JP2022526285A - 光照射装置 - Google Patents
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Abstract
光照射装置は、傷を負った皮膚に光を照射する光源部と、光源部を制御する制御部と、を含む。光源部は、基板と、基板上に設けられ、青色波長帯域の第１の光を照射する少なくとも１つの第１の光源と、基板上に設けられ、赤色乃至近赤外線波長帯域の第２の光を照射する少なくとも１つの第２の光源と、を含む。第１の光及び第２の光は、波長に応じて互いに異なる皮膚侵入深さを有する。【選択図】図１
Description
本発明は、光照射装置に関し、より詳細には、治療用として使用される光照射装置に関する。
近年、紫外線を用いたさまざまな治療器が開発されている。一般に、紫外線は、殺菌効果を有することが知られており、従来の紫外線治療器は、従来の紫外線ランプを用いて、これを皮膚の近くで動作させながら治療が必要とされる部位に紫外線を照射する方式で使用されていた。
しかし、紫外線は、殺菌効果と共に、皮膚の老化や癌を誘発するなどの副作用を有する。このため、人体に影響を及ぼさない安全な方式で殺菌及び治療効果を得ることができる方法が要求されている。
本発明は、人体に対する副作用を最小限に抑えながらも殺菌及び皮膚の再生効果が高い光照射装置を提供することを目的とする。
本発明の一実施形態に係る光照射装置は、傷を負った皮膚に光を照射する光源部と、光源部を制御する制御部とを含む。光源部は、基板と、基板上に配置された、青色波長帯域の第１の光を照射する少なくとも１つの第１の光源と、基板上に配置された、赤色乃至近赤外線波長帯域の第２の光を照射する少なくとも１つの第２の光源とを含む。第１の光と第２の光は、波長に応じて互いに異なる皮膚に対する侵入深さを有し、第１の光の皮膚に対する侵入深さと第２の光の皮膚に対する侵入深さとの差は約１．８ｍｍ以上である。
本発明の一実施形態において、第１の光は、約１．０ｍｍ以上の皮膚に対する侵入深さを有してもよい。
本発明の一実施形態において、第２の光は、約４．３ｍｍ以上の皮膚に対する侵入深さを有してもよい。
本発明の一実施形態において、第１の光は、約３７０ｎｍ～約５００ｎｍの波長帯域の光であってもよい。
本発明の一実施形態において、第２の光は、約６１０ｎｍ～約９４０ｎｍの波長帯域の光であってもよい。
本発明の一実施形態において、第１の光と第２の光は、所定の時間同時に照射されてもよい。
本発明の一実施形態において、第１の光は第１の時間照射され、第２の光は、第１の時間より長い第２の時間照射されてもよい。
本発明の一実施形態において、第２の光は、第１の光の照射が終了する前に照射が開始され、第１の時間と第２の時間の少なくとも一部は、互いに重畳する期間を有してもよい。
本発明の一実施形態において、第２の光は連続的に照射されてもよい。
本発明の一実施形態において、第１の光は不連続的に照射されてもよい。
本発明の一実施形態において、第１の光及び第２の光のうち少なくとも一方は周期的に照射されてもよい。
本発明の一実施形態において、光照射装置は治療用であってもよい。
本発明の一実施形態において、第１の光の皮膚への照射範囲は、第２の光の皮膚への照射範囲より小さくてもよい。
本発明の一実施形態において、基板は、皮膚に対向し、第１の光源が設けられた第１の領域と、第２の光源が設けられた第２の領域とを含み、第２の領域は第１の領域を囲んでいてもよい。
本発明の一実施形態において、第１の領域に対応する面は、第２の領域に対応する面より皮膚から離れて配置されてもよい。
本発明の一実施形態によると、人体に対する副作用を最小限に抑えながらも殺菌及び皮膚の再生効果が高い光照射装置を提供することができる。
本発明は、さまざまな変更を加えることができ、様々な形態を有し得るので、特定の実施形態を図面に例示し、これを本文で詳細に説明する。しかし、これは、本発明を特定の開示形態に対して限定しようとするのではなく、本発明の思想及び技術範囲に含まれる全ての変更、均等物及び代替物を含むものと理解しなければならない。
