JP2020069117A - 加工装置、制御方法及びプログラム - Google Patents

Abstract

【課題】 効率的に毛包の形成を行う。【解決手段】 本明細書に開示の吐出装置は、生体の皮膚に対しレーザ光を照射して孔を穿孔する穿孔部と、前記孔に対し細胞を含む液滴を吐出する吐出部と、を備えることを特徴とする。【選択図】 図１

Description

本明細書の開示は、加工装置に関する。

近年の世界的な人口増加に伴い、薄毛に悩む人口が男女ともに増えてきている。そこで現在、薄毛に対する治療法の一つとして毛包を再び形成する毛包再生技術が注目されている。

毛包再生技術として、皮膚組織片を含む地毛を採取し、そこから得られる上皮系幹細胞と間葉系幹細胞を培養して毛包原基を形成し、毛包原基を手動で生体の真皮内に注入することにより毛包を再生させる方法が知られている（特許文献１）。

特許第５９３２６７１号明細書

しかしながら、手動での細胞の注入は毛包を形成するにあたって効率的ではなかった。

本明細書の開示は、効率的に毛包の形成を行うことを目的の一つとする。

なお、前記目的に限らず、後述する発明を実施するための形態に示す各構成により導かれる作用効果であって、従来の技術によっては得られない作用効果を奏することも本明細書の開示の他の目的の一つとして位置付けることができる。

本明細書に開示の加工装置は、生体の皮膚に対しレーザ光を照射して孔を穿孔する穿孔部と、前記孔に対し細胞を含む液滴を吐出する吐出部と、を備えることを特徴とする。

本明細書の開示によれば、効率的に毛包の形成を行うことができる。

本実施形態に係る加工装置の構成の一例を示す図 本実施形態に係る加工装置のフローチャートの一例を示す図 本実施形態に係る加工装置の全体の処理手順の一例を示す図 本実施形態に係る座標設定の一例を示す図

本実施形態に係る加工装置は、生体の皮膚に対してレーザを照射することで複数の孔を形成し、その形成された孔に細胞を含む液滴を吐出することで毛包を形成（再生）する装置である。例えば、ヒトの頭皮に対してレーザを照射することで穿孔された孔に対して、上皮系細胞と間葉系細胞を含む液滴をそれぞれ吐出し、毛包及び毛髪を再生させるなどの用途で用いることができる。

以下は、いずれも加工装置の処理方法を説明するための一例にすぎず、本明細書の開示は実施形態に限定されるものではない。

図面を用いて本明細書に開示の加工装置の実施形態について説明する。

図１は加工装置の構成の一例を示す図である。

加工装置１００は、制御装置１０１と、駆動装置１０２と、穿孔装置１０３と、位置検出器１０４と、形状検出器１０５と、吐出装置１０６と、固定装置１０８を備えている。

制御装置１０１は、加工装置１００の各部の動作を制御するためのコンピュータで、内部には、ＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ、Ｉ／Ｏポート等を備えている。ＲＯＭには、加工装置１００の動作プログラムが記憶されている。加工に係る各種処理を実行するためのプログラムは、他の動作プログラムと同様にＲＯＭに記憶させておいてもよいが、ネットワークを介して外部からＲＡＭにロードしてもよい。あるいは、プログラムを記録したコンピュータ読み取り可能な記録媒体を介して、ＲＡＭにロードしてもよい。Ｉ／Ｏポートは、外部機器やネットワークと接続され、たとえば孔の加工に必要なデータや吐出条件の入出力を、外部コンピュータとの間で行うことができる。孔の加工に必要なデータとは、作成する孔の形状データ、加工対象の情報、レーザの照射条件などを含む。また、吐出条件とは、吐出速度、吐出液滴の量、吐出タイミング等を含む。ＣＰＵは、加工装置１００の制御全般を行っており、その機能的な構成として、位置検出部と、形状検出部と、位置調整部と、強度調整部と、指示部と、回転制御部を備える。これらは駆動装置１０２、穿孔装置１０３、位置検出器１０４、形状検出器１０５、吐出装置１０６及び固定装置１０８の各部と有線、もしくは無線で接続されており、相互の電気信号の授受、データ解析、データの保存、命令の入出力を行う装置である。

位置検出部は、位置検出器１０４が撮像した画像に対して画像処理を行い、駆動装置１０２に接続された各装置の位置及び頭部１０７に穿孔された孔の位置などを座標データに変換して検出する。形状検出部は、形状検出器１０５が撮像した画像に対して画像処理を行い、孔の孔径や深さ、孔内に吐出された液滴の有無等を検出する。位置調整部および回転制御部は、駆動装置１０２に接続された各装置の位置及び姿勢を制御している。指示部は、位置調整部と回転制御部によって位置及び姿勢が制御された吐出装置１０６が目的の位置に達した時に、吐出装置１０６に対して吐出指示を行う。また、指示部は吐出する液滴の吐出速度、吐出液滴の量、吐出タイミング等の制御を行う。強度調整部は、位置調整部によって位置が制御された穿孔装置１０３が目的の位置に達した時に、穿孔装置１０３内のレーザ発振部の励起エネルギー源の電流値を調整する。なお、電流値を調整するタイミングは上記に限定されない。レーザ発振部から発振されるレーザ光の強度とパルス数は、励起エネルギー源の電流で制御することが出来る。また、パルス幅やパルス周期も制御可能である。

