JP2018515258A - 一酸化炭素中毒の予防又は治療のための光線療法用のシステム及び方法 - Google Patents

Abstract

一酸化炭素中毒の治療又は予防のためのシステム及び方法が提供される。特に、ヘモグロビンから一酸化炭素を光解離させるために患者の体に光放射を送達する光線療法処置又は予防システムのためのシステム及び方法が提供される。【選択図】図１

Description

［関連出願の相互参照］
本出願は、２０１５年５月１８日に出願された「一酸化炭素中毒の予防又は治療のための光線療法のためのシステム及び方法」との名称の米国仮特許出願番号第６２／１６３，２７７号に基づき、それの優先権を主張し、参照により本明細書にそれの全体が援用される。

［連邦支援研究に関する言及］
適用されない。

本開示は、光線療法に関し、より具体的には、光線療法を用いて一酸化炭素中毒を治療又は予防するためのシステム及び方法に関する。

一酸化炭素（ＣＯ）中毒は、ＣＯがヘモグロビン（Ｈｂ）に強く結合して、酸素輸送できないカルボキシヘモグロビン（ＣＯＨｂ）を形成して、組織酸素化を阻害する。現在、ＣＯ中毒の治療は１００％の酸素を呼吸してＣＯを迅速に除去しようとすることを含む。高酸素酸素療法及び／又は過換気療法又は訓練が、ＣＯ除去の割合を増加し得るが、施設及び装置を必要とするために容易に利用可能でない場合がある。可視光はまたＨｂからＣＯを光解離することも知られ、１つの光子がＣＯをＨｂから解離する。

Ｓｍｙｃｚｙｎｓｋｉが、米国特許出願公開第２０１３／０１０１４６４号において、５４０ナノメートル（ｎｍ）及び／又は５７０ｎｍの光照射を用いて、体外ガス交換器を通過した血液中のＣＯＨｂを光解離することにより中毒を治療することを示唆した。Ｓｍｙｃｚｙｎｓｋｉの治療システムは、体外人工肺を介して患者から抗凝固処理された血液を除去し再循環させることを含む。体外人工肺を通過した血液は、５４０ｎｍ及び／又は５７０ｎｍのいずれかの光で照射される。体外人工肺は、血液光接触面積が可能な限り広く設計されるが、何故ならば、５４０ｎｍ及び／又は５７０ｎｍの光は、完全に吸収される前に、血流中に深く浸透しないからである。

Ｓｍｙｃｚｙｎｓｋｉは５４０ｎｍ及び５７０のｎｍの光波長を選択するのは、これら波長がＣＯＨｂ吸収スペクトルのピークと並ぶからである。しかしながら、５４０ｎｍ及び５７０ｎｍの光はヒトの組織を貫通して伝達され難く、Ｓｍｙｃｚｙｎｓｋｉの治療システムは光線療法を行うために患者の身体から血液を移す必要がある。

本開示は、一酸化炭素中毒を治療又は予防するためのシステム及び方法を提供する。特に、患者の身体に光放射を送達してヘモグロビンから一酸化炭素を光解離する光線療法又は予防のためのシステム及び方法が提供される。血流から除去されたＣＯは、肺の肺胞又は皮膚を取り囲む他の気体に送達されて身体から除去される。

一態様では、本開示は、患者における一酸化炭素中毒の量を治療又は制御するための、光を出力するように構成された光源を含む光線療法システムを提供する。光源から出力された光は、患者のカルボキシヘモグロビンの光解離を可能にする特性を有する。光線治療システムは、光源に結合され、光ケーブル内に配置された光ケーブルと、光ケーブル内に配置された１つ又は複数の導波管を有する。１つ又は複数の導波管は、光源からの光を患者の身体の一部に直接放射して、カルボキシヘモグロビンを光解離するように構成される。

別の態様では、本開示は、患者の一酸化炭素中毒の量を治療又は制御するための光線療法システムを提供し、システムは、中心管管腔と、チューブの遠位端に取り付けられたバッグと、中心管管腔を介してバッグに流体的に連通して光をバッグに放射するように構成された光源と、を含んでいる。光源から放射された光は患者におけるカルボキシヘモグロビンの光解離を可能にする特性を有する。チューブ及びバッグは患者の身体の部分上に挿入されるか配置されて、バッグを介して放出された光を患者の身体の部分に提供してカルボキシヘモグロビンを光解離するように構成される。

さらに別の態様では、本開示は患者における一酸化炭素中毒の量を治療又は制御するための光線療法システムを提供し、システムは、エアロゾル化要素と連通する光源と、光源と気道との間で連通を提供するように構成されたチューブを含む。気道は、患者の鼻及び口の少なくとも１つと連通するように構成されている。エアロゾル化要素は、光源をエアロゾル化して、気道を通る気体の換気によって光源を患者に送達するように構成される。

さらに別の態様では、本開示は患者における一酸化炭素中毒の量を治療又は制御するための方法を提供し、方法は、光源を提供するステップと、光源を患者の身体の一部に隣接して又は内部に位置付けるステップと、光源からの光を患者の体の部分に直接照射するステップと、を含む。

本発明の上記及び他の態様及び利点は、以下の説明から明らかになるであろう。説明では、本発明の一部を形成する添付の図面を参照し、本発明の好ましい実施形態を例示として示す。このような実施形態は、必ずしも本発明の全範囲を示すものではなく、したがって、本発明の範囲を解釈するための特許請求の範囲及び本明細書を参照する。

本発明は、以下の詳細な説明を考慮することにより、よりよく理解され、上述のもの以外の特徴、態様及び利点が明らかになるであろう。そのような詳細な説明は以下の図面を参照するが、図面は縮尺通りに描かれていない。

本開示の一実施形態による光線治療システムを示す図である。 図１の光線治療システムの光ケーブルの線２-２に沿った断面図である。 本開示の一実施形態による実質的に円錐形の形状を画定する先端を示す図である。 本開示の別の実施形態による実質的に丸い形状を画定する先端を示す図である。 本開示のさらに別の実施形態による１つ又は複数の拡散要素を含む先端を示す図である。 患者の食道に挿入された図１の光線療法システムの光ケーブルを示す図である。 患者の右主幹気管支に挿入された図１の光線療法システムの光ケーブルを示す図である。 患者の気管支樹全体に配置された図１の光線療法システムの導波管を示す図である。 本開示の別の実施形態による、抗力を制御するための先端を横切るフィンを含む先端を示す図である。 光ケーブルの遠位端が第１の遠位セクションと第２の遠位セクションに分割されている図１の光線治療システムを示す図である。 患者の気管支樹全体に配置された図１０の光線療法システムの導波管を示す図である。 バルーン、液体源、及びガス源を含む、図１の光線療法システムを示す図である。 バルーンが膨張状態にある、図１２の光線療法システムを示す図である。 患者の食道に挿入された、図１３の光線療法システムの光ケーブルを示す図である。 本開示の一実施形態による、気管支鏡と一体化された図１の光線療法システムを示す図である。 本開示の一実施形態による、図１の光線療法システムを動作させるためのステップの概要を示す図である。 本開示の別の実施形態による光線治療システムを示す図である。 本開示の一実施形態による、図１７の光線療法システムを動作させるためのステップの概要を示す図である。 本開示のさらに別の実施形態による光線治療システムを示す図である。 本開示の一実施形態による、図１９の光線療法システムを動作させるためのステップの概要を示す図である。 一酸化炭素中毒のネズミモデルについて、吸入又は吐出された一酸化炭素濃度対時間を示す図である。 一酸化炭素中毒のネズミモデルについてのカルボキシヘモグロビン百分率対時間を示す図である。 本開示の一実施形態による、マウスの肺に直接的にレーザ光を照射する光線療法システムを示す図である。 ４００ｐｐｍのＣＯで１時間被毒され空気又は１００％酸素のいずれかを呼吸するマウスにおける光線療法中の吸入又は吐出された一酸化炭素濃度対時間を示す図である。 １時間４００ｐｐｍのＣＯで被毒され１００％酸素を呼吸するマウスにおける光線療法中のカルボキシヘモグロビン百分率対時間を示す図である。 ４００ｐｐｍのＣＯで１時間被毒され空気を呼吸するマウスにおける光線療法中の吸入又は吐出された一酸化炭素濃度対時間を示す図である。 ４００ｐｐｍのＣＯで１時間被毒され空気を呼吸するマウスにおける光線療法中のカルボキシヘモグロビン百分率対時間を示す図である。 ６２８ｎｍで光線療法を行った場合としない場合の収縮期動脈圧と時間との関係を示す図である。 ６２８ｎｍで光線療法を行った場合としない場合の心拍数対時間を示す図である。 ６２８ｎｍでの光線療法がマウスの体及び肺の温度に及ぼす影響を示す図である。 ９０％の一酸化炭素を除去する時間に対する波長の影響を示す図である。 カルボキシヘモグロビン半減期対６２８ｎｍの放射を示す図である。 ９０％の一酸化炭素を排除する時間に対するパルス持続時間及び放射の影響を示す図である。 ５３２ｎｍにおける放射暴露対９０％一酸化炭素除去の時間を示す図である。 同時光線療法を伴う又は伴わない、マウスの吸気及び呼気の一酸化炭素濃度対時間を示す図である。 同時光線療法を伴う又は伴わない、マウスの累積一酸化炭素摂取対時間を示す図である。 同時光線療法を伴う又は伴わない、マウスのカルボキシヘモグロビン百分率対時間を示す図である。 ５３２ｎｍで光線療法を行った場合としない場合のマウスの生存率対時間を示す図である。 ５３２ｎｍで光線療法を行った場合としない場合のカルボキシヘモグロビン百分率対時間を示す図である。 ５３２ｎｍで光線療法を行った場合としない場合の収縮期動脈圧と時間との関係を示す図である。 ５３２ｎｍで光線療法を行った場合としない場合の心拍数対時間を示す図である。 ５３２ｎｍで光線療法を行った場合としない場合のマウスの血液乳酸塩濃度対時間を示す図である。 マウスの食道に配置された光ファイバーを有するマウスのＣＴスキャンを示す図である。 食道光線療法を行った場合としない場合の、１００％酸素を呼吸するマウスの吸入又は吐出された一酸化炭素濃度対時間を示す図である。 食道光線療法を行った場合としない場合の、１００％酸素を呼吸するマウスのカルボキシヘモグロビン百分率対時間を示す図である。 ５００ｐｐｍのＣＯで９０分間被毒され空気又は１００％酸素のいずれかを呼吸するラットの光線療法中の吸入又は吐出された一酸化炭素濃度対時間を示す図である。 ５００ｐｐｍのＣＯで９０分間被毒した後に空気又は１００％酸素のいずれかを呼吸するラットの光線療法中の時間に対するカルボキシヘモグロビン百分率を示す図である。 ５００ｐｐｍのＣＯで９０分間被毒した後に空気又は１００％酸素のいずれかを呼吸するラットの５３２ｎｍでの光線療法の有無による時間の関数としての呼気一酸化炭素濃度を示す図である。 ５００ｐｐｍのＣＯで９０分間被毒した後に空気又は１００％酸素のいずれかを呼吸するラットの５３２ｎｍにおける光線療法の有無による時間の関数としてのカルボキシヘモグロビン百分率を示す図である。 ５００ｐｐｍのＣＯで９０分間被毒した後に空気を呼吸するラットの５３２ｎｍでの光線療法の有無による時間の関数としての平均動脈圧を示す図である。 ５００ｐｐｍのＣＯで９０分間被毒した後に空気を呼吸するラットの５３２ｎｍにおける光線療法の有無による時間の関数としての心拍数を示す図である。 ５００ｐｐｍのＣＯで９０分間被毒した後に空気を呼吸するラットの５３２ｎｍでの光線療法の有無による時間の関数としてのカルボキシヘモグロビン百分率を示す図である。 ５００ｐｐｍのＣＯで９０分間被毒した後に空気を呼吸するラットの５３２ｎｍにおける光線療法の有無による時間の関数としての乳酸塩濃度を示す図である。 ５００ｐｐｍのＣＯで９０分間被毒した後に１００％の酸素を呼吸するラットの５３２ｎｍにおける過換気及び光線療法を行った場合としない場合の、吸入又は吐出された一酸化炭素濃度を時間の関数として示す図である。 ５００ｐｐｍのＣＯによる９０分間被毒した後に１００％の酸素を呼吸するラットの５３２ｎｍにおける過換気及び光線療法を行った場合としない場合の時間の関数としてのカルボキシヘモグロビン百分率を示す図である。 ５００ｐｐｍのＣＯで９０分間被毒した後に１００％の酸素を呼吸するラットの５３２ｎｍにおける胸腔内光線療法を伴う一酸化炭素除去を示す図である。 ５００ｐｐｍのＣＯで９０分間被毒した後に１００％の酸素を呼吸するラットの５３２ｎｍにおける胸腔内光線療法を伴う及び伴わないカルボキシヘモグロビン半減期を示す図である。 化学発光光線療法に使用される化学発光反応によって生成される光スペクトルを示す図である。 ５００ｐｐｍのＣＯで９０分間被毒した後に１００％の酸素を呼吸するラットの５３２ｎｍにおける化学発光光線療法を伴う一酸化炭素除去を示す図である。 ５００ｐｐｍのＣＯで９０分間被毒した後に１００％の酸素を呼吸するラットの５３２ｎｍでの化学発光光線療法を伴う又は伴わないカルボキシヘモグロビン半減期を示す図である。

