JP2020130325A

JP2020130325A - 光線治療器

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Publication number: JP2020130325A
Application number: JP2019024431A
Authority: JP
Inventors: 智裕柴田; Tomohiro Shibata; 奥　啓之; Hiroyuki Oku; 啓之奥
Original assignee: TOKYO IKEN KK
Current assignee: TOKYO IKEN KK
Priority date: 2019-02-14
Filing date: 2019-02-14
Publication date: 2020-08-31

Abstract

【課題】適切な温度下での光線治療をなし得る光線治療器を提供する。【解決手段】人体に光線を照射する光線療法を行う光線治療器１であって、光線を照射する光源２７と、光線が照射された人体の所定の領域近傍の温度を検知する温度センサ２８と、温度センサ２８が検知した検知温度に基づいて、光源２７が照射する光線の強度を制御する制御部１５と、を備える。制御部１５は、検知温度が所定の高温側閾値温度に達した時に、光源２７が照射する光線の強度を減少させるための準備モードを発動する。【選択図】図３

Description

本発明は、近赤外線等の光線を照射することにより、各種の光線療法を行う光線治療器に関する。

近赤外線等の光線を照射することにより、疼痛の緩和等の治療を行う光線治療器が知られている。従来の光線治療器には、光線の照射前や途中において可視光の光量を繰り返し変化させて目に対する安全性を向上させたり、複数の光源から複数の異なる波長を有する光を照射して治療効果を高めようとするもの等、種々のものが知られている。

特許第４３４０２５０号公報特表２０１６−５１１６７２号公報

光線を用いた光線療法にあたっては、光線を照射する対象となる人体の領域について、温度検知を行うことが重要である。領域での温度が上昇しすぎると、人体に悪影響を与え得る一方で、温度が低すぎると、症状によっては期待される治療効果を得られない場合もあり得る。

本発明は、適切な温度下での光線治療をなし得る光線治療器を提供する。

本発明の光線治療器は、人体に光線を照射する光線療法を行う光線治療器であって、光線を照射する光源と、光線が照射された人体の所定の領域近傍の温度を検知する温度検知部と、前記温度検知部が検知した検知温度に基づいて、前記光源が照射する光線の強度を制御する制御部と、を備え、前記制御部は、前記検知温度が所定の高温側閾値温度に達した時に、前記光源が照射する光線の強度を減少させるための準備モードを発動する。

本発明によれば、光線が照射された人体の領域近傍の温度を検知し、この検知に基づき光線の強度を減少させるための準備モードを発動するため、適切な温度下での治療が可能となる。

本発明に係る実施形態の光線治療器の本体の斜視図。光線治療器の照射プローブの外観図であり（ａ）は上方斜視図、（ｂ）は下方斜視図。光線治療器の構成及び機能ブロック図。光線治療器による温度制御の第１実施形態を示すグラフ。光線治療器による温度制御の第２実施形態を示すグラフ。光線治療器による温度制御の第３実施形態を示すグラフ。

以下、図面を用いて、本発明に係る光線治療器の具体的な実施の形態について詳述する。

図１及び図２は実施形態の光線治療器の外観を示しており、図１は光線治療器１（図３参照）の各種操作を可能とする本体１０、図２は操作者や患者が把持可能であって、ケーブル５（図３参照）等によって本体１０に電気的に接続される照射プローブ２０を示す。光線治療器１は、近赤外線等の光線を人体の所定の領域に照射することにより、炎症性鎮痛等各種の疼痛の緩和やその他の治療を行う、いわゆる光線療法を行う装置である。

本体１０は、樹脂等により構成された筐体１１と、未使用時に照射プローブ２０を収納可能な凹部１２と、各種の操作入力が可能な各種のスイッチ、ボタン、つまみ等を含む操作パネル１３を備えている。

照射プローブ２０は、操作者や患者が把持し患者の患部の如き所定の領域に当てて光線を照射するための装置である。照射プローブ２０は、把持部２１と、接続部２２と、先端部２３と、キャップ２４と、光線照射孔２５と、通風孔２６とを備えている。把持部２１は照射プローブ２０の本体部分をなし、操作者や患者が手を用いて把持する部分である。接続部２２は把持部２１と一体的に形成され、図示せぬケーブル５（図３参照）が設けられており、本体１０に接続される部分である。先端部２３は、把持部２１の接続部２２が設けられた端部と逆の端部に設けられており、種々のデバイスが設けられた回路基板等の部品がその内部空間に収納されている。