駆動装置１０２には、穿孔装置１０３、位置検出器１０４、形状検出器１０５、吐出装置１０６が接続されている。また、駆動装置１０２は半球状のスキャンステージと接続されており、これによりＸ方向、Ｙ方向およびＺ方向に移動可能となる。すなわち、駆動装置１０２は穿孔部と吐出部と検出部と接続され、各部を駆動する駆動部の一例に相当する。なお、駆動装置１０２を駆動可能とするスキャンステージの形状は上記に限定されず、駆動装置１０２がＸＹＺ方向のそれぞれの方向に駆動可能であればよい。例えば、ＸスキャンステージとＹスキャンステージとＺスキャンステージにそれぞれ接続することにより３次元に駆動可能にしてもよい。

穿孔装置１０３は、集光走査部とレーザ発振部を含むパルスレーザ装置であり、レーザ発振部がレーザ光を発し、集光走査部が集光位置を変えつつ頭部１０７にレーザ光を集光することにより頭部１０７に孔を穿孔していく。すなわち、生体の皮膚に対しレーザ光を照射して孔を穿孔する穿孔部の一例に相当する。なお、頭皮は、角質層、表皮、真皮の３層から構成されており、このうち角質層が数１０μｍ、表皮が約２００μｍ、真皮が１〜３ｍｍの厚さであることが知られている。そのため、例えば毛髪を再生させる場合には、毛包の基となる毛包原基は、神経や血管が多く存在する真皮内に注入する必要があることから穿孔装置１０３は１±０．２ｍｍ程度の深さの孔を穿孔可能なことが望ましい。すなわち、穿孔部１０３は皮膚の表皮および真皮の一部を除去することで一つの孔を形成することが望ましい。なお、孔の深さは上記に限定されない。また、孔の開口形状は、円形でもよいし、方形でもよい。

集光走査部は、レーザ光を微小スポットに集光する光学系とその光学系の位置や姿勢を変えることが出来るロボットやステージ等で構成される。なお、集光走査部は集光機能と走査機能を果たすｆθレンズとガルバノスキャナを組合せた構成でもよいし、ガルバノスキャナとｆθレンズをロボットに保持させた構成でもよい。なお、ガルバノスキャナはエネルギービームを反射させながら高速で動作させるため、軽量且つ、線膨張係数の低い材質で作られていることが望ましい。

また、ガルバノスキャナを用いる場合、レーザ光を目標の穿孔径よりも十分細く絞った上で、穿孔したい形状となるようにレーザ光を走査することが望ましい。その場合のレーザ光のスキャンパターンは、同心円状でも良いし、格子状でも良い。

一方、ガルバノスキャナを用いない場合は、レーザ光のビーム系を太くし、レーザ光をスキャンせずに穿孔してもよい。しかし、１点でレーザ光を集中すると、局所的に温度が上昇することによりレーザの照射部分に焦げが発生し、毛包の形成効率が低下する場合がある。そのため、この場合にはレーザの照射は隣接する孔を連続的に照射するのではなく、穿孔した位置から遠い位置の皮膚を穿孔することにより頭皮全体での熱ダメージの蓄積を抑えるとよい。

レーザ発振部は、ＣＯ２レーザやＥｒ：ＹＡＧレーザ等を用いることができる。駆動方式はパルス式でもよいし、連続照射方式でもよい。なお、前述のレーザのような放射線による穿孔方法は照射する条件（波長、パルス周期、エネルギー、照射時間）と生体の皮膚との相互作用に応じて、様々な効果を期待できる。

例えば、波長に関しては、水との相互作用を使うことにより効率的な穿孔が可能になる。例えば、１０．６μｍの波長をもつＣＯ２レーザや２．９μｍの波長をもつＥｒ：ＹＡＧレーザは、１．０６μｍの波長をもつＮｄ：ＹＡＧレーザよりも水に対する吸収が数１０００倍大きいことが知られている。これらの波長のレーザを皮膚に照射すると、皮膚内の細胞中の水分を爆発的に蒸散させることができ、この水分の蒸散により皮膚の細胞を皮膚内から皮膚外に飛ばしてしまうことができる。一方、真皮内には血管や神経が多く存在することが知られており、穿孔の深さが大きくなるにつれ、血液や体液がにじみ出てきてしまう。血液を優先的に蒸散させる場合は、ヘモグロビンに対して吸収の高いＡｒレーザ、Ｎｄ：ＹＡＧレーザ、ＫＴＰレーザ、ダイオードレーザなどを使用しても良い。一方、体液を優先的に飛ばしたい場合は、ＣＯ２レーザもしくはＥｒ：ＹＡＧレーザを弱く照射することにより穿孔の深さをそれ以上大きくすることなく水分を飛ばして乾燥させることもできる。つまり、皮膚との相互作用に応じて様々な効果があるが、レーザの種類は上記に限定されず頭部１０７に対して穿孔可能なレーザであればよい。

また、パルス周期、エネルギー、照射時間を制御すると、細胞との熱的相互作用を期待できる。例えば、レーザを照射することにより頭部１０７の照射部分が３５〜４５℃程度の温度になった場合には、皮膚を適度に温め活性化させる効果があることが知られている。一方、８０〜１００℃の温度の範囲においては、水が蒸散しやすくなるため上述のように蒸散を利用した穿孔も可能となる。

位置検出器１０４は、駆動装置１０２に接続される各装置が頭部１０７に対してどの位置にあるのかを検出する。例えば、デジタルカメラや受光センサを含むレーザ装置等を用いることができる。具体的には、例えば位置検出器１０４が撮像した画像に対して制御装置１０１内の位置検出部が画像処理を行い、駆動装置１０２に接続される各装置の位置を座標データに変換して検出する。または、頭部１０７をレーザ光等でスキャンし、その反射光を制御装置１０１の位置検出部が３次元座標に変換して駆動装置１０２に接続される各装置の位置を検出する。また、駆動装置１０２に備わる座標を使って各装置の位置をダブルチェックする機構であってもよい。

