(57)【要約】【課題】人体の電気的特性に近く，かつ人体ファントム内に埋め込まれた作用体の位置が容易に特定でき，当該作用体を固定することができる人体ファントムを提供することを本発明の課題とする。【課題を解決するための手段】本発明は，前記課題を解決するため，半固体の人体ファントムであって，人体ファントム本体に埋め込まれ，外部から到来する電磁波と相互作用する作用体と，前記作用体を前記人体ファントム本体の外表面から視認できる程度の透明度を有する透明材料を用いた人体ファントム本体とからなる人体ファントムを提供する。【選択図】図１
2019138825.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
半固体の人体ファントムであって，
人体ファントム本体に埋め込まれ，外部から到来する電磁波と相互作用する作用体と，
前記作用体を前記人体ファントム本体の外表面から視認できる程度の透明度を有する透明材料を用いた人体ファントム本体と，
からなる人体ファントム。
【請求項２】
前記作用体は，外科手術などにより人体に埋め込まれる埋込体又はその模擬体である請求項１に記載の人体ファントム。
【請求項３】
前記透明材料は，人体の誘電率又は／及び導電率を近似した物性値を有する請求項１又は請求項２に記載の人体ファントム。
【請求項４】
不透明な骨又は骨模擬体の部材を前記人体ファントム本体内部に有し，前記骨又は骨模擬体の部材を前記人体ファントム本体の外表面から視認可能である
請求項１から請求項３のいずれか一に記載の人体ファントム。
【請求項５】
請求項１から請求項４のいずれか一に記載の人体ファントムを準備する準備ステップと，
準備された人体ファントムの作用体を基準として外部から電磁波を照射する電磁波照射ステップと，
熱画像を用いて人体ファントムの温度変化を観察する温度変化観察ステップと，
を有する人体ファントムを用いた実験方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は，電磁波と人体及び／又は人体に埋め込まれた作用体との相互作用を評価するための模擬人体に関するものである。本発明において，作用体とは，治療，検査などの目的のため人体に埋め込まれるペースメーカーなどのデバイス，センサー又は金属プレートなどをいう。
【背景技術】
【０００２】
従来より，放射線などが人体へ与える影響を見積もるための模擬人体である人体ファントムが知られている。放射線など人体に悪影響を及ぼす人体実験は問題があるので，この人体ファントムの活用により，例えば，携帯電話の電波が人体に与える影響等を実験することができる。
【０００３】
このような人体ファントムの活用においては，従来より，人体の電気的特性に近い人体ファントムを提供することが主要な課題とされてきた。
【０００４】
人体の電気的特性に近い人体ファントムを提供するための工夫として，特許文献１が存在する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００９−２１６６９１
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
特許文献１では，タルク，水，炭酸カルシウム及び寒天を含むファントムであって，前記タルク及び水をあわせた量は，ファントム全量に対し７０％以上であるファントムが開示されている。それにより，より広帯域な周波数帯域に適応可能であって，より実際の人体の電気的特性に近く，より長期安定な人体等価電磁ファントムを提供することができるとされている。
【０００７】
人体ファントムを用いた実験では，人体ファントム内部に作用体を埋め込んで当該作用体への影響を測定することによって，人体への影響を実験する場合がある。しかし，上記特許文献１の構成によれば，人体ファントムの外観が白濁化することから，人体ファントム内部に埋め込まれた作用体の位置が容易に特定できないという問題があった。従来，人体ファントム内部に埋め込まれた作用体の位置が容易に特定できないことは，問題視されなかったが，近時，より精度の高い実験を実施できる人体ファントムが要求されるようになり，人体ファントム内部に埋め込まれた作用体の位置が容易に特定できる人体ファントムの要求が高くなってきた。さらに、人体ファントムに埋め込まれた作用体を人体ファントムの外表面から視認できる程度の透明度を有する人体ファントムとして，液体ファントムがあるが，これは人体ファントム内部に作用体を固定することが難しかった。そこで，電磁波用であってファントム本体の固さで作用体をその内部に固定することができる人体ファントムが望まれていた。
