of the male mold 3 can be screwed to each other.
  • male type 3 was fixed to female type 1 (here, an example using three male types 3 is shown), and a 40% acrylamide stock solution (390 g of acrylamide 80 ml of 10 g of ⁇ , ⁇ '-methylenebisacrylamide in 1000 ml of distilled water and 12.5 g of fine particles of titanium oxide (for example, P-25 from Nippon Aerodil Co., Ltd.) are made up to 500 ml with distilled water. Degas with stirring for 30 minutes.
  • a 40% acrylamide stock solution 390 g of acrylamide 80 ml of 10 g of ⁇ , ⁇ '-methylenebisacrylamide in 1000 ml of distilled water and 12.5 g of fine particles of titanium oxide (for example, P-25 from Nippon Aerodil Co., Ltd.) are made up to 500 ml with distilled water. Degas with stirring for 30 minutes.
  • APS Ammonium PerSulfite
  • TEMED ⁇ , ⁇ , ⁇ ', ⁇ ',-Tetramethylethylenediamine
  • FIG. 4 shows an ultrasonic tomographic image (a) and an elasticity imaging image (b) of a biological simulated phantom according to the present invention prepared and prepared by changing the hardness while maintaining the same ultrasonic echo intensity as compared to the outside.
  • An example is shown below.
  • the higher the ultrasonic echo intensity the whiter the image.
  • the elastic imaging image the harder the image, the whiter the image.
  • the three circular regions with different brightness on the ultrasonic tomographic image were harder than the surroundings and almost the same in each case on the elasticity imaging image. From this result, it can be seen that the hardness and ultrasonic echo intensity can be controlled by the present phantom.
  • a polygon such as a triangle and a quadrangle, an ellipse, and the like can be used in addition to a circle.
  • acrylamide can be obtained by converting 2_ (dimethylamino) ethyl methacrylate, 2-dimethylaminoethynolemethacrylate, 2_acrylamide-2_methylpropanesulfonic acid, N-atalyloylaminoethoxyethanol, N-atalyloylaminopropanol, -A similar phantom could be prepared by changing to one of methylolatalinoleamide.
  • a similar phantom could be prepared by changing titanium oxide to at least one of silicon oxide, aluminum oxide, graphite, polystyrene fine particles, and polyethylene fine particles.
  • male type 3 was fixed to female type 1 (here, three male types 3 were used).
  • a 40% acrylamide stock solution (390 g of atalinoleamide, 10 g of ⁇ ) was used.
  • FIG. 5 shows an example of an ultrasonic tomographic image (a) and an elastic imaging image (b) of the created biological phantom of the present invention.
  • an ultrasonic tomographic image the higher the ultrasonic echo intensity, the whiter the image.
  • the elasticity imaging image the harder the image, the whiter the image.
  • Three circular regions with different brightness on the ultrasound tomographic image had the same hardness on the elasticity imaging image. From this result, it can be seen that the hardness and the ultrasonic echo intensity can be controlled by this phantom.
  • a polygon other than a circle a polygon such as a triangle and a quadrangle, an ellipse, and the like can be used.
  • acrylamide can be obtained by converting 2- (dimethylamino) ethyl methacrylate, 2_dimethylaminoethynolemethatalylate, 2_acrylamide-2_methylpropanesulfonic acid, N-atalyloyl
  • a similar phantom could be prepared by changing to one of aminoethoxyethanol, N-atalyloylaminopropanol, and N-methylolacrylamide.
  • a similar phantom could be prepared by changing titanium oxide to at least one of silicon oxide, aluminum oxide, graphite, polystyrene fine particles, and polyethylene fine particles.
  • a female mold 1 (here, a rectangular parallelepiped) having the desired size and shape as shown in FIG. 1 as in the two-dimensional display phantom, and FIG.
  • the male mold 5 was fixed to the female mold 1, and a 40% acrylamide stock solution (390 g of acrylamide, 10 g of ⁇ , ⁇ ′-methylenebisacrylamide was made up to 1000 ml with distilled water. 80 ml and 12.5 g of titanium oxide fine particles (Nippon Aerosil Co., Ltd., P-25) are made up to 500 ml with distilled water, and deaerated while stirring for 30 minutes.
  • a 40% acrylamide stock solution 390 g of acrylamide, 10 g of ⁇ , ⁇ ′-methylenebisacrylamide was made up to 1000 ml with distilled water.
  • 80 ml and 12.5 g of titanium oxide fine particles (Nippon Aerosil Co., Ltd., P-25) are made up to 500 ml with distilled water, and deaerated while stirring for 30 minutes.
  • Dispersion made up to 25 ml (B) Dispersion made up to 3 ml of acrylamide stock solution and 0.6 g of titanium oxide fine particles with distilled water to 25 ml with distilled water, (C) 3 ml of acrylamide stock solution and titanium oxide fine particles O.Olg with distilled water Degas the three types of dispersions, each of which was made up to 25 ml with stirring, while stirring each for 5 minutes, add 0.25 ml of APS and 0.01 ml of TEMDE, and add auxiliary males to each hole after the male mold 5 was removed. Cover with mold 6 and gel.
  • the auxiliary male mold 6 was removed and the dispersion of 4 ml of acrylamide stock solution and 12.5 g of titanium oxide fine particles in 25 ml of distilled water was removed while stirring for 5 minutes. Add 0.25 ml of APS and TEMDEO.Olml, cover and gel. After gelation, remove the gel from female mold 1. In this way, a three-dimensional display phantom can be manufactured.
  • a cone such as a triangular pyramid, a quadrangular pyramid, or a cone other than a sphere, It can be an ellipsoid or the like.
  • acrylamide can be obtained by converting 2- (dimethylamino) ethyl methacrylate, 2-dimethylaminoethyl methacrylate, 2-acrylamido-2-methylpropanesulfonic acid, N-atalyloylaminoethoxyethanol, N-atalyloylamino
  • a similar phantom could be prepared by changing to one of propanol and N-methylolacrylamide.
  • a similar phantom could be prepared by changing titanium oxide to at least one of silicon oxide, aluminum oxide, graphite, polystyrene fine particles, and polyethylene fine particles.
  • a two-dimensional elastic modulus distribution display phantom having a region inside which is harder than the surroundings and has the same ultrasonic brightness as the surroundings will be described.
  • a female mold 1 of the same type as in the first embodiment and a male mold 7 shown in Fig. 8 are used.
  • the male type 7 was fixed to the female type 1 and 80% of a 40% acrylamide stock solution (390 g of acrylamide, 10 g of N, N-methylenebisacrylamide made up to 1000 ml with distilled water) and acid 12.5 g of silicon silicide particles (Aerosil 200, manufactured by Nippon Aerosil Co., Ltd.) is made up to 500 ml with distilled water, and deaeration is performed for 30 minutes while stirring.
  • a 40% acrylamide stock solution 390 g of acrylamide, 10 g of N, N-methylenebisacrylamide made up to 1000 ml with distilled water
  • acid 12.5 g of silicon silicide particles (Aerosil 200, manufactured by Nippon Aerosil Co., Ltd.) is made up to 500 ml with distilled water, and deaeration is performed for 30 minutes while stirring.
  • FIG. 10 shows an ultrasonic tomographic image (a) and an elasticity imaging image (b) of the prepared gel.
  • acrylamide was prepared by converting 2- (dimethylamino) ethyl methacrylate, 2_dimethylaminoethynolemethatalylate, 2_acrylamido-2-methylpropanesulfonic acid, N-atalyloyl aminoethoxyethanol, N-atalyloyla Similar phantoms could be prepared by changing to one of minopropanol and N-methylolatalinoleamide. Also, the same phantom could be prepared by changing the silicon oxide to at least one of titanium oxide, aluminum oxide, graphite, polystyrene fine particles, and polyethylene fine particles.
  • the intensity and hardness of the ultrasonic echo can be controlled, and are used for evaluation of an elastic imaging apparatus, training of an operator, or demonstration of elastic imaging. be able to.
  • FIG. 1 is a view showing an example of a female mold used for manufacturing a biological simulation phantom according to a first embodiment of the present invention (Example 1).
  • FIG. 2 is a view showing an example of a male mold used for manufacturing a living body phantom according to the first embodiment of the present invention (Example 1).
  • FIG. 3 is a view showing an example of a combination of a female mold and a male mold used for manufacturing a living body phantom according to the first embodiment of the present invention (Example 1).
  • FIG. 4 is a view showing an example of an ultrasonic tomographic image ( a ) and an elasticity imaging image (b) of the biological simulation phantom according to the first embodiment of the present invention (Example 1).
  • FIG. 5 is a diagram showing an example of an ultrasonic tomographic image (a) and an elastic imaging image (b) of a biological simulation phantom according to a second embodiment of the present invention (Example 2).
  • FIG. 6 shows an auxiliary female mold used for manufacturing a biological simulation phantom according to a third embodiment of the present invention. (Example 3) which shows an example of Example.
  • FIG. 7 is a view showing an example of a combination of a female mold and an assisting male mold used for manufacturing a biological simulation phantom according to a third embodiment of the present invention (Example 3).
  • FIG. 8 is a view showing an example of a male mold used for manufacturing a biological simulation phantom according to a fourth embodiment of the present invention (Example 4).
  • FIG. 9 is a view showing an example of a combination of a female mold and a male mold used for manufacturing a biological simulation phantom according to a fourth embodiment of the present invention (Example 4).
  • FIG. 10 is a view showing an example of an ultrasonic tomographic image (a) and an elastic imaging image (b) of a living body simulating phantom according to a fourth embodiment of the present invention (Example 4).