形状検出器１０５は、穿孔装置１０３により頭部１０７に穿孔した孔の孔径や深さと、該孔の中に吐出装置１０６により吐出された液滴が有るか無いかを検出する。例えば、デジタルカメラや受光センサを含むレーザ装置等を用いることができる。

孔径を計測する場合は、例えば位置検出器１０４と同様に、形状検出器１０５が撮像した画像に対して制御装置１０１内の形状検出部が画像処理を行い、穿孔の開口径などを座標データに変換された値から検出する。

深さを計測する場合は、レーザの反射光を利用して深度を検出することができる。

孔の中に吐出装置１０６により吐出された液滴が有るか無いかを検出する場合は、形状検出器１０５が撮像した画像に対して制御装置１０１内の形状検出部が画像処理を行い、液滴の有無を検出する。具体的には、液滴が穿孔内に有る場合に想定されうる画素値の範囲等をあらかじめ指定しておき、画像処理の結果、画素値がその範囲内に収まる場合には、液滴が有ると判断し、画素値がその範囲を超えた場合には液滴が無いと判断する。なお、液滴が無いと判断された場合には、追加の吐出を行うような構成でもよい。その他の方法として、液滴の吐出を行う前後の孔の深度をレーザにより検出し、吐出の有無を判断してもよい。また、液滴の有無の検出方法は上記に限定されない。さらに、液滴の有無を判断する場合は、「有る」，「無い」の２値でなく「十分有る」，「やや足りない」，「無い」などのように穿孔に吐出された液滴の量に合わせて多値で判断されてもよい。この場合、例えば「十分有る」を有ると判断し、「やや足りない」、「無い」を無いと判断する。

なお、本実施形態では位置検出器１０４と形状検出器１０５を別の部材としたが、ひとつの検出器に位置検出器１０４と形状検出器１０５の両方の機能を持たせてもよい。すなわち、加工装置１００は孔の位置および形状と、孔の中に吐出装置１０６から吐出された液滴が有るか否かを検出する検出器を備えていればよい。

吐出装置１０６は、細胞を含む液滴を頭部１０７に形成された穿孔に対し吐出する。すなわち、孔に対し細胞を含む液滴を吐出する吐出部の一例に相当する。吐出装置１０６にはサーマル式インクジェットヘッド、圧電式インクジェットヘッド、静電式インクジェットヘッド、圧空式ジェットディスペンサなどを使用できるが、細胞を含む液滴を吐出することができれば何でもよい。また、吐出装置１０６が吐出する１つの液滴の液滴量は１〜５００ｎｌの液滴であることが望ましいが、吐出量はこれに限定されない。

さらに、吐出装置１０６を構成する吐出部（開口）の数は、吐出させたい細胞を含む液の種類もしくは吐出させたい細胞を含む液滴の数の少なくとも一方によって数量を変えてもよい。例えば、毛包の形成に必要な間葉系細胞を含む第１の液滴を吐出する第１の吐出部と上皮系細胞を含む第２の液滴を吐出する第２の吐出部との２つの吐出部を含む構成でもよい。なお、吐出する細胞の種類は上記に限定されず、例えば再生した毛の色を変える色素細胞を含む液滴を吐出してもよい。第１の吐出部と第２の吐出部の位置は、穿孔に対して液滴を吐出可能な位置であればよいが、連続して液滴を吐出する場合には、吐出装置１０６のスキャン方向に並べられている配置が望ましい。

なお、生体に対して液滴を吐出するため、頭部１０７の移動や形状変化、あるいは体液の滲み出しを考慮すると、吐出装置１０６は５００滴／分以上の速度で複数の液滴を吐出できる構成であることが望ましいが、上記に限定されない。

頭部１０７は、例えばヒトの頭皮である。なお、頭部１０７は上記に限定されず、サルなどの哺乳動物の霊長類や、ウマなどの有蹄類や、ウサギやマウスなどの小型哺乳類のげっ歯類など種々の生体の皮膚でもよい。

なお、穿孔装置１０３からのレーザ照射による周囲の体毛の燃焼を防止するため、施術の周辺部は悌毛されていると良い。また、年齢、性別や外部環境などによっては、生体の皮膚の含水率が異なるため、事前に保湿などの前処理を行ってもよい。上記によれば、年齢や性別外部環境などに依らず所望の穿孔形状や深さの孔を形成することができる。

固定装置１０８は、加工対象部位となる頭部１０７を固定（保持）する。すなわち、生体を固定する固定部の一例に相当する。例えば、図１に示すように加工対象となる頭部１０７を固定する。また、固定装置１０８は、ベッドや固定ベルトで構成される。なお、上記に加えて固定した頭部１０７の形状を検出するレーザ変位計や接触センサ（不図示）などを組み合わせた構成であってもよい。また、固定装置１０８の構成は上記に限定されず、例えば額と顎を載せる台などを設けることにより頭部１０７を固定するような構成でもよい。すなわち、頭部１０７を固定できる構成であればよい。

次に、吐出装置１０６により吐出される細胞を含む液滴について説明する。

液滴は、間葉系細胞を含む第１の液滴と上皮系細胞を含む第２の液滴とを含み構成される。２つの液滴に含まれる間葉系細胞と上皮系細胞は毛髪再生能を有する毛包原基を形成するために少なくとも必要となる細胞である。

間葉系細胞は、間葉組織由来の細胞とその細胞を培養して得られる細胞の少なくとも一方を示している。例えば、間葉系細胞は毛乳頭細胞や真皮毛根鞘細胞、各種万能細胞などから得られる。

