JPH0226567A - ハイパーサーミア用ファントム - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〈産業上の利用分野〉 本発明はハイパーサーミア用ファントムに関し、更に詳
細には、１１！磁波による温熱療法、特に癌の温熱療法
の前臨床に必要な生体組織等価モデルであるハイパーサ
ーミア用ファントムに関する。

〈従来の技術〉 「ハイパーサーミア」とは、一般的に「温熱療法」と呼
ばれるものであって１例えば癌治療において、腫瘍部位
の温度を電磁波により４１℃以上に加温させることによ
って、該腫瘍部位の殺細胞効果を期待するものである。

即ち癌におかされていない正常組織では、血管が分布さ
れているので。

血流による冷却効果があるのに対し、腫瘍部位は、−１
’！２に血流の循環が悪く、熱がうつ滞し、加温されや
すいこと及び腫瘍部位の温熱感受性は該腫瘍の組織型に
あまり左右されないことに注目して種々研究がなされて
いるものである。

しかしながらハイパーサーミアを実施する場合、解剖学
的に任意の腫瘍部位をできるだけ均一に、一定の温度で
一定時間加温できる装置とその腫瘍内温度分布を正確に
測定し得る温度計測技術が必要であり、現在のところ研
究が進められている段階である。例えば該腫瘍内温度分
布を測定するために、温度計を該腫瘍部位に直接挿入す
る方法等が提案されているが、該温度計を直接刺すとい
う点で医学的に必ずしも好ましいとは言えず、電磁波の
照射条件と温度上昇との関係をあらかじめ知るために、
前臨床的なものとして種々のファントム又は実験動物を
用いることが提案されており。

その一部は既に実用化されているが、なお多くの難点が
指摘されている。

一般に生体組成は電磁波物性が水に似ていることから、
ハイパーサーミア用ファントム素材として、水またはゼ
リー、こんにゃく、寒天等の高含水ゲルが提案されてい
る。

しかしながら生体組成の電磁波特性は、加温に使用する
周波数への依存性が高く、従って用いる装置の周波数に
合せたファントム素材の組成調整が必要とされているが
組成調整は、わずかの差によって得られる結果が大きく
異なるため、非常に困難であり、また物性の長期安定性
及び機械的強度に欠けるものが多く、更に含水率が高い
物質であるので腐敗、カビ等が発生しやすいため、再現
性及び長期使用に耐えられないという欠点がある。

また最近血液等の液体部分を除いたファントムについて
の研究がなされており、例えば筋、皮膚、臓器等の細胞
密度が高く、含水率の高い組織と骨、脂肪等の含水率の
低い組織とに大別し、研究がなされているが、更に細か
い分類での詳細検討が必要とされている。

更に各組成ごとの伝熱特性についても検討が必要であり
、前記各欠点及び要望を単独に調整し得る物性は現在種
々研究され、一部実用化されているが、全てを同時に解
決するハイパーサーミア用ファントムは全く知られてい
ないのが実状である。

〈発明が解決しようとする課題〉 本発明の目的は、電磁波加温における電磁気特性の周波
数依存性を容易に調整し、電磁気特性が生体の各組織と
等価であり、且つ伝熱特性をも同時に生体各組織と等価
とすることができるハイパーサーミア用ファントムを提
供することにある。

本発明の他の目的は、長期安定性及び機械的強度に優れ
、しかも反復使用に際しての再現性にも優れたハイパー
サーミア用ファントムを提供することにある。

く課題を解決するための手段〉 本発明によれば、けん化度９５モル％以上、平均重合度
１，０００以上のポリビニルアルコールを含み、且つ、
該ポリビニルアルコールの濃度が８ｗｔ％を超え、５０
ｗｔ％以下の水溶液であって、所定の生体組織の含水量
と同一の含水量並びに所定の電磁波加温機の周波数に合
致する電解質物質量を含有させた水溶液を、任意形状の
成型用鋳型へ注入後、これを−１０℃以下の温度に冷却
・固化・成型し１次に、これを解凍する一連の凍結・解
凍操作を少くとも１回行なうことにより得られる高含水
ゲル、もしくは、前記冷却・固化体を融解させることな
く、これに、脱水率（固化・成型体の重量減少率）３ｗ
ｔ％以上の真空・部分脱水を施すことにより得られる高
含水ゲルからなるハイパーサーミア用ファントムが提供
される。