本明細書で使用する「可視光」という用語は、一般に人間の目に見える約３８０ナノメートル（ｎｍ）〜約７５０ｎｍの波長の間に束縛される電磁スペクトルの一部を指す。当業者は、可視光の波長範囲が人の視覚に応じて人によって異なることを認識するであろう。したがって、３８０ｎｍ〜７５０ｎｍの範囲は、一般的に認められている範囲であり、決して限定的な意味を持つものではない。

一酸化炭素（ＣＯ）中毒は、世界的に有毒関連死の最も一般的な原因の１つである。米国では、ＣＯの吸入により、毎年約５万件の救急室往診と４００件以上の死亡事故が発生している。たとえそれが致命的ではない場合でも、ＣＯ中毒は、記憶、注意、及び障害を含む重大な罹患率と関連している。

ＣＯ及び酸素は、ヘモグロビン（Ｈｂ）に結合する確率が等しい。しかし、いったん結合すると、ＣＯは酸素より約２００倍大きい親和性でＨｂに結合する。したがって、ＨｂからのＣＯの解離にははるかに時間がかかり、Ｈｂへの酸素結合の可能性が減少する。

上述したように、ＣＯＨｂを光解離させるために、可視光による光線療法を用いることができる。典型的には、光線療法技術は、ＣＯＨｂによって良く吸収される光波長（例えば、５４０ｎｍ及び５７０ｎｍ）を利用してきた。しかしながら、光線療法中のＣＯＨｂを光解離する可能性は、光の波長とは無関係であり得る。すなわち、化学的収率（Ｈｂから光解離される分子の数）と吸収される光子の数との比として定義される量子収率は、光の波長に依存しないと言える。本開示のＣＯ被毒治療又は予防システム及び方法は、ＣＯＨｂによってはほとんど吸収されないがヒト組織に十分に浸透することができる光の波長を利用することによって、この非直感的な現象を活用する。１つの非限定的な例では、これらの波長の光は、５９０ｎｍと６３０ｎｍの間であり得る。

人間の組織に十分に浸透することができる波長の光を利用することにより、以下に詳細に説明する本発明のＣＯ被毒治療又は予防システム及び方法が、患者の身体の１つ又は複数の部分に光線療法を直接提供することが可能になり、大量の血流へのアクセスを提供する。特に関心のある患者の身体の一部分は肺であり、特に肺血管系である。放射された可視光線が干渉組織に十分に浸透できる場合、患者の体内に放射される可視光線は肺血管系に到達し得る。動脈、肺胞−毛細血管網及び静脈を含む肺血管系は、換気−灌流マッチングのために毎回の呼吸サイクル中に絶えず再循環する大量の血流（全心拍出量）へのアクセスを提供する。健康な人間では、約５リットルの全血液量が１分ごとに肺を循環する。さらに、肺脈管構造は肺胞に囲まれており、光解離したＣＯは肺胞ガス空間に放出され、呼気時に患者の体内から排出される。

可視光による光線療法はまた、肺中のオキシヘモグロビン（ＨｂＯ２）を光解離する可能性があり、このことは組織酸素化をさらに損なうのでＣＯ中毒の治療又は予防を妨げる可能性がある。しかしながら、可視光を用いたＨｂＯ２の光解離に伴う量子収率は約０.００８であり、可視光によるＣＯＨｂの光解離に伴う量子収率は約０.５以上である。したがって、ＣＯＨｂの方がＨｂＯ２に比べてかなり多くがデオキシＨｂに光解離され、血液中のＨｂＯ２レベルの回復を助ける。

以下の詳細な説明は、可視光線を肺血管系又は皮膚に照射することによってＣＯ中毒を治療又は予防するための光線療法を提供することができるシステム及び方法の様々な非限定的な例に向けられている。

図１は、ＣＯ中毒を治療又は予防するための光線療法システム１０の１つの非限定的な例を示す。光線療法システム１０は、光源１４と通信するコントローラ１２を含む。光源１４は、約５９０ｎｍと６５０ｎｍの間の波長の可視光を出力するように構成されたレーザの形態であり得る。他の非限定的な例では、光源１４は、発光ダイオード（ＬＥＤ）、又は当技術分野で知られている任意の他の可視発光デバイスの形態であってもよい。コントローラ１２は、光源１４のパルス幅、周波数、及びエネルギー出力を制御するように構成されている。コントローラ１２はまた、望んだ通りに、光源１４をオンオフし、光源１４がオンになる時間を制御するように構成される。さらに、図１に示すように、コントローラ１２は、患者のＥＫＧ（心電図）信号１３及びエアフローメータ１５と通信している。エアフローメータ１５は、患者の気管及び気管支を通る酸素又は空気の流量を測定するように構成され、患者がいつ吸気して呼気しているかをコントローラ１２が識別することを可能にする。したがって、コントローラ１２は、光源１４に供給される光信号をゲートすることで吸気を終了させ、これによって電力を節約し肺組織の加熱を低減し、ＣＯリッチガスの即時の呼気を可能にするように構成することができる。追加的又は代替的に、コントローラ１２は、患者の血液中の動脈ＣＯ濃度を連続的に測定することができる測定装置、例えば経皮ＣＯＨｂパルスオキシメータと通信することができる。コントローラ１２は、患者の血液中のＣＯ濃度が十分に減少した後に光源１４をオフするように構成することができる。

このように、ＣＯＨｂによる可視光のピーク吸収は、５４０ｎｍ付近と５７０ｎｍ付近で発生する。ＣＯＨｂによる可視光の吸収は、波長が５７０ｎｍを超えて増加するにつれて実質的に減少し、６９０ｎｍを超える吸収はほとんど又は全く生じない。ＣＯＨｂによる可視光の吸収は、５７０ｎｍを超えて実質的に減少するが、波長が約５７０ｎｍを超えると、人間の組織への又はそれを通る可視光の浸透深さは増加する。したがって、光源１４によって出力された光の波長は、ヒトの組織内に又はそれを通って十分に浸透することができ、ＣＯＨｂによって吸収されることもできる。

他の非限定的な例において、光源１４は、約３８０ｎｍと約７５０ｎｍの間の波長の光を出力するように構成されてもよい。さらに他の非限定的な例では、光源１４は、所望に応じてＣＯＨｂによって吸収される任意の波長の光を出力するように構成されてもよい。

図１及び図２に示すように、光源１４は光ケーブル１６に結合され、光源１４からの光出力が、光ケーブル１６内及び光ケーブル１６に沿って配置された１つ又は複数の導波管１８を介して伝送される。光ケーブル１６の直径Ｄは、患者の食道又は気管に挿入された場合に光ケーブル１６の周りで換気又は呼吸できることを保証するのに十分小さいような寸法にされている。１つの非限定的な例では、光ケーブル１６の直径Ｄは、約１０ミリメートル（ｍｍ）未満であり得る。他の非限定的な例では、光ケーブル１６は、必要に応じて異なる形状を画定することができる。

光ケーブル１６は、患者の食道又は気道に挿入されている間に変形することなく曲げることができる可撓性で生体適合性の材料から製造することができる。これに代えて又はこれに加えて、光ケーブル１６は、ＰＶＣチューブ、ＰＴＦＥチューブ、ＰＥＳチューブ、又は当該技術分野で知られている任意の可撓性のある生体適合性のチューブ内に収容することができる。光ケーブル１６又はチューブは、気管内チューブの一部又は余分な管腔（又は胸部外科手術において肺隔離を得るために使用される二重管腔内気管チューブ）を備えた気管内チューブの一部であってもよい。導波管１８は、光ファイバー気管支鏡による直接の視覚化の下で、各主幹気管支に別々に配置されてもよいし越えて通されてもよい。

導波管１８は、光源１４によって出力された光を効率的に伝送することができる、ガラス、プラスチック、液体、ゲル、又は当技術分野で知られている任意の他の実行可能な材料のような可撓性で生体適合性の材料から製造される。図示した非限定的な例では、導波管１８は１つ又は複数の光ファイバである。別の非限定的な例では、導波管１８は、可撓性かつ生体適合性であることに加えて生分解性であるコラーゲンゲルであってもよい。導波管１８は、導波管直径Ｄｆをそれぞれ規定することができ、導波管１８の一部が光ケーブル１６の遠位端２０から突出するように、光ケーブル１６よりも長い寸法にすることができる。導波管直径Ｄｆは、５マイクロメートル（μｍ）と１０００μｍとの間であってよい。他の非限定的な例では、導波管直径Ｄｆは、所望に応じて、５μｍ未満又は１０００μｍ超とすることができる。

図１の図示された非限定的な例では、導波管１８の各々は、光ケーブル１６の遠位端２０から等距離に突出している。別の非限定的な例では、導波管１８はそれぞれ、光ケーブル１６の遠位端２０から異なる距離に突出している。各導波管１８が突出する距離は、各導波管１８に対して異なる又は一定の固定された所定の値であってもよく、又は他の非限定的な例では、各導波管１８が距離光ケーブル１６から突出する距離は、光線治療システム１０のユーザによって可変的に制御され得る。光ケーブル１６の遠位端２０は、光ケーブル１６から突出する導波管１８の部分を含むステント状構造（図示せず）を含むことができる。ステント状構造は、光ケーブル１６が患者の食道又は気道に挿入されたときに、導波管１８が組織表面に接触するのを防止するのを助ける。

図２に示すように、光ケーブル１６は４０本の導波管１８を含むが、他の構成では光導波管１８の数が異なっていてもよい。例えば、光ケーブル１６は、１本の導波管１８を含むことができ、あるいは光ケーブル１６は、導波管直径Ｄｆが所望の数の導波管１８を光ケーブル１６の直径Ｄ内に適合させるのに十分小さい限り、任意の数の導波管１８を含むことができる。

図１〜５を参照すると、導波管１８の各々は、光源１４から遠位に配置された先端２２を含む。先端２２は、導波管１８を透過する光源１４からの光出力を放射するように構成される。先端２２は、図３及び図４に示すように、先端２２を成形することによって光を拡散して放射するか、図５に示すように、先端２２の上又は中に拡散光学素子又は要素を含めることによって光線を拡散して放射するように構成される。先端２２から拡散して放射された光によって、光線治療システム１０は患者内の大きな容量の組織（即ちガス交換肺）を均一に処置できる。さらに、先端２２から拡散して放射する光又は新鮮なガスの吸入の終わりのゲート照明により、患者内の治療される組織に照射される照射量（単位面積当たりのエネルギー）が減少し、治療される組織が過熱する可能性が低下する。

