JP2015002978A - 光音響用血液モデル - Google Patents

Abstract

【課題】光音響波診断において、人体の酸素飽和度を模擬でき、光音響波診断装置の精度管理や校正に好適な光音響用血液モデルを提供することを目的とする。
【解決手段】血液モデル母材中に２種以上の光吸収性化合物を含有し、６００ｎｍ以上１１００ｎｍ以下の任意の２波長λ₁、λ₂（λ₁＜λ₂）における光吸収性化合物の吸収係数の比率μ［λ₂］／μ［λ₁］が互いに異なり、式（１）から算出されるＳが０以上１００以下である。

ＨｂＯ₂［λ₁］：波長λ₁におけるオキシヘモグロビンの吸収係数
ＨｂＯ₂［λ₂］：波長λ₂におけるオキシヘモグロビンの吸収係数
Ｈｂ［λ₁］：波長λ₁におけるデオキシヘモグロビンの吸収係数
Ｈｂ［λ₂］：波長λ₂におけるデオキシヘモグロビンの吸収係数
Ｐ’：波長λ₁の光を照射して得られる光音響信号強度Ｐ_λ1と波長λ₂の光を照射して得られる光音響信号強度Ｐ_λ2の比（Ｐ_λ2／Ｐ_λ1）
【選択図】なし

Description

本発明は、光音響波診断装置の精度管理、校正に用いる光音響用血液モデル及び光音響波診断装置用ファントムに関する。

近年、光を用いた診断装置として光音響波診断装置の開発が進められている。光音響波診断装置とは、医療の診断目的で使用される装置であり、生体の被検部に光照射を行い、測定対象の熱膨張に起因する音響波（典型的には超音波）の検出信号に基づいて画像を表示する装置である。この診断装置では、被検部内の特定物質、例えば血液中に含まれるグルコースやヘモグロビン等の検査を行うことができる。

生体組織では癌等の腫瘍が成長する際において新生血管の形成や酸素消費量の増大が知られている。このような新生血管の形成や酸素消費量の増大を評価する方法としてオキシヘモグロビン（ＨｂＯ₂）とデオキシヘモグロビン（Ｈｂ）の光吸収係数を利用することができる。例えば、光音響波診断装置は、複数波長におけるＨｂＯ₂とＨｂの光吸収係数から、血液中のＨｂＯ₂とＨｂに関する濃度を測定する。そして、生体組織内におけるＨｂＯ₂およびＨｂの濃度分布画像を作成することにより、新生血管が形成されている領域を判別することができる。また、少なくとも２波長におけるＨｂＯ₂とＨｂの吸収係数比から酸素飽和度を算出することにより、酸素消費量が増大している領域、即ち腫瘍が存在していると考えられる領域を判別することができる。例えば、腫瘍領域における酸素飽和度は７０％程度となることが知られている。また、腫瘍の悪性度と酸素飽和度の間に相関があることが示唆されている。酸素飽和度を用いて腫瘍の悪性度を判別する場合には、酸素飽和度の違いを判別可能な精度が求められる。

また、光音響波診断装置では、血液の移動により生じる光音響ドップラー効果を利用し、発生した超音波の到達時間の遅れを測定することで、血液の流速を計測することもできる。このように、光音響波診断装置では、血液の流速および酸素飽和度を同時に計測することができる。

このような医療目的の診断装置の精度管理は正確な診断を行うために必須であり、診断装置の精度管理や校正に用いる標準試料、すなわちファントムがその目的で用いられている。光音響波診断装置の場合、組織内に存在する腫瘍を模擬した光の吸収特性を有し、生体組織と同様に、光吸収に基づく音響波を発信する血液モデルを用いて、精度管理や校正を行うことができる。従来、光音響用のファントムでは、墨汁等を用いて光の吸収を模擬している。例えば、非特許文献１では、カーボンナノチューブをアルギン酸塩のゲルに分散し、吸収係数を制御する方法が開示されている。また、光の吸収量から被検部の診断を行う光学診断装置（例えば、パルスオキシメータ）では、例えば特許文献１に示すように、酸素飽和度を制御した光学ファントムを用いて装置を管理する方法が開示されている。

また、酸素飽和度および血液の流速を測定する光音響波診断装置の場合、生体に存在する血管を模擬した光の吸収特性を有し、血液同様に流体として移動可能な流体模擬血液を用いることで、精度管理や校正を行うことができる。このような血液の流速を測定する光音響用のファントムとしては、墨汁等を用いて光の吸収を模擬したファントムが挙げられる。例えば、非特許文献１では、アモルファス炭素の粉体を水に分散し、吸収させ、血液の流速を模擬したファントムを使用している。

特許第２６８３８４８号公報

Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ Ｂｉｏｍｅｄｉｃａｌ Ｏｐｔｉｃｓ １６（５）、０５１３０４ Ｐｈｙｓｉｃａｌ Ｒｅｖｉｅｗ Ｌｅｔｔｅｒｓ Ｖｏｌ．９９，１８４５０１（２００７）

しかしながら、非特許文献１の方法では、光吸収性を有する化合物はカーボンナノチューブであり、測定波長ごとの吸収は固定され、異なる波長での吸収係数の比がＨｂＯ₂とＨｂの吸収係数比を模擬することができない。また、特許文献１においては、蛍光特性を有する塗料を用いているため、光吸収に応じた発光現象が伴い、光音響用ファントムとして用いる場合、蛍光発光によるノイズ発生という問題を抱えている。

また、非特許文献２の方法では、光吸収性を有する化合物は炭素であり、測定波長ごとの吸収は固定され、異なる波長での吸収係数の比がＨｂＯ₂とＨｂの吸収係数比を模擬することができない。また、特許文献１においては、蛍光特性を有する塗料を用いているが、固体への分散体しか開示されておらず、酸素飽和度および血液の流速を測定する光音響波診断装置の管理や校正に用いる光音響用流体ファントムとして用いることは難しい。

本発明は上記課題に鑑み、光音響波診断において、人体の酸素飽和度を模擬でき、光音響波診断装置の精度管理や校正に好適な光音響用血液モデル及び光音響波診断装置用ファントムを提供することを目的とする。

本発明者らは鋭意検討した結果、特定の光吸収性化合物を２種以上含有することで、下記式（１）から算出されるパラメータＳの値を０以上１００以下の範囲で制御できることを見出し、本発明を完成するに至った。

即ち、本発明の光音響用血液モデルは、血液モデル母材中に２種以上の光吸収性化合物を含有し、６００ｎｍ以上１１００ｎｍ以下の任意の２波長λ₁、λ₂（λ₁＜λ₂）における前記光吸収性化合物の吸収係数の比率μ［λ₂］／μ［λ₁］が互いに異なり、下記式（１）から算出されるパラメータＳが０以上１００以下であることを特徴とする。

ＨｂＯ₂［λ₁］：波長λ₁におけるオキシヘモグロビンの吸収係数
ＨｂＯ₂［λ₂］：波長λ₂におけるオキシヘモグロビンの吸収係数
Ｈｂ［λ₁］：波長λ₁におけるデオキシヘモグロビンの吸収係数
Ｈｂ［λ₂］：波長λ₂におけるデオキシヘモグロビンの吸収係数
Ｐ’：波長λ₁の光を照射して得られる光音響信号強度Ｐ_λ1と波長λ₂の光を照射して得られる光音響信号強度Ｐ_λ2の比（Ｐ_λ2／Ｐ_λ1）

また、本発明の光音響波診断装置用ファントムは、上記光音響用血液モデルとファントム母材を有することを特徴とする。

本発明の光音響用血液モデルは、光音響波診断装置で測定した際に、前記パラメータＳ値を０以上１００以下の間で制御可能である。パラメータＳは人体の酸素飽和度に相当する値であり、本発明の光音響用血液モデル及び光音響波診断装置用ファントムは、光音響波診断において、人体の酸素飽和度を模擬でき、光音響波診断装置の精度管理や校正に好適である。