以下本発明を更に詳細に説明する。

本発明のハイパーサーミア用ファントム素材は。

けん化度９５モル％以上、好ましくは９８モル％以上で
あり、重合度が１　、０００以上のポリビニルアルコー
ルを含む水溶液を使用する。該ポリビニルアルコールの
水溶液中の濃度は、８ｗｔ％を超え、５０ｗｔ％以下で
あり、該ポリビニルアルコールに対する含水率を調整す
ることにより、所定の生体組織の含水量と同一の含水量
組成を容易に調製することができる。具体的には前記ポ
リビニルアルコール水溶液は、後述のゲル化を行う際の
部分脱水を除けば、最初の含水率を！Ｉｉ整することに
よって所定の生体組織と同一の含水率とすることが可能
であり１例えば皮膚の含水率は、５１〜６９１％、以下
尿管５８ｗｔ％１項靭５８ｗｔ％、アキレス鍵６３ｗｔ
％、舌６０〜６８ｖｔ％、前立腺６９〜７６ｗｔ％、水
晶体６７〜７０ｔ＊ｔ％、肝臓７０〜’１７ｗｔ％。

胃８０ｗｔ％、膵１１７５ｗｔ％、小腸８０ｗｔ％、骨
格筋７９〜８０ｗｔ％、子宮８０ｗｔ％、胸腺８２ｗｔ
％、膀胱８２ｗｔ％、腎１１１１７８〜８１ｗｔ％等に
準じて生体組織に合致した含水率を調整することができ
る。

このように含水率を調整することにより、所定の生体組
成が示す電磁波物性、即ち比誘電率、導電率、熱伝導度
、比熱、硬度等を類似させることもできる。しかしなが
ら、電磁波による生体の加温は、周波数により異なるも
のであるため、使用する電磁波加温機の周波数に応じて
、前記ポリビニルアルコール水溶液の誘電率と電気伝導
度とを調整する必要がある。該調整は、電解質物質の量
を調整して添加することによりあらゆる周波数において
も所定の生体組織と同等な条件にて加温することが可能
となる。前記電解質物質としては、例えば塩化ナトリウ
ム、塩化カリウム等を好ましく挙げることができ、該電
解質物質の添加量は、使用する周波数及び対象となる生
体組織により異なるが、筋肉の場合を例にとれば１例え
ば使用する電磁波加温機の周波数が８ＭＨ，の場合には
、前記ポリビニルアルコール水溶液に対して該電解質物
質を０．５０〜０．６０ｗｔ％、１３　、　５６　ＭＨ
ｚの場合は０．７０〜０．７５ｗｔ％、２７．１２Ｍ）
Ｉ、の場合は０．７５〜０．８２ｗｔ％、　４３３．９
２ＭＨｚの場合は０．８５〜０．９２ｗｔ％、９１５Ｍ
Ｈ。

の場合は１．ＯＯ〜１．Ｌｏｕｔ％又は２．４５Ｇ１１
．の場合は１６１５〜１．２５ｗｔ％等に調整すること
により所定の生体組織とほぼ同一な条件にすることがで
きる。

本発明では、前記周波数に応じて調製した電解質物質を
含むポリビニルアルコール水溶液を、人体模型または人
体局部体表面の形状に適合する任意形状の成形用鋳型へ
注入し、これを−１０℃以下の温度に冷却・固化・成形
し、解凍することによって高含水ゲルを得ることができ
る。この際前記解凍処理は、１回でもよいが１機械的強
度に富む素材を望む場合には、前記凍結・解凍操作を反
復して行うことが好ましい。前記反復回数は、９回以上
行っても効果に変化がなく、経済的に不利なので、特に
２〜８回の範囲内で反復操作することが望ましい。

また本発明では、前記解凍・凍結の反復操作の替りに、
冷却固化体を融解させることなく真空・部分脱水をする
ことによっても、ゲルの機械的強度を向上させることが
できる。しかし、ハイパーサーミア用ファントムとして
、特に強固なゲルを得ることは必要でなく、前記真空・
部分脱水における脱水率（冷却・固化ゲルの重量減少率
）は。

３ｗｔ％以上、好ましくは３〜３５ｗｔ％の範囲である
ことがゲルの形態保持性、加工性の観点から望ましい。

前記真空・部分脱水とは、減圧下において脱水すること
であって、減圧量は特に限定されるものではなく、例え
ば１　ｍｓ　Ｈｇ以下、好ましくは０．ｌｍＨｇ以下、
さらに好ましくは０．Ｏ８ｎｎＨｇ以下に減圧すること
が望ましい。この際前記ポリビニルアルコール水溶液の
含水率を求めるには。

