(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
孔が開けられた一対の板と、側壁と、前記一対の板及び側壁の間に充填される寒天を含むひも形状のファントムと、を有するファントム充填部と、
前記ファントム充填部における前記一対の板の一方から液体を供給する液体供給部と、
前記ファントム充填部における一対の板の他の一方から排出される液体を回収する液体回収部と、
前記液体の温度又は前記ファントムの温度を測定するための温度測定部を有し、
前記ひも形状のファントムは、断面が０．５ｍｍ以上５ｍｍ以下であって、長さが１０ｍｍ以上１００ｍｍ以下の範囲にある測定装置。
【請求項２】
前記液体供給部は、前記液体回収部において回収される液体を用いて前記液体を循環させる請求項１記載の測定装置。
【請求項３】
孔が開けられた一対の板と側壁を備え、前記一対の板及び側壁の間にファントムを充填するためのファントム充填部と、前記ファントム充填部における前記一対の板の一方から液体を供給する液体供給部と、前記ファントム充填部における一対の板の他の一方から排出される液体を回収する液体回収部と、前記液体の温度又は前記ファントムの温度を測定するための温度測定部を有する測定装置用のファントムであって、
寒天を含み、断面が０．５ｍｍ以上５ｍｍ以下の範囲にあり、長さが１０ｍｍ以上１００ｍｍ以下の範囲にあるひも形状のファントム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ファントム及びそれを用いた測定装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、携帯電話などの普及により、人体が吸収する電磁波のエネルギーが問題となってきている。この問題に対し、いわゆるファントムと呼ばれるものを用いることで人体が吸収するエネルギーを擬似的に測定することができると考えられている。ファントムを用いた擬似的な電磁波吸収の公知な測定装置として、例えば下記特許文献１がある。
【０００３】
【特許文献１】特開２００２−６２３２５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
上記特許文献１に記載の技術は、人体が吸収する電磁波のエネルギーを測定するためのものであり，測定装置内で測定を行うプローブを細かく移動し，正確なエネルギー吸収分布を測定できるといった点において有用である．しかしながら，人体に高出力の電磁波が照射された際に生じる温度上昇分布を測定することはできない。
【０００５】
そこで、本発明は、上記課題を鑑みより人体内での温度上昇分布測定が可能となるファントム及びそれを用いた測定装置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】
【０００６】
本発明者らは、上記課題について鋭意検討を行ったところ、ファントムをひも形状又は細粒状とすることで上記課題の解決に貢献しうることを発見し、本発明を完成させるに至った。
【０００７】
即ち、本発明の第一の手段に係る測定装置は、孔が開けられた一対の板と、一対の板の間に充填されるひも形状又は細粒状のファントムと、を有するファントム充填部と、ファントム充填部における一対の板の一方から液体を供給する液体供給部と、ファントム充填部における前記一対の板の他の一方から排出される液体を回収する液体回収部と、液体の温度又はファントムの温度を測定する温度測定部を有することとする。
【０００８】
また、本発明の第二の手段に係るファントムは、ひも形状もしくは細粒状からなることを特徴の一つとする。
【０００９】
以上、本発明によると、ファントムの形状をひも形状又は細粒状とすることで、測定装置に充てんした場合であっても適度な空隙を設けることができ、そこに血液を模擬した液体を流すことにより、より人体の状態に近づけることができ、より高精度な測定が可能となるファントム及びそれを用いた測定装置を提供することができるようになる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
以下、本発明の実施の形態について図面を用いて説明する。ただし、本発明は多くの異なる形態による実施が可能であり、以下に示す実施形態、実施例の記載に狭く限定されるものではない。
【００１１】
本実施形態は、ファントム及びそれを用いた測定装置に関するものであり、図１に、本実施形態に係る測定装置の概略を示す。
【００１２】
