JP2021016787A - 非接触非侵襲治療装置 - Google Patents

Abstract

【課題】患部全体に均一にプラズマを照射して非接触で治療するための非接触非侵襲治療装置を提供する。【解決手段】プラズマを含むガス流を生成し、ガス流を出口開口部１０４Ａから患部Ｐ１に向かって噴射する非接触非侵襲治療装置１は、プラズマ原料ガス供給空間にプラズマ原料ガスを供給し、出口開口部１０４Ａに向かうガス流を発生させるガス供給装置４と、プラズマ原料ガス供給空間に対して低周波電圧を印加する低周波電圧印加回路２、及び、高周波電圧を印加する高周波電圧印加回路３と、を有する。【選択図】図１

Description

本発明は、非接触非侵襲治療装置に関し、特に、患部にプラズマを照射して治療するための非接触非侵襲治療装置に関する。

従来より、生体の患部に対する治療方法として、患部にプラズマを照射する方法や、患部に電磁波を照射する方法が知られている。これに対して、例えば、特許文献１には、標的組織の表面又は内部に絶縁電極を配置し、この絶縁電極と対向するように電極を設けて、電極間に電圧を付加し局所プラズマ放電を発生させ、標的組織に電界治療を適用する装置が開示されている。さらに、同文献には、電極に伝導性円盤電極を用いたとき、組織内の電界の大きさは、電極の半径に反比例することが示されており、高い電界を発生させるためには、電極の半径を小さくする必要がある。

特開２０１７−５０４４０４号公報

例えば、癌が進行して皮膚を破って創傷を形成し、腫瘤が壊死・自壊して形成した癌性皮膚潰瘍においては創に細菌が感染し不快な臭気を生じる。癌性皮膚潰瘍では主な臨床症状として出血、滲出液、痛みがあるため患部に接触式の治療装置を適用することが出来ず、ケア治療が難しく患者のクオリティ・オブ・ライフ（ＱＯＬ）が著しく低下する。このような出血、滲出液、痛みを伴う細菌感染した難治性皮膚潰瘍においては創傷の治療と殺菌を非接触で行える治療装置が必要である。また、潰瘍が広範囲に広がる場合には、患部全体を確実に治療する治療装置が求められるが、治療範囲が広がるほど、均一な治療を安定的に行うことは、困難である。

本発明は、上記の課題に鑑みなされたものであり、患部全体に均一に低温大気圧プラズマを照射して非接触且つ非侵襲で治療するための非接触非侵襲治療装置を提供することである。

本発明の非接触非侵襲治療装置は、低温大気圧プラズマを含むガス流を生成し、当該ガス流を出口開口部から患部に向かって噴射する非接触非侵襲治療装置であって、プラズマ原料ガス供給空間にプラズマ原料ガスを供給し、出口開口部に向かうガス流を発生させるガス供給装置と、プラズマ原料ガス供給空間に対して、低周波電圧を印加する低周波電圧印加回路、及び、高周波電圧を印加する高周波電圧印加回路と、を有することを特徴とする。

上記構成の本発明によれば、プラズマ原料ガスが供給されたプラズマ原料ガス供給空間内に対して、低周波電圧印加回路で低周波電圧を、高周波電圧印加回路で高周波電圧を印加することにより患部表面に広範囲に均一な低温大気圧プラズマを照射することができる。低温大気圧プラズマの照射により、患部表面の癌細胞や感染症の原因である細菌を死滅させることや、患部表面上の血液の凝固、皮膚創傷の治癒ができる。更に、発明者らは、高周波電圧を印加して発生させた低温大気圧プラズマは、癌細胞の死滅において、更に効果的であることを確認した。

本発明において、好ましくは、さらに、プラズマ原料ガス供給空間を挟んで出口開口部の反対側に設けられた第１の電極を有し、低周波電圧印加回路は、第１の電極に前記低周波電圧を印加し、高周波電圧印加回路は、第１の電極に前記高周波電圧を印加する。

上記構成の本発明によれば、高周波と低周波とを混合して、プラズマ原料ガス供給空間に電圧を印加するため、第１の電極で均一な放電が起こり、プラズマ原料ガス供給空間内で均一な低温大気圧プラズマが発生する。これにより、患部表面に広範囲に均一な低温大気圧プラズマを照射することができ、低温大気圧プラズマにより、患部表面の癌細胞や感染症の原因である細菌を死滅させることや、患部表面上の血液の凝固、皮膚創傷の治癒ができる。

本発明において、好ましくは、さらに、高周波電圧印加回路と第１の電極に接続したインピーダンス整合回路を有し、高周波電圧印加回路が第１の電極に高周波電圧を印加することにより、ガス流を介して患部に流れる高周波電流を発生させる。
上記構成の本発明によれば、高周波電圧印加回路と、第１の電極とに接続されたインピーダンス整合回路を有することにより、高周波電圧印加回路と低温大気プラズマのインピーダンスを整合させることができる。高周波電圧印加回路と低温大気プラズマのインピーダンスが整合することにより、プラズマ原料ガス供給空間内の低温大気圧プラズマに高周波電流（ＲＦ電流）を流すことが可能であるため、患部に低温大気圧プラズマを照射させながら、患部にＲＦ電流を流すことができる。患部に低温大気圧プラズマを介してＲＦ電流を流すことにより、患部に対して非接触且つ非侵襲な方法で、患部表面及び患部の内部にＲＦ電流による治療ができる。これにより、患部内部にＲＦエネルギーを蓄積させることによる血行の促進や、患部表面及び患部内部の癌細胞をアポトーシス誘導ができる。

本発明において、好ましくは、さらに、出口開口部を画成し、内部にプラズマ原料ガス供給空間が形成されたガイド部材を有し、プラズマ原料ガス供給空間は、下流に向かって内部空間の断面積が縮小するように構成されている。

上記構成の本発明によれば、ガイド部材により発生した低温大気圧プラズマが集束されて、出口開口部から患部に噴射されるため、高密度かつ均一な低温大気圧プラズマを含むガスを患部に照射することができる。