【０００８】
かかる要求を実現するため，人体の電気的特性に近く，かつ人体ファントム内部に埋め込まれた作用体の位置が容易に特定でき，作用体を固定することができる人体ファントムを提供することを本発明の課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明は，前記課題を解決するため，半固体の人体ファントムであって，人体ファントム本体に埋め込まれ，外部から到来する電磁波と相互作用する作用体と，前記作用体を前記人体ファントム本体の外表面から視認できる程度の透明度を有する透明材料を用いた人体ファントム本体とからなる人体ファントムを提供する。
【００１０】
第２の発明として，前記特徴に加えて，前記作用体が，外科手術などにより人体に埋め込まれる埋込体又はその模擬体である人体ファントムを提供する。
【００１１】
第３の発明として，前記特徴に加えて，前記透明材料は，人体の誘電率又は／及び導電率を近似した物性値を有する人体ファントムを提供する。
【００１２】
第４の発明として，前記特徴に加えて，不透明な骨又は骨模擬体の部材を人体ファントム本体内に有し，前記骨又は骨模擬体の部材が前記人体ファントムの外表面から視認可能である人体ファントムを提供する。
【００１３】
第５の発明として，前記特徴を有する人体ファントムを準備する準備ステップと，準備された人体ファントムの作用体を基準として外部から電磁波を照射する電磁波照射ステップと，熱画像を用いて人体ファントムの温度変化を観察する温度変化観察ステップとを有する人体ファントムを用いた実験方法を提供する。
【００１４】
以上の発明によって，人体の電気的特性に近く，かつ人体ファントム内部に埋め込まれた作用体の位置を容易に特定できる人体ファントムを提供することができる。さらに，放射線より周波数帯が低い電波などの電磁波用であって，かつ半固体である人体ファントムを提供することができる。人体ファントム本体が半固体であることによって，埋め込まれた作用体を固定することができるだけではなく，外表面から測定のためのプローブなどを差し込み，それを固定できるようになる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】実施形態１における人体ファントムの一例を示す図
【図２】実施形態１における誘電率の測定結果を示す図
【図３】実施形態１における導電率の測定結果を示す図
【図４】実施形態１における人体ファントムを用いた実験方法の一例を示す図
【図５】実施形態１における人体ファントムを用いた実験結果の一例を示す図
【図６】実施形態２における人体ファントムの一例を示す図
【発明を実施するための形態】
【００１６】
以下では，本発明を実施するための実施形態を説明する。なお，本件発明は，以下に記載する実施形態に限定して解釈されるべきものでない。
【００１７】
人体ファントム及び当該人体ファントムを用いた実験方法につき，実施形態１は，主に請求項１，請求項２，請求項３，及び請求項５に関するものであり，実施形態２は，主に請求項４に関するものである。
【００１８】
＜実施形態１＞
≪構成≫
実施形態１の人体ファントムは，半固体の人体ファントムであって，人体ファントム本体に埋め込まれ，外部から到来する電磁波と相互作用する作用体と，前記作用体を前記人体ファントム本体の外表面から視認できる程度の透明度を有する透明材料を用いた人体ファントム本体とから構成されている。
【００１９】
図１は，本実施形態における人体ファントムの一例を示す図である。人の顔の形状をしたファントム本体（０１０１）と，その内部に作用体（０１０２）が埋め込まれている。
【００２０】