本発明の光音響用血液モデルを用いた光音響波診断装置用ファントムの構成例を示す図である。 本発明の光音響用流体血液モデルを用いた光音響波診断装置用ファントムの構成例を示す図である。 光音響信号強度測定装置の簡易図である。 代表的な光音響信号の波形を示す図である。

以下、本発明について説明する。尚、開示する実施形態は本発明の一例であり、本発明はこれに限定されるものではない。また、本発明において、「人体」等の「生体」は、生きている体に限らず、切り出した病変部位等も含む。

≪光音響用血液モデル≫
本発明の光音響用血液モデル（以下、「血液モデル」と称する場合がある）は、血液モデル母材中に２種以上の光吸収性化合物を含有して成る。

＜光吸収性化合物＞
光吸収性化合物は、６００ｎｍ以上１１００ｎｍ以下の任意の２波長λ₁、λ₂（λ₁＜λ₂）における吸収係数の比率μ［λ₂］／μ［λ₁］が互いに異なる。

本発明の光音響用血液モデルは、μ［λ₂］／μ［λ₁］が異なる２種以上の光吸収性化合物を任意の比率で含有させることで、下記式（１）から算出されるパラメータＳを０以上１００以下の範囲で制御可能となる。

ＨｂＯ₂［λ₁］：波長λ₁におけるオキシヘモグロビンの吸収係数
ＨｂＯ₂［λ₂］：波長λ₂におけるオキシヘモグロビンの吸収係数
Ｈｂ［λ₁］：波長λ₁におけるデオキシヘモグロビンの吸収係数
Ｈｂ［λ₂］：波長λ₂におけるデオキシヘモグロビンの吸収係数
Ｐ’：波長λ₁の光を照射して得られる光音響信号強度Ｐ_λ1と波長λ₂の光を照射して得られる光音響信号強度Ｐ_λ2の比（Ｐ_λ2／Ｐ_λ1）

各波長におけるオキシヘモグロビンおよびデオキシヘモグロビンの吸収係数の値は、次の方法で得ることができる。即ち、ある一定濃度のヘモグロビンを含有する水溶液中の酸素分圧を調整することで、オキシヘモグロビンまたはデオキシヘモグロビンが１００％となる溶液を調整することができる。この溶液を分光光度計により測定することで、各波長の吸収係数を得ることができる。

６００ｎｍ以上１１００ｎｍ以下の波長範囲は、いわゆる「生体の窓」と呼ばれる範囲であり、この範囲の波長を有する光は効率よく人体を透過し、光音響波診断装置での使用に好適である。

パラメータＳは人体の酸素飽和度に相当する値であり、本発明の光音響用血液モデルは、光音響波診断において、人体の酸素飽和度を模擬でき、光音響波診断装置の精度管理や校正に好適である。

以下、本発明の光音響用血液モデルが、式（１）から算出されるパラメータＳを０以上１００以下の範囲で制御可能となる点について詳細に説明する。

まず、μ［λ₂］／μ［λ₁］が異なる２種以上の光吸収性化合物を任意の比率で含有させることで、血液モデルの波長λ₁、λ₂における吸収係数を任意に調整することができ、下記式（１’）から算出されるパラメータＳ’を調整可能である。

ＨｂＯ₂［λ₁］：波長λ₁におけるオキシヘモグロビンの吸収係数
ＨｂＯ₂［λ₂］：波長λ₂におけるオキシヘモグロビンの吸収係数
Ｈｂ［λ₁］：波長λ₁におけるデオキシヘモグロビンの吸収係数
Ｈｂ［λ₂］：波長λ₂におけるデオキシヘモグロビンの吸収係数
μ_a［λ₁］：波長λ₁における血液モデルの吸収係数
μ_a［λ₂］：波長λ₂における血液モデルの吸収係数

即ち、波長λ₁、λ₂における光吸収性化合物Ａ、Ｂ、Ｃ、・・・の吸収係数を、それぞれ、μ_A［λ₁］、μ_B［λ₁］、μ_C［λ₁］、・・・、および、μ_A［λ₂］、μ_B［λ₂］、μ_C［λ₂］、・・・とする。また、光吸収性化合物Ａ、Ｂ、Ｃ、・・・の血液モデル中での含有濃度をＣ_A、Ｃ_B、Ｃ_C、・・・とする。すると、光吸収性化合物の吸収係数及び含有濃度と、血液モデルの吸収係数μ_a［λ₁］、μ_a［λ₂］との間に、以下の関係が成り立つ。
μ_a［λ₁］＝Ｃ_A・μ_A［λ₁］＋Ｃ_B・μ_B［λ₁］＋Ｃ_C・μ_C［λ₁］＋・・・
μ_a［λ₂］＝Ｃ_A・μ_A［λ₂］＋Ｃ_B・μ_B［λ₂］＋Ｃ_C・μ_C［λ₂］＋・・・

光吸収性化合物Ａ、Ｂ、Ｃ、・・・の吸収係数の比μ_A［λ₂］／μ_A［λ₁］、μ_B［λ₂］／μ_B［λ₁］、μ_C［λ₂］／μ_C［λ₁］、・・・が一定の場合、血液モデルの吸収係数の比μ_a［λ₂］／μ_a［λ₁］は一定となるため、パラメータＳ’を制御することができない。そのため、光吸収性化合物Ａ、Ｂ、Ｃ・・・の波長λ₁、λ₂における吸収係数の比は、異なっている必要がある。

よって、波長λ₁、λ₂における吸収係数の比の異なる光吸収性化合物Ａ、Ｂ、Ｃ、・・・の血液モデル中での含有濃度を制御することで、血液モデルの吸収係数の比μ_a［λ₂］／μ_a［λ₁］の制御が可能となる。その結果、パラメータＳ’の調整が可能となる。

ここで、血液モデルに、波長λ₁、λ₂を照射した場合、吸収係数に応じて血液モデルが熱膨張することで、音響波（一般には超音波）が発生する。また、ある波長ｘのレーザー光を照射した場合に発生する音響波の強度Ｐ_xと、その際のレーザー光の強度Ｆ_x、吸収係数μ_xの間には、Ｐ_x＝Γ・μ_x・Ｆ_xの関係が成り立つ。Γはグリューナイゼン係数と呼ばれ、材料固有の定数である。よって、レーザー光の強度Ｆ_xが一定の場合、音響波の強度Ｐ_xと吸収係数μ_xとの間には、比例関係が成り立つため、光音響信号強度Ｐ_λ1、Ｐ_λ2の比Ｐ（Ｐ_λ2／Ｐ_λ1）はμ_a［λ₂］／μ_a［λ₁］と同じ値となり、Ｓ’＝Ｓとなる。

従って、波長λ₁、λ₂における吸収係数の比率が異なる２種以上の光吸収性化合物を用いることで、本発明の光音響用血液モデルは、式（１）におけるパラメータＳを０以上１００以下の範囲で制御可能となる。

光吸収性化合物は、波長６００ｎｍ以上１１００ｎｍ以下の領域において、光吸収性を有する物質である。光吸収性化合物は、耐候性の観点から顔料であることが望ましいが、それ以外にも染料、色素等公知の着色剤を用いることができる。

光吸収性化合物の吸光特性は、波長λ₁およびλ₂におけるオキシヘモグロビン（ＨｂＯ₂）とデオキシヘモグロビン（Ｈｂ）の吸収係数の比率を元に適宜選択することができる。即ち、前述の様にレーザー光の強度Ｆ_xが一定の場合Ｓ’＝Ｓであるから、式（１’）を元に、血液モデルの吸収係数の比率μ_a［λ₂］／μ_a［λ₁］は、以下の式のように定義される。
μ_a［λ₂］／μ_a［λ₁］＝（（Ｓ／１００）・ＨｂＯ₂［λ₂］＋（１−Ｓ／１００）・Ｈｂ［λ₂］）／（（Ｓ／１００）・ＨｂＯ₂［λ₁］＋（１−Ｓ／１００）・Ｈｂ［λ₁］）