本発明において、好ましくは、さらに、プラズマ原料ガス供給空間を挟んで出口開口部の反対側に設けられた第１の電極と、プラズマ原料ガス供給空間、又は、ガス流の流路の周囲に設けられた第２の電極と、を有し、低周波電圧印加回路は、第１の電極に低周波電圧を印加し、高周波電圧印加回路は、第２の電極に高周波電圧を印加する。

上記構成の本発明によれば、第１の電極に低周波電圧を印加することで低温大気圧プラズマを発生させることができ、プラズマ原料ガス供給空間内の第１の電極で発生した低温大気圧プラズマを含むにガス流に対して、第２の電極により高周波電圧を印加することで、患部表面に広範囲に均一な低温大気圧プラズマを照射することができる。加えて、プラズマ原料ガス供給空間、又は、ガス流の流路の周囲に高周波の電場が形成されるため、発生したプラズマの維持やプラズマの発生を行うことができる。また、低周波電圧を印加する電極と高周波電圧を印加する電極が分かれているため、プラズマ原料ガス供給空間の大きさに関して、低温大気圧プラズマの維持できる時間や維持できる距離やインピーダンスの高さを考慮した設計上の制限を低減することができ、患部の治療に適用可能な汎用性の高い治療装置が実現できる。

本発明において、好ましくは、さらに、第２の電極は、前記第１の電極よりも下流側に配置され、高周波電圧印加回路が第２の電極に高周波電圧を印加することにより、ガス流を介して患部に流れる高周波電流を発生させる。

上記構成の本発明によれば、第２の電極が第１の電極よりも出口開口部近傍に配置されるため、第１の電極の近傍で高周波電圧を印加する場合と比較して、プラズマ原料ガス供給空間内の低温大気圧プラズマのインピーダンスが低い位置で、高周波電圧を印加することができる。これにより、高周波電圧印加回路とプラズマ原料ガス供給空間内の低温大気圧プラズマのインピーダンスの整合が容易となるため、患部にプラズマを照射させながら、患部にＲＦ電流を流すことができる。患部に低温大気圧プラズマを介してＲＦ電流を流すことにより、患部に対して非接触且つ非侵襲な方法で、患部表面及び患部の内部にＲＦ電流による治療が可能となる。これにより、患部内部にＲＦエネルギーを蓄積させることによる血行の促進や、患部表面及び患部内部の癌細胞をアポトーシス誘導させることができる。

本発明において、好ましくは、さらに、高周波電圧印加回路と第２の電極とに接続された変圧器を有し、変圧器は、高周波電圧印加回路によって印加された電圧を増大させて第２の電極に印加する。

上記構成の本発明によれば、変圧器により高周波電圧印加回路で印加する電圧を増大させて第２の電極に印加できるため、プラズマ原料ガス供給空間内の低温大気圧プラズマのインピーダンスが比較的高い場合でも、低温大気圧プラズマにＲＦ電流を流すことができる。これにより、患部に低温大気圧プラズマを介してＲＦ電流を流すことができ、患部に対して非接触且つ非侵襲な方法で、患部表面及び患部の内部にＲＦ電流による治療ができる。

本発明において、好ましくは、変圧器は、第１のコイルと第２のコイルにより構成される共振変圧器であり、第１のコイルは高周波電圧印加回路に接続され、第２のコイルは第２の電極に接続されている。
上記構成の本発明によれば、変圧器を第１のコイルと第２のコイルで構成することで、比較的簡単な構造で第２の電極に高い電圧を印加することができる。

本発明において、好ましくは、さらに、出口開口部を画成し、内部にプラズマ原料ガス供給空間が形成されたガイド部材を有し、プラズマ原料ガス供給空間は、下流に向かって内部空間の断面積が縮小するように構成された集束部と、集束部及び出口開口部を連通する延伸部とを有し、第１のコイル及び第２のコイルは延伸部を取り囲むように設けられている。

上記構成の本発明によれば、延伸部の低温大気圧プラズマと高周波電圧印加回路のインピーダンスが整合される。さらには、発生した低温大気圧プラズマにＲＦエネルギーを誘導的に結合させることができる。
また、ガイド部材により発生した低温大気圧プラズマが集束されて、出口開口部から患部に噴射されるため、高密度かつ均一な低温大気圧プラズマを含むガスを患部に照射することができる。

本発明において、好ましくは、ガイド部材内のガスの流れを横切るように磁場を発生させる磁場発生機構をさらに有する。

プラズマ中に流れる電流が大きくなると、ピンチ効果によりプラズマが中心部に集中してしまう。これに対して、上記構成の本発明によれば、磁場発生機構により発生された磁場がピンチ効果を乱し、低温大気圧プラズマを均一化させることができる。

本発明において、好ましくは、患部に向けて噴出されるガス流の温度を測定する温度センサ、及び、温度センサにより測定された温度に基づき、患部に向けて噴出されるガス流の温度を制御するガス温度制御装置を含む、ガス温度制御機構をさらに有する。

治療装置を作動し続けると低温大気圧プラズマの温度が上昇し、この低温大気圧プラズマが患部に照射されるとやけど等の原因となる。これに対して、上記構成の本発明によれば、ガス温度制御機構により、患部に照射される低温大気圧プラズマの温度が一定に保たれ、やけど等を防止できる。

本発明によれば、患部全体に均一に低温大気圧プラズマを照射して非接触且つ非侵襲で治療するための非接触非侵襲治療装置を提供することができる。

本発明の第１実施形態による非接触非侵襲治療装置の構成を示す図である。 図１に示す非接触非侵襲治療装置における第１の電極を構成するアルミナセラミックス誘電体及び銅電極の形状を示す水平断面図である。 本発明の第１実施形態による非接触非侵襲治療装置における第１の電極を構成する別のアルミナセラミックス誘電体及び銅電極の形状を示す水平断面図である。 本発明の第２実施形態による非接触非侵襲治療装置の構成を示す図である。