ここにファントムが模す人体の部位は，顔でなくても良い。例えば，心臓に近い部分であっても良いし，手の指などであってもいい。その部位の選択は，実験対象部位に依存することなり，ファントムとしては，いずれの部位のファントムとしても汎用的に用いることができる物質で構成されていることが望ましい。人体の部位により誘電率と導電率が異なるので，対象部位によって後記の成分の含有量を調整することが望ましい。
【００２１】
本発明において，電磁波の周波数は，数ｋＨｚから数百ＧＨｚの範囲の電磁波が想定されている。電磁波が人体に与える影響を実験する必要性が高いところ，人体実験は問題があるため，人体を模擬した人体ファントムによる実験が必要である。
【００２２】
電磁波と相互作用する作用体としては，例えば，金属やペースメーカーなどが考えられるが，それに限定されない。この作用体として，外科手術などにより人体に埋め込まれる埋込体又はその模擬体が望ましいが，それに限定されるものではない。ここで「電磁波と相互作用する作用体」には，電磁波を発生させるものも含まれる。
【００２３】
人体ファントム本体は，外表面から埋め込まれた作用体が視認可能である程度の透明度の透明材料を用いる。その透明材料とは，一例としては，水分と寒天とグリセリンが挙げられる。水分については，含有率が大きくなると誘電率が高くなり，人体の脂肪よりも筋肉に近い誘電率となる。寒天は，ファントムを固化させる役割を持つ。グリセリンは，透明性をもたせる役割がある。これらを望ましい含有率にて混ぜ合わせることが望ましい。透明度に関しては，外表面から埋め込まれた作用体が視認可能である程度であるが，より具体的には，外表面から10ｃｍ程度の範囲内（人間の体の厚みの半分程度）にある作用体位置に対して，外表面から可視光を照射した場合，その光の透過度が50％以上であることが望ましい。
【００２４】
水分については，その望ましい含有率は，筋肉に近い誘電率を実現するか，それとも脂肪に近い誘電率を実現するかによって異なるので，実験対象部位によって適宜調整する必要がある。また，人体に近い形で脂肪面を体表面側にするという意味でも，さらには乾燥しにくくして人体ファントム自体を長持ちさせるという意味でも，表面に近い部分の含水量を少なくするなどの工夫も考えられる。通常，人体の誘電率を再現しようとした場合には，水分については，５５．０％以上６５．０％以下であることが望ましいが，部位によって適切な誘電率と導電率が異なるので，模す部位によって調整することが望ましい。
【００２５】
寒天については，人体ファントムを固化させるに十分な量であることが望ましい。寒天の量が多すぎると，固くなりすぎてひび割れを引き起こし易くなり、さらに透明度が劣ってくる。そのため，寒天の含有率は，０．５％以上４．０％以下の範囲内であることが望ましく，この範囲内であれば，半固体を実現可能である。固さの程度としては，作用体を固定することができ，かつ，人体ファントムの外表面から温度プローブ又は電界プローブなどを差し込むことが可能な程度の固さであることが望ましい。
【００２６】
グリセリンの含有率については，透明度との兼ね合いで実用的な透明度を確保するためには，２５．０％以上３５．０％以下の範囲であることが望ましい。
【００２７】
図２及び図３は，水分と寒天とグリセリンを用いた場合において，それぞれの含有量が水分６８．０％，寒天が２．０％，グリセリンが３０．０％である場合の誘電率及び導電率を示す図である。図２が誘電率を示し，図３が導電率を示している。
【００２８】
図２は，人体の誘電率（０２０１）と，人体ファントムの誘電率（０２０２）を示す図である。横軸の値が０．５ＧＨｚから３．０ＧＨｚ付近で人体の誘電率（０２０１）と，人体ファントムの誘電率（０２０２）の値が近くなっていることが分かる。
【００２９】
次に，図３は，人体の導電率（０３０１）と，人体ファントムの導電率（０３０２）を示す図である。横軸の値が２．０ＧＨｚ付近で人体の導電率（０３０１）と，人体ファントムの導電率（０３０２）の値が近くなっていることが分かる。
【００３０】
以上のような材料の含有率により，半固体化可能で外表面から埋め込まれた作用体が視認可能である程度の透明度を有する透明材料を製造することができる。
【００３１】
≪人体ファントムの製造方法≫