Landscapes

  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • Biomedical Technology (AREA)
  • Biophysics (AREA)
  • Nuclear Medicine, Radiotherapy & Molecular Imaging (AREA)
  • Pathology (AREA)
  • Radiology & Medical Imaging (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Heart & Thoracic Surgery (AREA)
  • Medical Informatics (AREA)
  • Molecular Biology (AREA)
  • Surgery (AREA)
  • Animal Behavior & Ethology (AREA)
  • General Health & Medical Sciences (AREA)
  • Public Health (AREA)
  • Veterinary Medicine (AREA)
  • Ultra Sonic Daignosis Equipment (AREA)

Abstract

　超音波エコー強度および硬さを制御でき、安定性に優れた生体模擬ファントム技術を提供する。 　第１の部分と、前記第１の部分内に設けられ、前記第１の部分とは異なる硬さ及び又は超音波エコー強度を有する第２の部分とから構成され、かつ、前記第１の部分と前記第２の部分とは、高分子鎖同士の共有結合または共有結合に相当する強さの化学結合によるゲル構造をなし、前記ゲル構造内に分散された固体散乱体（例えば、金属酸化物微粒子）を含み、互いに異なる硬さおよび超音波エコー強度を有することを特徴とする。

Description

明 細 書
生体模擬ファントム
技術分野
[0001] 本発明は、医用画像診断技術に係り、特に、生体のずり弾性率 (硬さ）の違いを用 いて疾病の可視化等を行う医用画像診断装置に使用される生体模擬ファントムに関 する。
背景技術
[0002] X線 CT、 MRI、超音波診断装置などの画像診断モダリティが医療現場で必須のッ ールになって久しい。これらは、生体内での CT値、スピン緩和時間、音響インピーダ ンスの違いをそれぞれ画像化したものであり、これら物理的性質の違いが専ら生体の 構造 (かたち）を反映することから、「形態イメージング」と呼ばれる。これに対し、構造 的には同じ組織であっても機能的に異なる状態にある部位の画像化を行うものを「機 能イメージング」と呼ぶ。
[0003] 近年、 PET(Positron Emission Tomography)を用いた脳の状態の可視化や腫瘍部 位の可視化などが特に注目されている。 PETが放射性代謝関連分子を用い、分子 レベルでの機能イメージングを行うものであるのに対し、組織レベルでの機能ィメー ジングとして、組織中の硬さの違いを画像化する手法である弾性イメージングが挙げ られる。これは、医者の触診により得られる情報を診断装置を用いて得ようとするもの である。乳がんなどでしこりが早期発見につながるように、硬さはがん化などの組織性 状を反映する重要な要因である。微小部位の硬さが診断装置で画像化できれば、動 脈硬化の検查等、触診でわからない病態についても診断が可能となる。
[0004] 触診で調べられる硬さは、剛性率 (ずり弾性率）として表されるものである。この弾性 率をイメージングするためには、術者が体表からプローブを押し当て、体内組織の局 所的な変形率 (歪み）を求めて硬さ分布を得る手法が多く用レ、られる。ずり弾性率は 正確な測定が難しレ、物理量のひとつであり、また弾性イメージングがその真価を発揮 するの力 通常の診断画像で峻別が困難な早期の疾患であることから、弾性率の絶 対値でなく相対弾性率を求めることで、充分に疾病領域の可視化が可能であること から、臨床上は相対弾性率により診断を行う方式が主流である。
[0005] かかる弾性イメージングは、従来にない新たな診断手法を提供するものであり、そ の普及には術者のトレーニング、方式のデモンストレーション、あるいは方式の検討 などに、生体模擬ファントムが必要となる。
[0006] 従来知られている弾性イメージング用のファントムは、既に存在していた通常の超 音波断層イメージング用のものをベースにしており、寒天あるいはゼラチンといった高 分子を用いたゲルにグラフアイト等の粉体を混ぜた構造が基本となっている。ゲルは 、高分子の網目の中に溶媒分子が束縛された状態で存在する構造をしており、見か け上固体である。溶媒に水を用いたハイド口ゲルは、音響特性がほぼ水および生体 軟部組織と同じであり、音響的にはほぼ生体を模擬したものと考えることができる。か つ、ゲルは高分子の濃度などの生成条件を変えることによりその硬さを容易にコント ロールすることが可能であることから、ハイド口ゲルは弾性イメージング用ファントムの 素材として優れている。
[0007] 一般に、ハイド口ゲルを形成する高分子鎖と水との音響インピーダンスの違いはほ とんどなぐゲルのみでは、充分な超音波エコーを得ることができない。このため、上 述のごとぐグラフアイトのような音響インピーダンスが水と異なる粉体を混合すること で、粉体と水との境界からの超音波エコーによりゲル全体の超音波エコーをコント口 ール可能となる。以上のことを利用して、例えば、「1996 IEEE ULTRASONICS SYMPOSIUM, P.1193-1196Jに記載されているようにファントムが調製されている。
[0008] また、寒天あるいはゼラチンを用いるゲルは、熱可逆的ゲルと呼ばれ、加熱'冷却 によりゾル (流動性の高い状態）とゲル (流動性の低い状態）とに可逆的に変化する。 このように温度により状態が変化するゲルは網目同士が比較的緩く結合しているため 、機械的な強度が低い。
[0009] この解決策として、「特開平 8— 10254号公報」に記載されているように、ゲル調製 時に加熱'冷却過程を含むものの、得られるゲルの熱可逆性が低いポリビュルアルコ ールゲルを用いた方法が提案されてレ、る。
[0010] 非特許文献 1： 1996 IEEE ULTRASONICS SYMPOSIUM, p.1193- 1196
特許文献 1：特開平 8 - 10254号公報 発明の開示 発明が解決しょうとする課題