＜第１実施形態＞
以下、本発明の非接触非侵襲治療装置の実施形態を、図面を参照しながら詳細に説明する。なお、本発明の治療装置は、低温大気圧プラズマを発生させて、難治性皮膚潰瘍やがん性皮膚潰瘍などの患部を非接触且つ非侵襲でプラズマ治療及びＲＦ治療するためのものである。なお、治療の対象は人間に限られず、動物にも適用できる。また、適用可能な疾病も癌などに限られず、プラズマ治療及びＲＦ治療により治療可能な疾病に対して適用できる。

図１は、本発明の第１実施形態による非接触非侵襲治療装置の構成を示す図である。図１に示すように、本実施形態の非接触非侵襲治療装置１は、ガス供給装置４と、低周波電圧印加回路２と、高周波電圧印加回路３と、周波数混合インピーダンス整合回路２８と、ガス供給装置４と、第１の電極６と、接地電極８と、ガイド部材１０と、磁場発生機構１２と、ガス温度制御機構１４と、を備える。

第１の電極６は、平板状のアルミナセラミックス誘電体６０と、アルミナセラミックス誘電体６０の上面に形成された銅電極６２と、これらアルミナセラミックス誘電体６０及び銅電極６２の上面を覆うように形成されたエポキシ樹脂絶縁体６４と、を有する。なお、誘電体６０はアルミナセラミックスに限らず、石英ガラス、チタン酸バリウムを用いてもよい。また、第１の電極６は銅に限らずアルミニウム、金、チタニウム、グラフェンなどの他の良導体（電気抵抗率ρが１０ｎΩ・ｍ〜１００ｎΩ・ｍの値にある金属）を用いてもよい。図２は、図１に示す非接触非侵襲治療装置における第１の電極を構成するアルミナセラミックス誘電体及び銅電極の形状を示す水平断面図である。図２に示すように、アルミナセラミックス誘電体６０は円形状である。これに対して、銅電極６２は先端が鋭角な三角形が中心部から等角度間隔で放射状に延びる形状を有している。プラズマを発生するための電極は電極に鋭角な外縁があるほど、電界強度が増加し、プラズマを発生しやすい。このため、本実施形態では、図２に示すように、銅電極６２が、先端が鋭角な三角形が中心部から等角度間隔で放射状に延びる形状であるため、電界強度が増加してプラズマの発生を促進できる。なお、銅電極の形状は図２に示す形状に限定されず、例えば、図３に示すように銅電極１６２を複数の直線を直交させて形成する網目状電極としてもよい。また、より均一な放電をするため、銅電極１６２の網目の形は正方形が望ましい。なお、銅電極の形状はこれに限定されない。後述するように、銅電極６２には周波数混合インピーダンス整合回路２８が接続されている。周波数混合インピーダンス整合回路２８によって低周波電圧及び高周波電圧が混合された混合電圧が銅電極６２に印加される。

接地電極８は板状の電極であり、患者Ｐの下方に配置されている。第１の電極６は患者Ｐの上方に配置されており、これにより第１の電極６と接地電極８との間に患者Ｐが挟み込まれた状態となっている。また、第１の電極６と患者Ｐとの間にはガイド部材１０が配置されている。また、接地電極８と患者Ｐの間は、患者の固定や冷却などを目的としてウォーターボーラスのような第１の電極６と接地電極８の放電を阻害しない軟性材料を備えてもよい。接地電極８を第１の電極６に対して出口開口部１０４Ａ側に配置することで、安定的に低温大気圧プラズマを発生させることができる。

低周波電圧印加回路２は、第１の電源２０と、第１の電源２０に接続された低周波電圧源２２と、を備える。低周波電圧源２２は第１の電源２０から電力が供給され、低周波高電圧の電圧を発生させる。具体的には、本実施形態では、１０〜２５ｋＨｚ、１０〜２０ｋＶの電圧を発生させる。

高周波電圧印加回路３は、第２の電源２４と、第２の電源２４に接続された高周波電圧源２６と、を備える。高周波電圧源２６は第２の電源２４から電力が供給され、高周波の電圧を発生させる。具体的には、本実施形態では、１３．５６ＭＨｚ、５ｋＶの電圧を発生させる。

なお、本実施形態でいう低周波とは、周波数が１０ｋ〜１００ｋＨｚのことをいい、高周波とは、周波数が１３．５６ＭＨｚのことをいう。また、低周波の電圧は、１０ｋ〜２０ｋＶが好ましく、高周波の電圧の上限値としては１０ｋＶが好ましい。

周波数混合インピーダンス整合回路２８は、高周波電圧源２６で発生された高周波と、低周波電圧源２２で発生された低周波を混合させる回路である。周波数混合インピーダンス整合回路２８は、低周波電圧源２２及び高周波電圧源２６に接続されている。周波数混合インピーダンス整合回路２８は、低周波電圧源２２で発生された低周波電圧が高周波電圧源２６まで到達し、高周波電圧源２６が破壊されること、及び、高周波電圧源２６で発生された高周波電圧が低周波電圧源２２まで到達することを防止するように構成されている。更に、周波数混合インピーダンス整合回路２８は、低周波電圧印加回路２と高周波電圧印加回路３による出力側のインピーダンスと発生した低温大気圧プラズマによる入力側のインピーダンスを整合させるように構成され、これにより低温大気圧プラズマを介してＲＦ電流を患部Ｐ１まで到達させることができる。

ガイド部材１０は、漏斗状のガラス管により構成されている。ガイド部材１０内には、逆円錐状の空間からなる集束部１０２と、集束部１０２の下方に連続する円柱状の空間からなる延伸部１０４とが形成され、プラズマ原料ガス供給空間として機能している。延伸部１０４の直径は５〜１００ｍｍが好ましく、本実施形態では１００ｍｍである。