図３に示すように、１つの非限定的な例において、先端２２は、導波管の直径Ｄｆから先端直径Ｄｔに向かって先細になる実質的に円錐形を画定することができ、ＤｔはＤｆ未満である。ＤｆからＤｔまで先細になることにより、先端２２は、先端２２に沿って放射状に及び軸方向に放射することによって、光源１４から光を拡散して放射することができる。図４に示すように、別の非限定的な例において、先端２２は実質的に丸い形状を画定することができる。先端２２の丸みを帯びた形状により、先端２２が先端２２の周囲に光を放射状に拡散して放射することができる。図４の例示の先端２２は、導波管Ｄｆの直径にほぼ等しい先端直径Ｄｔを画定する。あるいは、先端直径Ｄｔは、必要に応じて、導波管Ｄｆの直径より大きくても小さくてもよい。当業者であれば、先端２２から放出された光の拡散を助長するために先端２２の他の形状又は幾何学的形状が可能であることがわかるであろう。

図５に示すように、さらに別の非限定的な例では、先端２２は、先端２２の上又は内部に配置された１つ又は複数の拡散要素２４を含むことができる。拡散要素２４は、先端２２内に機械加工されたノッチの形状や、先端２２の上又は内部に配置された光学レンズ、先端２２内に配置された散乱粒子、当該技術分野で知られている任意の他の拡散要素を含むことができる。拡散要素２４の形態にかかわらず、導波管１８を透過する光源１４から出力された光が拡散要素２４に接触すると、拡散要素２４は入射光を散乱させ、光を次いで先端２２の側面の周りに拡散して放射状に放射させる。

さらに他の非限定的な例では、先端２２は、空気又は水を介してビームの発散及び自然散乱を利用して、先端２２から放射された光を拡散的に伝搬させることができる。

図６を参照すると、光ケーブル１６は患者３０の食道２８に挿入されるように構成されて、導波管１８を食道２８内に配置する。光ケーブル１６は、光線治療システム１０のユーザによって、口腔又は患者３０の鼻孔を通って食道２８内に挿入され得る。光ファイバ１６の遠位端２０、よって先端２２は、食道２８に沿った任意の所望の位置に配置することができる。非限定的な例では、光ケーブル１６は、光ケーブル１６の遠位端２０が食道２８にどの程度まで挿入されているかの指示を光線療法システム１０のユーザに提供する増分距離マーカーを含むことができる。

追加的又は代替的に、図７に示すように、光ケーブル１６を患者３０の気管３２内に挿入して、導波管１８を気管３２及び／又は患者３０の気管支樹内に配置するように構成することができる。１つの非限定的な例において、光ケーブル１６は、挿管チューブを通って又はそれに沿って挿入され得る。これに代えて又はこれに加えて、光ケーブル１６は、口腔内又は患者３０の鼻孔を通して挿入することができる。光ケーブル１６は光線療法システム１０のユーザによって操作されて、光ケーブル１６の遠位端２０を、よって先端２２を、気管３２又は気管支樹に沿った任意の所望の位置に配置することができる。例えば、図７に示すように、光ケーブル１６の遠位端２０は、患者３０の左側の主幹気管支３４内に位置する。あるいは、光ケーブル１６の遠位端２０は、光線治療システム１０は、光線療法システム１０のユーザによって操作されて、患者３０の右の主幹気管支３６内に配置される。光ケーブル１６の直径Ｄは、光ケーブル１６が右又は左の主幹気管支の何れかを通過して小さな気道に挿入され得る程十分に小さい大きさとされてよい。

代替的に又は付加的に、光ケーブル１６は、必要に応じて、胸部管を通して挿入されるように構成されて患者３０の肺３３を取り囲む胸膜腔内に導波管１８を配置するができるか、又は患者の身体の上又は内部の任意の場所に導波管１８を配置するように構成されて光線療法を提供する。

１つの非限定的な例では、導波管１８の導波管直径Ｄｆは十分に小さくすることができ、導波管１８が製造される材料は、十分な可撓性があって、患者の気道を通って流れる空気によって、導波管１８が位置付けられる。即ち、光ケーブル１６が患者の気管に挿入されると、導波管１８は患者の気道を流れるガスによって運ばれて、図８に示すように、患者３０が吸入する（又は正の圧力で換気される）ときに気管支樹の全体に導波管１８を位置付け得る。このプロセスを助けるために、各先端２２は、図９に示すように、フィン２６を含むことができる。フィン２６は、先端２２を横切って抗力又はガス抵抗を増加させるように構成されて、積極的な圧力換気又は随意呼吸によって駆動される、強制的な機械的な深い吸入又は大きな自発的な一回換気量の間に、導波管１８を移動させるのを助ける。あるいは、光線療法システム１０のユーザによって加えられた正の圧力の配備中に、導波管１８を変位させることができる。フィン２６のそれぞれは、抗力に影響を及ぼすであろうサイズ、形状、又は何れの他の物理的特徴で変わってよく、気管支樹の全体に先端２２を促進して分配する。代替的又は追加的に、先端２２は、患者３０の気管支樹内の組織及び／又は粘液に接着する接着剤でコーティングされてもよい。

図１０は、光ケーブル１６の遠位端２０が第１の遠位セクション３８と第２の遠位セクション４０とに分割されている光線療法システム１０の別の非限定的な例を示す。導波管１８の一部は第１の遠位セクション３８から突き出て、導波管１８の残りの部分は第２の遠位セクション４０から突き出ている。第１の遠位セクション３８及び第２の遠位セクション４０は、第１の遠位セクション３８又は第２の遠位セクション４０のいずれかが、図１１に示すように、光ケーブル１６が患者の気管３２を通って挿入されたときに、患者３０の左主気管支３４又は右主気管支３６のいずれかの中に収容される。さらにこの非限定的な例において、導波管１８は、図１１に示されているように、患者３０の両方の肺３３において、例えばフィン２６の助けを借りて、気管支樹全体にわたって移動することができる。

図１２及び図１３は、バルーン４４を光ケーブル１６の遠位端２０に取り付けることができる光線療法システム１０のさらに別の非限定的な例を示す。バルーン４４は、光ケーブル１６の遠位端２０から突き出た導波管１８の部分を包む。バルーン４４は、先端２２から放出された光を効率的に伝達することができる生体適合性材料から製造される。バルーン４４は、光ケーブル１６の内部にそれに沿って配置された流体通路を通じてガス源４６及び／又は液体源４８と連通している。バルーン４４は、収縮状態（図１２）と膨張状態（図１３）との間で拡張可能に構成されている。ガス源４６及び／又は液体源４８のいずれかを使用して、収縮状態（図１２）と膨張状態（図１３）との間でバルーン４４を拡張することができる。１つの非限定的な例において、ガス源４６は、空気又は酸素の加圧された供給源であってもよい。光ケーブル１６が患者３０の食道２８に挿入され、バルーン４４が膨張状態にあるとき、図１４に示すように、バルーン４４は食道２８の壁を拡張して薄くすることができ、よって、食道２８の壁の厚さを最小にする。これにより、患者３０の食道２８内で光線療法を適用しながら、先端２２から放出された光が浸透しなければならない組織の量を最小にすることができる。

ガス源４６及び／又は液体源４８は、バルーン４４内に冷却流体を提供することができる。冷却流体は、導波管１８の先端２２から放射される光によって照射される組織の加熱を低減することができる。したがって、冷却流体がバルーン４４内に存在する場合、バルーン４４内に冷却流体が存在しない場合と比較して、組織受容光線療法は、光源１４からのより高い出力の光出力を許容することができる。追加的に又は代替的には、冷却流体は、ＩＶを供給するために使用される脂質エマルジョンのような、流体を透過させ、光源１４からの光出力を拡散的に散乱させることができる低吸収流体でもよい。

図１５は、光線療法システム１０の別の非限定的な例を示し、光線療法システム１０が気管支鏡５０に組み込まれている。気管支鏡５０は、光源１４に結合された光ポート５２と、光ケーブル１６に結合された作業ポート５４と、吸引ポート５６と、観察ポート５８と、光ケーブル１６に機械的に結合された１つ又は複数の調節機構６０と、を含む。吸引ポート５６は、光ケーブル１６の内部にそれに沿って配置されている吸引通路に連通する。観察ポート５８によって、光線療法システム１０のユーザは光ケーブル１６の遠位端２０に配置された光学系によって取得された画像を見ることができる。調節機構６０は光ケーブル１６の遠位端２０の位置を調節するように構成される。

吸引ポート５６は、患者の気管及び／又は気管支樹から流体サンプルを除去するために、吸引通路全体に亘って真空を生成するように構成された吸引装置に接続することができる。観察ポート５８及び調節機構６０により、光線療法システム１０のユーザは、光ケーブル１６の遠位端２０の位置をリアルタイムで表示し調整することができる。

光線療法システム１０の動作の１つの非限定的な例を図１〜図１６を参照して説明する。動作中、光線療法システム１０のユーザはＣＯ中毒患者を治療することができる。ユーザがＣＯ中毒で患者を治療するために行うことができるステップが図１６に示されている。光線療法システム１０のユーザは、通常、訓練された医療従事者である。光線療法システム１０を使用するＣＯ被毒の治療の以下の説明は、１つの例示的な非限定的な例であり、当業者によって認識されるように、代替の方法又は異なるステップが使用されてもよいことを理解すべきである。

図１６に示すように、まず、導波管１８がユーザによってステップ６２で位置決めされて、導波管１８が患者の身体の一部（例えば、肺又は皮膚）に光を放射する。ステップ６２で導波管１８を配置するのは、光ケーブル１６を患者の食道、気管、気管支樹又は胸膜腔（例えば、開胸術用チューブ又はチューブを介して）に挿入することによって達成することができる。代替的に、導波管１８は、所望に応じて、患者の身体の任意の部分の内部又はその上（例えば、皮膚）に配置することができる。別の非限定的な例では、導波管１８はステップ６２において位置決めされて、開胸手術の後に患者の肺に光を直接放射できる。さらに別の非限定的な例では、導波管１８をステップ６２で配置して、患者の皮膚の全部又は一部に光を直接放射することができる。この非限定的な例では、呼吸のために患者に純粋な酸素（すなわち、１００％Ｏ２）を提供することができ、及び／又は患者の体表面（すなわち皮膚）を純粋な酸素で洗い流すかそれに晒す。

ステップ６２で導波管１８の位置決めが行われた後、ユーザはステップ６４でコントローラ１４を介して光源１４をオンにする。ステップ６４で光源１４がオンにされると、光源から光が出力される導波管１８を通って患者１４の体に照射される。上述したように、１つの非限定的な例において、光源１４は５９０ｎｍと６５０ｎｍの間の波長の光を出力するように構成することができ、波長は人間の組織の中に又はそれを通って浸透できＣＯＨｂのよって吸収され得る。したがって、導波管１８が患者の食道、気管、気管支樹又は胸膜腔内に位置するかどうかにかかわらず、導波管１８から放射された光は周囲組織を貫通して患者の肺血管系に到達する。ステップ６４で光源が点灯された状態で、光源１４から導波管１８を通って放射された光は肺の脈管構造に到達する。肺の脈管構造では、放出された光はＣＯＨｂによって吸収され、それによってＨｂからＣＯを光解離させる。肺又は人体を取り巻く酸素分圧は肺脈管構造又は皮膚脈管構造におけるＣＯの分圧よりもはるかに大きいことがあるため、酸素圧勾配は、ＣＯよりもはるかに高い割合で酸素分子を脱酸素化Ｈｂに結合する。したがって、ＣＯは、ＣＯＨｂから患者の肺胞内に光解離され、次の換気ガス呼気の間に吐き出される。