上皮系細胞は、上皮組織由来の細胞とその細胞を培養して得られる細胞の少なくとも一方を示している。例えば、上皮系細胞は外毛根鞘最外層や毛母基部の上皮系細胞、各種万能細胞などから得られる。

毛包原基は、毛包の基となる組織であり、上記の間葉系細胞と上皮系細胞を含む細胞群から構成されている。本実施形態においては頭部１０７に穿孔された孔に対して上皮系細胞及び間葉系細胞を含む液滴が吐出され、その２つの細胞から構成される毛包原基が毛包を形成する。そして形成された毛包から毛幹を有する毛が形成および伸長する。すなわち、毛包原基は、毛包を形成し、且つ再生される毛の基となる。

上皮系細胞と間葉系細胞の比率は、毛包形成の観点からは１：１であることが望ましく、２つの細胞の合計細胞数は１０００〜１００００程度あれば、毛包原基を形成することができる。なお、細胞数の比率や細胞数は必ずしも上記の値でなくてもよい。

また、液滴には、各細胞用の培地や細胞の生存および増殖に必要な栄養素、さらには抗生物質やホルモンのような補助物質が含まれてもよい。

なお、前述の「細胞」は単体でもよいし、細胞群のような複数の細胞を含む集合体でもよい。本実施形態では、細胞群のように複数の細胞を含む集合体を細胞と称する。

次に、図２のフローチャートを用いて、本実施形態における全体の処理を説明する。

（Ｓ２０００）（固定装置で頭部を固定する）
ステップＳ２０００において、固定装置１０８により頭部１０７を固定する。次に、ステップＳ２０１０で頭部１０７の位置検出を行うため、頭部１０７の施術領域外の頭皮にアライメントマークを印す。アライメントマークは、ペン等の筆記具で直接印してもよいし、穿孔装置１０３のレーザにより刻印してもよい。また、アライメントマークの形状や大きさは、位置検出の分解能をμｍ単位で行えるものであればよい。すなわち、アライメントマークを印す方法、形状及び大きさは上記に限定されない。なお、頭部１０７を固定装置１０８で固定する前にアライメントマークを印してもよいし、アライメントマーク自体を印さなくてもよい。また、加工対象が動かないのであれば本ステップはスキップしてもよい。

（Ｓ２０１０）（３次元座標（ｘ，ｙ，ｚ）を設定する）
ステップＳ２０１０において、位置検出器１０４で頭部１０７を撮像する。そして撮像した画像を制御装置１０１の位置検出部が座標データに変換し、頭部１０７上に３次元座標（ｘ，ｙ，ｚ）を設定する。このとき、撮像結果から、皺、ほくろ、シミなどの位置も検出し、補助的に位置検出に使用しても良い。なお、取得される３次元座標系は、ステップＳ２０１０でアライメントマークが印された点を原点（０，０，０）とした３次元座標系であることが望ましい。

（Ｓ２０２０）（穿孔装置を（ｘ_ｍ，ｙ_ｍ，ｚ_ｍ）へと移動する）
ステップＳ２０２０において、まず、頭部１０７に対して複数の孔を形成するために穿孔装置１０３を初期位置（ｘ_１，ｙ_１，ｚ_１）へと移動させる。具体的には、制御装置１０１の位置調整部がステップＳ２０００で印したアライメントマークを検出し、その座標を（０，０，０）とした場合に施術領域内における穿孔を開始する位置（ｘ_１，ｙ_１，ｚ_１）に穿孔装置１０３の位置合わせを行う。なお、穿孔を開始する位置はステップＳ２０２０で取得した３次元座標（ｘ，ｙ，ｚ）上の任意の点を初期位置としてもよい。本実施形態では、穿孔を開始する位置は、図４（ａ）に示すように施術領域内の端点であるとして以下の説明を行う。つまり、始めに初期位置（ｘ_１，ｙ_１，ｚ_１）へと位置合わせを行い、その後、（ｘ_１≦ｘ_ｍ≦ｘ_ｎ）および（ｙ_１≦ｙ_ｍ≦ｙ_ｎ）の範囲で穿孔装置１０３をＸＹ軸方向に移動することにより施術領域に複数の孔を穿孔していく手順とする。具体的には、（ｘ_１，ｙ_１）から（ｘ_ｎ，ｙ_１）に向かって処理を繰り返し、次に（ｘ_１，ｙ_２）から（ｘ_ｎ，ｙ_２）に向かって処理を繰り返しという処理を（ｘ_１，ｙ_１）が（ｘ_ｎ，ｙ_ｎ）に到達するまで行う。すなわち、２回目の穿孔以降、本ステップは任意の座標（ｘ_ｍ，ｙ_ｍ，ｚ_ｍ）へと穿孔装置１０３を移動させるステップとなる。つまり、アレイ状に複数の孔を穿孔していく。なお、複数の孔を穿孔する順序は上記に限定されない。例えば、（ｘ_１，ｙ_１）→（ｘ_３，ｙ_１）→（ｘ_２，ｙ_１）→（ｘ_４，ｙ_１）のように順序を変えて穿孔してもよい。すなわち、所定軸方向において移動方向を逆転させながら処理を行ってもよい。さらに、穿孔する孔の配列は必ずしも等間隔のアレイ状でなくてもよく、例えばある部分は密度が大きくなるように穿孔し、ある部分は密度が小さくなるように穿孔してもよい。また、加工対象部位に損傷がある場合等は、その部分を避けるように穿孔してもよい。