[0011] 熱可逆的ゲルの調製においては、散乱体をゲルに導入するのに、ゾルの状態すな わち高温の状態で行い、その後ゲル化のため冷却を行う必要がある。ゾルからゲル への転移は、寒天で約 30— 50°C、ゼラチンで約 20— 40°Cで生じ、散乱体をゾルに 導入する際にはゲル化温度より十分に高い 70°C程度の温度に保持する必要がある 。 70°C程度の高温では水の蒸気圧が高いため、蒸発が進み、濃度を正確にコント口 ールすることは困難である。また、特に硬いゲルを調製する際には高濃度の高分子 を用いる必要があることから、ゾルの粘性は高ぐこのような高粘性溶液に均一に粉 体を混合することは困難である。このため、熱可逆的ゲルを用いる場合には、再現性 が高く均一性の高い散乱体分散を得ることが困難で、そのため超音波エコー強度を コントロールすることが難しいという問題がある。
[0012] 機械的強度が低いという問題に対しては、上述した従来例（非特許文献 2)のような ポリビュルアルコールゲルを用いた方法が提案されている。寒天やゼラチン等の通 常の熱可逆性ゲルにおいては、ゾル状態からの温度低下による高分子の 3次元構造 変化により高分子同士の相互作用が生じることでゲル網目が形成される。これに対し て、ポリビュルアルコールゲルの場合には、ゾル状態から温度低下により溶液中の自 由水が凍結し、高分子鎖から水が離れることにより、ポリビュルアルコール分子同士 の距離が近づき分子間に水素結合が生じることによりゲル網目が形成される。このた め、再加熱 ·凍結を繰り返すことによりゲル網目が成長し強固なゲル構造になる。この ような原理により、ポリビニルアルコールゲルを素材とすることにより、寒天やゼラチン などの熱可逆性ゲルよりも機械的に強固なファントムを調製することが可能となる。
[0013] し力しながら、散乱体を均一に分散させることが困難であるという問題は、ポリビニ ルアルコールゲルを用いても解決しなレ、。さらに、ポリビュルアルコールゲルは、水素 結合という共有結合に比較すれば弱い結合により網目が形成されているため、完全 な熱可逆性ゲルに比べれば機械的強度が高いものの、経時的な変化を生じる。なお 、上述の寒天、ゼラチン、ポリビニルアルコールなどのゲルは、分子間相互作用ある いは水素結合という化学結合としては弱い結合により網目が形成される。このようなゲ ルを物理ゲルとよび、網目が共有結合などの強い結合によりなされるゲルを化学ゲ ノレとよぶ。
[0014] 以上述べたように、これまでに知られている弾性イメージング用ファントムでは、物 理ゲルを用レ、るために、散乱体の分散が不均一かつ再現性が低い、また機械的強 度が低く経時的安定性が悪レ、とレ、う課題を有してレ、た。
[0015] そこで、本発明は、上記の点に鑑みてなされたものであり、超音波エコー強度およ び硬さを制御でき、安定性に優れた生体模擬ファントム技術を提供することを目的と する。
課題を解決するための手段
[0016] 上記目的を達成するために、本発明者らは、化学ゲルを用い、高分子鎖同士の共 有結合あるいは共有結合に相当する強さの化学結合により網目構造をつくり、かつ 該高分子がモノマーの重合により得られる過程と高分子鎖同士を結合させ網目を形 成する過程とが同時に進行する調製方法で得られるゲルを用いることが有効であるこ とを見出した。
[0017] 高分子同士が共有結合で結びつくことにより、物理ゲルで問題になる安定性の低さ が解決される。さらに、重合過程と網目形成の過程とを同時に進行させることにより、 散乱体を粘性の低いモノマー（低分子)溶液に分散させることが可能となり、ゲル中 に均一でかつ再現性よく散乱体を分散させることが可能となる。さらに、物理ゲルと異 なり加熱'冷却過程を含まないため、散乱体濃度を厳密に設定することができる。
[0018] 本発明で用いる化学ゲルは、モノマーを重合させる際に同時に網目が形成される ことが肝要である。このようなゲルとして、高分子が下記に示す (化 1)の一般式 (ここ で、 R、 Rは、同一または異なってもよぐ水素、炭素数 20以下のアルキル基、また
1 2
は炭素数 20以下のアルキル基に水酸基、スルホン基、エーテル結合、窒素原子の 少なくとも一つが含まれている化学構造を示す。）で示されるポリアクリルアミド誘導体 を含むゲルが挙げられる。 [0019] [化 1]
~i CH2 - CHト
c=o \ 重合方法については、特に制限はなぐジビュル化合物の存在下による付加重合 反応および多官能性化合物の縮重合反応のいずれを用いてもかまわない。本発明 におけるゲルの調製に用いられる重合反応としては、重縮合反応、熱重合反応、放 射線重合反応、光重合反応、プラズマ重合反応などが例として挙げられる。特に、取 り扱いの容易さから、官能基を二つ以上含む高分子鎖の主成分の原料となるモノマ 一と官能基を三つ以上含む架橋用モノマーの混合溶液に重合開始剤 (場合によつ ては、重合促進剤）を添加する手法が好ましい。架橋用モノマーは、高分子鎖の主 成分となるモノマーに応じて選択するが、上述のポリアクリルアミド誘導体のモノマー を用いる場合には Ν,Ν'-メチレンビス（アクリルアミド）が特に適している。
[0020] また、前記目的を達成するために、散乱体としてグラフアイトなどの粉体ではなぐよ り粒径の小さい微粒子を用いることも有効である。これは、ゲルィ匕は瞬間的に行うこと は難しいため、超音波断層像用ファントムで用いられるグラフアイト粉末のような粒径 力 S10ミクロンを超える粒子では、ゲル化の過程で沈降が無視できなくなるからである
。物理ゲルでは高粘性の高分子溶液に粉体を混ぜるためある程度沈降が予防でき るが、化学ゲルでは粘性が低いモノマー溶液に散乱体を混ぜてゲルィ匕を行うため、 特に沈降を防ぐことが肝要となる。球形'単一分散を仮定した場合、流体中の粒子の 沈降速度は、スト一タスの式、
Figure imgf000006_0001
(V:沈降速度、 g :重力加速度、 p s :粒子密度、 ^) 0 :溶媒密度、（1 :粒子直径、 ：溶 媒の粘性率）