該真空・部分脱水による脱水量をも考慮する必要がある
が、ポリビニルアルコール水溶液の最初の含水率と前記
脱水率との差をとることにより容易にゲル含水率を調製
することができる。

本発明において、脂肪、骨等の含水率の低い生体組織を
模すには、前記ポリビニルアルコール水溶液に脂質を混
入し、均一に分散させれば良く。

例えば、含水率４０％の脂肪組織を模すには、含水率８
０％のポリビニルアルコール水溶液へ等量のレシチンま
たはトリステアリン等を分散させれば良い。更に脂肪分
の多い組織を模すには、脂肪による形態保持性の低下を
避けるために、モノステアリン、トリステアリン等の固
形脂肪を加熱液化して、７０℃以上に加熱したポリビニ
ルアルコール水溶液へ添加し、均一に懸濁した後、前記
凍結操作を施すことにより、含水率１５〜３０ｗｔ％の
脂肪組織を模したファントムを製造することができる。

また本発明では、前記脂質以外にポリビニルアルコール
のゲル化を阻害しない成分を好ましくはポリビニルアル
コールの１／２量以下添加することも可能である。前記
ゲル化を阻害しない成分としては、例えばイソプロピル
アルコール、グリセリン、プロピレングリコール、エチ
ルアルコール等のアルコール類、カゼイン、ゼラチン。

アルブミン等の蛋白質、レシチン、モノステアリン、ト
リステアリン等の脂質、グルコース、寒天。

カラゲナン等の糖または多ｔｒｉ、　ｐ−ヒドロキシ安
息香酸ブチル、フタロシアニン青、フラバンスロン等の
有機化合物、ニッケル塩、銅塩、マンガン塩、鉄塩、グ
ラファイト、活性炭、シリカ・アルミナ、ゼオライト、
けい酸カルシウム等の無機化合物、無機塩、有機酸塩、
ポリエチレン粉体、アルミナ粉体等を挙げることができ
る。

本発明では、含水率及び電解質物質の量を調製し、前記
一連の操作を施すことにより異なる種々の生体組織を模
した高含水ゲルを得ることができる。該高含水ゲルは、
単独でもハイパーサーミア用ファントムとして使用する
ことができるが、異なる生体組織に模した高含水ゲルを
互いに張り合わせて複合させることもできる。この際接
着剤としてシアノアクリレート系を用いることもできる
が、好ましくは所望含水率のポリビニルアルコール水溶
液を接着面に塗布し、凍結・解凍を施すことが望ましい
。

また本発明では、前記高含水ゲル単独体又は複合体に血
管を模した細管を埋入させることも可能である。該細管
の直径は１００μｍ〜数膿程度とすることができ、血管
と同様に細部にまで埋入させることができる。すなわち
一般に癌細胞には血管がほとんど通っていないので癌に
模した部分以外に前記細管を配設し、恒温器等によって
所定の温度に保たれた液体を細管内部に流すことにより
生体に発生した癌の模型とすることができる。また、前
記血管以外に生体骨格を含む組織を模すことができるほ
か、ゲル内に気管、食道、胃、膀胱、肺、鼻腔、口腔、
尿管、尿道等を模した空間または水分貯留腔を設けるこ
とができ、空気、貯留液、血流などによる電磁波の反射
、散乱、吸収、透過、多重反射状況を検討するためにも
優れたハイパーサーミア用ファントムを得ることもでき
る。

〈実施例〉 以下実施例により、図面を参照して更に詳細に説明する
が１本発明はこれらに限定されるものではない。

去】１１Ｌ 平均重合度１０００．けん化度９８．５モル％のポリビ
ニルアルコール（以下ＰＶＡとする）３９．１重量％と
水６０重量％と塩化ナトリウム０．９５５重量％トラ均
一台り、３００Ｘ２００Ｘ５ｍの直方体成型用鋳型へ注
入した１次いで−２，５℃にて冷却・固化・成型した後
、凍結、解凍処理を２回行い、皮膚組織に模した皮膚用
ファン１−ム１を１枚作製した。得られた皮膚用ファン
トム１は、周波数４３３．９２ＭＨ，においで、誘電率
（以下εＨとする）押４９、電気伝導度（以下σＨとす
る）Ｆ１．３０ｓ／ｍであった６次いで皮膚用ファント
ム１と同様なＰＶＡ１５重量％と水３４．７重量％とト
リステアリン５０重量％と塩化ナトリウム０．４５重量
％とを均一混合し、皮膚用ファントム１と同様な方法に
より、　３００　Ｘ　２００　Ｘ　１０■の脂肪組織に
模した脂肪用ファントム２を２枚作製した。