この時、パラメータＳが０以上１００以下の場合、μ_a［λ₂］／μ_a［λ₁］は、Ｈｂ［λ₂］／Ｈｂ［λ₁］からＨｂＯ₂［λ₂］／ＨｂＯ₂［λ₁］の間の値をとることになる。よって、制御すべき血液モデルの吸収係数の比率μ_a［λ₂］／μ_a［λ₁］は、使用する波長のヘモグロビンの吸収係数の値によって定まる。このヘモグロビンの吸収係数の比率を元に、本発明の光吸収性化合物を適宜選択することができる。

また、光音響波診断装置の用途に応じて、血液モデルに必要とされるパラメータＳの範囲は異なる。よって、診断装置の用途に応じて、パラメータＳの下限をＳ_min、パラメータＳの上限をＳ_maxとした場合、吸収係数の比率μ［λ₂］／μ［λ₁］が下記式（２）、下記式（３）のいずれか一方を満たす光吸収性化合物を少なくとも１つ含有することが好ましい。また、更に、吸収係数の比率μ［λ₂］／μ［λ₁］が下記式（２）、下記式（３）の他方を満たす光吸収性化合物を少なくとも１つ含有することがより好ましい。

Ｓ_min：パラメータＳの下限
Ｓ_max：パラメータＳの上限
ＨｂＯ₂［λ₁］：波長λ₁におけるオキシヘモグロビンの吸収係数
ＨｂＯ₂［λ₂］：波長λ₂におけるオキシヘモグロビンの吸収係数
Ｈｂ［λ₁］：波長λ₁におけるデオキシヘモグロビンの吸収係数
Ｈｂ［λ₂］：波長λ₂におけるデオキシヘモグロビンの吸収係数
μ［λ₁］：波長λ₁における光吸収性化合物の吸収係数
μ［λ₂］：波長λ₂における光吸収性化合物の吸収係数

以下、光吸収性化合物について、λ₁＝７５６ｎｍおよびλ₂＝７９７ｎｍの光を使用する場合について具体的に説明するが、本発明はこれに限られるものではない。

デオキシヘモグロビンの７５６ｎｍにおける吸収係数Ｈｂ［λ₁］は１５６０．４８ｘ１０^-6ｍｍ^-1、７９７ｎｍにおける吸収係数Ｈｂ［λ₂］は７９２．６６ｘ１０^-6ｍｍ^-1、オキシヘモグロビンの７５６ｎｍにおける吸収係数ＨｂＯ₂［λ₁］は５６２．００ｘ１０^-6ｍｍ^-1、７９７ｎｍにおける吸収係数ＨｂＯ₂［λ₂］は７６８．８０ｘ１０^-6ｍｍ^-1である。よって、血液モデルのパラメータＳが０以上１００以下の範囲となるためには、血液モデルの吸収係数の比率μ_a［λ₂］／μ_a［λ₁］は０．５１以上１．３７以下の範囲をとる必要がある。従って、一方の光吸収性化合物のμ［λ₂］／μ［λ₁］は０．５１以下であることが好ましく、他方の光吸収性化合物のμ［λ₂］／μ［λ₁］は１．３７以上であることが好ましい。但し、吸収係数の比率がこの範囲に含まれない物質についても、吸収係数の調整用として用いることができる。

このような吸収特性を持つ顔料としては、以下の公知の顔料を挙げることができる。青色顔料としては、金属置換もしくは無置換のフタロシアニン化合物等のフタロシアニン系、アントラキノン系が挙げられる。赤色顔料としては、モノアゾ系、ジスアゾ系、アゾレーキ系、ベンズイミダゾロン系、ペリレン系、ジケトピロロピロール系、縮合アゾ系、アントラキノン系、キナクリドン系等が挙げられる。緑色顔料としては、青色顔料同様にフタロシアニン系、アントラキノン系、ペリレン系が挙げられる。黄色着色剤としてはモノアゾ系、ジスアゾ系、縮合アゾ系、ベンズイミダゾロン系、イソインドリノン系、アントラキノン系等が挙げられる。さらに、黒色顔料としては、Ｐｉｇｍｅｎｔ Ｂｌａｃｋ ７やカーボンブラック等が挙げられる。その他、紫、オレンジ、茶色顔料も利用することもできる。

これらの中でも、フタロシアニン化合物、特に銅置換したフタロシアニン化合物である銅フタロシアニンは、μ［λ₂］／μ［λ₁］が０．５１以下であり、０に近いため制御性がよく、好適に用いることができる。フタロシアニン化合物の含有量は特に限定されないが、０．００００００１重量％以上０．１重量％以下であることが好ましい。また、カーボンブラックは、μ［λ₂］／μ［λ₁］が１近傍であり、各波長の吸収係数を調整することに対し好適に用いることができる。従って、光吸収性化合物として、銅フタロシアニンとカーボンブラックを用いることが好ましい。

また、フタロシアニン化合物は、置換する金属種およびフタロシアニン化合物の凝集状態によって、最大吸収波長を移動させることができ、６００ｎｍから１１００ｎｍの範囲の吸収係数を制御することに好適である。従って、光吸収性化合物として、複数種のフタロシアニン化合物を用いることが好ましく、最大吸収波長がλ₁以下であるフタロシアニン化合物と、最大吸収波長がλ₂以上であるフタロシアニン化合物を用いることが、より好ましい。この場合、各々のフタロシアニン化合物の含有量は特に限定されないが、０．００００００１重量％以上０．１重量％以下であることが好ましい。フタロシアニン化合物としては、銅フタロシアニン、フタロシアニンバナジウム錯体、チタニルフタロシアニンなどを好適に用いることができ、銅フタロシアニンとフタロシアニンバナジウム錯体を組み合わせて用いることがより好ましい。

光吸収性化合物は、光吸収性化合物と親和性を有する分散剤、例えばポリオール成分を含有する分散剤と光吸収性化合物との混合物を血液モデル母材に添加することにより含有させることができる。光吸収性化合物と親和性を有する分散剤は、光吸収性化合物の分散性の向上のためアニオン基を有していることが好ましい。アニオン基としては、スルホニル基、カルボキシル基を用いることがより好ましい。アニオン基の量は、光吸収性化合物を分散させることが可能な量含まれていることが好ましい。さらに、アニオン基の量は、血液モデル母材への親和性に影響を及ぼすので、血液モデル母材の性質に応じて適宜選択される。ポリオールとして、例えば、ポリエーテルポリオールやポリエステルポリオール等が挙げられるが、血液モデル母材との親和性を考慮し、適宜選択される。

＜血液モデル母材＞
光音響用血液モデルでは、ある波長λを有する光が照射された場合、吸収係数に応じて、血液モデルが熱膨張することで、音響波（一般には超音波）が発生する。得られる音響波の強度Ｐと、その際のレーザー光の強度Ｆ、吸収係数μの間には、Ｐ＝Γ・μ・Ｆの関係が成り立つ。Γはグリューナイゼン係数と呼ばれ、材料固有の定数である。

本発明の血液モデル母材では、グリューナイゼン係数Γが重要となり、生体に類似していることが好ましく、Γは０．１以上２．０以下が好ましい。また、生体軟組織のΓは１．０近傍にあるので、０．５以上１．５以下であることがさらに好ましい。

本発明では、血液モデル母材に光吸収性化合物を含有させることで血液モデルの吸収係数を調整する必要があるため、血液モデル母材単体としては、光音響波診断装置の使用波長域において、光吸収が小さく、透明であることが好ましい。