以下、添付の各図面を参照して本発明の好適な実施形態をより詳細に説明する。
図１は、本発明の一実施形態に係る光照射装置の光源部１０を示す平面図である。
図１を参照すると、本発明の一実施形態に係る光源部１０は、傷を負った皮膚に光を照射する。
光源部１０は、基板２０と、基板２０上に設けられた、青色波長帯域の第１の光を照射する少なくとも１つの第１の光源３０と、基板２０上に設けられた、赤色乃至赤外線波長帯域の第２の光を照射する少なくとも１つの第２の光源４０とを含む。
基板２０は、第１及び第２の光源３０、４０を実装できるものであれば特に限定されるものではなく、さまざまな形態で提供されてもよい。基板２０は、第１及び第２の光源３０、４０に電力を供給するための配線が設けられていてもよい。基板２０は、例えば、配線が形成された金属基板、印刷回路基板を含んでいてもよい。
第１の光源３０は、可視光線波長帯域のうち青色波長帯域の第１の光を照射する。第１の光は、約３７０ｎｍ～約５００ｎｍの波長帯域の光に相当してもよい。本発明の一実施形態において、第１の光は、約３８５ｎｍ～約４３５ｎｍの波長帯域の光であってもよい。本発明の一実施形態において、より詳細には、第１の光は、４００ｎｍ～４２０ｎｍの波長を有する光であってもよく、４１０ｎｍの波長を有する光であってもよい。
第１の光は、紫外線に比べて皮膚への侵入力が高く、人体に無害な波長帯域に相当する。第１の光は、病原体、例えば、細菌内に存在するポルフィリン（ｐｏｒｐｈｙｒｉｎ）の吸収波長に対応する。細菌に第１の光が照射されると、細菌中のポルフィリンは第１の光を吸収し、第１の光のエネルギーによって細菌の細胞内に活性酸素（ｒｅａｃｔｉｖｅ ｏｘｙｇｅｎ ｓｐｅｃｉｅｓ；ＲＯＳ）が生成される。活性酸素は、細菌の細胞内に蓄積され、細菌の細胞壁を酸化させ、その結果、細菌が死滅するという効果がある。すなわち、病原体にＲＯＳによって酸化ストレスを誘導することによって病原体を死滅させることができる。
第２の光源４０は、赤色可視光線乃至近赤外線波長帯域の第２の光を照射する。第２の光は、約６１０ｎｍ～約９４０ｎｍの波長帯域の光に相当してもよい。本発明の一実施形態において、第２の光は、赤色可視光線波長帯域、例えば、約６１０ｎｍ～約７５０ｎｍの光であってもよく、又は、赤外線波長帯域、例えば、約７５０ｎｍ～約９４０ｎｍの光であってもよい。又は、本発明の一実施形態において、第２の光は、赤外線波長帯域のうち、約８３０ｎｍの光、８５０ｎｍの光、又は８９０ｎｍの光であってもよい。
第２の光を皮膚に照射することによって、血管を拡張し、血液循環を促進するという効果を有する。すなわち、第２の光は血流を改善し、その結果、免疫作用が促進される。
より詳細には、赤色可視光線乃至近赤外線は、被処理対象の皮膚に作用し、細胞内のミトコンドリアを刺激することによってＡＴＰ（ａｄｅｎｏｓｉｎｅ ｔｒｉ－ｐｈｏｓｐｈａｔｅ）、ＲＯＳ（ｒｅａｃｔｉｖｅ ｏｘｙｇｅｎ ｓｐｅｃｉｅｓ）、及び／又はＮＯ（ｎｉｔｒｏｇｅｎ ｏｘｉｄｅ）を生成する。ＡＴＰ、ＲＯＳ、及び／又はＮＯは、傷を負った部位に作用し、傷の治癒を促進する。ＡＴＰとＲＯＳは、傷の治癒に必要な免疫反応である炎症反応に関与する各遺伝子、及び細胞成長に必要な各遺伝子の発現を誘導する。また、ＲＯＳ及び／又はＮＯは、傷を負った部位に侵入したバクテリアなどの病原体を殺菌する機能を有する。これによって、損傷した組織部分で炎症反応及び細胞成長が誘導され、結果的に傷が治癒される。ＮＯは、免疫細胞の移動を促進し、組織が治癒する過程を加速化するための酸素及び栄養素の供給を増加させる。また、周辺組織の毛細血管を拡張し、新しい毛細血管の形成を誘導する。
本発明の一実施形態によると、第１の光と第２の光とをそれぞれ単独で照射する場合に比べると、第１及び第２の光を同時に、又は同時ではなくても所定時間内に逐次照射すると、単独で照射する場合よりも高い傷治癒効果を達成することができる。