ガイド部材１０の集束部１０２の側部に当たる位置には、供給口１０６が形成されている。供給口１０６には、ガス供給装置４から延びる配管４Ａが接続されている。集束部１０２は逆円錐状であり、延伸部１０４に向かって内部空間の水平方向の断面積が縮小するように構成されている。集束部１０２には、ガス供給装置４からプラズマ原料ガスが供給されるとともに、低周波電圧印加回路２及び高周波電圧印加回路３によりプラズマ原料ガスに電圧が印加される。延伸部１０４の下部には下方に向かって開口する出口開口部１０４Ａが形成されている。ガイド部材１０は、出口開口部１０４Ａが患者Ｐの患部Ｐ１に対向するように患者Ｐの上方に配置されている。出口開口部１０４Ａの反対側には、第１の電極６が設けられ、ガイド部材１０の上部を塞ぐように第１の電極のアルミナセラミックス誘電体６０が配置されている。

磁場発生機構１２は、本実施形態では、一対のネオジウム磁石１２０、１２２により構成されている。これら一対のネオジウム磁石１２０、１２２は、ガイド部材１０内の延伸部１０４を水平方向に挟むように配置されている。これら一対のネオジウム磁石１２０、１２２は、一方のネオジウム磁石１２０のＮ極が、他方のネオジウム磁石１２２のＳ極と対向するように配置されている。これにより、一対のネオジウム磁石１２０、１２２の間には、延伸部１０４内のガスの流れを横切るような磁場が発生する。一対のネオジウム磁石１２０、１２２により発生する磁場は、ガスの流れに対して垂直であることが好ましい。磁場発生機構１２はネオジウム磁石に限られないことは言うまでもなく、ネオジウム磁石の配列は一対ではなくハルバッハ配列してもよいし、四重極に配列してもよいし、マグネットリングを使用してもよい。

ガス供給装置４は、ガス源４０と、ガス源４０に接続された流量制御装置４２とを備える。ガス源４０は、ヘリウム、アルゴンなどのプラズマ原料ガスのガス源である。流量制御装置４２は、ガス供給装置４から配管４Ａに供給されるプラズマ原料ガスの流量を制御する。

ガス温度制御機構１４は、温度センサ１４０と、ガス温度制御装置１４２とを含む。温度センサ１４０は、例えば、患者Ｐの患部Ｐ１近傍、又は、ガイド部材１０の出口開口部１０４Ａの近傍に設けられており、患者Ｐの患部Ｐ１に向けて噴出されるガスの温度を測定する。ガス温度制御装置１４２は、配管４Ａに設けられており、温度センサ１４０で検出されたガスの温度に基づき、ガス源４０から配管４Ａを流れるガスを冷却する。具体的には、患者Ｐの正常な組織を傷つけないように、患者Ｐの患部Ｐ１に向かって噴出されるプラズマガスの温度が２０〜４０℃となるようにガスの温度をフィードバック制御する。

なお、本実施形態では、ガス源４０から配管４Ａを流れるガスの温度を調整しているが、患部Ｐ１に向けて噴出されるガスの温度を制御する方法はこれに限られない。例えば、熱源となる周波数混合インピーダンス整合回路２８内のコイルに冷却装置を設け、コイルを冷却してもよいし、第１の電極６のガイド部材１０の反対側に冷却装置を設け、第１の電極を冷却してもよい。冷却装置は、空気循環による空気冷却を用いた装置でもよいし、冷却水や冷却オイルを用いた装置でもよい。また、ガイド部材１０に冷却機構を設け、ガイド部材１０内のガスを調整してもよい。さらに、ガイド部材１０に供給するガスに冷却用ガスを混合することによりガスの温度を調整してもよい。

次に、本実施形態の非接触非侵襲治療装置１の動作について説明する。
非接触非侵襲治療装置１を起動すると、ガス供給装置４におけるガス源４０からプラズマ原料ガスが配管４Ａを介してガイド部材１０の集束部１０２へ供給される。この際、ガス供給装置４から供給されるプラズマ原料ガスの流量は流量制御装置４２により制御される。

また、非接触非侵襲治療装置１を起動すると、低周波電圧印加回路２の低周波電圧源２２が低周波高電圧を発生し、また、高周波電圧印加回路３の高周波電圧源２６において高周波低電圧を発生させる。高周波電圧源２６において発生した高周波低電圧は、低周波電圧源２２において発生した低周波高電圧と周波数混合インピーダンス整合回路２８において混合される。そして、周波数混合インピーダンス整合回路２８において低周波高電圧と高周波低電圧が混合された混合電圧が第１の電極６に印加される。第１の電極６に電荷が蓄積され正、負に分極する。これにより、第１の電極６の周辺に生じた電場によってプラズマ原料ガス中の原子はイオン化され低温大気圧プラズマが発生する。この際、第１の電極６に印加される電圧が低周波高電圧と高周波低電圧が混合された混合電圧であるため、第１の電極６において均一な放電が起こり、均一に低温大気圧プラズマが発生する。

このようにして発生した低温大気圧プラズマはプラズマ原料ガスとともに混合ガスとして、延伸部１０４を通り、出口開口部１０４Ａから噴射される。ここで、磁場発生機構１２により延伸部１０４内の混合ガスの流れを横切るような磁場が発生しており、磁場によりピンチ効果が乱されるため、混合ガスが延伸部１０４を流れる際に混合ガス内の低温大気圧プラズマが均一化される。

出口開口部１０４Ａから噴射された混合ガスは、患者Ｐの患部Ｐ１の表面に照射される。この際、上記の通り、混合ガスにおいて低温大気圧プラズマが均一化されているため、患者Ｐの患部Ｐ１の表面に対して低温大気圧プラズマを均一な状態で存在させることができる。低温大気圧プラズマには、癌細胞を死滅させる効果があるため、体表面の癌細胞を死滅させることができる。また、低温大気圧プラズマには殺菌効果があるため、患部Ｐ１の感染症の原因である細菌を死滅させることもできる。また、低温大気圧プラズマには血液中の成分を凝固させる効果があるため、患部Ｐ１における出血を止めることもできる。