に従って求められる。例えば、直径 40ミクロンで比重力 の粒子の水中での沈降速 度は 1·6 μ ΐη/3となる。ゲルイ匕に 10分力かるとすると、その間に 6cm程度沈降してし まう。これに対して、直径が 4ミクロンの場合には、 16nm/sの沈降速度であり、 10分 間での沈降距離は約 0.6mmとほぼ無視できる。ファントムの形状 '大きさによりゲル 化時間は変化するため、最適な散乱体の大きさは目的とするファントムにより異なる。 散乱体として用いることのできる固体粒子である金属、金属酸化物、炭素粒子、球状 高分子の比重は、概ね 1一 5の範囲である。このことから、直径が 5ミクロンサイズ以下 の微粒子を用いることにより、ゲルィ匕時間の最短時間と考えられる 1分間において沈 降距離力 lmm程度であれば充分均一な散乱体分散が可能である。本発明におい て用いる散乱体は、水溶性の低い固体であれば素材に特に制限はないが、機械的 安定性から、酸化チタン、酸化アルミナ、酸化シリコンなどの酸化物微粒子、タンダス テン、ニッケル、モリブデンなどの金属微粒子、ポリエチレン粒子、ポリエチレン中空 球、ポリスチレン中空球などの樹脂製粒子などが好ましい。
[0021] 以下、本発明の代表的な構成例について、列挙する。
[0022] (1)本発明の生体模擬ファントムは、硬さおよび超音波エコー特性の異なる複数の 部分より構成される生体模擬ファントムにおいて、前記複数の部分が、高分子骨格に より液体を束縛したゲル構造を含み、かつ、固体散乱体を含むことを特徴とする。
[0023] (2)前記（1)の生体模擬ファントムにおいて、前記複数の部分が、化学結合により 架橋された不可逆ゲルを含むことを特徴とする。
[0024] (3)前記（2)の生体模擬ファントムにおレ、て、前記ゲル構造が、下記の化学式で示 されるポリアクリルアミド誘導体を含むことを特徴とする。
[0025] [化 2]
"~f CH2— CHト
し— (^
Figure imgf000007_0001
(ここで、 R、 Rは、水素、炭素数 20以下のアルキル基、または炭素数 20以下のァ
1 2
ルキル基に水酸基、スルホン基、エーテル結合、窒素原子の少なくとも一つが含まれ ている化学構造を示す。） (4)前記（1)の生体模擬ファントムにおいて、前記固体散乱体が、少なくとも一種類 の酸化物微粒子を含むことを特徴とする。
[0026] (5)前記 (4)の生体模擬ファントムにおレ、て、前記酸化物微粒子が、酸化チタン、 酸化アルミナ、酸化シリコンのうちいずれか一つを含むことを特徴とする。
[0027] (6)前記（1)の生体模擬ファントムにおいて、前記固体散乱体が、少なくとも一種類 の金属粒子を含むことを特徴とする。
[0028] (7)前記（1)の生体模擬ファントムにおいて、前記固体散乱体が、少なくとも一種類 の樹脂粒子を含むことを特徴とする。
[0029] (8)前記（7)の生体模擬ファントムにおレ、て、前記樹脂粒子が、ポリエチレン粒子、 ポリエチレン中空球、ポリスチレン中空球の少なくともひとつを含むことを特徴とする。
[0030] (9)本発明の生体模擬ファントムは、第 1の部分と、前記第 1の部分内に設けられ、 前記第 1の部分とは異なる硬さ及び又は超音波エコー強度を有する第 2の部分とか ら構成され、かつ、前記第 1の部分と前記第 2の部分とは、高分子鎖同士の共有結合 または共有結合に相当する強さの化学結合によるゲル構造をなし、前記ゲル構造内 に分散された固体散乱体を含み、互いに異なる硬さおよび超音波エコー強度を有す ることを特 ί数とする。
[0031] (10)本発明の生体模擬ファントムの製造方法は、第 1の部分と、前記第 1の部分内 に設けられ、前記第 1の部分とは異なる硬さ及び又は超音波エコー特性を有する第 2 の部分とを有する生体模擬ファントムを製造する生体模擬ファントムの製造方法にお いて、前記第 2の部分に相当する雄型が組み込まれた前記第 1の部分に相当する雌 型内で、取り込まれた下記の化学式で示されるポリアクリルアミド誘導体および金属 酸化物微粒子を含む溶液をゲル化する工程と、前記雌型内に形成された前記第 1の 部分から前記雄型を除去する工程と、前記雄型が除去された後の前記雌型の孔内 に、下記の化学式で示されるポリアクリルアミド誘導体および金属酸化物微粒子を含 む分散液を注ぎ込んでゲル化し、前記第 2の部分を形成する工程と、前記雌型から 前記第 1の部分及び前記第 2の部分よりなるゲルを取り出す工程とを含むことを特徴 とする。 [0032] [化 3]
- CH2 -.CH ^ 人
(ここで、 R、 Rは、水素、炭素数 20以下のアルキル基、または炭素数 20以下のァ
1 2
ルキル基に水酸基、スルホン基、エーテル結合、窒素原子の少なくとも一つが含まれ ている化学構造を示す。）
発明の効果
[0033] 本発明によれば、超音波エコー強度および硬さを制御でき、安定性に優れた生体 模擬ファントム技術を実現できる。
発明を実施するための最良の形態
[0034] 以下、本発明の実施例について、図面を参照して詳述する。
[0035] (実施例 1)
本発明の第 1の実施例として、内部に硬く超音波輝度の異なる複数領域を有する 2 次元弾性率分布表示用ファントムの例について説明する。
[0036] 2次元表示用ファントムの製造にあたっては、図 1のようなファントムとして所望され る大きさ'形状の雌型 1 (ここでは、直方体）、および、図 2に示すように、ファントム内 にて音響あるいは弾性特性の異なる部分に相当する所望の平面形状 (ここでは、円） を軸方向に伸ばした形状の雄型 3を準備する。図 1中、 2—1、 2—2、 2— 3は、雄型 3を 雌型 1に固定するくぼみであり、固定部 4とかみ合わせになっている。雄型 3の形状に よってくぼみ 2および雄型 3の端とを互いにねじ止めできるよう構成することもできる。
[0037] 次に、図 3に示すように、雄型 3を雌型 1に固定し (ここでは、雄型 3を 3個用いた例 を示す。）、 40%アクリルアミドストック溶液（390gのアクリルアミド、 10gの Ν,Ν'—メチ レンビスアクリルアミドを蒸留水で 1000mlとしたもの） 80ml、および酸化チタン微粒 子（例えば、 日本ァェロジル社製、 P— 25) 12.5gを蒸留水で 500mlにメスアップし、 撹拌しながら脱気を 30分間行う。 10%APS (Ammonium PerSulfite)水溶液 5m 1および TEMED (Ν,Ν,Ν',Ν',-Tetramethylethylenediamine) 0.2mlをカ卩え、す ばやくかつ泡が立たないよう静かに雌型 1に注ぎ込み、ふたをしてゲルイ匕させる。こ の際、重合反応に伴う発熱による温度上昇を防止するため、容器全体を氷温に保つ た。ゲル化を確認した後、雄型 3を静かに除去する。
[0038] 続いて、（A)アクリルアミドストック溶液 9mlおよび酸化チタン微粒子 lgを蒸留水で