図１で示すとおり、本実施形態に係る測定装置１は、孔が開けられた一対の板２１ａ、２１ｂと、この一対の板の間に充填されるひも形状又は細粒状のファントム２２と、を有するファントム充填部２と、ファントム充填部２における一対の板の一方から液体を供給する液体供給部３と、ファントム充填部における一対の板の他の一方から排出される液体を回収する液体回収部４と、液体の温度又は前記ファントムの温度を測定するための温度測定部５と、を有する。なお、この液体の循環は、体内での血流を模擬するものである。
【００１３】
本実施形態に係るファントム充填部２は、上記のとおり、孔が開けられた一対の板２１ａ、２１ｂと、この一対の板の間に充填されるひも形状又は細粒状のファントム２２とを有して構成されている。ファントム充填部２は、本測定装置において人体を模擬したものであり、この部分における物理量の変化を測定することで、電磁波の人体への影響を定量的に判断することができる。
【００１４】
また、本実施形態に係るファントム充填部２における一対の板２１ａ、２１ｂは、充填されるファントム２を保持するために必要なものであり、そのそれぞれには孔が形成されており、この一対の板の一方の孔から液体を供給することが可能となり、他方の板の孔から液体を排出することができる。なおそれぞれの孔は、限定されるわけではないが、複数形成されていることが液体の流量調節精度向上の観点から好ましい。なお、この一対の板２１ａ、ｂについては、液体供給の観点から、鉛直方向に沿って対向して配置されていることが好ましい。なお図２に、本実施形態に係る一対の板２１ａにおける孔の形成例を示しておく。また、本実施形態に係る一対の板２１ａ、２１ｂの材質は、限定されることなく種々のものを採用することができ限定されるわけではないが、強度および，電磁波との干渉を起こさないといった観点から例えば木材、プラスチックで構成されることが望ましい。
【００１５】
なお、本実施形態において、ファントム充填部２には、一対の板２１ａ、２１ｂのほか、ファントムを充填させるための側板２３ａ〜ｄを有している。なおこの側板２３ａ〜ｄは、図１においては四面で囲う状態のものを示しているが、円柱状のものであってもよく、構造や枚数については限定されない。なお，材質については，強度および，電磁波との干渉を起こさないといった観点から，例えば，木材，プラスチックで構成されることが望ましい。また，透明プラスチック板を用いればファントム内部の空隙を外部から観察することも可能である。
【００１６】
また、本実施形態において、ファントム充填部２の一対の板２１ａにおいて、その板の上部側面には、側板により形成される囲い２４が形成されており、後述する液体供給手段から供給される液体を一時保持し、一方の板２１ａに形成された孔を介してファントム充填部２内部に液体を供給することができる。
【００１７】
本実施形態に係るファントム２２は、電磁波の吸収特性及び散乱特性において人体と同等のものとして考えることができるものであり、この特性を有する限りにおいて限定されるわけではないが、たとえば、伊藤公一,古屋克己,岡野好伸, 浜田リラ,“マイクロ波帯における生体等価ファントムの開発とその特性”，電子情報通信学会論文誌Ｂ−ＩＩ,ｖｏｌ．Ｊ８１−Ｂ−ＩＩ,ｎｏ．１２,ｐｐ．１１２６−１１３５,１９９８にて示されるように、水，食塩，寒天等からなる人体等価媒質を用いることが好ましい。
【００１８】
また本実施形態においてファントム２２の形状は、ひも形状又は細粒状であり、ファントム充填部２は、このひも形状又は細粒状のファントムが複数充填されることで構成されている。本実施形態に係るファントム２２は、ファントム充填部２における間隙の量を調整することができるようになり、人体の各所における状態に合わることができるようになる。さらに，ひも形状ファントムの直径、長さおよび細粒状ファントムの直径を変えることによって、細粒状ファントムの粒系（直径）を変えることによって、ファントム充填部２における空隙量を高精度に変化させることが可能である。
【００１９】
また本実施形態におけるファントム２２はひも形状又は細粒状であるが、ひも形状である場合において、長さとしては、そのひも形状が維持できる程度である限りにおいて限定されるわけではないが、１００ｍｍ以下であることが好ましく、より好ましくは５ｍｍ以上１００ｍｍ以下である。
【００２０】
また、本実施形態に係るファントムがひも形状である場合において断面形状としては丸、四角等の多角形等であることがファントム充填部２中に空隙を生成するという観点から好適である。なお、その断面の面積としては、限定されるわけではないが、例えば断面形状が円である場合、その断面の直径が０．５ｍｍ以上５ｍｍ以下の範囲にあることが好ましい。なお断面形状が多角形の場合は、上記円形状における好ましい範囲に相当する面積を有しているものであることが好ましい。
【００２１】