さらに、患部Ｐ１の表面に存在する混合ガスは、電離によって荷電粒子を含むガスであるため、電気伝導性に優れる。周波数混合インピーダンス整合回路２８により、出力側である低周波電圧印加回路２と高周波電圧印加回路３のインピーダンスと入力側である発生した低温大気圧プラズマのインピーダンスを整合させると、第１の電極６から患部Ｐ１の表面の低温大気圧プラズマまでＲＦ電流が流れ、患部の内部にＲＦエネルギーを蓄積させ血行を促進や、癌細胞をアポトーシス誘導ができる。加えて、患者Ｐの下方に配置された接地電極８と第１の電極６により患者Ｐの患部Ｐ１を垂直に挟むことで、患部Ｐ１の内部に安定的にＲＦ電流を流すことができる。

このようにして非接触非侵襲治療装置１を作動させると、時間の経過とともに低周波電圧印加回路２や第１の電極６の温度が上昇し、噴射される混合ガスの温度が上昇するおそれがある。これに対して、本実施形態では、温度センサ１４０により噴射される混合ガスの温度を測定し、これに基づき、ガス温度制御装置１４２によりプラズマ原料ガスを冷却するため、混合ガスの温度が一定に保たれる。

本実施形態によれば、以下の効果が奏される。
本実施形態では、低周波電圧印加回路２と高周波電圧印加回路３により低周波電圧及び高周波電圧を集束部１０２のプラズマ原料ガスに印加することにより低温大気圧プラズマが発生し、患部Ｐ１に広範囲に均一な低温大気圧プラズマを照射することが可能になる。このため、低温大気圧プラズマにより患部Ｐ１の表面の癌細胞や、感染症の原因である細菌の死滅や患部Ｐ１の表面上の血液の凝固、皮膚創傷の治癒ができる。

本実施形態では、高周波電圧印加回路３が第１の電極６に高周波電圧を印加することで、ＲＦ電流を発生させている。低温大気圧プラズマを含むガス（混合ガス）は荷電粒子を含み電気伝導性に優れるため、周波数混合インピーダンス整合回路２８によって低周波電圧印加回路２と高周波電圧印加回路３のインピーダンスと混合ガスのインピーダンスが整合されることで、第１の電極６から患部Ｐ１の表面のプラズマまでＲＦ電流が流れる。このＲＦ電流により、患部Ｐ１の内部にＲＦエネルギーが蓄積され、血行の促進や、患部Ｐ１の表面及び内部の癌細胞に対してアポトーシス誘導ができる。

また、本実施形態では、下流に向かって内部空間の断面積が縮小するように構成された集束部１０２が内部に形成されたガイド部材１０を有し、ガイド部材１０の出口開口部１０４Ａが患部Ｐ１に対向するように配置されている。これにより、集束部１０２及び延伸部１０４に発生した低温大気圧プラズマが集束されて、出口開口部１０４Ａから患部Ｐ１に噴射されるため、高密度かつ均一な低温大気圧プラズマを含むガスを患部Ｐ１に照射することができる。

低温大気圧プラズマ中に流れる電流が大きくなると、電流が発生する磁場により低温大気圧プラズマが集束する（ピンチ効果）。これに対して、本実施形態では、ガイド部材１０の延伸部１０４内のガスの流れを横切るように磁場を発生させる磁場発生機構１２を有する。これにより、磁場発生機構１２により発生された磁場がピンチ効果を乱し、低温大気圧プラズマを均一化させることができる。

非接触非侵襲治療装置を作動し続けると低温大気圧プラズマの温度が上昇し、この低温大気圧プラズマが患部に照射されるとやけど等の原因となる。これに対して、本実施形態では、患部Ｐ１に向けて噴出されるガスの温度を測定する温度センサ１４０と、温度センサ１４０により測定された温度に基づき、患部Ｐ１に向けて噴出されるガスの温度を制御するガス温度制御装置１４２を含む、ガス温度制御機構１４を有する。これにより、患部Ｐ１に照射される低温大気圧プラズマの温度が一定に保たれ、やけど等を防止できる。

＜第２実施形態＞
第１実施形態では、プラズマ原料ガス供給空間に低周波電圧と高周波電圧とを混合した混合電圧を印加する場合について説明したが、本発明はこれに限らず、低周波電圧と高周波電圧とをプラズマ原料ガス供給空間に別々に印加する場合にも本発明を適用可能である。以下、本発明の第２実施形態について説明する。以下の説明において、第１実施形態と同様又は対応する構成については同じ符号を付して詳細な説明を省略する。

図４は、本発明の第２実施形態による非接触非侵襲治療装置の構成を示す図である。図４に示すように、本実施形態の非接触非侵襲治療装置５００は、低周波電圧印加回路５１０と、高周波電圧印加回路５２０と、ガス供給装置４と、第１の電極６と、接地電極８と、第２の電極機構５４０と、ガイド部材１０と、可変コンデンサ５５０と、磁場発生機構１２と、ガス温度制御機構１４と、を備える。

低周波電圧印加回路５１０は、第１の電源２０と、第１の電源２０に接続された低周波電圧源２２と、低周波電圧源２２と第１の電極６の銅電極６２に接続されている高周波遮断フィルタ５１２と、を備える。

低周波電圧源２２は、第１の電源２０から電力が供給され、低周波高電圧の電圧を発生させる。具体的には、本実施形態では、１０〜２５ｋＨｚ、１０〜２０ｋＶの電圧を発生させるが、低周波の電圧は、１０ｋ〜２０ｋＶが好ましい。なお、本実施形態でいう低周波とは、周波数が１０ｋ〜１００ｋＨｚのことをいう。

高周波遮断フィルタ５１２は、低周波の電流は通過するものの、ＲＦ電流を減衰させるようなフィルタである。高周波遮断フィルタ５１２は、後述する第２の電極機構５４０で生じたＲＦ電流が第１の電極６に接続された回路に流れ、第１の電源２０を破壊するのを防ぐ。なお、本実施形態では、１３．５６ＭＨｚの周波数を遮断できるフィルタを使用する。