25mlにメスアップした分散液、（B)アクリルアミドストック溶液 9mlおよび酸化チタン 微粒子 0.6gを蒸留水で 25mlにメスアップした分散液分散液、（C)アクリルアミドスト ック溶液 9mlおよび酸化チタン微粒子 O.Olgを蒸留水で 25mlにメスアップした分散 液、の 3種類の分散液を各々 5分間撹拌しながら脱気し、 APSO.25mlおよび TEM DEO.Olmlを加え、雄型 3の抜けたあとの孔ひとつひとつに（A)、（B)、（C)をそれぞ れを注ぎ込む。ふたをしてゲルィ匕させ、ゲル化終了後雌型 1からゲルを取り出す。こ のようにして、 2次元表示用ファントムが製造できる。
[0039] 図 4に、外側に比べて超音波エコー強度は同一で硬さを変化させて調製し作成し た本発明による生体模擬ファントムの超音波断層像 (a)および弾性イメージング像 (b )の一例を示す。超音波断層像では、超音波エコー強度が大きいほど白ぐまた、弾 性イメージング像では硬いほど白く表示されている。超音波断層像上では輝度の異 なる 3つの円状領域が、弾性イメージング像ではまわりよりも硬ぐかつそれぞれほぼ 同じ硬さであった。この結果から、本ファントムにより硬さおよび超音波エコー強度が コントロール可能であることがわかる。
[0040] 雄型として、円以外に三角、四角形などの多角形、楕円形などを用いることができる 。また、アクリルアミドを、メタクリル酸 2_ (ジメチルァミノ）ェチル、 2—ジメチルアミノエ チノレメタタリレート、 2_アクリルアミドー 2_メチルプロパンスルホン酸、 N—アタリロイル アミノエトキシエタノール、 N—アタリロイルァミノプロパノール、 N—メチロールアタリノレ アミドのうちの一つに変えても同様のファントムが調製可能であった。また、酸化チタ ンを、酸化シリコン、酸化アルミ、グラフアイト、ポリスチレン微粒子、ポリエチレン微粒 子の少なくともひとつと変えても、同様のファントムが調製可能であった。
[0041] (実施例 2)
本発明の第 2の実施例として、内部に周囲と硬さが同じで超音波輝度の異なる複数 領域を有する 2次元弾性率分布表示用ファントムの例について説明する。
[0042] 第 1の実施例と同型の雌型 1および雄型 2を用いる。図 3に示すように、雄型 3を雌 型 1に固定し (ここでは、雄型 3を 3個用いた例を示す。）、 40%アクリルアミドストック 溶液（390gのアタリノレアミド、 10gの Ν,Ν'—メチレンビスアクリルアミドを蒸留水で 100 0mlとしたもの） 80mlおよび酸化チタン微粒子（例えば、 日本ァェロジル社製、 P-2 5) 12.5gを蒸留水で 500mlにメスアップし、撹拌しながら脱気を 30分間行う。 10% A PS (Ammonium PerSumte)水溶液5mlぉょびTEMED (N,N,N，,N，,—Tetram ethylethylenediamine) 0.2mlを加え、すばやくかつ泡が立たないよう静かに雌型 1に注ぎ込み、ふたをしてゲル化させる。この際、重合反応に伴う発熱による温度上 昇を防止するため、容器全体を氷温に保った。ゲル化を確認した後、雄型 3を静かに 除去する。
[0043] 続いて、（A)アクリルアミドストック溶液 3mlおよび酸化チタン微粒子 lgを蒸留水で
25mlにメスアップした分散液、（B)アクリルアミドストック溶液 3mlおよび酸化チタン 微粒子 0.6gを蒸留水で 25mlにメスアップした分散液分散液、（C)アクリルアミドスト ック溶液 3mlおよび酸化チタン微粒子 O.Olgを蒸留水で 25mlにメスアップした分散 液、の 3種類の分散液を各々 5分間撹拌しながら脱気し、 APS0.25mlおよび TEM DEO.Olmlを加え、雄型 3の抜けたあとの孔ひとつひとつに（A)、（B)、（C)をそれぞ れを注ぎ込む。ふたをしてゲルィ匕させ、ゲル化終了後雌型 1からゲルを取り出す。こ のようにして、 2次元表示用ファントムが製造できる。
[0044] 図 5に、作成した本発明の生体ファントムの超音波断層像（a)および弾性イメージン グ像 (b)の例を示す。超音波断層像では、超音波エコー強度が大きいほど白ぐまた 、弾性イメージング像では硬いほど白く表示されている。超音波断層像上では輝度 の異なる 3つの円状領域が、弾性イメージング像では同じ硬さであった。この結果か ら、本ファントムにより硬さおよび超音波エコー強度がコントロール可能であることがわ かる。
[0045] 雄型として、円以外に三角、四角形などの多角形、楕円形などを用いることができる 。また、アクリルアミドを、メタクリル酸 2—(ジメチルァミノ）ェチル、 2_ジメチルアミノエ チノレメタタリレート、 2_アクリルアミドー 2_メチルプロパンスルホン酸、 N—アタリロイル アミノエトキシエタノール、 N—アタリロイルァミノプロパノール、 N-メチロールアクリル アミドのうちの一つに変えても同様のファントムが調製可能であった。また、酸化チタ ンを、酸化シリコン、酸化アルミ、グラフアイト、ポリスチレン微粒子、ポリエチレン微粒 子の少なくとも一つと変えても、同様のファントムが調製可能であった。
[0046] (実施例 3)
本発明の第 3の実施例として、 3次元弾性率分布表示用ファントムについて説明す る。
[0047] 3次元表示用ファントムの製造にあたっては、 2次元表示用ファントムと同じぐ図 1 のようなファントムとして所望される大きさ'形状の雌型 1 (ここでは直方体）、および図 6に示すようなファントム内にて音響あるいは弾性特性の異なる部分に相当する所望 の立体形状 (ここでは球）を形成するための雄型 5および補助雄型 6を準備する。
[0048] 次に、図 7に示すように雄型 5を雌型 1に固定し、 40%アクリルアミドストック溶液（3 90gのアクリルアミド、 10gの Ν,Ν'—メチレンビスアクリルアミドを蒸留水で 1000mlとし たもの） 80mlおよび酸化チタン微粒子（日本ァエロジル社製、 P—25) 12.5gを蒸留 水で 500mlにメスアップし、撹拌しながら脱気を 30分間行う。 10%APS (Ammoniu m PerSulfite)水溶液 5mlおよび TEMED (Ν,Ν,Ν',Ν',-Tetramethylethylene diamine) 0.2mlを加え、すばやくかつ泡が立たないよう静かに雌型 1に注ぎ込み、 ふたをしてゲルイ匕させる。この際、重合反応に伴い発熱が生じる場合などには、あら 力じめ雌型 1を冷却することができる。ゲル化を確認した後、雄型 5を静かに除去する
[0049] 続いて、（A)アクリルアミドストック溶液 3mlおよび酸化チタン微粒子 lgを蒸留水で