また、グリューナイゼン係数Γには、Γ＝β・ｖ²／Ｃｐ（β：体膨張係数、ｖ：音速、Ｃｐ：定圧比熱）の関係がある。

血液モデル母材の体膨張係数βは、一般に、β＝３・α（α：線膨張係数）とみなすことができる。一般のエンジニアリングプラスチックスの線膨張係数αは１００ｐｐｍ／Ｋ以下であるが、この場合、グリューナイゼン係数Γも小さくなるため、光で発生する音響波が微弱となり、血液モデル母材としてはふさわしくない。よって、血液モデル母材の線膨張係数αは、１００ｐｐｍ／Ｋ以上１０００ｐｐｍ／Ｋ以下が好ましく、血液モデルの形状維持性の観点から、２００ｐｐｍ／Ｋ以上５００ｐｐｍ／Ｋ以下であることがより好ましい。

血液モデル母材の音速ｖは、生体組織の音速が約１０００ｍ／ｓから１７００ｍ／ｓの範囲にあるため、８００ｍ／ｓ以上２０００ｍ／ｓ以下が好ましく、特に軟組織への音響伝搬の類似性から、１３００ｍ／ｓ以上１７００ｍ／ｓ以下が更に好ましい。

血液モデル母材の定圧比熱Ｃｐは、生体軟組織の比熱が３．５Ｊ／ｇ・Ｋであり、一般の材料との間に大きな隔たりがあるため、線膨張係数αに応じて、グリューナイゼン係数Γが生体と乖離しない範囲であることが好ましい。

このような物性値を有する材料としては、ウレタン樹脂、シリコーン樹脂、エポキシ樹脂、アクリル樹脂、ポリ塩化ビニル、エポキシ樹脂、ポリエチレン、ナイロン、天然ゴム、ポリスチレン、ポリブタジエン等の高分子材料を挙げることができるが、これに限られるものではない。これらの中でも、特に、熱硬化性ウレタン樹脂の一種であるポリウレタンゲルは音速ｖが１４００ｍ／ｓ程度、線膨張係数αが３００ｐｐｍ／Ｋ程度であり、グリューナイゼン係数Γが１．０程度と、本発明の血液モデル母材として好適である。

硬化性ウレタンゲルは、代表的には、ポリオールとポリイソシアネートとを反応させることにより得られるが、これに限られるものではない。

ポリオールとしては、分子中にヒドロキシル基を２個以上有するものであれば特に限定されず、任意の適切なポリオールを採用し得る。例えば、ポリエステルポリオール、ポリエーテルポリオール、ポリアクリルポリオール等が挙げられる。これらは単独で、または２種以上を組み合わせて用いることができる。

ポリエステルポリオールは、代表的には、多塩基酸成分とポリオール成分とを反応させることにより得られる。

多塩基酸成分としては、例えば、オルトフタル酸、イソフタル酸、テレフタル酸、１，４−ナフタレンジカルボン酸、２，５−ナフタレンジカルボン酸、２，６−ナフタレンジカルボン酸、ビフェニルジカルボン酸、テトラヒドロフタル酸等の芳香族ジカルボン酸；シュウ酸、コハク酸、マロン酸、グルタル酸、アジピン酸、ピメリン酸、スベリン酸、アゼライン酸、セバシン酸、デカンジカルボン酸、ドデカンジカルボン酸、オクタデカンジカルボン酸、酒石酸、アルキルコハク酸、リノレイン酸、マレイン酸、フマル酸、メサコン酸、シトラコン酸、イタコン酸等の脂肪族ジカルボン酸；ヘキサヒドロフタル酸、テトラヒドロフタル酸、１，３−シクロヘキサンジカルボン酸、１，４−シクロヘキサンジカルボン酸などの脂環式ジカルボン酸；あるいは、これらの酸無水物、アルキルエステル、酸ハライド等の反応性誘導体等が挙げられる。これらは単独で、または２種以上を組み合わせて用いることができる。

ポリオール成分としては、エチレングリコール、１，２−プロパンジオール、１，３−プロパンジオール、１，３−ブタンジオール、１，４−ブタンジオール、ネオペンチルグリコール、ペンタンジオール、１，６−ヘキサンジオール、１，８−オクタンジオール、１，１０−デカンジオール、１−メチル−１，３−ブチレングリコール、２−メチル−１，３−ブチレングリコール、１−メチル−１，４−ペンチレングリコール、２−メチル−１，４−ペンチレングリコール、１，２−ジメチル−ネオペンチルグリコール、２，３−ジメチル−ネオペンチルグリコール、１−メチル−１，５−ペンチレングリコール、２−メチル−１，５−ペンチレングリコール、３−メチル−１，５−ペンチレングリコール、１，２−ジメチルブチレングリコール、１，３−ジメチルブチレングリコール、２，３−ジメチルブチレングリコール、１，４−ジメチルブチレングリコール、ジエチレングリコール、トリエチレングリコール、ポリエチレングリコール、ジプロピレングリコール、ポリプロピレングリコール、１，４−シクロヘキサンジメタノール、１，４−シクロヘキサンジオール、ビスフェノールＡ、ビスフェノールＦ、水添ビスフェノールＡ、水添ビスフェノールＦ等が挙げられる。これらは単独で、または２種以上を組み合わせて用いることができる。

ポリエーテルポリオールは、代表的には、多価アルコールにアルキレンオキシドを開環重合して付加させることにより得られる。多価アルコールとしては、例えば、エチレングリコール、ジエチレングリコール、プロピレングリコール、ジプロピレングリコール、グリセリン、トリメチロールプロパン等が挙げられる。アルキレンオキシドとしては、例えば、エチレンオキシド、プロピレンオキシド、ブチレンオキシド、スチレンオキシド、テトラヒドロフラン等が挙げられる。これらは単独で、または２種以上を組み合わせて用いることができる。

ポリアクリルポリオールは、代表的には、（メタ）アクリル酸エステルと、水酸基を有する単量体とを共重合させることにより得られる。（メタ）アクリル酸エステルとしては、例えば、（メタ）アクリル酸メチル、（メタ）アクリル酸ブチル、（メタ）アクリル酸２−エチルヘキシル、（メタ）アクリル酸シクロヘキシル等が挙げられる。水酸基を有する単量体としては、例えば、（メタ）アクリル酸２−ヒドロキシエチル、（メタ）アクリル酸２−ヒドロキシプロピル、（メタ）アクリル酸３−ヒドキシプロピル、（メタ）アクリル酸２−ヒドロキシブチル、（メタ）アクリル酸４−ヒドロキシブチル、（メタ）アクリル酸２−ヒドロキシペンチル等の（メタ）アクリル酸のヒドロキシアルキルエステル；グリセリン、トリメチロールプロパン等の多価アルコールの（メタ）アクリル酸モノエステル；Ｎ−メチロール（メタ）アクリルアミド等が挙げられる。これらは単独で、または２種以上を組み合わせて用いることができる。

ポリアクリルポリオールは、前記単量体成分に加えて、他の単量体を共重合させてもよい。他の単量体としては、共重合可能な限り、任意の適切な単量体を採用し得る。具体的には、（メタ）アクリル酸等の不飽和モノカルボン酸；マレイン酸等の不飽和ジカルボン酸ならびにその無水物およびモノまたはジエステル類；（メタ）アクリロニトリル等の不飽和ニトリル類；（メタ）アクリルアミド、Ｎ−メチロール（メタ）アクリルアミド等の不飽和アミド類；酢酸ビニル、プロピオン酸ビニル等のビニルエステル類；メチルビニルエーテル等のビニルエーテル類；エチレン、プロピレン等のα−オレフィン類；塩化ビニル、塩化ビニリデン等のハロゲン化α、β−不飽和脂肪族単量体；スチレン、α−メチルスチレン等のα、β−不飽和芳香族単量体等が挙げられる。これらは単独で、または２種以上を組み合わせて用いることができる。