得られた脂肪用ファントム２は、周波数４３３．９２Ｍ
Ｈ□においてｉ　Ｈ４５，６，σ）ＩＬｒ７５．３ｍｓ
／ｍであった０次に皮膚用ファントム１と同様なＰＶＡ
２４．１重量％と水７５重量％と塩化ナトリウム０．９
０重量％とを均一混合し、皮膚用ファントム１と同様な
方法により３００Ｘ２００Ｘ１０ｍの筋肉組織に模した
筋肉用ファントム３を１００枚作製た。得ら九た筋肉用
ファントム３は、周波数４３３．９２Ｍ　Ｈｚにおいて
ｉＨ与５３、σＨ＃　１，４６ｓ／Ｉ１１であった。

引続き、前記皮膚用ファントム１．脂肪用ファントム２
及び筋肉用ファントム３を第１図に示すとおり重ね合わ
せ、複合型のハイパーサーミア用ファントムＡを作製し
た。得られたファントムＡをあらかじめ恒温槽で２５℃
に保った後、上下位置にアプリケータ４を夫々設置し、
「ハイパーサーミア・タグメゾシステム」５（米国タグ
メゾ社製、周波数４３３．９２ＭＨｚ）を用いて斜め方
向に１０分間電磁波による加温を行い、サーモカメラと
温度計を併用して、同装置による加温状態を測定・記録
した。次いで、ファントムＡを用いて３日毎に１月間同
様の測定を行ったところ得られた値はほぼ同一であり、
得られたハイパーサーミア用ファントムＡは、再現性に
優れていることが判明した。

夾胤涯ｌ 平均重合度１５００、けん化度９９．０モル％のＰＶＡ
３８．９重量％と水６０重量％と塩化ナトリウム０．７
５重量％とを均一混合し、長直径２８０ｍ、短直径１８
ｏＩＩＩｌであり、厚さ５ｍ、深さ２００＋ａｍの楕円
状のドーナツ成型用鋳型へ注入した。次゛いで一２０℃
にて冷却・固化・成型した後、凍結、解凍処理を１回行
い皮膚組織に模した皮膚用ファントム１ａを作製した。

得られた皮膚用ファントム１ａは、周波数１３．５６Ｍ
Ｈ，において、ｔ　１４４１３９．ａＨ’＝ｏ、６０ｓ
／ｍであった１次いで皮膚用ファントム１ａと同様なＰ
ＶＡ１５重量％と水３４．７重量％とトリステアリン５
０重量％と塩化ナトリウム０．５０重量％とを均一混合
し、長直径２７０ｎｍ、短直径１７０ｍｍであり厚さ２
０晴、深さ２０Ｃ）ｗの楕円状のドーナツ成型用鋳型へ
注入し、皮膚用ファントム１ａと同様に脂肪組織を模し
た脂肪用ファントム２ａを作製した。得られた脂肪用フ
ァントム２ａは、周波数１３．５６ＭＨ，ｃにおいてＥ
Ｈ〜３５．Ｏ。

σＨ押２６．３ｍｓ／ｍであった０次に、皮膚用ファン
トムｌａと同様なＰＶＡ２３．９重量％と水７５重量％
と塩化ナトリウム０．７０重量％とを均一混合し、長直
径２３０ｍ、短直径１３０ｍであり深さ２００ＩＩｌｍ
の楕円状の成型鋳型へ注入し、皮膚用ファントム１ａと
同様な方法により、筋肉組織に模した筋肉用ファントム
３ａを作製した。