ガイド部材１０には、第１実施形態同様、逆円錐状の空間からなる集束部１０２と、集束部１０２の下方に連続する円柱状の空間からなる延伸部１０４とが形成されている。また、ガイド部材１０の上部を塞ぐように第１の電極６のアルミナセラミックス誘電体６０が配置されている。

第１の電極６は、アルミナセラミックス誘電体及び銅電極で構成され、図３に示すように、アルミナセラミックス誘電体６０は円形状である。これに対して、銅電極１６２は、複数の直線を直交させて形成する網目状電極である。プラズマを発生するための電極は電極に鋭角な外縁があるほど、電界強度が増加し、プラズマを発生しやすいことから、本形状であれば、電界強度が増加してプラズマの発生を促進できる。更に、銅電極１６２全体で均一な放電をするために、網目の形状が正方形であることが望ましい。なお、銅電極の形状はこれに限定されない。

ガイド部材１０の形状は、第１実施形態に類似しており、ガイド部材１０内には、逆円錐状の空間からなる集束部１０２と、集束部１０２の下方に連続する円柱状の空間からなる延伸部１０４とが形成され、プラズマ原料ガス供給空間として機能している。集束部１０２の供給口１０６には、ガス供給装置４から延びる配管４Ａを介して、ガス供給装置４からプラズマ原料ガスが供給される。ガイド部材１０は、出口開口部１０４Ａが患者Ｐの患部Ｐ１に対向するように患者Ｐの上方に配置されている。出口開口部１０４Ａの反対側には、第１の電極６が設けられ、ガイド部材１０の上部を塞ぐように第１の電極のアルミナセラミックス誘電体６０が配置されている。

第２の電極機構５４０は、高周波電圧印加回路５２０に接続された第１のコイル５４２と、第１のコイル５４２とともに共振変圧器を構成する第２のコイル５４４と、容量電極（第２の電極）５４６と、を備える。第１のコイル５４２の半径は、第２のコイル５４４の半径よりも大きく、第１のコイル５４２の巻き数は、第２のコイル５４４の巻き数より少ない。第１のコイル５４２及び第２のコイル５４４は、ガイド部材１０の延伸部１０４を包囲し、同軸上に配置されている。第１のコイル５４２は、ガイド部材１０の延伸部１０４の上端部近傍に配置されており、第２のコイル５４４は第１のコイル５４２の下方に第１のコイル５４２と間隔をあけて配置されている。第１のコイル５４２は、第２のコイル５４４に近接して配置されているが、電気的に接続されていない。

容量電極５４６は、銅箔のハーフリング容量電極であり、ガイド部材１０の延伸部１０４を包囲するように、第２のコイル５４４よりも下方に配置されている。容量電極５４６は、第２のコイル５４４の一方の端子に接続されている。第２のコイル５４４の他方の端子は接地されている。なお、容量電極５４６の形状はこれに限定されず、薄い板状の銅箔を延伸部に重ねて巻き付けてもよい。

可変コンデンサ５５０は、第１のコイル５４２と第２のコイル５４４が１３．５６MＨｚで共振させるために調整を行うコンデンサである。可変コンデンサ５５０は第２のコイルに並列に接続される。

高周波電圧印加回路５２０は、第２の電源２４と、第２の電源２４に接続された高周波電圧源２６と、を備える。高周波電圧印加回路５２０は、第２の電極機構５４０の第１のコイル５４２に接続されている。高周波電圧源２６は第２の電源２４から電力が供給され、高周波高電圧の電圧を発生させる。具体的には、本実施形態では、１３．５６ＭＨｚ、５ｋＶの電圧を発生させる。なお、本実施形態では、高周波とは、周波数が１３．５６ＭＨｚのことをいう。高周波の電圧の上限値としては１０ｋＶが好ましい。

磁場発生機構１２は、第１実施形態と同様の構成であるが、ガイド部材１０内のガス流を横切るような磁場を発生させるように、容量電極５４６を挟んで一対のネオジウム磁石が配置されている。

次に、本実施形態の非接触非侵襲治療装置５００の動作について説明する。
非接触非侵襲治療装置５００を起動すると、ガス供給装置４におけるガス源４０からプラズマ原料ガスが配管４Ａを介してガイド部材１０の集束部１０２へ供給される。この際、ガス供給装置４から供給されるプラズマ原料ガスの流量は流量制御装置４２により制御される。

また、非接触非侵襲治療装置５００を起動すると、低周波電圧印加回路５１０において低周波電圧源２２が低周波高電圧の電圧を発生させ、その電圧が第１の電極６に印加される。第１の電極６に電圧が印加されると、第１の電極６に電荷が蓄積され正、負に分極する。これにより、第１の電極６の周辺に生じた電場によってプラズマ原料ガス中の原子はイオン化され低温大気圧プラズマが発生する。このようにして発生した低温大気圧プラズマはプラズマ原料ガスとともに混合ガスとして、延伸部１０４に到達する。

また、非接触非侵襲治療装置５００を起動すると、同時に高周波電圧印加回路５２０においても高周波電圧源２６が高周波高電圧を発生させる。その電圧が、第２の電極機構５４０の第１のコイル５４２に印加されると、第２のコイル５４４が共振し、印加された電圧が、第２のコイル５４４の巻き数に比例して増大される。第２のコイル５４４は、容量電極５４６に増大された高周波高電圧の電圧を印加する。

容量電極５４６は、高周波高電圧の電圧によって、電荷が蓄積され正、負に分極する。このとき、容量電極５４６の周辺には電場が生じる。延伸部１０４に到達したプラズマ原料ガス中の原子は、この電場によってイオン化され低温大気圧プラズマが発生する。また、第１の電極６の周辺で発生した低温大気圧プラズマに高周波電圧が印加されることで、低温大気圧プラズマが均一化される。更に、容量電極５４６が、第１の電極６よりも出口開口部１０４Ａの近傍、すなわち、延伸部１０４に配置されることで、低温大気圧プラズマのインピーダンスが低い位置で高周波電圧印加回路５２０から高周波電圧が印加されるため、低温大気圧プラズマを介してＲＦ電流を患部Ｐ１まで到達させることができる。