本発明の一実施形態によると、第１の光で傷の部位の病原体を殺菌し、第２の光で免疫機構を促進することによって傷を効率的に治癒することができる。皮膚に傷がついた場合、完全な傷の治療のためには、病原体を殺菌するだけでなく、感染した細胞も共に処理しなければならないが、第１の光のみを使用する場合、第１の光は、病原体を殺菌する効果を有するが、傷の部位の皮膚内の免疫機構を誘導する機能が大きくない。特に、傷が深いか複雑な創傷の場合、光の波長によって侵入深さが異なり、殺菌効果が小さいこともあり、その結果、傷内部の未殺菌の病原体が再び増殖するおそれがある。未殺菌の病原体が再び増殖する場合、傷の治癒が遅くなる。第２の光は、未殺菌の病原体が再び増殖する前に皮膚の免疫機構を促進することによって、短時間での効果的な傷の治癒を可能にする。
ここで、病原体（ｐａｔｈｏｇｅｎ）とは、ウイルス、細菌、菌類、原生生物、宿主などの病気を起こす微生物などを示し、一般に、疾病を起こし得るものであればいずれも含み得る。
本発明の一実施形態に係る光照射装置１００は、傷の治癒が必要な場所に傷治癒の目的で使用することができる。例えば、光照射装置１００は、単純な創傷に使用されてもよく、一般的な潰瘍（ｕｌｃｅｒ）、褥瘡（ｐｒｅｓｓｕｒｅ ｕｌｃｅｒ）や糖尿病による虚血性潰瘍（ｉｓｃｈｅｍｉｃ ｕｌｃｅｒ）などの慢性疾患に使用されてもよい。また、光照射装置１００は、手術による切開部位の感染（ｓｕｒｇｉｃａｌ ｓｉｔｅ ｉｎｆｅｃｔｉｏｎ）、各組織が引き裂かれた傷である裂傷（ｌａｃｅｒａｔｉｏｎ）、鋭い器具で皮膚及び組織が切断され開放された傷である切創（ｉｎｃｉｓｅｄ ｗｏｕｎｄ）、刀や矛などの鋭い物体に刺されて生じた創傷である刺創（ｐｕｎｃｔｕｒｅｄ ｗｏｕｎｄ）などのさまざまな傷に利用可能である。
本発明の一実施形態によると、傷の部位に紫外線を使用しなくても殺菌が可能である。紫外線の場合、病原体の個体数を減少することができるが、皮膚細胞のＤＮＡの変異を誘導するという問題があるので、皮膚が長時間紫外線に露出する場合、皮膚癌の可能性があり、ドーズ量を制御する必要性がある。紫外線は、波長が非常に短いので、皮膚への侵入力が低く、皮膚の外側の傷にある病原体の殺菌は一部可能であるが、所定の深さ以上の傷に対しては、その内部の病原体の殺菌が不可能であるという問題を有する。これは、外光の波長によって傷を負った皮膚への侵入深さに差があり、波長が短いほど皮膚への侵入深さが浅いためである。
本発明の一実施形態によると、侵入深さが異なる第１の光と第２の光とを組み合わせて使用することによって、特定の位置ではなく傷の部位全体の治癒効果を高めることができる。これについては後で説明する。
図２は、本発明の一実施形態に係る光照射装置１００を示すブロック図である。
図２を参照すると、本発明の一実施形態に係る光照射装置１００は、第１の光を照射する第１の光源３０、及び第２の光を照射する第２の光源４０を含む光源部１０と、第１の光源３０による照射後に、第２の光源４０による照射が順次されるように第１及び第２の光源３０、４０を制御する制御部５０と、制御部５０と第１及び第２の光源３０、４０に電力を供給する電力供給部６０とを含んでもよい。
第１及び第２の光源３０、４０のそれぞれは、上述したように、青色波長帯域を含む第１の光、及び赤色可視光線乃至近赤外線波長帯域を含む第２の光を照射することができる。
制御部５０は、第１及び第２の光源３０、４０からの光照射の有無、光量、光強度、照射時間などを制御することができる。電力供給部６０は、第１及び第２の光源３０、４０と制御部５０に電気的に接続され、第１及び第２の光源３０、４０と制御部５０に電力を供給する。図面では、電力供給部６０が制御部５０を介して第１及び第２の光源３０、４０に電力を供給することを示すが、これに限定されるものではなく、第１及び第２の光源３０、４０に電力供給部６０が直接連結され、第１及び第２の光源３０、４０に電力を供給することもできる。