上記ファントムの製造方法については，所望の人体部位の形状を生成するための金型に透明材料を流し込み，９０℃から９８℃の環境下にて１０時間程度放置しておくことにより製造することができる。なお、前述の温度範囲および時間は、用いる材料により調整する。以上の組成、製法によりファントム外表面から10ｃｍ程度の範囲内（人間の体の厚みの半分程度）にある作用体位置に対して，外表面から可視光を照射した場合，その光の透過度が50％以上である人体ファントムを得ることができる。
【００３２】
≪人体ファントムの保存方法≫
製造した人体ファントムの保存方法については，乾燥してひび割れすることを防止するため，加えて適切な誘電率と導電率を維持するため，水に濡れたタオル又はラップで全体を覆うことが望ましい。
【００３３】
≪人体ファントムを用いた実験方法≫
図４は，本実施形態における人体ファントムを用いた実験方法の一例を示す図である。人体ファントム（０４０１）の正面から電磁波を照射し，その電磁波と相互作用する作用体（０４０２）の熱反応を熱画像カメラ（０４０３）で観察することができる。
【００３４】
図５は，本実施形態における人体ファントムを用いた実験結果の一例を示す図である。Ｔ１が最も温度が高く，Ｔ３まで数字が大きくなるにつれて温度が下がっていることを示している。上記の図４の方法にて実験を実施した結果，人体ファントム（０５０１）は，作用体（０５０２）の位置に近づくにつれて温度が高くなっていることが分かる。このようにして，電磁波が人体に埋め込まれた作用体に与える影響を人体ファントムを使用することによって評価することができる。  
【００３５】
本実施形態においては，電磁波の影響を熱の面から捉えたために熱画像カメラによる評価であったが，熱の面に限らず，評価方法は実験の目的との関係で適宜選択されるものである。
【００３６】
例えば，ペースメーカーを人体ファントムに埋め込んで，埋め込んだペースメーカーに通信ケーブルを接続した上で当該ペースメーカーの動作状況をリアルタイムに確認することができる。この場合，無線通信機能を備えたペースメーカーであれば、通信ケーブルが不要となり，ペースメーカーの動作状況を遠隔確認することができる。
【００３７】
また，温度によって白濁化する素材を混ぜることによって，人体ファントムの温度変化を測定するという方法も考えられる。しかし，この方法では定量的な評価ができないという問題がある。そこで，液晶の微粒子又は液晶を透明ファントム内に埋め込んでおき，その液晶の微粒子又は液晶が温度によって変化するようにしておくことにより，定量的な評価が可能である。
【００３８】
≪変形的な実験例≫
さらに，図示しないものの，本発明の人体ファントムの特徴は，人体ファントム本体の外表面から作用体を視認可能である程度の透明度を有する材料を使用することである。そのため，例えば，人体ファントムの正面から電磁波を照射する実験方法に限らず，作用体との位置関係ごとに作用体への影響を評価することにより，単に電磁波が人体に与える影響及び人体に埋め込まれた作用体への影響を測定するのみならず，電磁波が人体に進入する角度等と関連付けた評価も可能である。このような評価方法によって，例えば，下からの電磁波照射に強い影響を受けるとか，あるいは真正面からの電磁波照射を避けたほうが良いなどの評価結果を得ることができる。
【００３９】
また，実験に用いる電磁波が，必要十分な熱画像分布が得られないほど弱い場合，熱反応を評価するよりも電界の変化を評価する方法が好ましい。この場合、本発明の人体ファントムは、半固体であるため、電界プローブを外表面から測定位置に差し込み、この電界プローブを固定することが可能である。強い電磁波の場合、電界プローブに替えて温度プローブを使用することもできる。
【００４０】
また、金属プレートの場合には，その金属プレートの両端の電界が強くなるため，金属プレートの位置や大きさを確認しながら評価することができる。
【００４１】
以上のような方法により，作用体の位置を目視しながら測定することができるため，電磁波が人体に与える影響を精緻に分析することができるようになる。
【００４２】
＜実施形態２＞
≪構成≫
実施形態２の人体ファントムは，不透明な骨又は骨模擬体の部材を人体ファントム本体内に配置し，前記骨又は骨模擬体の部材が人体ファントムの外表面から視認可能である人体ファントムである。