ポリイソシアネートとしては、例えば、テトラメチレンジイソシアネート、ドデカメチレンジイソシアネート、１，４−ブタンジイソシアネート、ヘキサメチレンジイソシアネート、２，２，４−トリメチルヘキサメチレンジイソシアネート、２，４，４−トリメチルヘキサメチレンジイソシアネート、リジンジイソシアネート、２−メチルペンタン−１，５−ジイソシアネート、３−メチルペンタン−１，５−ジイソシアネート等の脂肪族ジイソシアネート；イソホロンジイソシアネート、水添キシリレンジイソシアネート、４，４’−シクロヘキシルメタンジイソシアネート、１，４−シクロヘキサンジイソシアネート、メチルシクロヘキシレンジイソシアネート、１，３−ビス（イソシアネートメチル）シクロヘキサン等の脂環族ジイソシアネート；トリレンジイソシアネート、２，２’−ジフェニルメタンジイソシアネート、２，４’−ジフェニルメタンジイソシアネート、４，４’−ジフェニルメタンジイソシアネート、４，４’−ジフェニルジメチルメタンジイソシアネート、４，４’−ジベンジルジイソシアネート、１，５−ナフチレンジイソシアネート、キシリレンジイソシアネート、１，３−フェニレンジイソシアネート、１，４−フェニレンジイソシアネート等の芳香族ジイソシアネート；ジアルキルジフェニルメタンジイソシアネート、テトラアルキルジフェニルメタンジイソシアネート、α、α、α、α−テトラメチルキシリレンジイソシアネート等の芳香脂肪族ジイソシアネート等が挙げられる。これらは単独で、または２種以上を組み合わせて用いることができる。

また、ポリイソシネートは、本発明の効果を阻害しない範囲において、変性体として調製することもできる。ポリイソシアネート変性体としては、例えば、多量体（ダイマー（例えば、ウレトジオン変性体など）、トリマー（例えば、イソシアヌレート変性体、イミノオキサジアジンジオン変性体など）など）、ビュレット変性体（例えば、水との反応により生成するビュレット変性体など）、アロファネート変性体（例えば、モノオールまたは低分子量ポリオールとの反応より生成するアロファネート変性体など）、ポリオール変性体（例えば、低分子量ポリオールまたは高分子量ポリオールとの反応より生成するポリオール変性体など）、オキサジアジントリオン変性体（例えば、炭酸ガスとの反応により生成するオキサジアジントリオンなど）、カルボジイミド変性体（脱炭酸縮合反応により生成するカルボジイミド変性体など）などが挙げられるが、これに限られるものではない。

また、これらのポリオールまたはポリイソシネートに、ポリオールが有する水酸基とポリイソシネートが有するイソシアネート基の反応を促進する触媒を適量加えてもよい。触媒としては、公知のウレタン化触媒を用いることができ、触媒の具体例としては、ジブチル錫ジラウレート、ジブチル錫ジアセテート、ジオクチル錫ジラウレート等の有機金属化合物や、トリエチレンジアミンやトリエチルアミン等の有機アミンやその塩を選択して用いる。これらの触媒は、単独または２種以上を併用して用いることができる。

＜その他の添加剤＞
本発明の光音響用血液モデルは、その他の添加剤として、散乱体や可塑剤を適宜必要に応じて添加してもよい。

散乱体は、光散乱性を有する化合物であり、人体組織の光伝播特性に近似させるために添加し、等価散乱係数を調整することができる。

光散乱性を有する化合物としては、無機粒子を好適に用いることができる。無機粒子は、光音響波診断装置の使用波長域において吸収が小さいものを適宜選択することができる。また、光を散乱するために、血液モデル母材と屈折率が異なっていることが望ましく、無機粒子の散乱を得るために、平均粒子径は１００ｎｍ以上であることが好ましく、２００ｎｍ以上がより好ましい。このような無機粒子は、酸化ケイ素、金属酸化物、複合金属酸化物、金属化合物半導体、金属、ダイヤモンドのいずれかからなることが好ましい。金属酸化物の例としては、酸化アルミニウム、酸化チタン、酸化ニオブ、酸化タンタル、酸化ジルコニウム、酸化亜鉛、酸化マグネシウム、酸化テルル、酸化イットリウム、酸化インジウム、酸化錫、酸化インジウム錫等が挙げられる。複合金属酸化物の例としては、ニオブ酸リチウム、ニオブ酸カリウム、タンタル酸リチウム等が挙げられる。金属化合物半導体の例としては、硫化亜鉛、硫化カドミウム等の金属硫化物、セレン化亜鉛、セレン化カドミウム、テルル化亜鉛、テルル化カドミウム等が挙げられる。金属の例としては、金等が挙げられる。

また、無機粒子は、表面を修飾処理されたものでてもよい。例えば、１種類の無機粒子に他の無機成分を被覆した、いわゆるコア−シェル型無機粒子を使用することもできる。酸化チタンの場合、光による活性を有するため、シリカやアルミナ等の無機成分によって表面を被覆する修飾処理を行うことが望ましい。また、有機物である血液モデル母材への分散性を向上するため、有機成分を有する分散助剤を使用してもよい。これら有機成分を有する分散助剤は、血液モデル母材に相溶性のあるものであれば特に限定されない。また、無機粒子の形状は、球状、楕円状、扁平状、ロッド状等いずれの形状であっても良い。

可塑剤として、流体としての粘度を調整する目的で、公知の可塑剤を使用することができる。公知の可塑剤としては、フタル酸エステル、トリメリット酸エステル、ピロメリット酸エステル、脂肪族一塩基酸エステル、脂肪族二塩基酸エステル、リン酸エステル、多価アルコールのエステル等が挙げられる。これらは、単独であるいは２種以上を組み合わせて用いることができる。

フタル酸エステルとしては、フタル酸ジメチル、フタル酸ジエチル、フタル酸ジプロピル、フタル酸ジイソプロピル、フタル酸ジブチル、フタル酸ジイソブチル、フタル酸ジアミル、フタル酸ジ−ｎ−ヘキシル、フタル酸ジシクロヘキシル、フタル酸ジヘプチル、フタル酸ジ−ｎ−オクチル、フタル酸ジノニル、フタル酸ジイソノニル、フタル酸ジイソデシル、フタル酸ジウンデシル、フタル酸ジトリデシル、フタル酸ジフェニル、フタル酸ジ（２−エチルヘキシル）、フタル酸ジ（２−ブトキシエチル）、フタル酸ベンジル２−エチルヘキシル、フタル酸ベンジルｎ−ブチル、フタル酸ベンジルイソノニル、イソフタル酸ジメチル等が挙げられる。

トリメリット酸エステルとしては、トリメリット酸トリブチル、トリメリット酸トリヘキシル、トリメリット酸トリ−ｎ−オクチル、トリメリット酸トリ−２−エチルヘキシル、トリメリット酸トリイソデシル等が挙げられる。

ピロメリット酸エステルとしては、ピロメリット酸テトラブチル、ピロメリット酸テトラヘキシル、ピロメリット酸テトラ−ｎ−オクチル、ピロメリット酸テトラ−２−エチルヘキシル、ピロメリット酸テトラデシル等が挙げられる。

脂肪族一塩基酸エステルとしては、オレイン酸ブチル、オレイン酸メチル、オクタン酸メチル、オクタン酸ブチル、ドデカン酸メチル、ドデカン酸ブチル、パルミチン酸メチル、パルミチン酸ブチル、ステアリン酸メチル、ステアリン酸ブチル、リノール酸メチル、リノール酸ブチル、イソステアリン酸メチル、イソステアリン酸ブチル、メチルアセチルリシノレート、ブチルアセチルリシノレート等が挙げられる。