光照射装置１００には、選択的に第１及び第２の光源３０、４０から照射された光を集光又は拡散させる光学部がさらに設けられてもよい。光学部は、第１及び第２の光源３０、４０から生成された光を必要に応じて狭い範囲又は広い範囲に集光することができる。又は、光を照射しようとする位置によって均一又は不均一な形態で集光又は拡散させることができる。光学部は、必要に応じて少なくとも一つ以上のレンズを含んでもよく、レンズは、第１及び第２の光源３０、４０から光を集光、拡散、均一化、不均一化するなどのさまざまな機能をすることができる。
例えば、本発明の一実施形態に係る光照射装置１００を用いて狭い範囲に光を照射する場合は、第１及び第２の光源３０、４０に光を集光するためのレンズが使用されてもよく、その反対に、本発明の一実施形態に係る光照射装置１００を用いて広い範囲、例えば、部屋全体に光を照射する場合は、光を拡散させるためのレンズが使用されてもよい。例えば、第１の光源３０が傷の部位に直接対応して相対的に狭い領域に照射できるようにし、そして、第２の光源４０が傷の部位及び傷と隣接した部分にまで対応して相対的に広い領域に照射できるように、第１の光源３０及び第２の光源４０に各種レンズがさらに追加的に装着されてもよい。
本実施形態において、制御部５０は、第１の光源３０と第２の光源４０とを同時に又は個別にそれぞれ駆動する。すなわち、第１及び第２の光源３０、４０が同時にオン／オフされてもよく、第１の光源３０と第２の光源４０とのそれぞれが別個にオン／オフされてもよい。また、第１の光源３０及び第２の光源４０からの出射光、すなわち、第１及び第２の光の強度も同時に又は個別に制御されてもよい。但し、制御部５０は、第１の光源３０と第２の光源４０とを駆動するとき、第１の光と第２の光とが所定範囲の時間内に照射する処理が含まれるように第１の光源３０と第２の光源４０を駆動する。
本発明の一実施形態によると、第１の光を所定時間、殺菌しようとする対象に照射し、第２の光を第１の光と同時に又は第１の光の次に照射することができる。これによって、第２の光から得ることができる効果以外にも、第１の光の照射後、未殺菌の病原体が再び増殖することを最大限防止することができる。その結果、第１の光を単独で照射する場合に比べて高い傷治癒効果を得ることができる。本発明の一実施形態では、第１の光と第２の光との照射による傷治癒の相乗効果を得ることができる。このため、第１の光源３０及び第２の光源４０をオン／オフすることで、同時に光を照射する方式、継続的に光を照射する方式、光の強度を順次減少又は増加させる方式、点滅方式、又はこれらを混合した方式などを採用することができる。
図３ａ乃至図３ｆは、本発明の一実施形態に係る光照射装置の駆動方法を示すものであり、第１及び第２の光源をオン／オフする時間を示すグラフである。
図３ａ及び図３ｆにおいて、本発明の一実施形態に係る光照射装置における第１の光をＬ１、第２の光をＬ２とし、時間の経過をＴで示す。
図３ａを参照すると、第１の光源は、第１の時間ｔ１のあいだオンになり第１の光Ｌ１を照射し、第２の光源は、第２の時間ｔ２にあいだオンになり第２の光Ｌ２を照射する。本実施形態において、第２の光Ｌ２が照射される第２の時間ｔ２は、第１の光Ｌ１が照射される第１の時間ｔ１より長くてもよい。第１の光Ｌ１は、傷の部位を殺菌するためのものであるので、傷の部位の殺菌が十分に起こる段階まで照射することができる。第２の光Ｌ２は、赤色乃至近赤外線波長帯域の光であり、傷が治癒されるまでの間、長時間照射されることによって免疫作用を促進することができる。
第１及び第２の光源から照射される第１及び第２の光Ｌ１、Ｌ２の照射時間及び照射時の光量はさまざまに変更することができる。本発明の一実施形態において、第１の光Ｌ１と第２の光Ｌ２の照射は同時に行われてもよく、上述したように、第２の光Ｌ２の照射が第１の光Ｌ１の照射より長時間行われてもよい。第１の光Ｌ１は、総ドーズ量を、殺菌しようとする対象によって人体に無害な範囲内でさまざまな範囲に設定することができる。また、第２の光Ｌ２は、総ドーズ量を、人体に無害な限度、例えば、低温やけどの危険がない限度内に設定することができる。