ステップ６４で光源１４が点灯されると、制御装置１２は、ステップ６６で、所望の量の光が放出されたかどうかを判定する。そうである場合（６８）、光源１４は、ステップ７０でコントローラ１２によって自動的に又はコントローラ１２を介してユーザによって手動でオフにされる。そうでない場合（７２）、光源１４はコントローラ１２がステップ６６で所望の光量が放出されたことを判断するまでオンし続ける。光源１４によって放射される所望の光量は、患者の動脈ＣＯＨｂレベル（デジタルパルスＣＯオキシメータ（Massimo Corp.）を使用して非侵襲的かつ連続的に測定することができる））を下げるのに十分な光線療法を提供すること、及び導波管１８からの発光によって照射された周囲組織が過熱するのを防止することの間のバランスを達成するのに関連する。ユーザは、コントローラ１２を介して光源１４のパルス幅、周波数、及びエネルギー出力を制御して、光源１４によって出力された出力が照射された組織を損傷することなくＣＯＨｂの十分な光解離をもたらす。さらに、ユーザは、所望の量の光が放出され且つ照射された組織が損傷していないことを確実にするために所定時間後に光源１４をオフにするようコントローラ１２に指示することができる。これに代えて又はこれに加えて、光源１４から提供される光は、コントローラ１２を介してフレッシュなガスの吸入の所定期間にゲートされ、その後、呼気中にオフにされて組織の加熱を低減することができる。

ステップ７０において、コントローラ１２又はユーザが光源１４をオフにすると、導波管１８は、ステップ７４において、食道、気管、樹木、胸膜腔、又は患者の他の部分から外される。代替的に又は追加的に、導波管１８が上記のように生分解性材料から製造され得るので、導波管１８は患者の体内に残される。

代替的又は追加的に、光ケーブル１６は、上述したように、光ケーブル１６の遠位端２０に取り付けられたバルーン４４を含むことができる。この非限定的な構成では、ユーザがステップ６２で患者の食道に沿った所望の位置に導波管１８を配置すると、バルーン４４をステップ７６で食道の壁を薄くする膨らんだ状態に膨張させることができる。ステップ７６において、バルーン４４が膨張すると、ステップ７８でバルーン４４内にガス源４６又は液体源４８の何れかから冷却流体を供給して周囲の組織を冷却することができる。ステップ７８でバルーンの内部に冷却流体が供給されると、光源１４はステップ６４でコントローラ１２を介してユーザによってオンにされる。

代替的又は追加的に、導波管１８の先端２２は、上述のようにフィン２６を含むことができる。この非限定的な構成では、ユーザがステップ６２で導波管１８を患者の遠位気管又は気管支樹内の所望の位置に配置すると、導波管１８は、ステップ８０で、吸入中に又は正圧展開中に、患者の気管及び／又は気管支樹全体に導波管１８を分配するように変位される。ステップ８０において導波管１８が変位されると、ステップ６４において、コントローラ１４を介してユーザが光源１４をオンにすることができる。

代替的又は追加的に、ＥＫＧ信号及び／又は患者の気道を通る空気流量は、上述したように、コントローラ１２に伝達され得る。この非限定的な構成において、ステップ６４において光源１４が一度オンにされると、コントローラ１２は、ステップ８２で光源１４を変調するように構成することができる。すなわち、コントローラ１２は、ＥＫＧ信号に基づいて患者の心周期中の特定の時間に光源１４を制御するように構成することができ、又はコントローラ１２は、患者の気道又は円周方向の胸部／腹部ベルト容量センサを用いた胸郭の拡張を介した空気流量で示されるように、吸気中に光源１４をオンにし、呼気中に光源１４をオフにする。他の非限定的な例では、心拍数を含む任意の生理的マーカー又は特徴（すなわち、ＥＫＧ ＱＲＳ複合をトリガーする）を使用又は組み合わせることができて（例えば、吸入時に人工呼吸器位相をゲートするのにＥＫＧをピーク肺動脈血流にゲートする）、ステップ８２で、光源１４の変調をトリガ又はゲートする。

図１７は、ＣＯ中毒を治療又は予防するための光線療法システム１００の別の非限定的な例を示す。光線療法システム１００は、中央管腔１０４を有する管１０２を含む。管１０２の中央管腔１０４は、液体源１０６とバッグ１０８との間の連通を提供する。中央管腔１０４はまた、光源１１０とバッグ１０８との間の連通を提供する。チューブ１０２は、ＰＶＣ、ＰＴＦＥ、ＰＥＳ又は当技術分野で知られている他の任意の可撓性のある生体適合性材料から製造することができる。チューブ１０２は、チューブ１０２の直径Ｄが患者の食道に挿入された場合にチューブ１０２の周りで呼吸することを確実にする（特に呼気を妨げない）のに十分小さいような寸法にされる。代替的又は追加的に、チューブ１０２は１つ又は複数の胸部（開胸）チューブに挿入されるように構成されて、バッグ１０８を患者の肺を取り囲む胸膜腔内に配置することができる。１つの非限定的な例では、チューブ１０２は、少なくとも１０ｍｍより小さい直径Ｄを画定することができる。

液体源１０６は、中央管腔１０４を通してバッグ１０８に液体の流れを供給するように構成される。液体源１０６は、水、食塩水、光を散乱させる低光吸収流体、例えばＩＶ供給のために使用される脂質エマルジョン、又は当該分野で公知の任意の他の生体適合性液体が挙げられる。液体源１０６によって提供される液体は、バッグ１０８を取り囲む組織に冷却を提供することができ、及び／又は光源１１０と混合されて、光源１１０を流動化しバッグ１０８全体に拡散的に分配することができる。バッグ１０８は、光源１１０から発せられた光を効率的に透過させることができる、折りたたみ可能で生体適合性のある材料から形成される。バッグ１０８及び／又はチューブ１０２は、バッグ１０８及び／又はチューブ１０２が患者の食道内に患者の肺を取り囲む胸膜腔内に又は患者の身体の他の部分内に適合できるように構成され得る。

光源１１０は、化学発光液体、複数の化学発光粒子、複数の燐光粒子、レーザ、又はＬＥＤであってもよい。光化学反応の反応物は、所望の波長で発光する化学発光液体／粒子を生成するように選択することができることは、当該技術分野において周知である。したがって、光源１１０が化学発光液体又は粒子である場合、化学発光液体／粒子は、約５９０ｎｍ〜６５０ｎｍの間の波長の光を放出する光化学反応を生成する反応物を含むことができる。他の非限定的な例において、化学発光液体／粒子は、約３９０ｎｍと約６９０ｎｍの間の波長で光を放出する光化学反応を生成する反応物を含むことができる。さらに他の非限定的な例において、化学発光液体／粒子は、ＣＯＨｂによって吸収される任意の波長で光を放射する光化学反応を生成する反応物を含む。

典型的には、燐光性粒子は、ホスト格子にドープされたドーパントイオン（一般に燐光体とも呼ばれる）を含む。ドーパントイオンは、外部励起源（例えば、光放射）によって上部励起状態に励起され、緩和して基底状態に戻ると、ドーパントイオンは所定の波長で発光する。燐光性粒子は、典型的には化学的に不活性であり、吸収された励起エネルギーを百パーセント近くの量子効率で放出された光に変換することができるので特に興味深い。ドーパントイオン、ホスト格子、ホスト格子の結晶構造、励起源、及びホスト格子内のドーパントイオンの濃度が、中でも、燐光性粒子によって放出される光の波長に影響を与え得ることは、当該技術分野において周知である。したがって、光源１１０が燐光粒子を含む場合、燐光粒子は、励起源１１２によって励起されたとき、約５９０ｎｍ〜約６５０ｎｍの間の波長の光を放出するドーパントイオン及びホスト格子を含むことができる。他の非限定的な例において、燐光性粒子は、励起源によって励起されると、約３９０ｎｍ〜約６９０ｎｍの間の波長の光を放出するドーパントイオン及びホスト格子を含むことができる。さらに他の非限定的な例において、燐光性粒子は、励起源によって励起されたときにＣＯＨｂによって吸収される任意の波長で光を放射するドーパントイオン及びホスト格子を含むことができる。

光源１１０が燐光粒子を含む場合、光線療法システム１００は、燐光粒子を活性化し、燐光粒子を所望の波長で発光させるように構成された励起源１１２を含むことができる。励起源１１２は、レーザ、ランプ、１つ又は複数のＬＥＤ、又は燐光性粒子を活性化することができる任意の実行可能な励起源とすることができる。

上述のように、液体源１０６は、光を散乱させる低吸収流体を提供するように構成することができる。この非限定的な例では、低吸収流体は、光源１１０によって発せられた光を透過させて散乱させるように構成することができる。光源１１０は、光ファイバーのような導波管に結合されたレーザとすることができ、バッグ１０８の内側に配置される。低吸収液で満たされたバッグ１０８は、レーザによって生成され患者の胸膜腔又は他の体腔内のバッグ１０８に伝達される光の拡散器として機能することができる。

光線療法システム１００の動作の１つの非限定的な例を、図１７及び図１８を参照して説明する。動作中、光線療法システム１００のユーザは、ＣＯ中毒患者を治療することができる。ユーザがＣＯ中毒で患者を治療するために行うことができるステップが図１８に示されている。光線療法システム１００のユーザは、通常、訓練された医療従事者である。光線療法システム１００を使用するＣＯ中毒の治療の以下の記載は、１つの例示的な非限定的な例であり、当業者には認識されるように、代替の方法又は異なるステップを使用することができることを理解すべきである。

図１８に示すように、まず、ステップ１１４でバッグ１０８を患者の体の一部の中に配置するように、ユーザがバッグ１０８を位置決めする。上述したように、患者の体の部分は、食道、胸膜腔、又は身体の他の部分を含むことができる。バッグ１０８の位置決め１１４に続いて、ステップ１１６において、光源１１０は中央管腔１０４を介してバッグ１０８内に流体的に連通され得る。代替的に又は追加的に、液体源１０６からの液体は、ステップ１１６において、バッグ１０８の位置１１４に中央管腔１０４を介してバッグ１０８内に流体的に連通され得る。光源１１０がバッグ１０８内に入ると、光源１１０から出力された光はバッグ１０８を透過し、患者の体の一部に放射される。上述したように、光源１１０は、ヒトの組織に侵入又は通過してＣＯＨｂに吸収され得る波長である５９０ｎｍと６５０ｎｍとの間の波長の光を出力するように構成することができる。したがって、バッグ１０８が食道内に配置されているか、又は患者の胸膜腔内に配置されているかにかかわらず、光源１１０から放射された光は周囲組織を貫通して患者の肺血管系に到達する。光源１１０から放射された光が肺の脈管構造に到達すると、放出された光はＣＯＨｂによって吸収され、それによりＣＯをＨｂから光解離させる。酸素の肺胞分圧は肺脈管構造中のＣＯ分圧よりもはるかに大きいので、酸素圧力勾配は酸素分子をＣＯよりもずっと速く脱酸素化Ｈｂに結合させる。このように、ＣＯはＣＯＨｂから光解離して患者の肺胞に入り呼気中に吐出される。

薄壁で透明であり得るバッグ１０８は所定時間、患者の身体の部分内に残されて、所望の量の光線療法が提供され、照射された組織が損傷されないことを確実にする。バッグ１０８が患者の体の一部の中に所定時間内存在したならば、ユーザはステップ１１８で患者の身体の部分内からバッグ１０８を取り外すことができる。

代替的又は追加的に、光源１１０は、上述のように燐光性粒子を含むことができる。この非限定的な例では、ステップ１１６において光源１１０がバッグ１０８に流体的に連通される前に、光源１１０を励起源１１２によって作動させることができる。

他の非限定的な例では、バッグ１０８は、光源１１０と患者の体の一部との間にバリアを設ける必要はないことを理解されたい。即ち、いくつかの非限定的な例において、光源１１０は例えば患者の胸膜腔に注入することができる無毒の化学発光性流体であってもよくて、光源１１０からのより良好な光放射分布を提供する。光源１１０によって提供される光線療法の所望の持続時間に続いて、光源は例えば吸引によって取り外すことができる。