また、本実施形態に係るファントムがひも形状である場合において、その長さと断面の比は、２００以下であることが好ましく、より好ましくは１０以上１００以下である。２００以下とすることでファントム充填部中の空隙を均一に生成するという効果を得ることができる。
【００２２】
また、本実施形態に係るファントムが細粒形状である場合において、断面形状としては丸、楕円であることがファントム充填部２中に空隙を生成するという観点から好適である。なお、その断面の面積としては、限定されるわけではないが、例えば断面形状が円である場合、その断面の直径が０．５ｍｍ以上５ｍｍ以下の範囲にあることが好ましい。なお断面形状が多角形の場合は、上記円形状における好ましい範囲に相当する面積を有しているものであることが好ましい。
【００２３】
また、本実施形態に係る液体供給部３は、ファントム充填部２に液体を供給することが可能なものであって、この機能を有する限りにおいて限定されるわけではないが、例えば液体をくみ上げるためのポンプ３１と、このポンプに接続され、液体をファントム充填部２にまで導くパイプ３２と、を有して構成されていることが好ましい。また、本実施形態に係る液体供給部３は、後述する液体回収部４が回収した液体を再びファントム充填部２に供給させるため、パイプ３３を液体回収部４に配置し、ポンプでくみ上げることが好ましい一態様である。
【００２４】
また、本実施形態において供給される液体は、人体環境に近い状態を模すことが可能である限り限定されることはないが、食塩水であることがより好ましい。
【００２５】
なお本実施形態においてポンプの液体供給量は、上記のように人体環境に近い状態を模すことができる限りにおいて限定されることなく、たとえばファントムに２ｍｌ／秒以上３０ｍｌ／秒以下の範囲で供給することが好ましく、５ｍｌ／秒以上２０ｍｌ／秒以下であることがより好ましい。
【００２６】
本実施形態に係る液体回収部４は、ファントム充填部２の鉛直方向下側の板２１ｂの下に配置され、液体を回収可能なものである。この機能を有する限りにおいて限定されるわけではないが、液体回収部４は、受け皿となる板４１と、この板の周囲に配置される側板４２ａ〜ｄを有して構成されている。なお、上記のとおり、本実施形態に係る液体回収部４の板４１には、液体供給部３のパイプ３３が配置されており、この液体回収部４により回収された液体は、液体供給部３を介して再びファントム充填部２に供給される。
【００２７】
また本実施形態に係る測定装置には、温度を測定するための温度測定部５が配置されている。温度測定部５は、液体の温度又は前記ファントムの温度を測定するための装置であり、いわゆる温度計であることは好ましい一態様である。温度測定部５の配置形態は限定されるわけではないが、ファントム充填部２の側板２３ａ〜ｄのうちのいずれかに孔をあけ、その孔からファントム充填部２内部に差し込んで配置されることが好ましい一態様である。このようにすることでファントム充填部２における温度の変化を測定することができるようになる。なお、温度測定部５の測定対象としては液体であってもファントムそのものであってもよい。
【００２８】
なお、本実施形態に係る測定装置１には、測定対象となるファントムに対し電磁波の発生源となる電磁波発生部を設けておくことが好ましい。なお電磁波発生部は、測定装置１とは別の構成として設けてもよいが測定装置１の一部として構成してもよい。ファントムに対して照射する電磁波としては、生体組織中に温度上昇を引き起こす程度の出力である限りにおいて限定されるわけではないが、１００ＭＨｚ以上１００００ＭＨｚ以下の範囲であることが好ましく、より好ましくは３００ＭＨｚ以上３０００ＭＨｚ以下の範囲内である。なお、電磁波発生部６の構成としては、上記機能を有する限りにおいて限定されるわけではないが、たとえば電磁波信号源と、信号増幅器と、給電線路と、アンテナ本体と、を有して構成されていることが好ましい。また電磁波発生部と温度測定部５とは、別々の装置として構成してもよいし、一の装置として構成してもよい。
【００２９】
本実施形態に係る測定装置１は、以上の構成により、実際の人体と同程度な特性を有することとなり、より高精度な測定が可能となる。具体的に説明すると、まず、ｌファントム充填部２にファントム２２を充填し、必要量の液体を液体供給部３から供給させ、液体が常時一定の量でファントムに供給されるようにする。するとファントムが人体の筋肉として、液体が人体の血液として近似可能となる。そして外部から照射される電磁波をファントムが吸収すると、この周囲に流れる液体の温度変化をもたらされるため、これを測定することで電磁波照射による人体での温度上昇をより正確に測定することができるようになるのである。
【００３０】
（ファントムの作製）