キャップ２４は、先端部２３の内部空間を覆うように、図示せぬ先端部２３の開口に取り付けられている。光線照射孔２５は、キャップ２４の中央においてキャップ２４を貫通する様に設けられた穴であり、先端部２３の内部空間に設けられた光源２７から照射された光線を外部に導く役割を果たす。

さらに照射プローブ２０は、光源２７、温度検知部である温度センサ２８、冷却装置であるファン２９を含む。光源２７は、上述した通り、先端部２３の内部空間に設けられる。光源２７は、本体１０からの制御信号を受けて、所定の領域に光線を照射する装置であり、可視光線、近赤外線、紫外線等の光線を照射可能な装置である。例えば光源２７は、このような各種の光線、すなわち波長λの異なる複数の光源によって構成される。特に近赤外線は光線療法に主たる役割を果たす光線であり、近赤外線を照射する光源はハロゲンランプによって構成することが望ましいが、一般的な白熱電球等でもよい。

温度センサ２８は光線照射孔２５の近傍に設けられており、光線が照射された所定の領域、特にこの所定の領域近傍の温度を検知する温度検知部として機能する。使用時には、操作者や患者が把持部２１を把持した状態で、光線照射孔２５を所定の領域に当てる。したがって、温度センサ２８はこの所定の領域近傍の温度を検知することができる。温度センサ２８は、例えばサーミスタ、サーモスタット、熱電対、測温抵抗体等の各種デバイスによって構成可能であり、その種類は特に限定されない。特に赤外線センサは患部の皮膚温度の測定に向いており、温度センサ２８として好適に用いられる。

ファン２９は、把持部２１の背後に形成された通風孔２６の内側に設けられ、光線治療器１、さらには光線が照射された領域を強制的に冷却するための冷却装置である。

図３は、光線治療器１の構成及び機能ブロック図を示す。本体１０と照射プローブ２０は、ケーブル５によって電気的に接続されている。本体１０は、図１に示した操作パネル１３と、各種のプロセッサ、演算装置等により構成される制御部１５とを備える。制御部１５は、温度演算部１６と、閾値判定部１７と、出力ドライバ１８とを含み、温度センサ２８が検知した、光線が照射された領域の検知温度に基づいて、光源２７が照射する光線の強度を制御する役割を果たす。ただし、制御部１５を含む本体１０の構成、機能の一部を照射プローブ２０の側に設けることもできる。

温度演算部１６は、ケーブル５を介して照射プローブ２０の温度センサ２８からの電気信号に基づき、光線を照射した領域の近傍の温度を演算する。閾値判定部１７は、温度演算部１６が演算した温度が、所定の閾値に対して大きいか小さいかを判定する。出力ドライバ１８は、閾値判定部１７の判定信号と、操作パネル１３の操作信号に基づき、制御信号を生成し、ケーブル５を介して照射プローブ２０の光源２７に送信する。光源２７は、受信した制御信号に基づき光線の種類、強度等を決定し照射する。

次に、光線治療器１による温度制御を説明する。図４は、光線治療器１による温度制御の第１の実施形態を示すグラフである。光線治療器１は、温度センサ２８により検知した検知温度が所定の高温側閾値温度に達した時に、光源２７が照射する光線の強度を減少させるための準備モードを発動する、という基本的な考え方に基づき動作する。特に本実施形態の光線治療器１は、光線の強度が所定の範囲に収まるように光源２７の出力を制御するという基本的な考え方に基づき動作する。光線治療器１は、図示せぬメモリ等において、予め目標とすべき温度の範囲を決める閾値として、高温側閾値温度Ｔ_Ｈとこの高温側閾値温度Ｔ_Ｈより低い低温側閾値温度Ｔ_Ｌとを予め保持記憶している。制御部１５は、温度センサ２８による検知温度が、高温側閾値温度Ｔ_Ｈと低温側閾値温度Ｔ_Ｌとの間の値になるように、光源２７を制御して光線の強度を制御する。ただし、高温側閾値温度Ｔ_Ｈ、低温側閾値温度Ｔ_Ｌは、閾値ぴったりの温度のみならず、許容される程度の誤差分の差を有する温度をも含む。