なお、本ステップでは後述のステップＳ２０３０で穿孔する位置と同じＸＹ座標に穿孔装置１０３を移動させたが、ステップＳ２０３０で穿孔対象となる座標（ｘ_ｍ，ｙ_ｍ，ｚ_ｍ）に穿孔可能な位置であれば必ずしもＸＹ座標が同じでなくてもよい。

高さ方向の座標ｚ_ｍについては、ステップＳ２０１０で検出したＺ軸の値の中で、施術領域内での最小値および最大値を求め、その値に対して所定値を足した値の範囲で穿孔装置１０３を移動させればよい。つまり、穿孔装置１０３を移動させるＺ座標ｚ_ｍは頭皮表面のＺ座標に対して所定の値を足した値として考える。例えば、予め穿孔装置１０３のワーキングディスタンスを３ｍｍと設定した場合に、頭皮表面の（ｘ_１，ｙ_１）におけるＺ座標がｚ＝５ｍｍだとするとｚ_１＝３＋５＝８ｍｍとして、穿孔装置１０３を移動する。

また、本実施形態ではアライメントマークが印された点は施術領域外としたがアライメントマークが施術領域内に有る場合には、図４（ｂ）に示すようにアライメントマークを原点（０，０，０）とする。そして、図４（ａ）と同様に原点（０，０，０）に対して施術領域内における穿孔を開始する位置（ｘ_１，ｙ_１，ｚ_１）を特定し、その座標に穿孔装置１０３の位置合わせを行う。

なお、上記では穿孔装置１０３を移動させる位置を（ｘ_ｍ，ｙ_ｍ，ｚ_ｍ）とおいたが、頭皮表面の集光する座標を（ｘ_ｍ，ｙ_ｍ，ｚ_ｍ）として、その座標に対して集光可能な位置に穿孔装置１０３を移動させる構成でもよい。この構成の場合、例えば施術対象領域の範囲が穿孔装置１０３内のガルバノスキャナ等による集光走査だけでレーザ照射可能な大きさであるならば穿孔装置１０３は動かさなくてもよい。すなわち、穿孔装置１０３は所望の座標に穿孔できる位置にあればよい。

（Ｓ２０３０）（穿孔装置で（ｘ_ｍ，ｙ_ｍ，ｚ_ｍ）に穿孔する）
ステップＳ２０３０において、穿孔装置１０３から照射されるレーザ光の強度を調整し、ステップＳ２０２０で位置合わせを行った座標（ｘ_ｍ，ｙ_ｍ，ｚ_ｍ）に対してレーザを照射し孔を穿孔する。具体的には例えば、制御装置１０１の強度調整部により調整された電流によって制御されるレーザ光を一定の発信周波数、所望のパルス数で発振させるための発振指示が指示部により穿孔装置１０３に対して行われる。そして穿孔装置１０３が発振指示を受け、穿孔装置１０３内のレーザ発振部から発振されたレーザ光がデリバリファイバ等で穿孔装置１０３内の集光走査部に届けられ加工点へと照射されることにより孔が穿孔される。

（Ｓ２０４０）（形状検出器で孔の形状を計測する）
ステップＳ２０４０において、形状検出器１０５を用いてステップＳ２０３０で穿孔した孔の開口径と深さを計測する。そして、孔の開口径と深さが所定の値に達していない場合には、ステップＳ２０３０へと処理を戻し穿孔装置１０３によりレーザの照射を行う。なお、座標（ｘ_ｍ，ｙ_ｍ，ｚ_ｍ）にずれが生じている場合は、位置調整部が駆動装置１０２を走査し位置を微調整する。ステップＳ２０３０とステップＳ２０４０を繰り返し、孔の開口径と深さが所定の値を満たした場合にステップＳ２０５０へと処理を進める。

（Ｓ２０５０）（吐出装置を（ｘ_ｍ，ｙ_ｍ，ｚ_ｍ）へと移動する）
ステップＳ２０５０において、ステップＳ２０４０で穿孔した座標（ｘ_ｍ，ｙ_ｍ，ｚ_ｍ）に吐出装置１０６を移動させる。なお、吐出装置１０６が移動される位置は、ステップＳ２０４０で穿孔した座標（ｘ_ｍ，ｙ_ｍ，ｚ_ｍ）に対して液滴が吐出可能な位置であれば必ずしも（ｘ_ｍ，ｙ_ｍ，ｚ_ｍ）上でなくてもよい。例えば、吐出装置１０６を回転させて角度を制御することにより（ｘ_ｍ，ｙ_ｍ，ｚ_ｍ）に穿孔された孔に液滴を吐出可能な座標に移動する。

（Ｓ２０６０）（吐出装置で細胞を吐出する）
ステップＳ２０６０において、座標（ｘ_ｍ，ｙ_ｍ，ｚ_ｍ）に穿孔された孔に対して吐出装置１０６が液滴の吐出を行う。吐出装置１０６により吐出される液滴は、上皮系細胞および間葉系細胞を含む液滴であれば孔に対して１滴でよい。上皮系細胞を含む液滴と間葉系細胞を含む液滴が異なる場合には孔に対してそれぞれの液滴を吐出する。

具体的には、制御装置１０１内の位置調整部と回転制御部によって位置及び姿勢が制御された吐出装置１０６が目的の位置に達した時に、指示部が吐出装置１０６に対して吐出指示を行う。これにより、細胞を含む液滴が孔に対して吐出される。なお、上皮系細胞を含む液滴と間葉系細胞を含む液滴の２つの液滴を１つの孔に対して別々に吐出する場合には、間葉系細胞を含む液滴を先に孔に対して吐出することが望ましい。