本実施形態に係るファントムは、上記機能を奏する限り作製する方法が限定されることはないが、例えば以下に示す方法で作製することが容易である。
【００３１】
本実施形態に係るファントム２２の作製方法は、まず寒天溶液を作成し、この寒天溶液を例えば図３で示す容器本体７１に流し込み、この容器本体７１に細孔７２１が形成された蓋７２で覆い、容器本体７１に圧力を加えて寒天溶液を押し出すことで形成することができる。なおこの場合、押し出された寒天溶液は水で即時冷却することで形を安定化させることが好ましい。なお細孔７２１の形状、面積は形成したいファントムの形状によって適宜調整可能である。
【００３２】
以上のとおり、ファントムの形状をひも形状又は細粒形状とすることで、測定装置に充てんした場合であっても適度な空隙を設けることができ、より人体の状態に近づけることができ、より高精度な測定が可能となるファントム及びそれを用いた測定装置を提供することができるようになる。
【実施例】
【００３３】
ここで、実際にファントム及び測定装置を作成し、本装置の効果について確認を行った。以下に説明する。
【００３４】
図４に、本実施例に係る測定装置の外観を示す。本実施例において、ファントム充填部の形状は１５０ｍｍ×１５０ｍｍ×１７０ｍｍの直方体とした。またファントム充填部における鉛直方向一対の板それぞれには直径１．５ｍｍの円形状の孔を２行２列の合計４個設けるとともに、ファントム充填部の一対の側面に、直径２ｍｍの孔を２個開け、アンテナ及び温度計を挿入する孔とした。そして上記実施形態で言及した方法により作成したファントム（断面：約１ｍｍの円形状、長さ：約１０ｃｍ）を合計２８００ｇ充填した。そしてこの後、上記孔に微細径アンテナ（自作、図５参照）、及び、温度計（ＬＵＸＴＲＯＮ社製、Ｍｏｄｅｌ７９０）をそれぞれ挿入した。アンテナへの給電にはマイクロ波発信器を用いた。なお、ファントムの物理特性は以下の表に示すとおりである。なお、ファントムは上記記載の方法の容器を用いて作成した。この結果作成されたファントムの一例を図６に示す。なお本実施例において、ファントムの断面は直径２ｍｍの円形状とした。
【表１】
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【００３５】
また、本測定装置には、液体回収部からの液体を回収し、それを改めてファントム充填部に供給するために液体供給部として電動ポンプと、それに接続されるパイプ（直径２０ｍｍ）を用いた。
【００３６】
そして、ここで実際に液体として３０００ｍｌの食塩水（濃度０．３５％）を用い、食塩水の流量を３．３ｍｌ／秒として、５分間実際の加温実験を行った。加温実験は、アンテナからの放出電力を約６Ｗとした。なお、温度上昇は、アンテナにおける先端のスロットから５ｍｍ、７ｍｍ、１０ｍｍそれぞれ離れた位置における温度上昇を測定したものである。
【００３７】
この結果の温度上昇結果を図７に示し、またこの対比として、図８に生体熱輸送方程式を有限差分法にて数値解析した計算結果を示す。血液流量率をＦ＝４．２×１０−６、Ｆ＝０とした場合における計算結果を示す。
【００３８】
この比較によると、本実施例における温度上昇結果と計算結果との間において、温度上昇の経時変化の傾向が概ね一致していることが確認できた。特に、加温終了後は、食塩水による冷却作用が温度上昇値を決定づける支配的要因となり、本測定装置を用いることで、血液による冷却作用を実際の人体により近く模擬できていることがわかった。
【００３９】
以上のとおり、本実施例によると、人体における血液流を考慮することが可能であり、より人体の状態に近づけることができ、より高精度な測定が可能となるファントム及びそれを用いた測定装置を提供することができるようになった。
【産業上の利用可能性】
【００４０】
本発明は、ファントムを用いた電磁波の影響を測定する装置の分野において利用可能である。
【図面の簡単な説明】
【００４１】
【図１】実施形態に係る測定装置の概略図である。
【図２】実施形態に係る測定装置のファントム充填部２における孔の配置例を示す図である。
【図３】ファントム作製用容器の概略を示す図である。
【図４】実際に作成した測定装置の概略図である。
【図５】実施例において作成したアンテナの概略を示す図である。
【図６】実施例において作成したファントムの一例を示す図である。
【図７】実施例における温度上昇測定結果を示す図である。
【図８】体内温度上昇の計算結果を示す図である。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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