図４に示す様に、操作パネル１３の電源スイッチをオンにすると、光源２７による光線の照射が開始し、温度センサ２８により検知した検知温度Ｔは、室温Ｔ_Ｒから上昇始めて低温側閾値温度Ｔ_Ｌを超え、さらに高温側閾値温度Ｔ_Ｈに到達する。この期間（時間０〜時間ｔ_１）はいわゆる通常動作であり、温度を上昇させる動作である。

通常動作において制御部１５の閾値判定部１７は、温度演算部１６が演算した温度が、高温側閾値温度Ｔ_Ｈよりも小さいと判定し、光源２７の出力を維持する旨の判定信号を出力ドライバ１８に送信する。出力ドライバ１８は、当該判定信号に基づく制御信号を、ケーブル５を介して光源２７に送信し、光源２７は光線の強度を維持する。

そして、検知温度Ｔが高温側閾値温度Ｔ_Ｈに到達すると、閾値判定部１７は、温度演算部１６が演算した温度が、高温側閾値温度Ｔ_Ｈよりも大きいと判定し、閾値判定部１７、すなわち制御部１５は、光源２７が照射する光線の強度を減少させるための準備モードを発動する。本実施形態では閾値判定部１７は、この準備モードの発動直後から、光源２７の出力を下げる旨の判定信号を出力ドライバ１８に送信する。出力ドライバ１８は、当該判定信号に基づく制御信号を、ケーブル５を介して光源２７に送信し、光源２７はその出力を低下させ、光線の強度を下げる。この結果、温度が低温側閾値温度Ｔ_Ｌまで低下する冷却動作に移行する（時間ｔ_１〜時間ｔ_２）。

検知温度Ｔが低温側閾値温度Ｔ_Ｌに到達すると、閾値判定部１７は、温度演算部１６が演算した温度が、低温側閾値温度Ｔ_Ｌよりも小さいと判定し、光源２７の出力を上げる旨の判定信号を出力ドライバ１８に送信する。出力ドライバ１８は、当該判定信号に基づく制御信号を、ケーブル５を介して光源２７に送信し、光源２７はその出力を上昇させ、光線の強度を上げる。この結果、温度が高温側閾値温度Ｔ_Ｈに到達する通常動作に再び移行する（時間ｔ_２〜時間ｔ_３）。以下、次の冷却動作（時間ｔ_３〜時間ｔ_４）も含め、同様な動作が繰り返される。このような制御により、光線照射の領域の温度が上がりすぎて人体にダメージが生じるのを防止することができる。

図５は、光線治療器１による温度制御の第２の実施形態を示すグラフである。本実施形態でも人体に与えるダメージの許容度を考慮しているが、本実施形態では高温側閾値温度Ｔ_Ｈの継続が許容される限界の時間である高温側閾値温度継続時間Δｔが、図示せぬメモリ等において記憶保持されている。そして、制御部１５により、この高温側閾値温度継続時間Δｔをも考慮した細やかな制御が行われている。

まず制御部１５は検知温度が高温側閾値温度Ｔ_Ｈ（ここでは後述する第１の高温側閾値温度Ｔ_Ｈ１）を超えた時点で（時間ｔ_ａ）準備モードを発動し、図示せぬタイマによりカウントを開始する。そして、高温側閾値温度Ｔ_Ｈ（第１の高温側閾値温度Ｔ_Ｈ１）を超えた状態でカウントした時間が高温側閾値温度継続時間Δｔ（ここでは後述する第１の高温側閾値温度継続時間Δｔ_Ｈ１）を超えた時点で、閾値判定部１７は、光源２７の出力を下げる旨の判定信号を出力ドライバ１８に送信する。このように、単なる高温側閾値温度Ｔ_Ｈのみならず、高温側閾値温度Ｔ_Ｈを超過して経過した時間をも考慮することにより、人体に与えるダメージの許容度を考慮しつつも、過剰に激しい温度変化を招かずに、温度を適切に維持することが可能となる。