図１９は、ＣＯ中毒を治療又は予防するための光線療法システム２００の別の非限定的な例を示す。光線療法システム２００は、光源２０２と、中心管腔２０６を有する管２０４とを含む。管２０４は、光源２０２と気道２０８との間の連通を提供するように構成される。図示された気道２０８は、マスクの形態であるが、しかし、他の非限定的な例では、気道２０８は、患者の肺への連絡を提供するように構成された任意のデバイスの形態であってもよい。即ち、他の非限定的な例において、気道２０８は、いくつかの例を挙げると、気管内チューブ、鼻プロング、又は気管切開チューブの形態であってもよい。代替的又は追加的に、気道２０８は、患者の鼻及び口の少なくとも１つを覆う当該技術分野で公知の任意のマスク又は呼吸マスクであり得る。例えば、気道２０８は、典型的には消防士及び／又は軍人が着用する呼吸器とすることができる。管２０４は、ＰＶＣ、ＰＴＦＥ、ＰＥＳ、又は当技術分野で知られている任意の他の柔軟性のある生体適合性材料のような可撓性のある生体適合性材料から製造することができる。代替的又は追加的に、管２０４は、気管内チューブに接続することができる。

光源２０２は、複数の燐光性粒子を含むことができる。光源２０２の燐光性粒子は、励起源２１６によって励起されると、約５９０ｎｍ〜約６５０ｎｍの波長の光を放出するドーパントイオン及びホスト格子を含む。さらに、光源２０２の燐光性粒子は化学的に人に対して不活性で無毒である。他の非限定的な例において、燐光性粒子は、励起源２１６によって励起されたとき、約３９０ｎｍ〜約６９０ｎｍの間の波長で光を放出するドーパントイオン及びホスト格子を含むことができる。さらに他の非限定的な例において、燐光性粒子は、励起源２１６によって励起されたときにＣＯＨｂによって吸収される任意の波長で光を放出するドーパントイオン及びホスト格子を含むことができる。

光源２０２の燐光性粒子は、人によって吸入されると燐光性粒子が気管及び気管支樹全体の場所に留まるように、変化する粒子直径を画定することができる。これに加えて又はこれに代えて、燐光性粒子を人の気管又は気管支樹内の粘液及び／又は組織に付着させる接着剤で燐光粒子をコーティングすることができる。

図１９に示すように、光源２０２はまた、エアロゾル化要素２１０及びガス源２１２と連通している。エアロゾル化要素２１０は、燐光性粒子をエアロゾル化し、これにより燐光性粒子が、ガス源２１２によって供給された流体と混合でき、管２０４の中心管腔２０６を通って気道２０８に流れる。エアロゾル化要素２１０はまた、人が吸入する粒子負荷が人の肺を著しく損傷させることのない程度に、特定の数の燐光性粒子をエアロゾル化する（生物反応性でない生物学的に不活性な粒子）。エアロゾル化要素２１０は、噴霧器、流動床、又は当技術分野で公知の他の実行可能なエアロゾル化装置であり得る。ガス源２１２は、加圧された空気又は酸素源とすることができる。エアロゾルサイズは、中毒時にＣＯ呼気を生成するのに最も有用な肺の部分を標的とするサイズに設計することができる。例えば、肺胞を標的にするために１〜２ミクロンの粒子、肺胞への肺動脈供給に近い末端気管支に入る５〜１０ミクロンの粒子である。

コントローラ２１４は、エアロゾル化要素２１０及び励起源２１６と連通している。コントローラ２１４は、エアロゾル化要素２１０が光源２０２をエアロゾル化するとき及び励起源２１６が光源２０２を活性化するときを制御するように構成される。励起源２１６は、レーザ、ランプ、１つ又は複数のＬＥＤ、又は光源２０２を作動させることができる任意の実行可能な励起源とすることができる。

光線療法システム２００の動作の１つの非限定的な例を、図１９及び図２０を参照して説明する。動作中、光線療法システム２００は、ＣＯ中毒を有する人を治療することができ、又はＣＯ濃度の高い雰囲気中の人がＣＯ中毒になるのを防止するのに使用することができる。光線療法システム２００を使用してＣＯ中毒の治療又は予防するステップが図２０に示されている。光線療法システム２００を使用するＣＯ中毒の治療又は予防の以下の説明は、当業者によって認識されるように１つの例示的な非限定的な例であり、代替の方法又は異なるステップが使用されてもよい。

図２０に示すように、最初に、光源２０２の燐光性粒子は、ステップ２１８でコントローラ２１４を介して励起源２１６にオンするように命令することができる。光源２０２の燐光性粒子がステップ２１８において活性化されると、コントローラ２１４は、ステップ２２０において、燐光性粒子をエアロゾル化するようにエアロゾル化要素２１０に指示する。次に、ステップ２２２で、エアロゾル化燐光性粒子を、ガス源２１２からの流体流れと混合され、これにより、エアゾル化燐光性粒子が管２０４の中心管管腔２０６に流入できる。上述したように、エアロゾル化要素２１０は、中央管腔２０６内の燐光性粒子の粒子負荷を制御するように構成することができ、これにより、人が吸入すると、粒子の負荷が人の肺に重大な損傷を引き起こすことは無い。

エアロゾル化燐光粒子がステップ２２２でガス源２１２からの流体流れと混合されて中央管腔２０６に流入し始めると、気道２０８を装着した人はステップ２２４でエアロゾル化光源２０２を吸入して、光源２０２の燐光性粒子が人の気管及び気管支樹全体に分散する。上述したように、燐光粒子は、いったん活性化されると、ヒト組織に浸透するか又はＣＯＨｂに吸収される波長である５９０ｎｍ〜６５０nmの波長の光を出力するように構成することができる。したがって、人の気管及び気管支全体に散在する燐光性粒子から放射された光は、周囲の組織を貫通して人の肺血管系に到達することができる。燐光性粒子から放射された光が肺の脈管構造に到達すると、放出された光はＣＯＨｂによって吸収され、それによりＨｂからＣＯを光解離させる。酸素の肺胞分圧は肺脈管構造中のＣＯ分圧よりもはるかに大きいので、酸素圧力勾配は酸素分子をＣＯよりもはるかに高い速度で脱酸素化Ｈｂに結合させる。このように、ＣＯはＣＯＨｂから光解離されて人の肺胞に入り、呼気によって体から取り除かれる。

光源２０２が吸入されると、人の肺胞に到達することができ、したがって、浸透すべき組織の厚さは非常に小さく（例えば、１〜５ミクロン未満）なることも知られている。この非限定的な例において、燐光性粒子は、３９０ｎｍ〜７５０ｎｍの間の波長の光を出力するように構成することができる。

代替的又は追加的に、燐光性粒子は、注入又は吸入されたときに肺に局在するように構成された脂質ナノ粒子（例えば、吸入アミカシン抗生物質又はローダミンＳ脂質ナノ粒子）のようなナノサイズの粒子であってもよい。この非限定的な例において、燐光性粒子は、組織の浸透が必要とされないので、ＣＯＨｂによって吸収される任意の波長の光を出力するように構成することができる。

上述したように、光線療法システム２００は、ＣＯ中毒を防止するのに使用することができる。この非限定的な用途は、例えば、高ＣＯ濃度の雰囲気中で働くことが要求される軍事要員又は消防士に向けられ得る。１つの非限定的な例では、光線療法システム２００は、軍人又は消防士が使用する呼吸器に一体化することができる。さらに、光線療法システム２００は、人の血液中の動脈ＣＯ濃度を連続的に測定することができる測定装置、例えば経皮ＣＯＨｂパルスオキシメータを含むことができ、コントローラ２１４は、人の血液中のＣＯ濃度の上昇を測定することに応答して、エアロゾル化要素２１０を介して光源２０２をエアロゾル化するように構成することができる。

＜使用例＞
以下の実施例は、本明細書に記載される光線治療システムが使用又は実施され得る方法を詳細に記載し、当業者がその原理をより容易に理解することを可能にする。以下の実施例は、説明のために提示され、決して限定することを意味しない。

＜マウス研究＞

マウスをケタミン（１２０ｍｇ／ｋｇ）及びフェンタニル（０.０９ｍｇ／ｋｇ）の腹腔内（ｉ.ｐ.）注射により麻酔した。気管切開後、ロクロニウム（１ｍｇ／ｋｇ）を腹腔内注射して筋弛緩を誘発した。体積制御換気が、呼吸数９０回／分、１回換気量１０ｍｌ／ｋｇ、呼気終末圧（ＰＥＥＰ）１ｃｍＨ２Ｏで行った。カテーテルを頚動脈及び頸静脈に配置し、次いでマウスは中央開胸術を受け肺を露出させた。

マウスは、空気中４００ｐｐｍのＣＯを呼吸することによって被毒された。ＣＯ分析器（MSA Altair-PRO; MSA Safety Inc.、ペンシルベニア州ピッツバーグ）を用いて、吸入及び吐出ＣＯ濃度を測定した。いくつかの実験では、空気中で２０００ｐｐｍのＣＯを呼吸することによってマウスを被毒させ、赤外線ＣＯガス分析器（MIR２M; Altech-Environment、Geneva、IL）を用いてＣＯ濃度を測定した。動脈血中のＣＯＨｂの百分率をサンプリングし、ＣＯ中毒後及びその後に測定し、ＣＯＨｂ半減期を算出した。

Aｕｒａ ＫＴＰレーザ（American Medical Systems、Minnetonka、MN）及び試作レーザ（Syneron-Candela、Wayland、MA）により、それぞれ５３２及び６９０nmの波長の光を発生させた。Ｖｉｓｉｂｌｅ Ｆｉｂｅｒ レーザ（ＶＦＬ−Pレーザ、MPB Communications Inc.、Montreal、カナダ）により、５７０、５９２、及び６２８ｎｍの波長の光を発生させた。肺に照射される光のパワーをパワーメータ（Thorlabs Inc.、Dachau、Germany）を用いて測定した。光放射照度は、Ｉ＝パワー（Ｗ）／面積（ｃｍ２）として計算した。放射照度は、ＲＥ（Ｊ／ｃｍ２）=Ｉ（Ｗ／ｃｍ２）・ｔ（ｓｅｃ）として計算した。ここで、ＲＥは放射照度、Ｉは照度、ｔは暴露時間である。

３６０度の光を放射する長さ１．２ｃｍの拡散先端を有する直径１ｍｍの光ファイバを、麻酔し機械的に換気したマウスの食道に咽頭を介して配置した。５３２ｎｍでの光による間欠的光線療法を試験した。パワーを１．５Ｗに設定し、光を２００ｍｓのパルス幅で１Ｈｚでパルス化した。

統計解析は、Ｓｉｇｍａ Ｐｌｏｔ １２．５（SPPS、Inc.、Chicago、IL）を用いて行った。スチューデントのｔ検定及びポストホックボンフェローニ検定（両側検定）を用いた一方向ＡＮＯＶＡを用いてデータを分析した。反復測定のための二元配置ＡＮＯＶＡを用いて、群間の経時的な変数を比較した。生存分析のために、カプラン・マイヤー推定値を生成し、対数ランク検定を用いて比較した。統計的有意性は０.０５未満のｐ値として定義した。特に明記しない限り、すべてのデータは平均±ＳＤとして表す。

ヘモグロビンからＣＯを解離するために可視光が使用され得るかどうかをインビボで調べるために、ＣＯ被毒のネズミモデルが開発された。麻酔し機械的に換気したマウスに、空気中４００ｐｐｍのＣＯを１時間吸入させて被毒させた後、空気又は１００％Ｏ２のいずれかを呼吸することによって処置した。呼気ＣＯ濃度を連続的にモニターし、ＣＯ取り込み率及び排出率を測定した。ＣＯ中毒及びその後の治療期間中、動脈血中のＣＯＨｂ濃度を連続的に測定し、ＣＯＨｂ−ｔ１／２を計算した。

処置期間中の呼気ＣＯ濃度の曲線下面積（ＡＵＣ）は、ＣＯの排除量を表す。１００％Ｏ２呼吸の最初の１５分間における呼気ＣＯ濃度は、図２１Ａに示すように、空気の呼吸の最初の１５分間よりも有意に大きく、この期間中により多くのＣＯが排除されたことを示す（ＡＵＣ:３５６８±２４２対１７４４±１０１、ｐ＜０．００１）。対照的に、処置の約２０分後、呼気ＣＯ濃度は空気呼吸のマウスで有意に高く、排出のために残存するより多量のＣＯの存在を実証した（ＡＵＣ:８５８±４１対２７５±４９、ｐ＜０．００１）。