脂肪族二塩基酸エステルとしては、アジピン酸ジメチル、アジピン酸ジエチル、アジピン酸ジ−ｎ−プロピル、アジピン酸ジイソプロピル、アジピン酸ジイソブチル、アジピン酸ジ−ｎ−オクチル、アジピン酸ジ（２−エチルヘキシル）、アジピン酸ジイソノニル、アジピン酸ジイソデシル、アジピン酸ジ（２−ブトキシエチル）、アジピン酸ジ（ブチルジグリコール）、アジピン酸ヘプチルノニル、アゼライン酸ジメチル、アゼライン酸ジ−ｎ−オクチル、アゼライン酸ジ（２−エチルヘキシル）、コハク酸ジエチル、セバシン酸ジメチル、セバシン酸ジエチル、セバシン酸ジブチル、セバシン酸ジ−ｎ−オクチル、セバシン酸ジ（２−エチルヘキシル）、フマル酸ジブチル、フマル酸ジ（２−エチルヘキシル）、マレイン酸ジメチル、マレイン酸ジエチル、マレイン酸ジ−ｎ−ブチル、マレイン酸ジ（２−エチルヘキシル）等が挙げられる。

リン酸エステルとしては、リン酸トリメチル、リン酸トリエチル、リン酸トリブチル、リン酸トリ−ｎ−アミル、リン酸トリフェニル、リン酸トリ−ｏ−クレジル、リン酸トリキシレニル、リン酸ジフェニル２−エチルヘキシル、リン酸ジフェニルクレジル、リン酸トリス（２−ブトキシエチル）、リン酸トリス（２−エチルヘキシル）等が挙げられる。

多価アルコールのエステルとしては、ジエチレングリコールジアセチレート、ジエチレングリコールジベンゾエート、グリセロールモノオレイエート、グリセロールトリブチレート、グリセロールトリアセテート、グリセリル−トリ（アセチルリシノレート）、トリエチレングリコールジアセテート等が挙げられる。

≪光音響波診断装置用ファントム≫
本発明の光音響用血液モデルを、光音響波診断装置用ファントムに配置することで、診断装置の精度管理や校正を行うことができる。

図１は、本発明の光音響用血液モデルを用いた光音響波診断装置用ファントムの構成例を示したものである。ファントム母材１１の中に、模擬腫瘍となる本発明の血液モデル１２ａ〜１２ｄを配置した。ファントムのサイズは１２０×１２０×５０ｍｍとした。ファントム内に配置する血液モデル１２ａ〜１２ｄのサイズは直径２ｍｍ、長さ１２０ｍｍとし、装置設置時に深さ２５ｍｍ位置において検出可能なように配置した。

ファントム母材１１については、音響特性が生体に近似した音速８００ｍ／ｓ以上２０００ｍ／ｓ以下の材料が望ましく、例えば、ポリウレタンゲル、天然ゴムなどの音速１３００ｍ／ｓ以上１７００ｍ／ｓ以下の材料が特に望ましい。ポリウレタンゲルとしては、血液モデル母材に用いるポリウレタンゲルとして例示したものと同様のものが挙げられる。また、光の散乱特性の調整や音響特性の調整のために、ポリウレタンゲルには、添加剤として、無機微粒子や可塑剤を添加することができる。

本発明の血液モデルは、式（１）から計算して求められたパラメータＳが０〜１００の間で制御可能である。このファントムを光音響波診断装置に設置し、計測することで、診断装置が正しい酸素飽和度を測定していることを確認するとともに、その計測値を元に装置の校正を行うことも可能である。

≪光音響用流体血液モデル≫
本発明の光音響用血液モデルは、流動性を有する液体である光音響用流体血液モデル（以下、「流体血液モデル」と称する場合がある）であってもよい。

＜光吸収性化合物＞
光吸収性化合物については、≪光音響用血液モデル≫の欄で説明した通りである。

＜流体血液モデル母材＞
光音響用流体血液モデルでは、ある波長λを有する光が照射された場合、吸収係数に応じて、流体血液モデルが熱膨張することで、音響波（一般には超音波）が発生する。得られる音響波の強度Ｐと、その際のレーザー光の強度Ｆ、吸収係数μの間には、Ｐ＝Γ・μ・Ｆの関係が成り立つ。Γはグリューナイゼン係数と呼ばれ、材料固有の定数である。

本発明では、流体血液モデル母材に光吸収性化合物を含有させることで流体血液モデルの吸収係数を調整する必要があるため、流体血液モデル母材単体としては、光音響波診断装置の使用波長域において、光吸収が小さく、透明であることが好ましい。

流体血液モデル母材の音速は、生体組織の音速が約１０００ｍ／ｓから１７００ｍ／ｓの範囲にあるため、８００ｍ／ｓ以上２０００ｍ／ｓ以下が好ましく、特に軟組織への音響伝搬の類似性から、１３００ｍ／ｓ以上１７００ｍ／ｓ以下が更に好ましい。

また、グリューナイゼン係数Γには、Γ＝β・ｖ²／Ｃｐ（β：体膨張係数、ｖ：音速、Ｃｐ：定圧比熱）の関係がある。流体血液モデル母材の体積膨張係数βと定圧比熱Ｃｐは、グリューナイゼン係数Γが生体と乖離しない範囲であることが好ましい。

本発明の流体血液モデルには、血液同様に流動性を発現するために、流体血液モデル母材として、水、アルコールなどの有機溶媒を用いることができる。流体血液モデルの安定性の観点から、流体血液モデル母材は不揮発性であることが好ましく、特にポリオールは音速も１５００ｍ／ｓ近傍と生体に類似しており特に好ましい。

ポリオールとしては、例えば、ポリエステルポリオール、ポリエーテルポリオール等が挙げられる。これらは単独で、または２種以上を組み合わせて用いることができる。ポリエステルポリオール、ポリエーテルポリオールとしては、血液モデル母材に用いるポリエステルポリオール、ポリエーテルポリオールとして例示したものと同様のものが挙げられる。

＜その他の添加剤＞
その他の添加剤については、≪光音響用血液モデル≫の欄で説明した通りである。

≪流体血液モデルを使用した光音響波診断装置用ファントム≫
本発明の光音響用流体血液モデルを、光音響波診断装置用ファントムに配置することで、診断装置の精度管理や校正を行うことができる。

図２は、本発明の光音響用流体血液モデルを用いた光音響波診断装置用ファントムの構成例を示したものである。ファントム母材２１の中に、血管を模擬した空孔２２が配置され、その中に本発明の流体血液モデルを流す。２３ａ、２３ｂは、それぞれ流体血液モデルを送液するための管であり、ポンプ１４及び廃液溜め２５に接続している。ファントムのサイズは１２０×１２０×５０ｍｍとした。ファントム内に配置する血管を模擬した空孔２２のサイズは直径２ｍｍ、長さ１２０ｍｍとし、装置設置時に深さ２５ｍｍ位置において検出可能なように配置した。図２では、直線状の空孔を配置したが、実際の血管を模倣し、曲線状であってもよい。また、ファントムのサイズも装置の大きさに応じて、適宜調整できる。また、図２では、送液のためポンプ２４および廃液溜め２５を示しているが、流体血液モデルを送液するための管２３ｂをポンプ２４に接続し、循環式にすることもできる。

ファントム母材２１については、音響特性が生体に近似した音速８００ｍ／ｓ以上２０００ｍ／ｓ以下の材料が望ましく、例えば、ポリウレタンゲル、天然ゴムなどの音速１３００ｍ／ｓ以上１７００ｍ／ｓ以下の材料が特に望ましい。ポリウレタンゲルとしては、血液モデル母材に用いるポリウレタンゲルとして例示したものと同様のものが挙げられる。また、光の散乱特性の調整や音響特性の調整のために、ポリウレタンゲルには、添加剤として、無機微粒子や可塑剤を添加することができる。

本発明の流体血液モデルは、式（１）から計算して求められたパラメータＳが０〜１００の間で制御可能である。このファントムを光音響波診断装置に設置し、計測することで、診断装置が正しい酸素飽和度、および、流速を測定していることを確認するとともに、その計測値を元に装置の校正を行うことも可能である。

以下に本発明を詳しく説明するために実施例を挙げるが、本発明はこれらの実施例に限定されるものではない。

＜実施例１〜４、比較例１，２＞
［血液モデル試験片の調整］
ポリオールを入れたビーカーに、２種の光吸収性化合物、光散乱性を有する化合物を分散し、攪拌した後に真空脱泡を行った。