上述した様な高温側閾値温度継続時間Δｔの設定とは別に、一般的な人体へのダメージの許容度の観点から、高温側閾値温度Ｔ_Ｈは、４０℃〜５０℃の間の範囲において設定することが望ましい。

また、高温側閾値温度Ｔ_Ｈは一つのみならず二つ以上用意しても良い。例えば図５に示すように、第１の高温側閾値温度Ｔ_Ｈ１、この第１の高温側閾値温度Ｔ_Ｈ１より高い第２の高温側閾値温度Ｔ_Ｈ２、及びこの第２の高温側閾値温度Ｔ_Ｈ２より高い第３の高温側閾値温度Ｔ_Ｈ３を少なくとも図示せぬメモリ等の記憶装置において保持記憶する（Ｔ_Ｈ１＜Ｔ_Ｈ２＜Ｔ_Ｈ３）。

さらにこの記憶装置は、第１の高温側閾値温度Ｔ_Ｈ１に対応した第１の高温側閾値温度継続時間Δｔ_Ｈ１（時間ｔ_ａ〜時間ｔ_１）、第２の高温側閾値温度Ｔ_Ｈ２に対応した第２の高温側閾値温度継続時間Δｔ_Ｈ２（時間ｔ_ｂ〜時間ｔ_３）、及び第３の高温側閾値温度Ｔ_Ｈ３（時間ｔ_ｃ〜時間ｔ_５）に対応した第３の高温側閾値温度継続時間Δｔ_Ｈ３をも保持記憶する。

また、安全性を考慮し、第２の高温側閾値温度Ｔ_Ｈ２は第１の高温側閾値温度Ｔ_Ｈ１より高いことから、第２の高温側閾値温度継続時間Δｔ_Ｈ２は第１の高温側閾値温度継続時間Δｔ_Ｈ１より短く設定する（Δｔ_Ｈ１＞Δｔ_Ｈ２）。第３の高温側閾値温度Ｔ_Ｈ３は第２の高温側閾値温度Ｔ_Ｈ２より高いことから、第３の高温側閾値温度継続時間Δｔ_Ｈ３は第２の高温側閾値温度継続時間Δｔ_Ｈ２より短く設定する（Δｔ_Ｈ２＞Δｔ_Ｈ３）。

このような条件下において制御部１５は、検知温度が第１の高温側閾値温度Ｔ_Ｈ１を超えた時間が、第１の高温側閾値温度継続時間Δｔ_Ｈ１を超えた場合、光線の強度を下げるように光源２７を制御する。さらに制御部１５は、検知温度が第２の高温側閾値温度Ｔ_Ｈ２を超えた時間が、第２の高温側閾値温度継続時間Δｔ_Ｈ２を超えた場合も、光線の強度を下げるように光源２７を制御する。さらに制御部１５は、検知温度が第３の高温側閾値温度Ｔ_Ｈ３を超えた時間が、第３の高温側閾値温度継続時間Δｔ_Ｈ３を超えた場合も、光線の強度を下げるように光源２７を制御する。

より具体的な例では、例えば図示せぬメモリ等が、次のような三つの高温側閾値温度Ｔ_Ｈと高温側閾値温度継続時間Δｔの組み合わせを保持記憶している。

１）高温側閾値温度Ｔ_Ｈ１が４０℃で高温側閾値温度継続時間Δｔ_Ｈ１が５分
２）高温側閾値温度Ｔ_Ｈ２が４５℃で高温側閾値温度継続時間Δｔ_Ｈ２が２分
３）高温側閾値温度Ｔ_Ｈ３が５０℃で高温側閾値温度継続時間Δｔ_Ｈ３が３０秒

上記１）〜３）の組み合わせのうち、少なくとも二つを記憶装置に保持すればよい。そして、制御部１５の閾値判定部１７は、高温側閾値温度Ｔ_Ｈ及び高温側閾値温度継続時間Δｔが、１）〜３）のいずれか一つを満たした場合、光源２７の出力を下げる旨の判定信号を出力ドライバ１８に送信する。このように、高温側閾値温度Ｔ_Ｈ及び高温側閾値温度継続時間Δｔの組み合わせを複数用意してこれらに基づき光源２７の出力に関する判定を行うことにより、人体に与えるダメージの許容度を考慮しつつも、過剰に激しい温度変化を招かずに、温度を適切に維持することが可能となる。