１時間の被毒期間の終わりに、循環ヘモグロビンの２８.０±０.６％（平均±ＳＤ）がＣＯで飽和した。１００％Ｏ２による換気処置は、図２１Ｂに示すように、空気による処置よりも速くＣＯＨｂ濃度を減少させた（ＣＯＨｂ−ｔ１／２:８．２±１．２対３１．５±３．１分、ｐ＜０．００１）。このマウスモデルでは、呼気ＣＯ濃度及び動脈ＣＯＨｂレベルの両方が、ＣＯ中毒後の空気呼吸に対して１００％Ｏ２を呼吸する利点を反映している。

ＣＯ除去率に対する肺の直接照射の影響を評価するために、麻酔し機械的に換気したマウスに正中胸骨切開を施し両側肺を露出させた。４００ｐｐｍのＣＯを１時間呼吸させた後、６２８ｎｍの波長（λ）及び５４ｍＷ／ｃｍ２の放射照度で光線療法をする場合又はしない場合で、空気又は１００％Ｏ２のいずれかによる換気でマウスを処置した。これらの試験のための試験装置を図２２に示す。

１００％Ｏ２呼吸に追加された肺光線療法は、処置の最初の５分間の呼気ＣＯ濃度の劇的な増加を誘発し、図２３Ａに示すように、より大きなＣＯ除去を示す（ＡＵＣ:２７６３±２１５対１９０４±１０６;ｐ＜０．００１）。処置の８分後に開始して、呼気ＣＯレベルは、軽度及び１００％Ｏ２と比較して１００％Ｏ２単独で処置したマウスで有意に高く、前者に残ったより多量のＣＯの存在を実証した。１００％Ｏ２及び光線療法による治療中の血液ＣＯＨｂ濃度の減少は、図２３Ｂに示すように、１００％Ｏ２単独による治療よりも大きく、ＣＯＨｂ−ｔ１／２は有意に短かった（３.８±０.５対８.２±１.２分、ｐ＜０．００１）。

より低い濃度の吸気Ｏ２の存在下での光線療法の有効性を評価するために、マウスが空気を呼吸している間に肺光線療法がＣＯ除去速度を増加させるかどうかを試験した。空気呼吸に加えられた光線療法は、図２３Ｃに示すように、処置の最初の２５分間に排除されたＣＯの量の増加（ＡＵＣ:３４５１±１７５対２３５９±１３０、ｐ＜０．００１）、及びＣＯＨｂ-t１／２は、図２３Ｄに示すように有意に短かった（１９.２±１.３対３１.５±３.１分、ｐ＜０．００１）。図２４Ａ、２４Ｂ及び図２５に示すように、光線療法の有無にかかわらず処置したマウス間で、全身動脈圧、心拍数、直腸又は肺表面温度に有意差はなかった。これらの結果は、ＣＯ中毒後、直接肺光線療法が、１００％Ｏ２又は空気のいずれかを呼吸するマウスにおけるＣＯ除去率を増加させることを示す。

異なる波長の可視光がインビボでＣＯＨｂを解離できるかどうかを試験するために、マウスをＣＯで被毒させ、５３２、５７０（緑色）、５９２（黄色）又は６２８（赤色）nmの光を用いた光線療法で治療した。ＣＯ除去速度に対する肺照射の非特異的影響を排除するために、ＣＯＨｂをインビトロで解離しない６９０ｎｍ（赤外）の光も試験した。マウスに麻酔をかけ機械的に換気し、正中線開胸術を施した後、４００ｐｐｍのＣＯで５分間被毒させた後、１００％Ｏ２で単独に又は各選択波長での光線療法と一緒に２５分間処理した。ＣＯ除去率は、被毒期間（Ｔ９０％ＣＯ）に吸収されたＣＯの９０％を除去するのに必要な時間を計算することによって決定した。５３２、５７０、５９２又は６２８ｎｍでの光線療法は、１００％Ｏ２処置に加えた場合、図２６Ａに示すように、１００％Ｏ２処置と比較した場合、Ｔ９０％ＣＯを有意に減少させた（それぞれ８.７±１.２、７.２±０.２、８.８±２.２,１０.２±２.７対２１.８±２.４分、各比較ｐ＜０．００５）。対照的に、６９０ｎｍでの光線療法は、１００％Ｏ２処置（１９.４±１.５対２１.８±２.４分、ｐ＝０．８９２）と比較して、Ｔ９０％ＣＯを低下させなかった。これらの結果は、５３２〜６２８nmの波長での光線療法が、ＣＯ被毒マウスにおけるＣＯ除去率を改善することを示している。

光エネルギーとＣＯＨｂ光解離効率との間の関係を調べるために、マウスをＣＯで被毒させ、低、中又は高出力（放射照度＝２４、５４、及び８０ｍＷ／ｃｍ２）のいずれかを用いて６２８ｎｍで連続光線療法と組み合わせた１００％Ｏ２で処置した。これらの３つのエネルギーレベルの各々は、図２６Ｂに示すように、１００％Ｏ２の呼吸単独（４.８±０.５、３.８±０.５、３.１±０.２対８.２±１.２分、各比較ｐ＜０.００１）で処置したマウスと比較して、血液ＣＯＨｂ-ｔ１／２を減少させた。その結果、２４ｍＷ／ｃｍ２の低照度の連続光線療法が効果的にＣＯ除去速度を増加させることが示された。さらに、光線療法で得られたＣＯＨｂ-t１／２の減少は、入射光のエネルギの増加と共に高められた。

連続照射によって生じる熱は、肺に損傷を与える可能性がある。組織加熱を減少させる１つのアプローチは、断続的に光を投与することである。断続的光線療法がＣＯ除去速度に及ぼす影響を調べるために、マウスを４００ｐｐｍのＣＯで５分間被毒させた後、１００％Ｏ２単独か又はこれに加えて３つのエネルギーレベル（８０、１６０及び２５０ｍＷ／ｃｍ２）及び１Ｈｚの一定周波数で３つの異なるパルス幅（１００、５００、１０００ｍｓｅｃ）の光で２５分間処理した。８０ｍＷ／ｃｍ２の光及び１００ｍｓｅｃのパルス幅を用いた場合、図２６Ｃに示すように、Ｔ９０％ＣＯは、１００％Ｏ２を単独で呼吸する場合に比べて低下しなかった。各エネルギーレベルで、パルスが長いほどＴ９０％ＣＯの減少が大きかった。試験したパルス幅ごとに、放射照度が８０ｍＷ／ｃｍ２から１６０ｍＷ／ｃｍ２に増加したとき、Ｔ９０％ＣＯが低下した。放射照度を２５０ｍＷ／ｃｍ２に増加させた場合、それ以上の減少はなかった。これらの結果は、断続的光線療法がＣＯ除去率を改善し得ることを示しているが、その効果は連続光線療法よりも低い。

ＣＯ除去速度に対するパルス幅及び光放射照度の複合効果を評価するために、各処理の放射照度を計算した。ＣＯ除去速度と放射露光との間の関係は、図２６Ｄに示される３つのパラメータの指数減衰曲線（Ｒ２＝０．９３、ｐ＜０．０００１）によって記述される。図２６Ｄに示すように、放射曝露が０.０８J／ｃｍ２より大きい場合、プラトーに達し、パワー又はパルス持続時間のさらなる増加は、ＣＯ除去速度を増加させない。

光線療法がＣＯ暴露中にＣＯ中毒を予防するかどうかを試験するために、麻酔し機械的に換気したマウスを６２８ｎｍで同時肺光線療法を併用して又は伴わずに空気中４００ｐｐｍのＣＯに１時間暴露した。呼気ＣＯ濃度は、図２７Ａに示すように、中毒時に光線療法を受けたマウスで有意に大きく、図２７Ｂに示すように、これらのマウスに吸収されたＣＯの量は対照マウスよりも有意に少なかった（０.１３４±０.００５対０.１８９±０.０１１μｍｏｌ／ｇ、ｐ＜０．００１）。ＣＯ暴露中に光線療法を受けたマウスでは、２０、４０及び６０分の動脈血ＣＯＨｂレベルは対照よりも有意に低かった（１３.４±１.１対１６.５±１.９、１６.８±１.１対２４.２±１.２、１８.４±０.６対２８.０±０.６％、ｐ＜０.００１）。これらの結果は、進行中のＣＯ曝露中の直接肺照射が、ＣＯ吸収の減少及び動脈ＣＯＨｂレベルの低下に関連することを示す。

ＣＯ中毒中の光線療法はＣＯ吸収量を減少させたので、光線療法が高レベルのＣＯを呼吸するマウスの生存率を改善するかどうかが検討された。マウスは、５３２ｎｍでの同時の直接的な肺光線療法の有無にかかわらず、空気中で２０００ｐｐｍのＣＯを１時間呼吸した。光線療法無しでは、全てのマウスはＣＯ曝露から３０分以内に死亡した。対照的に、ＣＯを呼吸し、光線療法で治療した６匹のマウスのうち５匹は、図２８Ａに示すように、６０分間生存した。ＣＯ中毒の間、光線療法処置マウスの血液ＣＯＨｂレベルは、図２８Ｂに示すように、対照マウスより有意に低かった（それぞれ１０分で３４.１±３.５対４９.９±１.９％、及び２０分で３８.５±４.０対６２.０±０.９％、ｐ＜０．００１）。図２８Ｃ及び図２８Ｄに示すように、ＣＯ暴露の最初の１５分間で、収縮期動脈圧が減少し、心拍数が一時的に両方の群で増加した。その後、未治療のマウスでは血圧及び心拍数が劇的に低下したが、光線療法を受けたマウスでは一定のままであった。試験期間中、光線療法処置マウスの血液乳酸値は、図２８Ｅに示すように、未処置マウスと比較して有意に低かった（１０分で３.４±１.０対４.６±１.０ｍｍｏｌ／L、ｐ＝０.０５、及び２０分で３.７±１.０対１１.０±１.５ｍｍｏｌ／Ｌ、ｐ＜０.００１）。これらの結果は、直接肺光線療法がＣＯ中毒を受けたマウスの生存率を改善することを示している。減少したＣＯ中毒の程度は、より低い血液ＣＯＨｂ及び乳酸塩レベルと関連していた。

開胸術無しにネズミの肺に光線療法を施す可能性を評価するために、口腔咽頭を介して食道に配置された拡散先端を有する光ファイバーを介して肺に光を送達する効果を探究した。食道の光ファイバーの肺に対する位置を最適化するために、図２９Ａに示すように、生きて麻酔をかけ機械的に換気した２５ｇのマウスのＣＴスキャンを捕捉した。肺の下部を照射するファイバの最適位置は、ファイバの端部が下顎切歯から３.９ｃｍであったときに達した。

４００ｐｐｍのＣＯを１時間呼吸させた後、マウスを１００％Ｏ２での換気単独によって又は肺の経食道光線療法と組み合わせて処置した。最初の５分間の処置中に排除されたＣＯの量は、図２９Ｂに示すように、食道光線療法（ＡＵＣ:それぞれ２２４６±８５対２０３０±８３、ｐ＝０.００１）、及びＣＯＨｂ−ｔ１／２は、図２９Ｃに示すように、１００％Ｏ２（５.７±０.３対６.８±０.３分、ｐ＜０．００１）を単独で呼吸したマウスよりも光線療法で有意に短かった。これらの結果は、食道光線療法が１００％Ｏ２の呼吸単独と比較してＣＯ除去率を増加させることを示している。