ポリオールとしては、エチレンオキサイドとプロピレンオキサイドのモル比率が１：１のポリエーテルポリオール共重合体（数平均分子量６０００）を用いた。

光吸収性化合物としては、カーボンブラックと銅フタロシアニン（最大吸収波長７２１ｎｍ）を用いた。カーボンブラックは、ビーカー中のポリオールと同じポリオールにカーボンブラックを分散したペースト（カーボンブラック含有量２５重量％）を、血液モデル中のペースト含有量が表１に示す量となる様に加えた。銅フタロシアニンは、ビーカー中のポリオールと同じポリオールに銅フタロシアニンを分散したペースト（銅フタロシアニン含有量２０重量％）を、血液モデル中のペースト含有量が表１に示す量となる様に加えた。

光散乱性を有する化合物としては、酸化アルミニウムおよびヘキサメチルジシラザンにより表面処理を施した酸化チタン（平均粒子径０．２１μｍ）を、ポリオールに対して０．２重量％分散した。

次に、硬化剤となるヘキサメチレンジイソシアネートの変性ポリイソシネートをポリオールに対して３．４重量％添加し、攪拌した後、真空脱泡を行った。このように調整したポリウレタンゲル混合溶液を、型に注型し、９０℃にて１時間加熱することにより硬化させた。その後、型を脱型し、以下に示す各測定に用いる血液モデル試験片を得た。

［血液モデルの吸収係数の算出］
５０ｍｍ×５０ｍｍ、光路長５ｍｍの石英セル内で血液モデルを硬化させ、吸収係数測定用セルを調整した。分光光度計（日本分光株式会社製、Ｖ−６７０）を用いて、このセルの透過率と反射率を求めた。また、１０×１０×５０ｍｍの血液モデル試験片の屈折率を、屈折率計（株式会社島津製作所製、ＫＰＲ−２０００）を用いて求めた。これらの結果をモンテカルロシミュレーションにより、測定値と計算値の差が最小となるように変数設定の最適化を行い、各波長（λ₁＝７５６ｎｍ、λ₂＝７９９ｎｍ）における吸収係数を算出した。その結果を表１に示す。

［パラメータＳ’の算出］
求めた血液モデルの吸収係数を用いて、式（１’）からパラメータＳ’を求めた。その結果を表１に示す。

［光音響信号強度の測定］
図３は、光音響信号強度測定装置の簡易図である。

レーザー光源１として、チタンサファイアレーザ（Ｌｏｔｉｓ Ｔｉｉ社製、ＬＴ−２２１１）を用いて、波長７５６ｎｍおよび７９７ｎｍ、エネルギー密度：２０ｍＪ／ｃｍ²、パルス幅：２０ナノ秒、パルス繰返し：１０Ｈｚの条件でレーザーを試験片３に対し光ファイバー２を介して照射した。試験片３としては、直径２ｍｍ、長さ２００ｍｍのチューブ状の血液モデル試験片を用いた。この試験片３を水槽６中に試験片３にたわみなどが発生しないよう設置した。試験片３にレーザー光を照射して発生した音響波を、受信装置５である超音波トランスデューサー（Ｏｌｙｍｐｕｓ ＮＤＴ Ｉｎｃ．製、Ｖ３０３（中心周波数１ＭＨｚ））で受信した。受信装置５の受信した光音響信号の受信電圧値をオシロスコープ４（レクロイ・ジャパン株式会社製、ＷａｖｅＲｕｎｎｅｒ ６４Ｘｉ）を用いて計測した。

代表的な光音響信号の波形を図４に示す。得られた光音響信号は典型的なＮ字波形をとり、その最大値−最小値の振幅幅を光音響信号の強度とした。その結果を表１に示す。

［パラメータＳの算出］
得られた光音響信号強度Ｐ₇₅₆、Ｐ₇₉₇の比Ｐ’（Ｐ₇₉₇／Ｐ₇₅₆）を用いて、式（１）からパラメータＳを算出した。その結果を表１に示す。

［音速の算出］
光音響信号強度の測定に用いた探触子としての超音波トランスデューサー（送信部）と、ハイドロフォン（受信部）（東レエンジニアリング株式会社製、ニードル型ハイドロフォン）を用いた。治具によりトランスデューサーとハイドロフォンを音軸の中心が一致するように水槽内に固定した。トランスデューサーとハイドロフォンの距離は４０ｍｍとした。

血液モデル試験片としては、１００ｍｍ×１００ｍｍ×１０ｍｍの板状試験片を用いた。この試験片を、治具を用いてトランスデューサーとハイドロフォンの間に、試験片に対する超音波信号の入射角が０°となるように固定した。トランスデューサーから８サイクルのサイン波（送信電圧１００Ｖ）をファンクションジェネレーター（ＮＦ回路設計株式会社製、ＷＦ１９４６）を用いて送信し、各シート設置時におけるハイドロフォンの受信電圧値をオシロスコープ（レクロイ・ジャパン株式会社製、ＷａｖｅＲｕｎｎｅｒ ６４Ｘｉ）を用いて求めた。試験片を測定系に設置した場合と設置しない場合における受信波到達時間の差を、オシロスコープで得られた波形の交差相関をとることで求め、この受信波到達時間の差から音速を求めた。その結果を表１に示す。

［線膨張係数の測定］
線膨張係数は、プラスチックの熱機械分析による線膨張率試験方法（ＪＩＳ−Ｋ７１９７）に基づいて測定した。具体的には、血液モデル試験片としては、直径４ｍｍ、高さ５ｍｍの円柱状試験片を用いた。この試験片を熱機械分析装置（株式会社リガク製、Ｔｈｅｒｍｏ Ｐｌｕｓ ＥＶＯ ＴＭＡ８３１０）に取り付け、窒素気流下（毎分１００ｍＬ／ｍｉｎ）にて、昇温速度５℃／分の条件で、−４０℃から６０℃の昇温及び降温を２回繰り返した。２回目の昇温時の０℃から２５℃の温度範囲における平均線膨張係数を求めた。その結果を表１に示す。

表１に示される様に、カーボンブラックのみで調整した血液モデルは、パラメータＳを制御することができないが、カーボンブラックと銅フタロシアニンを用いることでパラメータＳを制御できることがわかる。即ち、本発明の光音響用血液モデルは、パラメータＳを制御できることがわかり、光音響波診断装置の精度管理や校正に用いることができることが明らかとなった。また、実施例、比較例共にＳ’とＳがよく一致していた。

＜実施例５〜７＞
ポリテトラメチレンエーテルグリコール（ＰＴＭＧ、数平均分子量２０００）３４．５７０ｇ、可塑剤（フタル酸ジイソノニル、ＤＩＮＰ）８．６５０ｇを混合し、ポリオール溶液を調整した。

超音波処理およびプロペラによる機械撹拌を用いて、このポリオール溶液に、下記フタロシアニン化合物を、表２に示す量で溶解させた。
銅フタロシアニン（ＦＤ−２５ｃ、最大吸収波長８２９ｎｍ、山田化学工業株式会社製）
フタロシアニンバナジウム錯体（ＦＤ−４３、最大吸収波長７５４ｎｍ、山田化学工業株式会社）

このフタロシアニン化合物含有ポリオール溶液に、ウレタン化触媒（ジブチル錫ジラウレート）０．００５ｇ及び硬化剤（ヘキサメチレンジイソシアネート三量体）６．７７５ｇをよく混合し、型に注型し９０℃で２時間加熱した。その後、型を脱型し、血液モデル試験片を得た。この試験片について、実施例１〜４と同様に評価した結果を表２に示す。

表２の結果から、最大吸収波長がλ₁（７５６ｎｍ）以下の光吸収性化合物と最大吸収波長がλ₂（７９７ｎｍ）以上の光吸収性化合物を用いることで、Ｓ’とＳがよく一致し、Ｓ値が０以上１００以下となる光音響用血液モデルが得られることがわかった。よって、本発明の光音響用血液モデルは、光音響診断装置の精度管理や校正に用いることができることが明らかとなった。