図６は、温度制御の第３の実施形態を示すグラフである。本実施形態では制御部１５は、準備モードの発動後から経過時間を測定し、検知温度を経過時間により積分した値が、所定の閾値を超えた時、制御部１５は、光線の強度を下げるように光源２７を制御することもできる。すなわち、制御部１５の閾値判定部１７は、検知温度を時間積分した値により表される指標が、所定の閾値より大きいか否かに基づき、光源２７の出力制御の判定を行うこともできる。すなわち、当該指標は許容できる人体の損傷の指標であり、この指標を超えると危険と判定し得る。損傷の指標Ωは、例えば下記式（１）を経過時間ｔ（図６では時間ｔ_ａ〜時間ｔ_１）で積分して得られる式（２）で表現される。

式（１）、（２）における各値は以下を意味する。図６の斜線部分が光線の強度を下げるべき限界のΩに相当する。
Ω：損傷の指標
Ａ：頻度因子
ΔＥ：活性化エネルギー
Ｒ：気体定数
Ｔ：温度

例えば損傷の指標Ωは、Ｔ＞２７３．１５＋４４（Ｋ）の時の積分値として計算する。すなわち、時間積分は検知温度が２７３．１５＋４４（Ｋ）を超えた時から開始する。一般的には、表皮と真皮の境界から深い内部に対してΩ≦０．５３であれば、火傷には至らないと評価されている。また、０．５３＜Ω≦１．０で一度の火傷、Ω＞１．０で二度の火傷と評価される。Ω＞１０^４で三度の火傷と評価される（参考文献：Ye H, De S. Thermal injury of skin and subcutaneous tissues: A review of experimental approaches and numerical models. Burns. 2016;43(5):909-932.）。

また、温度暴露時間−温度と、やけどの関係のグラフから、上述した高温側閾値温度Ｔ_Ｈ、低温側閾値温度Ｔ_Ｌ等の閾値の条件を設定してもよい（参考文献：Studies of thermal injury II.The relative importance of time and surface temperature in the causation of cutaneous burns」Am J Pathol 1947;23:695-720. Moritz AR, Henriques FC.）。また、対象患者について、個別に血流、疾患、患者分類等を把握し、やけどのし易さを考慮してこのような閾値を設定してもよい（例えば血流の悪い患者は温度が上がりやすく、やけどをしやすい）。更に患者の皮膚表面を、所定の装置を用いて観察し、やけどのしやすさを演算したうえで、演算結果に基づき光線出力を制御してもよい。

また、照射プローブ２０には、光源２７の熱を排熱するために送風を行うファン２９が設けられている。制御部１５は所定のタイミングにおいてこのファン２９を作動させ、その出力を制御して、照射プローブ２０の温度を下げ、光線を照射した領域の温度を下げてもよい。具体的には閾値判定部１７は、光源２７の出力を下げる旨の判定信号に加え、ファン２９を作動させる旨の作動信号を出力ドライバ１８に送信する。出力ドライバ１８は、当該作動信号に基づく制御信号を、ケーブル５を介してファン２９に送信し、ファン２９が冷却装置として動作する。また、既に動作しているファン２９の出力を上げて光線を照射した領域の温度を下げてもよい。ファン２９の動作に際して、光線の強度を下げる必要は必ずしもなく、ファン２９の動作のみにより、光線を照射した領域の温度を下げてもよい。その他、液体を循環させる液体冷却装置を照射プローブ２０に設け、その出力を制御して、照射プローブ２０の温度を下げ、光線を照射した領域の温度を下げてもよい。液体冷却装置の動作に際しても、光線の強度を下げる必要は必ずしもなく、液体冷却装置の動作のみにより、光線を照射した領域の温度を下げてもよい。

光線の出力を下げるにあたり、閾値判定部１７は、温度演算部１６が演算した温度が、高温側閾値温度Ｔ_Ｈよりも大きいと判定し、光源２７の出力を下げる旨の判定信号を出力ドライバ１８に送信する。