得られた筋肉用ファントム３ａは、周波数１３．５６Ｍ
Ｈ。

において、ｌＨ″Ｆ　１４６　、　ｔｙ　Ｈ４０、６２
ｓ　／　ｍであった。

引続き前記皮膚用ファントム１ａ、脂肪用ファントム２
ａ及び筋肉用ファントム３ａを第２図に示すとおり組立
て、人体胴部を模した複合型ハイパーサーミア用ファン
トムＢを作製した。得られたファントムＢを恒温層にて
２５℃に調整した後ｒＲＦハイパーサーミアシステム」
（オムロン、立石電機株式会社製２周波数１３　、５６
　ＭＨ１）を用いて、１５分間第２図に示すとおり縦方
向（イ）の方向にウォーターポーラスとアプリケーター
（図示せず）とを設置し加温した０次いで温度計により
ファントムＢ中の縦方向（イ）に沿った温度分布の関係
を調べ、皮膚用ファントムｌａ、脂肪用ファントム２ａ
及び筋肉用ファントム３ａの加温状態の差を測定した。

その結果を表１に示す。

表１　縦方向（イ）からの測定 実施例１にて作製した複合型のハイパーサーミア用ファ
ントムＡの上面より４５ｍの深さの位置（筋肉用ファン
トム３内）に癌を想定した。前記癌を模した部位７は直
径５０ｍｍ、高さ５０１ＩＩｌの円柱形であり、そのま
わりには、第３図及び第４図に示すとおり直径２■の血
管に模した細管６をポンプ１０，１１及び恒温層！！１
２．１３と接続させて、前記癌を模した部位７を除した
筋肉用ファントム３内の細部にまで循環するように配設
した。

次いで恒温装置１２により３７℃に保たれた生理食塩水
をポンプ１０によって細管６に注入した後。

−度恒温装置１３を通し再び３７℃に恒温してからポン
プ１１により細管６に注入させた。すなわち、３７℃に
保たれた生理食塩水がポンプ１０及び１１を用いて筋肉
用ファントム３内に配設した細管６を循環させた。引続
き、細管６内に３７℃の生理食塩水を循環させた状態に
おいて、ファントムＡの上下位置にウォーターポーラス
を併用してアプリケータ（図示せず）を夫々設置し、「
ＲＦハイパーサーミアシステム」（オムロン、立石電機
株式会社製２周波数１３．５６ＭＨ，）を用いて垂直方
向に２０分間加温した。該加温と同時に温度計により温
度分布を測定した。その結果を表２に示す。

表　　２ また同じ装置及び同じ方法を用いて、実際の生体の場合
と加温状態を比較したところ実施例３とほぼ同様な加温
状態が得られた。

〈発明の効果〉 本発明のハイパーサーミア用ファントムは、電磁波加温
における電磁気特性の周波数依存性を、電解質物質の量
を調整することにより容易に生体の各組織と等価とする
ことができ、しかも伝熱特性をも同時に生体各組織と等
価とすることができるのでハイパーサーミアの前臨床と
して優れた効果を示す、また多量の水を含むのにもかか
わらず。

３７℃においても長期安定性及び機械的強度に優れてお
り、反復使用に際しての再現性をも備えているので、経
済的にも非常に有利である。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明のハイパーサーミア用ファントムの側面
断面図、第２図は人体胴部を模した楕円状のハイパーサ
ーミア用ファントムの断面図、第３図は細管を配したハ
イパーサーミア用ファントムの正面一部透視断面図、第
４図は細管を配したハイパーサーミア用ファン１−ムの
側面一部透視断面図である。

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. （１）　けん化度９５モル％以上、平均重合度１，００
   ０以上のポリビニルアルコールを含み、且つ、該ポリビ
   ニルアルコールの濃度が８ｗｔ％を超え、５０ｗｔ％以
   下の水溶液であって、所定の生体組織の含水量と同一の
   含水量並びに所定の電磁波加温機の周波数に合致する電
   解質物質量を含有させた水溶液を、任意形状の成型用鋳
   型へ注入後、これを−１０℃以下の温度に冷却・固化・
   成型し、次に、これを解凍する一連の凍結・解凍操作を
   少くとも１回行なうことにより得られる高含水ゲル、も
   しくは、前記冷却・固化体を融解させることなく、これ
   に、脱水率（固化・成型体の重量減少率）３ｗｔ％以上
   の真空・部分脱水を施すことにより得られる高含水ゲル
   からなるハイパーサーミア用ファントム。
2. （２）　前記高含水ゲルに血管を模した細管を埋入させ
   ることを特徴とする請求項１記載のフアントム。
3. （３）　前記高含水ゲルの癌を模した部分以外に前記細
   管を配設することを特徴とする請求項２記載のフアント
   ム。
4. （４）　異なる生体組織を模した複数の前記高含水ゲル
   を複合させてなる請求項１、２又は３記載のフアントム
   。