このようにして発生したプラズマはプラズマ原料ガスとともに混合ガスとして、延伸部１０４を通り、出口開口部１０４Ａから噴射される。ここで、磁場発生機構１２により延伸部１０４内の混合ガスの流れを横切るような磁場が発生しており、磁場によりピンチ効果が乱されるため、混合ガスが延伸部１０４を流れる際に混合ガス内の低温大気圧プラズマが均一化される。

出口開口部１０４Ａから噴射された混合ガスは、患者Ｐの患部Ｐ１の表面に照射される。この際、上記の通り、混合ガスにおいて低温大気圧プラズマが均一化されているため、患者Ｐの患部Ｐ１の表面に対して低温大気圧プラズマを均一な状態で存在させることができる。また、プラズマを含むガス（混合ガス）は荷電粒子を含み電気伝導性に優れるため、患部Ｐ１に照射される低温大気圧プラズマを介してＲＦ電流が患部Ｐ１の表面及び内部に流れる。低温大気圧プラズマには、癌細胞を死滅させる効果があるため、体表面の癌細胞を死滅させることができる。また、低温大気圧プラズマには殺菌効果があるため、患部Ｐ１の感染症の原因である細菌を死滅させることもできる。また、低温大気圧プラズマには血液中の成分を凝固させる効果があるため、患部Ｐ１における出血を止めることもできる。

また、本実施形態では、第１実施形態同様、患部Ｐ１を挟むように第１の電極６及び容量電極５４６と、接地電極８とが配置されている。両者間に電圧を印加すると、第１の電極６及び容量電極５４６から患部Ｐ１の表面のプラズマまでＲＦ電流が到達し、ＲＦ電流が患部Ｐ１に安定的に流れる。

本実施形態によれば、以下の効果が奏される。
上記構成の本発明によれば、第１の電極６に低周波電圧を、第２の電極機構５４０の容量電極５４６に高周波電圧を印加し、広範囲に均一な低温大気圧プラズマを発生させている。低周波電圧を印加する第１の電極６と高周波電圧を印加する第２の電極機構５４０とが分かれているため、プラズマ原料ガス供給空間の大きさに関して、低温大気圧プラズマの維持できる時間や維持できる距離やインピーダンスの高さを考慮した設計上の制限を低減でき、患部の治療に適用可能な汎用性の高い治療装置にすることができる。加えて、ガイド部材の出口開口部１０４Ａ近傍に高周波の電場が形成されるため、発生したプラズマの維持やプラズマの発生を活性化させることができる。

また、本実施形態では、第１の電極６よりも第２の電極機構５４０の容量電極５４６が出口開口部１０４Ａに近い延伸部１０４に配置されている。プラズマ原料ガス供給空間内の低温大気圧プラズマのインピーダンスが低い位置で、高周波電圧を印加することができるため、出力側である高周波電圧印加回路５２０のインピーダンスと、入力側であるガイド部材１０内の低温大気圧プラズマのインピーダンスの整合が容易となり、患部Ｐ１に低温大気圧プラズマを照射させながら、患部Ｐ１にＲＦ電流を流すことができる。これにより患部内部にＲＦエネルギーを蓄積させることによる血行の促進や、患部表面及び患部内部の癌細胞をアポトーシス誘導ができる。

また、本実施形態では、第１のコイル５４２及び第１のコイル５４２と共振変圧器を構成する第２のコイル５４４とを有し、容量電極５４６が第２のコイル５４４に接続されている。このような構成により、第１のコイル５４２及び第２のコイル５４４により、容量電極５４６に印加する高周波電圧を比較的簡単な構造で増大させることができるため、ガイド部材１０内の低温大気圧プラズマのインピーダンスが比較的高い状態でも、ＲＦ電流を発生した低温大気圧プラズマに流すことができる。そして、ＲＦ電流は、低温大気圧プラズマを介して患部Ｐ１まで到達するため、患部Ｐ１の表面及び内部の治療が可能となる。

また、第２の電極機構５４０の第１のコイル５４２および第２のコイル５４４は、延伸部１０４を取り囲むように設けられている。
本実施形態によれば、入力側であるガイド部材１０の延伸部１０４に発生した低温大気圧プラズマのインピーダンスと出力側である高周波電圧印加回路３のインピーダンスを整合させ、さらには、低温大気圧プラズマにＲＦエネルギーを誘導的に結合させることができる。これにより、患部Ｐ１の血行を促進や、癌細胞のアポトーシス誘導を行うことができる。

さらに、本実施形態の上記構成によれば、ガイド部材１０の延伸部１０４に、高周波の電場が形成され、延伸部１０４でイオン化された原子や電子が加速する。このため、第１の電極で発生した低温大気圧プラズマが維持されやすく、更には、延伸部１０４内で発生した電子がプラズマ原料ガスに衝突することでも低温大気圧プラズマを発生させることができる。

加えて、集束部１０２により発生した低温大気圧プラズマが集束されて、出口開口部１０４Ａから患部Ｐ１に噴射されるため、高密度かつ均一な低温大気圧プラズマを含むガスを患部Ｐ１に照射することができる。

プラズマ中に流れる電流が大きくなると、電流が発生する磁場によりプラズマが集束する（ピンチ効果）。これに対して、本実施形態では、ガイド部材１０の延伸部１０４内のガスの流れを横切るように磁場を発生させる磁場発生機構１２を有する。これにより、磁場発生機構１２により発生された磁場がピンチ効果を乱し、低温大気圧プラズマを均一化させることができる。

非接触非侵襲治療装置を作動し続けると低温大気圧プラズマの温度が上昇し、この低温大気圧プラズマが患部に照射されるとやけど等の原因となる。これに対して、本実施形態では、患部Ｐ１に向けて噴出されるガスの温度を測定する温度センサ１４０と、温度センサ１４０により測定された温度に基づき、患部Ｐ１に向けて噴出されるガスの温度を制御するガス温度制御装置１４２を含む、ガス温度制御機構１４を有する。これにより、患部Ｐ１に照射される低温大気圧プラズマの温度が一定に保たれ、やけど等を防止できる。