25mlにメスアップした分散液、（B)アクリルアミドストック溶液 3mlおよび酸化チタン 微粒子 0.6gを蒸留水で 25mlにメスアップした分散液、（C)アクリルアミドストック溶液 3mlおよび酸化チタン微粒子 O.Olgを蒸留水で 25mlにメスアップした分散液、の 3 種類の分散液を各々 5分間撹拌しながら脱気し、 APS0.25mlおよび TEMDE0.01 mlを加え、雄型 5の抜けたあとの孔ひとつひとつに補助雄型 6をかぶせゲル化させる 。ゲルィ匕終了後、補助雄型 6の抜けた後にアクリルアミドストック溶液 4mlおよび酸化 チタン微粒子 12.5gを蒸留水 25mlにメスアップした分散液を 5分間撹拌しながら脱 気し、 APS0.25mlおよび TEMDEO.Olmlを加え、ふたをしてゲル化させる。ゲル化 終了後、雌型 1からゲルを取り出す。このようにして、 3次元表示用ファントムが製造で きる。
[0050] 雄型 5および補助雄型 6との組み合わせにより、ファントム内にて他の部位と音響- 弾性特性の異なる部位として、球形以外に三角錐、四角錐、あるいは円錐などの錐 体、回転楕円体などとすることができる。また、アクリルアミドを、メタクリル酸 2— (ジメ チルァミノ）ェチル、 2—ジメチルアミノエチルメタタリレート、 2_アクリルアミドー 2—メチ ルプロパンスルホン酸、 N—アタリロイルアミノエトキシエタノール、 N—アタリロイルアミ ノプロパノール、 N—メチロールアクリルアミドのうちの一つに変えても同様のファントム が調製可能であった。また、酸化チタンを、酸化シリコン、酸化アルミ、グラフアイト、ポ リスチレン微粒子、ポリエチレン微粒子の少なくとも一つと変えても、同様のファントム が調製可能であった。
[0051] (実施例 4)
本発明の第 4の実施例として、内部に周囲より硬く超音波輝度がまわりと同じ領域を 有する 2次元弾性率分布表示用ファントムについて説明する。
[0052] 第 1の実施例と同型の雌型 1、および図 8に示す雄型 7を用いる。図 9に示すように 、雄型 7を雌型 1に固定し、 40%アクリルアミドストック溶液（390gのアクリルアミド、 10 gの N，Nしメチレンビスアクリルアミドを蒸留水で 1000mlとしたもの） 80mlおよび酸 化シリコン微粒子（日本ァエロジル社製、 Aerosil200) 12.5gを蒸留水で 500mlにメ スアップし、撹拌しながら脱気を 30分間行う。 10%APS (Ammonium PerSulfite )水溶液5mlぉょびTEMED (N,N,N',N'，—Tetramethylethylenediamine) 0.2 mlをカ卩え、すばやくかつ泡が立たないよう静かに雌型 1に注ぎ込み、ふたをしてゲノレ 化させる。この際、重合反応に伴う発熱による温度上昇を防止するため、容器全体を 氷温に保った。ゲル化を確認した後、雄型 7を静かに除去する。アクリルアミドストック 溶液 3mlおよび酸化シリコン微粒子 0.6gを蒸留水で 25mlにメスアップした分散液分 散液を 5分間撹拌しながら脱気し、 APS0.25mlおよび TEMDEO.Olmlを加え、雄 型 7の抜けたあとの孔に注ぎ込む。ふたをしてゲル化させ、ゲルィ匕終了後雌型 1から ゲルを取り出す。このようにして、 2次元表示用ファントムが製造できる。 [0053] 図 10に、作成したゲルの超音波断層像（a)および弾性イメージング像 (b)を示す。 超音波断層像では、超音波エコー強度が大きいほど白ぐまた、弾性イメージング像 では硬いほど白く表示されている。超音波断層像上では輝度はすべての領域にお いてほぼ同一であるが、弾性イメージでは星型の硬い領域が描出されている。この結 果から本ファントムにより、硬さおよび超音波エコー強度がコントロール可能であること 力 わ力、る。
[0054] また、アクリルアミドを，メタクリル酸 2—(ジメチルァミノ）ェチル、 2_ジメチルアミノエ チノレメタタリレート、 2_アクリルアミドー 2_メチルプロパンスルホン酸、 N—アタリロイル アミノエトキシエタノール、 N—アタリロイルァミノプロパノール、 N—メチロールアタリノレ アミドのうちの一つに変えても同様のファントムが調製可能であった。また、酸化シリコ ンを、酸化チタン、酸化アルミ、グラフアイト、ポリスチレン微粒子、ポリエチレン微粒子 の少なくとも一つと変えても、同様のファントムが調製可能であった。
産業上の利用可能性
[0055] 以上のように、本発明の生体模擬ファントムによれば、超音波エコー強度および硬 さを制御可能であり、弾性イメージング用装置の評価、術者のトレーニング、あるいは 弾性イメージングのデモンストレーションに供することができる。
図面の簡単な説明
[0056] [図 1]本発明の第 1の実施例における生体模擬ファントムの製造に使用する雌型の一 例を示す図（実施例 1)。
[図 2]本発明の第 1の実施例における生体ファントムの製造に使用する雄型の一例を 示す図 (実施例 1)。
[図 3]本発明の第 1の実施例における生体ファントムの製造に使用する雌型と雄型と の組み合わせの一例を示す図（実施例 1)。
[図 4]本発明の第 1の実施例による生体模擬ファントムの超音波断層像 (a)および弾 性イメージング像 (b)の例を示す図（実施例 1)。
[図 5]本発明の第 2の実施例による生体模擬ファントムの超音波断層像 (a)および弾 性イメージング像 (b)の例を示す図（実施例 2)。
[図 6]本発明の第 3の実施例における生体模擬ファントムの製造に使用する補助雌型 の一例を示す図（実施例 3)。
[図 7]本発明の第 3の実施例における生体模擬ファントムの製造に使用する雌型と補 助雄型との組み合わせの一例を示す図（実施例 3)。
[図 8]本発明の第 4の実施例における生体模擬ファントムの製造に使用する雄型の一 例を示す図（実施例 4)。
[図 9]本発明の第 4の実施例における生体模擬ファントムの製造に使用する雌型と雄 型との組み合わせの一例を示す図（実施例 4)。
[図 10]本発明の第 4の実施例による生体模擬ファントムの超音波断層像（a)および弾 性イメージング像 (b)の例を示す図（実施例 4)。
符号の説明
1…ファントム製造用雌型、
2…雄型はめ込み用くぼみ、
3…ファントム製造用雄型、
4…雌型とはめ合わせるための固定部、
5…ファントム製造用雄型、
6…ファントム製造用補助雄型、
7…ファントム製造用星型雄型。