また、本実施例で使用した銅フタロシアニンは、μ［λ₂］／μ［λ₁］が２．０であり、単体では、パラメータＳが１１７であった。また、本実施例で使用したフタロシアニンバナジウム錯体は、μ［λ₂］／μ［λ₁］は０．０４であり、単体でのパラメータＳは−１７８０であった。よって、この２種のフタロシアニン化合物の含有量の比を変化させることで、パラメータＳの値を０以上１００以下に自在に制御することが可能であることがわかった。

＜実施例８〜１４、比較例３，４＞
［流体血液モデルの調整］
流体血液モデル母材としてのポリオールを入れたビーカーに、２種の光吸収性化合物、光散乱性を有する化合物を分散し、攪拌した後に真空脱泡を行って流体血液モデルを調整した。

ポリオールとしては、エチレンオキサイドとプロピレンオキサイドのモル比率が１：１のポリエーテルポリオール共重合体（数平均分子量５０００）を用いた。

光吸収性化合物としては、カーボンブラックと銅フタロシアニンを用いた。カーボンブラックは、流体血液モデル母材と同じポリオールにカーボンブラックを分散したペースト（カーボンブラック含有量２５重量％）を、流体血液モデル中のペースト含有量が表３に示す量となる様に加えた。銅フタロシアニンは、流体血液モデル母材と同じポリオールに銅フタロシアニンを分散したペースト（銅フタロシアニン含有量２０重量％）を、流体血液モデル中のペースト含有量が表３に示す量となる様に加えた。

光散乱性を有する化合物としては、酸化アルミニウムおよびヘキサメチルジシラザンにより表面処理を施した酸化チタン（平均粒子径０．２１μｍ）を、ポリオールに対して０．２重量％分散した。

［流体血液モデルの吸収係数の算出］
５０ｍｍ×５０ｍｍ、光路長５ｍｍの石英セル内に硬化剤を添加した流体血液モデルを注入し、９０℃にて１時間加熱することにより樹脂を硬化させ、吸収係数測定用セルを調整した。分光光度計（日本分光株式会社製、Ｖ−６７０）を用いて、このセルの透過率と反射率を求めた。また、別途同様にして樹脂硬化したサンプル（サイズ１０×１０×５０ｍｍ）の屈折率を、屈折率計（株式会社島津製作所製、ＫＰＲ−２０００）を用いて求めた。これらの結果をモンテカルロシミュレーションにより、測定値と計算値の差が最小となるように変数設定の最適化を行い、各波長（λ₁＝７５６ｎｍ、λ₂＝７９９ｎｍ）における吸収係数を算出した。その結果を表３に示す。

［パラメータＳの算出］
求めた流体血液モデルの吸収係数を用いて、式（１’）からパラメータＳ’を求め、これをパラメータＳとした。その結果を表３に示す。

表３に示される様に、カーボンブラックのみで調整した流体血液モデルは、パラメータＳを制御することができないが、カーボンブラックと銅フタロシアニンを用いることでパラメータＳを制御できることがわかる。即ち、本発明の光音響用流体血液モデルは、パラメータＳを制御できることがわかり、光音響波診断装置の精度管理や校正に用いることができることが明らかとなった。

Claims (17)

1. 血液モデル母材中に２種以上の光吸収性化合物を含有し、６００ｎｍ以上１１００ｎｍ以下の任意の２波長λ₁、λ₂（λ₁＜λ₂）における前記光吸収性化合物の吸収係数の比率μ［λ₂］／μ［λ₁］が互いに異なり、下記式（１）から算出されるパラメータＳが０以上１００以下であることを特徴とする光音響用血液モデル。
   

   

   ＨｂＯ₂［λ₁］：波長λ₁におけるオキシヘモグロビンの吸収係数
   ＨｂＯ₂［λ₂］：波長λ₂におけるオキシヘモグロビンの吸収係数
   Ｈｂ［λ₁］：波長λ₁におけるデオキシヘモグロビンの吸収係数
   Ｈｂ［λ₂］：波長λ₂におけるデオキシヘモグロビンの吸収係数
   Ｐ’：波長λ₁の光を照射して得られる光音響信号強度Ｐ_λ1と波長λ₂の光を照射して得られる光音響信号強度Ｐ_λ2の比（Ｐ_λ2／Ｐ_λ1）
2. 前記吸収係数の比率μ［λ₂］／μ［λ₁］が下記式（２）、下記式（３）のいずれか一方を満たす光吸収性化合物を少なくとも１つ含有することを特徴とする請求項１に記載の光音響用血液モデル。
   

   

   Ｓ_min：パラメータＳの下限
   Ｓ_max：パラメータＳの上限
   ＨｂＯ₂［λ₁］：波長λ₁におけるオキシヘモグロビンの吸収係数
   ＨｂＯ₂［λ₂］：波長λ₂におけるオキシヘモグロビンの吸収係数
   Ｈｂ［λ₁］：波長λ₁におけるデオキシヘモグロビンの吸収係数
   Ｈｂ［λ₂］：波長λ₂におけるデオキシヘモグロビンの吸収係数
   μ［λ₁］：波長λ₁における光吸収性化合物の吸収係数
   μ［λ₂］：波長λ₂における光吸収性化合物の吸収係数
3. 更に、前記吸収係数の比率μ［λ₂］／μ［λ₁］が前記式（２）、前記式（３）の他方を満たす光吸収性化合物を少なくとも１つ含有することを特徴とする請求項２に記載の光音響用血液モデル。
4. 前記血液モデル母材の線膨張係数が１００ｐｐｍ／Ｋ以上１０００ｐｐｍ／Ｋ以下であることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか一項に記載の光音響用血液モデル。
5. 前記血液モデル母材の音速が８００ｍ／ｓ以上２０００ｍ／ｓ以下であることを特徴とする請求項１乃至４のいずれか一項に記載の光音響用血液モデル。
6. 前記血液モデル母材の音速が１３００ｍ／ｓ以上１７００ｍ／ｓ以下であることを特徴とする請求項５に記載の光音響用血液モデル。
7. 前記血液モデル母材が高分子材料からなることを特徴とする請求項１乃至６のいずれか一項に記載の光音響用血液モデル。
8. 前記血液モデル母材がポリウレタンゲルであることを特徴とする請求項７に記載の光音響用血液モデル。
9. 前記血液モデル母材が不揮発性であることを特徴とする請求項１乃至６のいずれか一項に記載の光音響用血液モデル。
10. 前記血液モデル母材がポリオールであることを特徴とする請求項９に記載の光音響用血液モデル。
11. 前記光吸収性化合物の少なくとも１つが、フタロシアニン化合物であることを特徴とする請求項１乃至１０のいずれか一項に記載の光音響用血液モデル。
12. 前記光吸収性化合物の少なくとも２つが、フタロシアニン化合物であることを特徴とする請求項１１に記載の光音響用血液モデル。
13. 前記フタロシアニン化合物が、銅フタロシアニン、フタロシアニンバナジウム錯体から選ばれることを特徴とする請求項１１または１２に記載の光音響用血液モデル。
14. 前記フタロシアニン化合物の各々を０．００００００１重量％以上０．１重量％以下含有していることを特徴とする請求項１１乃至１３のいずれか一項に記載の光音響用血液モデル。
15. 前記光吸収性化合物の少なくとも１つが、カーボンブラックであることを特徴とする請求項１乃至１４のいずれか一項に記載の光音響用血液モデル。
16. 前記任意の２波長λ₁、λ₂が、λ₁＝７５６ｎｍ、λ₂＝７９９ｎｍであることを特徴とする請求項１乃至１５のいずれか一項に記載の光音響用血液モデル。
17. 請求項１乃至１６のいずれか一項に記載の光音響用血液モデルとファントム母材を有することを特徴とする光音響波診断装置用ファントム。

Images