なお、本実施形態では、ガイド部材１０の上方を覆うように第１の電極６を配置し、患者Ｐの下方に接地電極８を配置しているが、本発明はこれに限られず、ガス供給装置から供給されたプラズマ原料ガスに電圧を印加できれば、その配置は問わない。
また、本実施形態では、第２の電極機構５４０をガイド部材１０の延伸部１０４を包囲するように設けているが、集束部１０２を包囲するように設けてもよい。

１ ：非接触非侵襲治療装置
２ ：低周波電圧印加回路
３ ：高周波電圧印加回路
４ ：ガス供給装置
４Ａ ：配管
６ ：第１の電極
８ ：接地電極
１０ ：ガイド部材
１２ ：磁場発生機構
１４ ：ガス温度制御機構
２０ ：第１の電源
２２ ：低周波電圧源
２４ ：第２の電源
２６ ：高周波電圧源
２８ ：周波数混合インピーダンス整合回路
４０ ：ガス源
４２ ：流量制御装置
６０ ：アルミナセラミックス誘電体
６２ ：銅電極
６４ ：エポキシ樹脂絶縁体
１０２ ：集束部
１０４ ：延伸部
１０４Ａ ：出口開口部
１０６ ：供給口
１２０ ：ネオジウム磁石
１２２ ：ネオジウム磁石
１４０ ：温度センサ
１４２ ：ガス温度制御装置
１６２ ：銅電極
５００ ：非接触非侵襲治療装置
５１０ ：低周波電圧印加回路
５１２ ：高周波遮断フィルタ
５２０ ：高周波電圧印加回路
５４０ ：第２の電極機構
５４２ ：第１のコイル
５４４ ：第２のコイル
５４６ ：容量電極
５５０ ：可変コンデンサ
Ｐ ：患者
Ｐ１ ：患部
ρ ：電気抵抗率

Claims (11)

1. 低温大気圧プラズマを含むガス流を生成し、当該ガス流を出口開口部から患部に向かって噴射する非接触非侵襲治療装置であって、
   プラズマ原料ガス供給空間にプラズマ原料ガスを供給し、前記出口開口部に向かう前記ガス流を発生させるガス供給装置と、
   前記プラズマ原料ガス供給空間に対して、低周波電圧を印加する低周波電圧印加回路、及び、高周波電圧を印加する高周波電圧印加回路と、
   を有することを特徴とする非接触非侵襲治療装置。
2. さらに、前記プラズマ原料ガス供給空間を挟んで前記出口開口部の反対側に設けられた第１の電極を有し、
   前記低周波電圧印加回路は、前記第１の電極に前記低周波電圧を印加し、
   前記高周波電圧印加回路は、前記第１の電極に前記高周波電圧を印加する、
   請求項１に記載の非接触非侵襲治療装置。
3. さらに、前記高周波電圧印加回路と前記第１の電極に接続したインピーダンス整合回路を有し、
   前記高周波電圧印加回路が前記第１の電極に高周波電圧を印加することにより、前記ガス流を介して前記患部に流れる高周波電流を発生させる、
   請求項２に記載の非接触非侵襲治療装置。
4. さらに、前記出口開口部を画成し、内部に前記プラズマ原料ガス供給空間が形成されたガイド部材を有し、
   前記プラズマ原料ガス供給空間は、下流に向かって内部空間の断面積が縮小するように構成されている、
   請求項２又は３に記載の非接触非侵襲治療装置。
5. さらに、前記プラズマ原料ガス供給空間を挟んで前記出口開口部の反対側に設けられた第１の電極と、
   前記プラズマ原料ガス供給空間、又は、前記ガス流の流路の周囲に設けられた第２の電極と、を有し、
   前記低周波電圧印加回路は、前記第１の電極に前記低周波電圧を印加し、
   前記高周波電圧印加回路は、前記第２の電極に前記高周波電圧を印加する、
   請求項１に記載の非接触非侵襲治療装置。
6. さらに、前記第２の電極は、前記第１の電極よりも下流側に配置され、
   前記高周波電圧印加回路が前記第２の電極に高周波電圧を印加することにより、前記ガス流を介して患部に流れる高周波電流を発生させる、
   請求項５に記載の非接触非侵襲治療装置。
7. さらに、前記高周波電圧印加回路と前記第２の電極とに接続された変圧器を有し、
   前記変圧器は、前記高周波電圧印加回路によって印加された電圧を増大させて前記第２の電極に印加する、
   請求項５又は６に記載の非接触非侵襲治療装置。
8. 前記変圧器は、第１のコイルと第２のコイルにより構成される共振変圧器であり、
   前記第１のコイルは前記高周波電圧印加回路に接続され、
   前記第２のコイルは前記第２の電極に接続されている、
   請求項７に記載の非接触非侵襲治療装置。
9. さらに、前記出口開口部を画成し、内部に前記プラズマ原料ガス供給空間が形成されたガイド部材を有し、
   前記プラズマ原料ガス供給空間は、下流に向かって内部空間の断面積が縮小するように構成された集束部と、前記集束部及び前記出口開口部を連通する延伸部とを有し、
   前記第１のコイル及び前記第２のコイルは前記延伸部を取り囲むように設けられている、
   請求項８に記載の非接触非侵襲治療装置。
10. 前記ガイド部材内のガス流を横切るように磁場を発生させる磁場発生機構をさらに有する、
    請求項４又は９に記載の非接触非侵襲治療装置。
11. 前記患部に向けて噴出されるガス流の温度を測定する温度センサ、及び、前記温度センサにより測定された温度に基づき、前記患部に向けて噴出されるガス流の温度を制御するガス温度制御装置を含む、ガス温度制御機構をさらに有する、
    請求項１〜１０の何れか１項に記載の非接触非侵襲治療装置。

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