Claims

請求の範囲
[1] 硬さおよび超音波エコー特性の異なる複数の部分より構成される生体模擬ファント ムにおいて、前記複数の部分が、高分子骨格により液体を束縛したゲル構造を含み 、かつ、固体散乱体を含むことを特徴とする生体模擬ファントム。
[2] 請求項 1に記載の生体模擬ファントムにおいて、前記複数の部分が、化学結合によ り架橋された不可逆ゲルを含むことを特徴とする生体模擬ファントム。
[3] 請求項 2に記載の生体模擬ファントムにおいて、前記ゲル構造が、下記の化学式 で示されるポリアクリルアミド誘導体を含むことを特徴とする生体模擬ファントム。
[化 1]
-f CH2 -.CH ^
c=o
！
(ここで、 R、 Rは、水素、炭素数 20以下のアルキル基、または炭素数 20以下のァ
1 2
ルキル基に水酸基、スルホン基、エーテル結合、窒素原子の少なくとも一つが含まれ ている化学構造を示す。）
[4] 請求項 1に記載の生体模擬ファントムにおいて、前記固体散乱体が、少なくとも一 種類の酸化物微粒子を含むことを特徴とする生体模擬ファントム。
[5] 請求項 4に記載の生体模擬ファントムにおいて、前記酸化物微粒子が、酸化チタン
、酸化アルミナ、酸化シリコンのうちいずれか一つを含むことを特徴とする生体模擬フ アントム。
[6] 請求項 1に記載の生体模擬ファントムにおいて、前記固体散乱体が、少なくとも一 種類の金属粒子を含むことを特徴とする生体模擬ファントム。
[7] 請求項 1に記載の生体模擬ファントムにおいて、前記固体散乱体が、少なくとも一 種類の樹脂粒子を含むことを特徴とする生体模擬ファントム。
[8] 請求項 7に記載の生体模擬ファントムにおいて、前記樹脂粒子が、ポリエチレン粒 子、ポリエチレン中空球、ポリスチレン中空球の少なくともひとつを含むことを特徴と する生体模擬ファントム。
[9] 第 1の部分と、前記第 1の部分内に設けられ、前記第 1の部分とは異なる硬さ及び 又は超音波エコー強度を有する第 2の部分とから構成され、かつ、前記第 1の部分と 前記第 2の部分とは、高分子鎖同士の共有結合または共有結合に相当する強さの 化学結合によるゲル構造をなし、前記ゲル構造内に分散された固体散乱体を含み、 互いに異なる硬さおよび超音波エコー強度を有することを特徴とする生体模擬ファン トム。
[10] 第 1の部分と、前記第 1の部分内に設けられ、前記第 1の部分とは異なる硬さ及び 又は超音波エコー特性を有する第 2の部分とを有する生体模擬ファントムを製造する 生体模擬ファントムの製造方法において、前記第 2の部分に相当する雄型が組み込 まれた前記第 1の部分に相当する雌型内で、取り込まれた下記の化学式で示される ポリアクリルアミド誘導体および金属酸化物微粒子を含む溶液をゲル化する工程と、 前記雌型内に形成された前記第 1の部分から前記雄型を除去する工程と、前記雄型 が除去された後の前記雌型の孔内に、下記の化学式で示されるポリアクリルアミド誘 導体および金属酸化物微粒子を含む分散液を注ぎ込んでゲル化し、前記第 2の部 分を形成する工程と、前記雌型から前記第 1の部分及び前記第 2の部分よりなるゲル を取り出す工程とを含むことを特徴とする生体模擬ファントムの製造方法。
[化 2] つ— CHト
c=o
. 人
(ここで、 R 、 Rは、水素、炭素数 20以下のアルキル基、または炭素数 20以下のァ
1 2
ルキル基に水酸基、スルホン基、エーテル結合、窒素原子の少なくとも一つが含まれ ている化学構造を示す。）
PCT/JP2004/018552 2004-05-11 2004-12-13 生体模擬ファントム WO2005107599A1 (ja)

Priority Applications (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2006512916A JP4648310B2 (ja) 2004-05-11 2004-12-13 生体模擬ファントム及びその製造方法
US11/596,044 US7943231B2 (en) 2004-05-11 2004-12-13 Organism simulative phantom

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2004140811 2004-05-11
JP2004-140811 2004-05-11

Publications (1)

Publication Number Publication Date
WO2005107599A1 true WO2005107599A1 (ja) 2005-11-17

Family

ID=35320004

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
PCT/JP2004/018552 WO2005107599A1 (ja) 2004-05-11 2004-12-13 生体模擬ファントム

Country Status (3)

Country Link
US (1) US7943231B2 (ja)
JP (1) JP4648310B2 (ja)
WO (1) WO2005107599A1 (ja)

Cited By (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP2281508A1 (en) * 2008-04-25 2011-02-09 Hitachi Medical Corporation Ultrasonic diagnostic device
JP2013056100A (ja) * 2011-09-09 2013-03-28 Canon Inc 光音響整合材
WO2013077077A1 (ja) * 2011-11-22 2013-05-30 株式会社アドバンテスト 生体光計測用ファントム、ファントム積層体およびファントムの製造方法
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
EP3496073A1 (en) 2017-12-07 2019-06-12 Ricoh Company, Ltd. Ultrasonic inspection phantom and method of manufacturing same
JP2021525157A (ja) * 2018-05-21 2021-09-24 ビオモデックス エス エイ エスＢｉｏｍｏｄｅｘ Ｓ．Ａ．Ｓ． エコー源性器官レプリカおよび付加的製造システムを使用した製造方法

Families Citing this family (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20100047752A1 (en) * 2006-12-21 2010-02-25 Koninklijke Philips Electronics N.V. Anatomically and functionally accurate soft tissue phantoms and method for generating same
US9643029B2 (en) 2013-09-26 2017-05-09 Varian Medical Systems International Ag Dosimetric end-to-end verification devices, systems, and methods
US9655594B2 (en) * 2013-12-17 2017-05-23 Seno Medical Instruments, Inc. Methods and compositions for tissue-equivalent opto-acoustic phantoms
ITRM20130701A1 (it) * 2013-12-20 2015-06-21 I R C C S Ct Neurolesi Bonino Pulejo Struttura di fantoccio universale per controlli di qualita' in tomografia computerizzata e risonanza magnetica
US10925579B2 (en) 2014-11-05 2021-02-23 Otsuka Medical Devices Co., Ltd. Systems and methods for real-time tracking of a target tissue using imaging before and during therapy delivery
CN109674489A (zh) * 2018-12-11 2019-04-26 中国科学院声学研究所 一种检测医用超声仪器三维成像性能的仿组织体模
US11375985B2 (en) * 2019-05-03 2022-07-05 Arizona Board Of Regents On Behalf Of The University Of Arizona Systems and methods for an ultrasound-guided percutaneous nephrostomy model
US11181601B1 (en) * 2020-05-19 2021-11-23 Wisconsin Alumni Research Foundation Systems and methods for magnetic resonance phantoms
ES2958163A1 (es) * 2022-07-05 2024-02-02 Consejo Superior Investigacion Uso de material compuesto como tejido u órgano artificial para probar el rendimiento de un aparato de diagnóstico por ultrasonido

Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH0810254A (ja) * 1994-06-29 1996-01-16 Fujitsu Ltd 超音波ファントム及びその製造方法
JP2002360572A (ja) * 2001-06-08 2002-12-17 Kawasumi Lab Inc 超音波ファントム及びその製造方法

Family Cites Families (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4624143A (en) * 1985-03-22 1986-11-25 Sri International Ultrasonic reflex transmission imaging method and apparatus with external reflector
DE3614142C2 (de) * 1985-04-26 1996-03-28 Toshiba Kawasaki Kk Verwendung eines Materials für die Diagnose durch Kernresonanz-Spektroskopie
US20020170339A1 (en) * 2001-05-16 2002-11-21 Medson Ltd. Ultrasound phantom simulating hard and soft tissue of a vertebrate and methods of production and use thereof

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH0810254A (ja) * 1994-06-29 1996-01-16 Fujitsu Ltd 超音波ファントム及びその製造方法
JP2002360572A (ja) * 2001-06-08 2002-12-17 Kawasumi Lab Inc 超音波ファントム及びその製造方法