また、上述した様に出力の減少後、検知温度Ｔが低温側閾値温度Ｔ_Ｌに到達すると、閾値判定部１７は、光源２７の出力を上げる旨の判定信号を出力ドライバ１８に送信する。ただし、出力の減少後、予め定めた所定の時間が経過したら、閾値判定部１７は、光源２７の出力を上げる旨の判定信号を出力ドライバ１８に送信してもよい。当該所定の時間経過により、適切な温度まで下がっていることが前提条件として必要とされる。

本実施形態の光線治療器１の形態は、種々の操作を行う本体１０と、患者の患部の如き人体の所定の領域に光線を照射する照射プローブ２０の二体に分かれたものであるが、本発明はこのような形態の光線治療器には限定されず、一体型等のものにも適用可能である。また、光線治療器１は、典型的には炎症性鎮痛等各種の疼痛の緩和に用いられるが、その他の治療にも適用可能であり、いわゆる光線療法に広く使用可能である。

尚、本発明は、上述した実施形態に限定されるものではなく、適宜、変形、改良、等が可能である。その他、上述した実施形態における各構成要素の材質、形状、寸法、数値、形態、数、配置箇所、等は本発明を達成できるものであれば任意であり、限定されない。

１光線治療器
５ケーブル
１０本体
１３操作パネル
１５制御部
１６温度演算部
１７閾値判定部
１８出力ドライバ
２０照射プローブ
２７光源
２８温度センサ
２９ファン

Claims

人体に光線を照射する光線療法を行う光線治療器であって、
光線を照射する光源と、
光線が照射された人体の所定の領域近傍の温度を検知する温度検知部と、
前記温度検知部が検知した検知温度に基づいて、前記光源が照射する光線の強度を制御する制御部と、
を備え、
前記制御部は、前記検知温度が所定の高温側閾値温度に達した時に、前記光源が照射する光線の強度を減少させるための準備モードを発動する、
光線治療器。
請求項１に記載の光線治療器であって、
前記制御部は、前記準備モードの発動直後から、前記検知温度が、前記高温側閾値温度と、前記高温側閾値温度より低い低温側閾値温度との間の値になるように、前記光源を制御して前記光線の強度を制御する、
光線治療器。
請求項２に記載の光線治療器であって、
送風を行うファンを更に備え、
前記制御部は、前記準備モードの発動後、所定のタイミングにおいて前記ファンの出力を上げる、
光線治療器。
請求項１に記載の光線治療器であって、
前記高温側閾値温度の継続が許容される限界の時間である高温側閾値温度継続時間を保持し、
前記準備モードの発動後、前記検知温度が前記高温側閾値温度を超えた時間が、前記高温側閾値温度継続時間を超えた場合、前記制御部は、前記光線の強度を下げるように前記光源を制御する、
光線治療器。
請求項４に記載の光線治療器であって、
前記高温側閾値温度として第１の高温側閾値温度及び当該第１の高温側閾値温度より高い第２の高温側閾値温度とを少なくとも保持するとともに、前記第１の高温側閾値温度に対応した第１の高温側閾値温度継続時間及び前記第２の高温側閾値温度に対応した第２の高温側閾値温度継続時間を保持し、
前記第２の高温側閾値温度継続時間は、前記第１の高温側閾値温度継続時間より短く、
前記検知温度が前記第１の高温側閾値温度を超えた時間が、前記第１の高温側閾値温度継続時間を超えた場合、または前記検知温度が前記第２の高温側閾値温度を超えた時間が、前記第２の高温側閾値温度継続時間を超えた場合、前記制御部は、前記光線の強度を下げるように前記光源を制御する、
光線治療器。
請求項１に記載の光線治療器であって、
前記制御部は、前記準備モードの発動後の経過時間を測定し、前記検知温度を前記経過時間により積分した値が所定の閾値を超えた時、前記制御部は、前記光線の強度を下げるように前記光源を制御する、
光線治療器。
請求項３から６のいずれか１項に記載の光線治療器であって、
前記制御部が前記光線の強度を下げた結果、前記検知温度が前記高温側閾値温度より低い低温側閾値温度になったとき、前記制御部は前記光線の強度を上げる、
光線治療器。