（Ｓ２０７０）（形状検出器で細胞の有無を確認する）
ステップＳ２０７０において、形状検出器１０５から取得されるデータに基づいて、形状検出部は座標（ｘ_ｍ，ｙ_ｍ，ｚ_ｍ）に穿孔された孔内に吐出された液滴が有るか無いかを検出する。具体的には、形状検出器１０５が撮像した画像に対して制御装置１０１内の形状検出部が画像処理を行い、液滴の有無を検出する。例えば、液滴が孔内に有る場合に想定されうる画素値の範囲等をあらかじめ指定しておき、画像処理の結果、画素値がその範囲内に収まる場合には、液滴が有ると判断し、画素値がその範囲を超えた場合には液滴が無いと判断する。また、孔の形状などから判断してもよい。

検出の結果、液滴が有ると検出された場合には、ステップＳ２０８０へと処理を進める。一方、液滴が無いと検出された場合には、ステップＳ２０６０へと処理を戻す。

なお、液滴の有無を「有る」，「無い」の２値でなく「十分有る」，「やや足りない」，「無い」などの液滴の量に合わせて多値で判定する場合、例えば「やや足りない」および「無い」と判定された場合にステップＳ２０７０へと処理を戻すなどと設定してもよい。

（Ｓ２０８０）（（ｘ_ｍ，ｙ_ｍ，ｚ_ｍ）は終点座標？）
ステップＳ２０８０において、穿孔及び細胞の吐出を行う座標（ｘ_ｍ，ｙ_ｍ，ｚ_ｍ）が終点座標であるかどうか、すなわち予め設定した施術範囲内の全ての処理が完了したかを判定する。本実施形態においては（ｘ_ｍ，ｙ_ｍ，ｚ_ｍ）のうち（ｘ_ｍ，ｙ_ｍ）が、（ｘ_ｎ，ｙ_ｎ）に到達したか否かで判定を行う。（ｘ_ｎ，ｙ_ｎ）に到達した場合、処理を終了する。例えば穿孔装置１０３および／または吐出装置１０６が穿孔するもしくは液滴を吐出する回数を予め設定しておいて、その所定回数が終了したら加工装置１００の処理を終了する。また、形状検出器１０５が全ての孔に液滴が吐出されたことを検出した場合に処理を終了する。なお、処理を終了させる条件は上記に限定されない。一方、（ｘ_ｎ，ｙ_ｎ）に到達していない場合には、（ｘ_ｍ，ｙ_ｍ，ｚ_ｍ）の値を更新し、ステップＳ２０２０に処理を戻す。

以上によって、加工装置１００の処理が実施される。

上記によれば、生体の皮膚にレーザ等で高速で複数の孔を穿孔し、その穿孔された複数の孔に対して、毛包の基となる細胞を含む液滴を吐出していくため効率的に毛包を形成することができる。また、生体に対して非接触のまま加工を行うため、孔内において菌などのコンタミネーションが起こる可能性を低減することができる。また、体内で毛包原基の培養を行うことができるため、体外で毛包原基を培養するときに比べて細胞が死滅する可能性を低減することができ、このような側面からも効率的に毛包を形成することができる。

＜変形例１＞
本実施形態では、特定の座標に穿孔装置１０３が一つの孔を穿孔した後に、吐出装置１０６がその孔に対して液滴の吐出をする処理を繰り返し行うことにより毛包形成の効率化を図った。しかしながら、穿孔装置１０３が照射するレーザと、吐出装置１０６に含まれる吐出部をそれぞれ複数備えることにより、複数の孔の穿孔を行ってから複数の液滴を夫々の孔に対して吐出するような処理の手順でもよい。さらに、複数の孔の穿孔を同時に行ってから複数の液滴を夫々の孔に対して同時に吐出するような処理の手順でもよい。施術領域内に所定の全ての孔を穿孔してから、その全ての孔に対して順に液滴を吐出していくような処理の手順でもよい。

上記によれば、より高速に孔に対して細胞を含む液滴を吐出することにより施術時間がより短く済むため施術対象の負担を軽減することができる。

＜変形例２＞
本実施形態では、特定の座標に穿孔装置１０３が一つの孔を穿孔した後に、吐出装置１０６がその孔に対して液滴の吐出をする処理を繰り返し行うことにより毛包形成の効率化を図った。しかしながら、より処理を効率化させるために穿孔装置１０３による穿孔処理と吐出装置１０６による細胞の吐出処理は並行して行ってもよい。具体的には、穿孔装置１０３が座標（ｘ_１，ｙ_１）に穿孔した孔に吐出装置１０６が液滴を吐出している間に、穿孔装置１０３が座標（ｘ_２，ｙ_１）に穿孔を開始する。なお、穿孔装置１０３が穿孔するタイミングと吐出装置１０６が液滴を吐出するタイミングは上記に限定されない。すなわち、施術完了までの一連の工程において、孔を穿孔する工程と孔に液滴を吐出する工程が並行して行われていればよい。

上記によれば、施術時間がより短く済むため施術対象の負担を軽減することができる。また、効率的に毛包形成のための処理を行うことができる。

以下に図面を参照しつつ、本明細書に開示の吐出装置の好適な実施例について説明する。

ただし、以下に記載されている構成部品の寸法、材質、形状およびそれらの相対配置などは、発明が適用される装置の構成や各種条件により適宜変更されるべきものである。また、実施例に係る具体的な液滴の吐出量や粘度、部材の制御位置や速度に関しても同様である。つまり、本明細書の開示の範囲を以下の記載に限定する趣旨のものではない。

＜第１実施例＞
以下、図３を用いて本明細書に開示の加工装置の第１実施例について説明する。

まず、マウス３０１の背中から皮膚を採取し、上皮層と真皮層に分離する。その後、それぞれの層より、上皮系幹細胞と間葉系幹細胞を取り出す。それぞれの細胞を培養した後、基本培地と混ぜ合わせ、吐出用懸濁液とする。