Non-Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
NEGRON L.A. ET AL: "Development and Characterization of a Vitreous Mimicking Material for Radiation Force Imaging.", IEEE TRANS ULTRASON FERROELECTR FREQ CONTROL., vol. 11, 2004, pages 1543 - 1551, XP002983793 *
SHIINA T. ET AL: "Fukugo Jiko Sokanho ni yoru Jitsujikan Tissue Elasticity Imaging.", JOUNAL OF MEDICAL ULTRASONICS., vol. 26, no. 2, 15 February 1999 (1999-02-15), pages 57 - 66, XP002974145 *
UEBA S. ET AL: "Ryushi Kongo Zairyochu no Choonpa Denpan Tokusei.", THE ACOUSTICAL SOCIETY OF JAPAN (ASJ)., 24 September 1998 (1998-09-24), pages 1103 - 1104, XP002997101 *
VIOLA F. ET AL: "Shear strain elastography.", PROC IEEE ULTRASON SYMP., vol. 2, 11 October 2002 (2002-10-11), pages 1907 - 1911, XP002983792 *
WAKI Y. ET AL: "Real-time Tissue Elastography Yo Phantom no Kaihatsu.", JOURNAL OF MEDICAL ULTRASONICS., 15 May 2004 (2004-05-15), pages S112 *

Cited By (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP2281508A1 (en) * 2008-04-25 2011-02-09 Hitachi Medical Corporation Ultrasonic diagnostic device
EP2281508A4 (en) * 2008-04-25 2011-11-23 Hitachi Medical Corp ULTRASONIC DIAGNOSTIC DEVICE
US8845538B2 (en) 2008-04-25 2014-09-30 Hitachi Medical Corporation Ultrasonic diagnostic apparatus
JP2013056100A (ja) * 2011-09-09 2013-03-28 Canon Inc 光音響整合材
WO2013077077A1 (ja) * 2011-11-22 2013-05-30 株式会社アドバンテスト 生体光計測用ファントム、ファントム積層体およびファントムの製造方法
JPWO2013077077A1 (ja) * 2011-11-22 2015-04-27 株式会社アドバンテスト 生体光計測用ファントム、ファントム積層体およびファントムの製造方法
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
EP3496073A1 (en) 2017-12-07 2019-06-12 Ricoh Company, Ltd. Ultrasonic inspection phantom and method of manufacturing same
US11076839B2 (en) 2017-12-07 2021-08-03 Ricoh Company, Ltd. Ultrasonic inspection phantom and method of manufacturing same
JP2021525157A (ja) * 2018-05-21 2021-09-24 ビオモデックス エス エイ エスＢｉｏｍｏｄｅｘ Ｓ．Ａ．Ｓ． エコー源性器官レプリカおよび付加的製造システムを使用した製造方法

Also Published As

Publication number Publication date
US7943231B2 (en) 2011-05-17
US20080261009A1 (en) 2008-10-23
JP4648310B2 (ja) 2011-03-09
JPWO2005107599A1 (ja) 2008-03-21

Similar Documents

Publication Publication Date Title
WO2005107599A1 (ja) 生体模擬ファントム
Mohagheghian et al. Quantifying compressive forces between living cell layers and within tissues using elastic round microgels
Farrer et al. Characterization and evaluation of tissue-mimicking gelatin phantoms for use with MRgFUS
Culjat et al. A review of tissue substitutes for ultrasound imaging
Bootsma et al. 3D printing of an interpenetrating network hydrogel material with tunable viscoelastic properties
Chatelin et al. Anisotropic polyvinyl alcohol hydrogel phantom for shear wave elastography in fibrous biological soft tissue: a multimodality characterization
Dabbagh et al. Tissue-mimicking gel phantoms for thermal therapy studies
US20240081941A1 (en) Ultrasound responsive micro-composite markers
Ghugare et al. Temperature-sensitive poly (vinyl alcohol)/poly (methacrylate-co-N-isopropyl acrylamide) microgels for doxorubicin delivery
Basu et al. Catalytically initiated gel-in-gel printing of composite hydrogels
Chen et al. Acoustic characterization of tissue-mimicking materials for ultrasound perfusion imaging research
Ismail et al. Mechanical behaviour of tissue mimicking breast phantom materials
ES2810448T3 (es) Dispositivos médicos con revestimientos para una ecogenicidad mejorada
Bezer et al. Elastic deformation of soft tissue-mimicking materials using a single microbubble and acoustic radiation force
Dong et al. Walled vessel-mimicking phantom for ultrasound imaging using 3D printing with a water-soluble filament: design principle, fluid-structure interaction (FSI) simulation, and experimental validation
Osorio-Blanco et al. Effect of core nanostructure on the thermomechanical properties of soft nanoparticles
Nykanen et al. Thermally sensitive block copolymer particles prepared via aerosol flow reactor method: Morphological characterization and behavior in water
JP2015224326A (ja) 超音波媒体用組成物
Yang et al. Bubble-in-bubble strategy for high-quality ultrasound imaging with a structure coupling effect
US20170333007A1 (en) Ultrasound phantom for focused ultrasound, method for manufacturing the same, biomimetic hydrogel phantom, method for manufacturing the same, discoloring method and drug delivering method using the same
Tejo-Otero et al. Soft-tissue-mimicking using silicones for the manufacturing of soft phantoms by fresh 3D printing
Holman et al. PFOB sonosensitive microdroplets: determining their interaction radii with focused ultrasound using MR thermometry and a Gaussian convolution kernel computation
CN114014976A (zh) 一种用于us/ct引导下行肿瘤穿刺或热消融训练的荷瘤组织模型及其制备方法
Peña et al. One-step grafting reaction of thermoresponsive polymer brushes over silica nanoparticles
Bhargava Dynamics of smart materials in high intensity focused ultrasound field

Legal Events

Date Code Title Description
AK Designated states

Kind code of ref document: A1

Designated state(s): AE AG AL AM AT AU AZ BA BB BG BR BW BY BZ CA CH CN CO CR CU CZ DE DK DM DZ EC EE EG ES FI GB GD GE GH GM HR HU ID IL IN IS JP KE KG KP KR KZ LC LK LR LS LT LU LV MA MD MG MK MN MW MX MZ NA NI NO NZ OM PG PH PL PT RO RU SC SD SE SG SK SL SY TJ TM TN TR TT TZ UA UG US UZ VC VN YU ZA ZM ZW

AL Designated countries for regional patents

Kind code of ref document: A1

Designated state(s): BW GH GM KE LS MW MZ NA SD SL SZ TZ UG ZM ZW AM AZ BY KG KZ MD RU TJ TM AT BE BG CH CY CZ DE DK EE ES FI FR GB GR HU IE IS IT LT LU MC NL PL PT RO SE SI SK TR BF BJ CF CG CI CM GA GN GQ GW ML MR NE SN TD TG

121 Ep: the epo has been informed by wipo that ep was designated in this application
WWE Wipo information: entry into national phase

Ref document number: 2006512916

Country of ref document: JP

WWE Wipo information: entry into national phase

Ref document number: 11596044

Country of ref document: US

NENP Non-entry into the national phase

Ref country code: DE

WWW Wipo information: withdrawn in national office

Country of ref document: DE

122 Ep: pct application non-entry in european phase