【００４３】
人体のうち，脂肪と筋肉では誘電率や導電率が異なることは前記のとおりであるが，更に骨部分は，脂肪や筋肉とは異なる誘電率と導電率を有している。そのため，人体に与える影響をより精緻に測定したい場合，骨部分についても，実際の骨に近い誘電率や導電率を有していることが望ましい。
【００４４】
そして，そのような骨に対応する部分を備えた人体ファントムを用いた評価においては，電磁波が骨を通過して作用体に与える影響をも評価することが容易になるように，骨部材は，不透明部材であることが望ましい。
【００４５】
図６は，本実施例における人体ファントムの一例を示す図である。人の顔の形状をしたファントム本体（０６０１）と，その内部に作用体（０６０２）と骨部材（０６０３）が埋め込まれている。
【００４６】
上記のような人体ファントムの製造方法としては，人体の形状を生成するための金型に骨部材を合わせて準備しておき，それに透明材料を流し込み，９０℃から９８℃の範囲の環境下で１０時間程度放置しておくという方法がある。
【００４７】
以上のような方法により，人体ファントムに埋め込まれた作用体の位置を目視しながら評価することができるため，電磁波が人体に与える影響を精緻に分析することができる。また，人体の筋肉以外の比較的誘電率や導電率が異なる部位に関しては，材料の成分調整をして部分的に誘電率，導電率を人体の値に近づけるように構成してもよい。具体的には，顔であれば，眼球，脳，舌などであり，骨の部分は骨格モデルを用いる。胴体であれば，肺，食道，胃，肝臓，腎臓，膵臓，大腸，小腸，肛門，膀胱などである。また，食道，胃，小腸，大腸，肛門などの器官に関しては，食事を模した内容物を想定して材料の成分を調整し，その内容物を内蔵するように構成してもよいし，実際の食物を埋め込んでもよい。さらに，水分を埋め込む場合には，ビニール袋などに入れてファントムに埋め込むこともできるし，水分を模擬した部材を埋め込むこともできる。上記の臓器に関しては，実際の臓器（例えば牛などの動物のもの）を直接的に埋め込むことも考えられる。また，皮膚に関しても，材料の成分を調整して表面に張り付けるか，表面から液状樹脂，塩，穀物粉などを散布したり，塗布して導電率や誘電率を調整することができる。
【符号の説明】
【００４８】
０１０１：人体ファントム本体
０１０２：作用体
【図１】
2019138825.tif 000003
【図２】
2019138825.tif 000004
【図３】
2019138825.tif 000005
【図４】
2019138825.tif 000006
【図５】
2019138825.tif 000007
【図６】
2019138825.tif 000008
【手続補正書】
【提出日】平成30年11月19日(2018.11.19)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
半固体であり，ファントム本体の固さで作用体を内部に固定することができる人体ファントムであって，
人体ファントム本体に埋め込まれ，外部から到来する電磁波と相互作用する作用体と，
前記作用体を前記人体ファントム本体の外表面から視認できる程度の透明度を有する透明材料を用いた人体ファントム本体と，
からなる人体ファントム。
【請求項２】
前記作用体は，外科手術などにより人体に埋め込まれる埋込体又はその模擬体である請求項１に記載の人体ファントム。
【請求項３】
前記透明材料は，人体の誘電率又は／及び導電率を近似した物性値を有する請求項１又は請求項２に記載の人体ファントム。
【請求項４】
不透明な骨又は骨模擬体の部材を前記人体ファントム本体内部に有し，前記骨又は骨模擬体の部材を前記人体ファントム本体の外表面から視認可能である
請求項１から請求項３のいずれか一に記載の人体ファントム。
【請求項５】
請求項１から請求項４のいずれか一に記載の人体ファントムを準備する準備ステップと，
準備された人体ファントムの作用体を基準として外部から電磁波を照射する電磁波照射ステップと，
熱画像を用いて人体ファントムの温度変化を観察する温度変化観察ステップと，
を有する人体ファントムを用いた実験方法。以上