続いて、マウス３０１の頭部を剃毛し、麻酔処理を行ったマウス３０１を固定装置で固定し、図３（ａ）のように穿孔装置１０３により、アライメントマークを印す。穿孔装置１０３にはＣＯ２レーザ（キーエンス製ＭＬ−Ｘ９６５０）を使用する。レーザパワーは、２４Ｗで、ワーキングディスタンスは９２ｍｍとする。スポット径は約８０μｍとする。レーザの走査には、ＣＯ２レーザに搭載されていたガルバノミラーを使用する。

続いて、マウス３０１の頭部を位置検出器１０４でスキャンし、マウス頭部の形状を得た後に、穿孔位置及び細胞の吐出位置（ｘｍ，ｙｍ，ｚｍ）を決定し、制御装置１０１に保存する（図３（ｂ））。頭皮の穿孔位置及び細胞の吐出位置の確認のため、常時アライメントマークに対する座標を確認し、指示値を異なる場合には、駆動装置１０２を使って位置を補正する。

その後、駆動装置１０２により穿孔位置に穿孔装置１０３を移動した後、開口径が０．５ｍｍとなるようガルバノミラーを使ってレーザを走査する（図３（ｃ））。ガルバノミラーの走査速度は５００ｍｍ／ｓとする。なお、このとき一つの孔に対してレーザ強度を変えて複数回照射することにより孔を形成してもよい。また、孔の形状は図示例に限定されず、例えば開口部から内部に行くにしたがって幅が大きくなるような形状でもよい。

開口部の穿孔形状は、形状検出器１０５のカメラで確認する（図３（ｄ））。また、穿孔の深さは、形状検出器１０５に付属したレーザ変位計を用いて確認する。このとき、開口部の形状が楕円であったり、穿孔の深さが設定値に達していなかったりする場合には、追加でレーザ照射を行う。この条件下における穿孔速度は３２００孔／ｍｉｎとする。

その後、駆動装置１０２を使って吐出装置１０６を吐出位置に移動する。細胞の吐出装置１０６としては、Ｊｅｔ Ｓｐｏｔｔｅｒ（武蔵エンジニアリング製）を使用する。細胞の大きさを考慮し、ノズル径は１５０μｍのものを使用する。吐出量は、穿孔部の体積を考慮し、３０ｎＬを１滴で吐出する（図３（ｅ））。細胞を含む懸濁液の濃度は、３０ｎＬ中に５０００個の細胞を含むよう濃度調整を行う。また、ノズル内で細胞が沈降してしまわないように、適度なタイミングでバブリングによる攪拌を行う。

細胞の吐出の際、穿孔装置１０３とのアライメントを行うため、形状検出器１０５により事前に穿孔部の映像を取得しておき、制御装置１０１に記録されている穿孔装置１０３との位置（ｘ_ｎ，ｙ_ｎ，ｚ_ｎ）を確認してから吐出を行う。吐出が適切に行われたかの確認は、形状検出器１０５により行う。アライメントも合わせた吐出速度は、約３０００孔／ｍｉｎであり、穿孔速度とほぼ同等の速度が得られることを確認する。

その後、図３（ｃ）〜図３（ｅ）に示される、レーザによる穿孔と細胞の吐出を繰り返す。本実施例では、頭皮の穿孔後すぐさま細胞の吐出を行う。なお、両者のインターバルは０．１秒以下にすることにより、体液の浸み出しの影響を最小限に抑えることができる。制御装置１０１に保存されている座標が最終座標（ｘ_ｎ，ｙ_ｎ，ｚ_ｎ）に到達したら、施術を終了する。

細胞注入後、マウスの頭皮穿孔内で間葉系幹細胞及び上皮系間細胞の培養を行う（図３（ｆ））。３週間後に処置部を観察すると、発毛を確認することができる。また、合わせて毛周期も確認することができる。

＜第２実施例＞
第２実施例では、穿孔装置１０３をＥｒ：ＹＡＧレーザに変更し、第１実施例と同様の処理を行う。ＣＯ２レーザと比較してＥｒ：ＹＡＧレーザの方が水に対する吸収が高く、穿孔速度の向上が期待できる。レーザの照射条件は、ＣＯ２レーザと同じく、レーザパワーは２４Ｗで、ワーキングディスタンスを９２ｍｍとする。また、ガルバノミラーの走査速度は５００ｍｍ／ｓとする。その結果、穿孔速度は３５００孔／ｍｉｎとＣＯ２レーザに比較して早く穿孔することができ、また頭皮表面、穿孔内部へのダメージを低減することもできる。

（その他の実施形態）
本明細書の開示は、上述の実施形態の１以上の機能を実現するプログラムを、ネットワーク又は記憶媒体を介してシステム又は装置に供給し、そのシステム又は装置のコンピュータにおける１つ以上のプロセッサがプログラムを読出し実行する処理でも実現可能である。また、１以上の機能を実現する回路（例えば、ＡＳＩＣ）によっても実現可能である。

上述の各実施形態における加工装置は、単体の装置として実現してもよいし、複数の装置を互いに通信可能に組合せて上述の処理を実行する形態としてもよく、いずれも本発明の実施形態に含まれる。共通のサーバ装置あるいはサーバ群で、上述の処理を実行することとしてもよい。加工装置および加工システムを構成する複数の装置は所定の通信レートで通信可能であればよく、また同一の施設内あるいは同一の国に存在することを要しない。