＜ラットの研究＞

本明細書に記載の光線療法システム及び方法の有効性をさらに試験するために、肺光線療法をマウスよりも約１８倍の重さの動物であるラットで試験した。すべての動物実験は、マサチューセッツ州ボストンのマサチューセッツ総合病院の研究動物管理小委員会によって承認された。体重４５４±６９g（平均±ＳＤ）の４９匹の雄Ｓｐｒａｇｕｅ Ｄａｗｌｅｙラット（Charles River Laboratories、Wilmington、MA、USA）を試験した。ラットを腹腔内（ｉ.ｐ.）ケタミン（１００ｍｇ／ｋｇ）及びフェンタニル（５０ｍｃｇ／ｋｇ）で麻酔した。気管切開後、ロクロニウム（１ｍｇ／ｋｇ）をｉ.ｐ.注射した。筋弛緩を誘発し、ラットを機械的に換気した（Inspira; Harvard Apparatus、Holliston、MA、USA）。容量制御換気が、４０呼吸／分、１回換気量１０ｍｌ／ｋｇ、陽圧呼気圧（ＰＥＥＰ）２ｃｍＨ２Ｏ及び吸入酸素分率（ＦＩＯ２）０.２１で提供された。カテーテルを頸動脈及び頸静脈に配置した。動脈血圧、心拍数、体温及びピーク気道圧を連続的にモニターした。継続的なｉ.ｖ.麻酔及び筋弛緩は、フェンタニル（１.２-２.４ｍｃｇ／ｋｇ／ｈ）、ケタミン（１０-２０ｍｇ／ｋｇ／ｈ）、ロクロニウム（２-４ｍｇ／ｋｇ／ｈ）を含む。リンゲル乳酸塩は、８-１２ｍｌ／ｋｇ／ｈの速度で注入した。

直接光線療法がマウスより１８倍重い動物のＣＯ除去速度を増加させるかどうかを試験するために、ラットにおけるＣＯ中毒のモデルを開発した。麻酔をかけ機械的に換気したラットを空気中５００ｐｐｍのＣＯの呼吸で９０分間被毒させた後、空気又は１００％酸素で処置した。マウスの中毒期間中に観察されるように（図２３Ａ及び２３Ｂ）、呼気ＣＯ濃度はゆっくりと増加し、図３０Ａに示すように、中毒の開始時にラットが大量のＣＯを吸収したことを示す。循環ヘモグロビンがＣＯで徐々に飽和するにつれて、少量のＣＯが時間をかけて吸収された。中毒後、ラットを１００％酸素又は室内空気のいずれかを一定の分間の換気で呼吸することによって治療した。最初の３０分間の１００％酸素を呼吸させる処置の間、吐出されたＣＯ濃度は空気を呼吸しているラットよりも有意に高く、この間に除去されたＣＯの計算量は有意に大きかった（３.８±０.１対２.０±０.３ｍｌ／ｋｇ、ｐ＜０．００１）。これと並行して、ラットが１００％酸素（１００％酸素対室内空気：１２.０±０.５対５３.５±５.１分、ｐ＜０．００１）を呼吸すると、図３０Ｂに示すように、血液ＣＯＨｂはより速く減少し、ＣＯＨｂ-ｔ１／２はより短かった。これらの結果は、ＣＯ中毒のラットモデルがＣＯ除去の速度に対する種々の治療の効果を研究するのに適していることを示している。

肺を直接照らすために、麻酔をかけたラットに中央開胸術を施した。Ａｕｒａ ＫＴＰレーザ（米国メディカルシステムズ、ミネソタ、ミネソタ、米国）により５３２ｎｍの波長の光を発生させ、光ファイバーを介して両方の肺に送達した。ファイバーの先端を肺表面から１０ｃｍの距離に置いて、光ビームの面積が各肺の前面を照らすのに十分に広いようにした。レーザの出力は、５４ｍＷ／ｃｍ２の放射照度で肺を照らすように設定した。

光線療法がＣＯ除去率を増加させるかどうかを試験するために、空気中で５００ｐｐｍのＣＯを９０分間呼吸させてラットを被毒させ、次いで直接肺光線療法を加えるか又は行わずに空気又は１００％酸素を呼吸することによって治療した。図３１Ａに示すように、動物を１００％酸素又は室内空気のいずれかで処置した場合、肺光線療法の添加はＣＯ除去率を有意に増加させたが、これは処置の最初の１０分間に測定されたより多くの呼気ＣＯによって示される（１００％酸素対１００％酸素＋光線療法：２.２±０.１対２.７±０.４ｍｌ／ｋｇ、ｐ＜０．０５;空気対光線＋光線療法：０.９±０.１対１.２±０.１ｍｌ／ｋｇ、ｐ＝０.０１）。同時に、図３１Ｂに示すように、血液ＣＯＨｂレベルのより急速な減少があって（ＣＯＨｂ−t１／２：１００％酸素対１００％酸素＋光線療法：１２.０±０.５対７.４±１.０分、ｐ＜０.００１;空気対空気＋光線療法：５３.５±５.１対３８.４±４.６分、ｐ＝０.００４）。これらの結果により、直接肺光線療法が、空気又は１００％酸素のいずれかを呼吸するラットにおいてＣＯ除去の速度を増加させることが実証される。

光線療法で観察されたＣＯＨｂレベルのより急速な低下が重度のＣＯ中毒後の酸素送達及び代謝に対する有益な効果を有するかどうかを調べるために、血液中の乳酸塩濃度が７ｍｍｏｌ／Ｌ以上に達するまで、ラットが空気中２０００ｐｐｍのＣＯを呼吸するのに曝された。すべての動物は、呼吸ＣＯの５０分以内に目標乳酸塩濃度に達し、次いで、光線療法を伴うか伴わずに空気呼吸で動物を治療した。図３２Ａ及び３２Ｂを参照すると、中毒期間中の平均動脈圧及び心拍数は、それぞれ１０７±３ｍｍＨｇ／ｍｍＨｇから５６±１ｍｍＨｇ、及び３５０±１５ｍｍＨｇ／分から平均２９３±１２ｍｍＨ／分に低下した。治療中の平均動脈圧及び心拍数は、空気単独呼吸しているラットと比較して、光線療法処置ラットにおいて差異がなかった。重要なことに、光線療法による治療中にＣＯＨｂレベルがより速く低下した。血液中の乳酸塩の濃度は、図３２Ｃ及び図３２Ｄに示すように、室内空気単独と比較して、光線療法及び室内空気による治療の２０、４０及び６０分後でも低かった（２０分：３.７±０.５対５.８±０.４ｍｍｏｌ／Ｌ、ｐ＝０．０１;４０分：１.６±０.２ｍｍｏｌ／Ｌ、４.１±０.９ｍｍｏｌ／Ｌ、ｐ＝０.００９;６０分：１.０±０.１対３.２±１.０ｍｍｏｌ／Ｌ、ｐ=０.０２）。これらの結果は、空気を呼吸し、肺光線療法で治療したＣＯ被毒ラットが乳酸クリアランスを改善したことを示す。

等炭酸ガス性過換気と肺光線療法との組み合わせがＣＯ除去率を増加させるかどうかを調べるために、麻酔し機械的に換気したラットに空気中で５００ｐｐｍのＣＯを９０分間呼吸させて中毒させた後、５４ｍＷ／ｃｍ２の直接肺光線療法を行うか又は行わずに等炭酸ガス性過換気で処置した。一定の動脈ＰａＣＯ２を維持し低炭酸ガス症を回避するために５％ＣＯ２を添加することにより、わずかに低い吸入酸素濃度（約９５％対１００％）にもかかわらず、等炭酸ガス性過換気で治療した動物の血液ＣＯＨｂレベルは、正常な分時換気率（ＣＯＨｂ−t１／２：７.１±０.４対１２.０±０.５分、ｐ＜０.００１）で１００％酸素で処置した動物に比べて、さらに急速な減少を示した。直接肺光線療法と等炭酸ガス性過換気との組み合わせは、等炭酸ガス性過換気単独と比較して、治療の最初の１０分間に大量のＣＯが排除されたことにより示されるように、図３３Ａに示すようにＣＯ除去率を増加させた（等炭酸ガス性高換気＋光線療法対等炭酸ガス性高換気単独：±０.６対４.２±０.３ｍｌ／ｋｇ、ｐ＝０.００１）。また、図３３Ｂに示すように、減少したＣＯＨｂ−ｔ１／２（５.２±０.５対７.１±０.４分、ｐ＝０.００２）が観察された。これらの結果は、増加した分の換気がラットにおけるＣＯ除去の速度を増加させることを示す。さらに、肺光線療法と等炭酸ガス性過換気とを９５％の酸素と組み合わせることにより、ＣＯ除去率をさらに高めることができる。

ラットの左右の胸膜腔に全方向に光を放射する３.５ｃｍの長さの拡散先端を配置した２本の光ファイバーを用いて、胸腔内光線療法を試験した。麻酔し機械的に換気した仰臥位ラットにおいて、左右のヒポコンドリア領域の腹壁に１.５ｃｍの切開を行った。腹腔及び横隔膜を露出させた後、２つの２ｍｍの切開を横隔膜に行い、１本の光ファイバーを左右の胸膜腔に配置した。各肺に十分なパワーを照射するために、右のファイバーをＡｕｒａ ＫＴＰレーザに接続し、左のファイバーを周波数を２倍にしたＮｄ:ＹＡＧレーザ（IRIDEX Corp., Mountain View, CA）に接続し、両方のレーザは５３２ｎｍの光を発生する。拡散光ファイバによって放射される光のパワーは、５７０（右胸膜腔）及び４５０（左胸膜腔）ｍＷであった。

直接肺照射によるＣＯ中毒を治療するために、肺への光送達への胸腔内アプローチを採用した。５００ｐｐｍのＣＯによる中毒の９０分後、ラットを胸腔内光線療法を行うか又は行わずに１００％酸素で処置した。１００％酸素単独で処置したラットと比較して、１００％酸素と組み合わせた胸腔内光線療法は、図３４Ｂに示すように、処置の最初の１０分間でより多くのＣＯ除去量と関連し（２.４±０.２対２.１±０.１ｍｌ／ｋｇ、ｐ＝０.００９）、図３４Ａに示すように、より短いＣＯＨｂ-t１／２であった（９.８±０.５対１１.７±０.３分、ｐ＜０.００１）。これらの結果は、胸腔内光線療法が、ＣＯ被毒ラットにおいて１００％酸素を呼吸する際のＣＯ除去率を高めることができることを実証している。

化学発光によって生成された光がインビボでＣＯを解離しＣＯ除去速度を増加させるかどうかを試験した。化学発光反応により生じた光スペクトルを分光光度計で測定したところ、図３５に示すように、ピーク波長５１７ｎｍ、中心波長５３２ｎｍ（バンド幅（９０％）＝１１０ｎｍ）を示した。開胸で麻酔したラットにおいて、特別製作された透明なポリエチレンザックを個々の肺の周りに置いた。各ザックは、化学発光性流体をザックに注入することができる小さなカテーテルを有していた。ＣＯ中毒の９０分後に、動物が１００％酸素を呼吸している間に発光性流体をポリエチレンバッグに注入した。対照動物では、ポリエチレンバッグに等容量の生理食塩水を充填した。

化学発光アプローチの有効性を試験するために、ＣＯ被毒ラットにおけるＣＯ除去速度を測定した。空気中で５００ｐｐｍのＣＯを呼吸させることによりＣＯ中毒を９０分間行った後、２つの透明なザックに注入された化学発光流体によって放出された光の有無で、１００％酸素でラットを治療した。治療の最初の１０分間に吐き出されるＣＯの量は、１００％酸素のみを呼吸するラット（２.４±０.１対２.１±０.１ｍｌ／ｋｇ）と比較して、図３６Ｂに示すように、１００％酸素及び化学発光により生成された光線療法で処置したラットにおいて大きかったし、ＣＯＨｂ-t１／２は有意に短かった（１０.１±０.６対１１.５±０.３分、ｐ＝０.０１１）。これらの結果は、両方の胸膜腔での化学発光反応によって生成された緑色光を提供することにより、ＣＯ除去速度を増加させることができ、保護された化学発光光源が肺に照射するのに用いられることを示唆している。