本明細書に開示の実施形態には、前述した実施形態の機能を実現するソフトウェアのプログラムを、システムあるいは装置に供給し、そのシステムあるいは装置のコンピュータが該供給されたプログラムのコードを読みだして実行するという形態を含む。

したがって、実施形態に係る処理をコンピュータで実現するために、該コンピュータにインストールされるプログラムコード自体も本発明の実施形態の一つである。また、コンピュータが読みだしたプログラムに含まれる指示に基づき、コンピュータで稼働しているＯＳなどが、実際の処理の一部又は全部を行い、その処理によっても前述した実施形態の機能が実現され得る。

また、本明細書の開示は上記実施形態に限定されるものではなく、本明細書の開示の趣旨に基づき種々の変形（各実施例の有機的な組合せを含む）が可能であり、それらを本明細書の開示の範囲から除外するものではない。即ち、上述した各実施例及びその変形例を組み合わせた構成も全て本明細書に開示の実施形態に含まれるものである。

１０１ 制御装置
１０２ 駆動装置
１０３ 穿孔装置
１０４ 位置検出器
１０５ 形状検出器
１０６ 吐出装置
１０７ 頭部
１０８ 固定装置
３０１ マウス

Claims (20)

1. 生体の皮膚に対しレーザ光を照射して孔を穿孔する穿孔部と、
   前記孔に対し細胞を含む液滴を吐出する吐出部と、
   を備えることを特徴とする加工装置。
2. 前記穿孔部は、前記皮膚の表皮および真皮の一部を除去することで一つの孔を形成することを特徴とする請求項１に記載の加工装置。
3. 前記吐出部は、前記孔に対し間葉系細胞と上皮系細胞とを含む液滴を吐出することを特徴とする請求項１または２に記載の加工装置。
4. 前記吐出部は、前記孔に対し前記間葉系細胞を含む液滴と前記上皮系細胞を含む液滴とを吐出することを特徴とする請求項３に記載の加工装置。
5. 前記孔の位置および形状を検出する検出部と、
   前記穿孔部と前記吐出部と前記検出部と接続され、各部を駆動する駆動部と、
   をさらに備えることを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項に記載の加工装置。
6. 前記検出部は、前記孔の中に前記吐出部から吐出された前記液滴が有るか否かを検出することを特徴とする請求項５に記載の加工装置。
7. 前記穿孔部は、ＣＯ２レーザ、Ｅｒ：ＹＡＧレーザ、Ｎｄ：ＹＡＧレーザ、Ａｒレーザ、ＫＴＰレーザおよびダイオードレーザのうちいずれか１つである請求項１乃至６のいずれか１項に記載の加工装置。
8. 前記吐出部は、サーマル式インクジェットヘッド、圧電式インクジェットヘッド、静電式インクジェット、圧空式ジェットディスペンサのうちいずれか１つであることを特徴とする請求項１乃至７のいずれか１項に記載の加工装置。
9. 前記吐出部は、前記穿孔部により１つの孔が穿孔された後に、前記孔に対して前記液滴を吐出することを特徴とする請求項１乃至８のいずれか１項に記載の加工装置。
10. 前記吐出部は、前記穿孔部により複数の孔を穿孔された後に、前記複数の孔に対して前記液滴を吐出することを特徴とする請求項１乃至８のいずれか１項に記載の加工装置。
11. 前記穿孔部は、前記複数の孔を同時に穿孔することを特徴とする請求項１０に記載の加工装置。
12. 前記吐出部は、前記複数の孔に対して前記液滴を同時に吐出することを特徴とする請求項１０または１１に記載の加工装置。
13. 前記吐出部は、前記検出部が前記孔の中に前記液滴が無いと検出した場合に前記孔の中に存在する液滴量が増加するように液滴を吐出することを特徴とする請求項１２に記載の加工装置。
14. 生体の皮膚に対しレーザ光を照射して孔を穿孔する穿孔部と、
    前記孔に対し細胞を含む液滴を吐出する吐出部と、
    前記孔の位置および形状を検出する検出部と、
    前記穿孔部と前記吐出部と前記検出部と接続され、各部を駆動する駆動部と、
    を備える加工装置と、
    前記穿孔部と前記吐出部と前記検出部と前記駆動部の処理を制御する制御部と、
    前記生体を固定する固定部と、
    を用いる毛包を形成するための加工システム。
15. 穿孔部と吐出部とを備えた装置の制御方法であって、
    前記穿孔部により生体の皮膚に対しレーザ光を照射して孔を穿孔する穿孔工程と、
    前記吐出部により前記孔に対し細胞を含む液滴を吐出する吐出工程と、
    を備えることを特徴とする制御方法。
16. 前記穿孔工程は、前記皮膚の表皮および一部の真皮を除去することで一つの孔を形成することを特徴とする請求項１５に記載の制御方法。
17. 前記吐出工程は、前記孔に対し間葉系細胞と上皮系細胞とを含む液滴を吐出することを特徴とする請求項１５または１６に記載の制御方法。
18. 一連の処理が完了するまでの時間において、前記穿孔工程と前記吐出工程を並行して行う時間を有することを特徴とする請求項１５乃至１７のいずれか１項に記載の制御方法。
19. 穿孔部と吐出部とを備えた装置の制御方法であって、
    前記穿孔部を制御することにより頭皮にレーザ光を照射して孔を穿孔する穿孔工程と、
    前記吐出部を制御することにより前記孔に対し間葉系細胞と上皮系細胞とを含む液滴を吐出する吐出工程と、
    を備える毛包を形成するための制御方法。
20. 請求項１乃至１３のいずれか１項に記載の加工装置に含まれる各装置をコンピュータに実行させることを特徴とするプログラム。

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