したがって、本発明は、特定の実施形態及び実施例に関連して上述されたが、本発明は必ずしもそのように限定されず、多くの他実施形態、実施例、使用、変態、及び該実施形態、実施例、使用からの乖離が、添付の特許請求の範囲に包含されるものとする。本明細書に引用される各特許及び刊行物の全開示は、そのような各特許又は刊行物が個々に参照により本明細書に組み込まれるかのように、参照により組み込まれる。

Claims (76)

1. 患者の一酸化炭素中毒の量を予防、治療又は制御するための光線療法システムであって、
   患者のカルボキシヘモグロビンの光解離を可能にする特性を有する光を出力するように構成された光源と、
   前記光源に結合され、１つ又は複数の導波管を内に配置した光ケーブルと、を備え、
   前記１つ又は複数の導波管が、前記光源によって出力された光を患者の体の一部に直接放射して、カルボキシヘモグロビンを光解離するように構成されている
   光線療法システム。
2. 前記光源は、約５９０ナノメートルと６５０ナノメートルの間の波長の光を出力するように構成される、請求項１に記載の光線療法システム。
3. 前記光源は、レーザ又は発光ダイオードである、請求項１に記載の光線療法システム。
4. 前記光ケーブルは、患者の食道、気管、胸膜腔及び気管支樹のうちの少なくとも１つに挿入されるように構成されている、請求項１に記載の光線療法システム。
5. 前記導波管はそれぞれ、拡散する側面放射先端を含む、請求項１に記載の光線治療システム。
6. 前記光ケーブルが、可撓性で生体適合性の材料から製造される、請求項１に記載の光線療法システム。
7. 前記１つ又は複数の導波管が光ファイバである、請求項１に記載の光線治療システム。
8. 前記導波管は、前記光ケーブルの遠位端から突出するような寸法にされている、請求項１に記載の光線治療システム。
9. 前記導波管は、前記光ケーブルの前記遠位端から等距離に突出するように構成されている、請求項８に記載の光線治療システム。
10. 前記導波管のそれぞれは、前記光ケーブルの前記遠位端から異なる距離に突出するように構成される、請求項８に記載の光線治療システム。
11. 前記導波管はそれぞれ、前記光源から遠位に配置された先端を含む、請求項１に記載の光線療法システム。
12. 前記先端は、前記光源からの光出力を拡散的に放出するように構成される、請求項１１に記載の光線療法システム。
13. 前記先端が実質的に円錐形を画定する、請求項１１に記載の光線療法システム。
14. 前記先端は実質的に丸い形状を画定する、請求項１１に記載の光線療法システム。
15. 前記先端は１つ又は複数の拡散要素を含む、請求項１１に記載の光線療法システム。
16. 前記先端はそれぞれ、該先端を横切る抗力を増加させるフィンを含む、請求項７に記載の光線療法システム。
17. 前記１つ又は複数の導波管は、可撓性で生体適合性の材料から製造される、請求項１に記載の光線療法システム。
18. 前記１つ又は複数の導波管は、生分解性材料から製造される、請求項１７に記載の光線療法システム。
19. 前記光ケーブルの遠位端は、第１の遠位セクション及び第２の遠位セクションに分割される、請求項１に記載の光線療法システム。
20. 前記導波管の一部が前記第１の遠位セクションから突出し、前記導波管の残りの部分が前記第２の遠位セクションから突出している、請求項１９に記載の光線療法システム。
21. 前記光ケーブルの遠位端に取り付けられたバルーンをさらに備える、請求項１に記載の光線療法システム。
22. 前記バルーンが前記導波管を包囲する、請求項２１に記載の光線療法システム。
23. 前記バルーンは、前記光源からの前記光出力を伝送することができる生体適合性材料から製造される、請求項２１に記載の光線療法システム。
24. 前記バルーンと連通するガス源と、前記バルーンと連通する液体源とをさらに備える、請求項２１に記載の光線療法システム。
25. 前記ガス源又は前記液体源のいずれかが、収縮状態からバルーンを膨張状態に拡張するように構成されている、請求項２４に記載の光線療法システム。
26. 前記液体源又は前記ガス源のいずれかが、前記バルーンの内部に冷却流体を提供するように構成されている、請求項２４に記載の光線療法システム。
27. 気管支鏡をさらに含む、請求項１に記載の光線療法システム。
28. 前記光源は、前記気管支鏡の光ポートに結合される、請求項２７に記載の光線療法システム。
29. 前記光ケーブルは、前記気管支鏡の作業ポートに結合される、請求項２７に記載の光線療法システム。
30. 前記気管支鏡は、前記光ケーブルに結合された１つ又は複数の調整機構を含む、請求項２９に記載の光線療法システム。
31. 前記調整機構は、前記光ケーブルの遠位端の位置を調整するように構成される、請求項３０に記載の光線療法システム。
32. 前記光源と通信するコントローラをさらに備える、請求項１に記載の光線療法システム。
33. 前記コントローラは、前記光源の周波数、パルス幅、及びエネルギー出力のうちの少なくとも１つを制御するように構成されている、請求項３２に記載の光線療法システム。
34. 前記コントローラは、前記光源をオン・オフするように構成されている、請求項３２に記載の光線療法システム。
35. ＥＫＧ（心電図）信号及び空気流量の少なくとも１つがコントローラに通信される、請求項３４に記載の光線療法システム。
36. 前記コントローラは、前記ＥＫＧ信号及び前記空気流量の少なくとも１つに基づいて前記光源を変調するようにさらに構成される、請求項３５に記載の光線療法システム。
37. 前記コントローラは、前記患者が吸入したときに前記光源を変調し、前記空気流量に基づいて前記患者が吐き出すときに前記光源を変調するようにさらに構成される、請求項３５に記載の光線療法システム。
38. 前記コントローラは、前記空気流量に基づくガスの吸入のゲート、及び前記ＥＫＧに基づくピーク肺動脈血流のゲートを組み合わせるようにさらに構成されている、請求項３５に記載の光線療法システム。
39. 患者における一酸化炭素中毒の量を治療又は制御するための光線療法システムであって、
    中心管腔を含むチューブと、
    チューブの遠位端に取り付けられたバッグと、
    患者の体内のカルボキシヘモグロビンの光解離を可能にする特性を有する光源によって発せられた光を前記バッグ内に放射するために、前記中心管腔を介して前記バッグ内に流体連通するように構成された光源と、を備え、
    前記チューブ及び前記バッグは、患者の身体の一部に挿入又は配置されて、前記バッグを介して放出された光を患者の身体の一部に送達して、カルボキシヘモグロビンを光解離するように構成される
    光線療法システム。
40. 前記バッグは、前記光源から放射された光を透過することができる生体適合性材料から製造される、請求項３９に記載の光線療法システム。
41. 前記光源は、約５９０ナノメートルと６５０ナノメートルの間の波長の光を放射するように構成されている、請求項３９に記載の光線療法システム。
42. 前記光源が化学発光性流体である、請求項３９に記載の光線療法システム。
43. 前記光源が複数の化学発光粒子である、請求項３９に記載の光線療法システム。
44. 前記光源が複数の燐光性粒子である、請求項３９に記載の光線療法システム。
45. 前記チューブは、気管内チューブに接続される、請求項３９に記載の光線療法システム。
46. 前記光源が、約３９０ナノメートルと７５０ナノメートルの間の波長の光を放射するように構成されている、請求項３９に記載の光線療法システム。
47. 前記バッグと連絡する液体源をさらに備える、請求項３９に記載の光線治療システム。
48. 前記液体源は、前記バッグの内部に冷却液体を提供するように構成される、請求項４７に記載の光線療法システム。
49. 前記液体源は、前記光源によって放射された光を拡散することができる低吸収流体である、請求項４７に記載の光線療法システム。
50. 前記光源がレーザであって、該レーザに結合され前記バッグ内に配置されたファイバを含む、請求項４９に記載の光線療法システム。
51. 患者の一酸化炭素中毒の量を治療又は制御するための光線療法システムであって、
    エアロゾル化要素と連通する光源と、
    光源と気道との間の連通を提供するように構成されたチューブであって、該気道が患者の鼻及び口の少なくとも一方に連通を提供するように構成された、チューブと、を備え、
    前記エアロゾル化要素は、前記光源をエアロゾル化して、前記気道を通るガスの換気によって前記光源を患者に送達するように構成される
    光線療法システム。
52. 前記光源は、約３９０ナノメートルと７５０ナノメートルの間の波長の光を放射するように構成されている、請求項５１に記載の光線療法システム。
53. 前記光源が複数の燐光性粒子である、請求項５１に記載の光線療法システム。
54. 前記エアロゾル化要素は、特定の数の燐光性粒子をエアロゾル化して前記患者によって吸入される所定の粒子負荷を達成するように構成されている、請求項５３に記載の光線療法システム。
55. 前記燐光性粒子が、吸入されたときに前記燐光性粒子が患者の気管及び気管支全体に位置するように、前記燐光性粒子が変化する直径を画定する、請求項５３に記載の光線療法システム。
56. 前記燐光性粒子が、化学的に不活性であり、ヒトに対して非毒性である、請求項５３に記載の光線療法システム。
57. 前記燐光性粒子を活性化するように構成された励起源をさらに備える、請求項５３に記載の光線療法システム。
58. 前記励起源が、レーザ、ランプ、及び１つ又は複数の発光ダイオードのうちの少なくとも１つである、請求項５７に記載の光線療法システム。
59. 前記励起源及び前記エアロゾル化要素と連絡しているコントローラをさらに備える、請求項５７に記載の光線療法システム。
60. 前記光源と連通するガス源をさらに備える、請求項５１に記載の光線療法システム。
61. 前記ガス源が、加圧された供給源、空気、又は酸素である、請求項６０に記載の光線療法システム。
62. 前記気道は、マスク、呼吸器、鼻プロング、気管内チューブ、及び気管切開チューブのうちの少なくとも１つを含む、請求項５１に記載の光線療法システム。
63. 光線療法を用いて患者の一酸化炭素中毒を治療又は予防する方法であって、
    光源を提供するステップと、
    前記光源を前記患者の身体の一部に隣接させて配置するステップと、
    光源からの光を患者の体の一部に直接放射するステップと、
    を含む方法。
64. 前記光源は、約３９０ナノメートルと７５０ナノメートルの間の波長の光を放射するように構成されている、請求項６３に記載の方法。
65. 前記光源が、化学発光性流体又は複数の化学発光性粒子である、請求項６３に記載の方法。
66. 呼吸のために患者に純酸素を供給することをさらに含む、請求項６５に記載の方法。
67. 患者の皮膚の少なくとも一部を純粋な酸素に暴露することをさらに含む、請求項６５に記載の方法。
68. 光源に光ケーブルを結合するステップであって、光ケーブルは、光ケーブルと共に配置された１つ又は複数の導波管を含んでいる、請求項６３に記載の方法。
69. 光ケーブルを患者の食道に挿入するステップとを含む、請求項６８に記載の方法。
70. 患者の気管支に光ケーブルを挿入して、患者の気管支樹に隣接して導波管を配置するステップとを含む、請求項６８に記載の方法。
71. 前記導波管の各々は、前記光源から遠位に配置された先端を含み、前記先端を横切る抗力を増加させるためのフィンを含む、請求項６８に記載の方法。
72. 患者の気管及び気管支の樹木全体にわたって導波管を患者の吸入によって変位させる、請求項７１に記載の方法。
73. 前記光源が複数の燐光性粒子である、請求項６３に記載の方法。
74. 前記患者の口及び鼻の少なくとも一方の上にマスクを配置するステップと、
    励起源を用いて前記光源を活性化するステップと、
    エアロゾル化要素で光源をエアロゾル化するステップと、をさらに含み、
    患者は吸入しているか又は換気されている、請求項７３に記載の方法。
75. 前記光源がバッグ内に配置される、請求項６３に記載の方法。
76. 前記光源によって放出された光を拡散することができる低吸収流体を前記バッグに充填するステップと、
    バッグを患者の胸膜腔に挿入するステップと、をさらに含む、請求項７５に記載の方法。

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