本実施形態において、第１の光Ｌ１と第２の光Ｌ２の照射頻度及び照射回数が異なっていてもよい。第１の光Ｌ１と第２の光Ｌ２とを照射するとき、第１の光Ｌ１と第２の光Ｌ２との両方を連続的に照射してもよい。しかし、これとは異なり、第１の光Ｌ１を中断することなく連続的に殺菌対象に照射し、第２の光Ｌ２を、連続的に照射せず、不連続的に第１の光Ｌ１と重畳して照射してもよい。
図３ａ乃至図３ｃを参照すると、第１の光Ｌ１及び第２の光Ｌ２の照射が所定期間内に１回行われてもよく、図３ｄ、図３ｅ、及び図３ｆに示すように、第１の光Ｌ１又は第２の光Ｌ２が間隔を置いて複数回照射されてもよい。例えば、図３ｄ及び図３ｆを参照すると、第１の光Ｌ１は、第１の時間ｔ１、第２の時間ｔ２、及び第３の時間ｔ３の３回照射されてもよく、第２の光Ｌ２は、第４の時間ｔ４に照射されてもよい。第１の光Ｌ１は、一定の間隔で周期的に照射されてもよく、又は不規則な間隔で非周期的に照射されてもよい。
図３ｂを参照すると、第１の光Ｌ１及び第２の光Ｌ２の照射時間は、少なくとも一部が重畳してもよい。図示するように、第１の光Ｌ１と第２の光Ｌ２の照射が同一の時点で同時に開始されなくても、第１の光Ｌ１の照射が終了する前に第２の光Ｌ２の照射が行われてもよい。
本発明の一実施形態において、第１の光Ｌ１及び第２の光Ｌ２の照射が開始される時点は互いに異なってもよい。例えば、第１の光Ｌ１及び第２の光Ｌ２は、図３ａ及び図３ｄのように同一の時点で照射が開始されてもよく、図３ｂ、図３ｃ、図３ｅ及び図３ｆのように互いに異なる時点で照射が開始されてもよい。図３ｃは、第１の光Ｌ１より第２の光Ｌ２の照射が先に開始されることを示し、図３ｂ、図３ｅ、及び図３ｆは、第２の光Ｌ２より第１の光Ｌ１の照射が先に開始されることを示す。
図３ｅを参照すると、第１の光Ｌ１及び第２の光Ｌ２は、いずれも３回照射することができる。この場合、第１の光Ｌ１は、第１の時間ｔ１、第２の時間ｔ２、及び第３の時間ｔ３によって照射することができ、第２の光Ｌ２は、第４の時間ｔ４、第５の時間ｔ５、及び第６の時間ｔ６によって照射されてもよい。このような第１及び／又は第２の光Ｌ１、Ｌ２の照射の反復周期及び反復回数は、治癒しようとする対象の種類、総量などによって変更することができる。
本発明の一実施形態において、第１の光Ｌ１は、第２の光Ｌ２が照射される時間と重畳するように照射してもよく、又は、第２の光Ｌ２が照射される時間と重畳しないように照射してもよい。例えば、図３ａ及び図３ｄを参照すると、第２の光Ｌ２が照射される時間において第１の光Ｌ１が重畳して照射されてもよい。図３ｅを参照すると、第１の光Ｌ１が照射される時間と第２の光Ｌ２が照射される時間は互いに重畳せず、それぞれが互いに異なる時間に照射されてもよい。図３ｆを参照すると、第１の光Ｌ１が照射される時間と第２の光Ｌ２が照射される時間が重畳してもよく、又は、第１の光Ｌ１が照射される時間と第２の光Ｌ２が照射される時間が重畳しなくてもよい。図３ｆは、第１の光Ｌ１が照射される第１の時間ｔ１及び第３の時間ｔ３は、第２の光Ｌ２が照射される第４の時間ｔ４と重畳せず、第１の光Ｌ１が照射される第２の時間ｔ２は、第２の光Ｌ２が照射される第４の時間ｔ４と重畳してもよい。
本発明の一実施形態において、第１の光Ｌ１及び／又は第２の光Ｌ２が複数回照射される場合、それぞれ照射が持続される時間は同一又は異なってもよい。例えば、図３ｄ及び図３ｅのように、第１の光Ｌ１が照射される第１の時間ｔ１、第２の時間ｔ２、及び第３の時間ｔ３は互いに同一の値であってもよく、図３ｆのように、第１の光Ｌ１が照射される第１の時間ｔ１、第２の時間ｔ２、及び第３の時間ｔ３は互いに異なる値であってもよい。これは、第２の光Ｌ２の場合についても同様である。
本発明の一実施形態において、第２の光Ｌ２は、第１の光Ｌ１の照射が終了した後、照射が開始されてもよいが、図３ｂ、図３ｅ、及び図３ｆのように、第１の光Ｌ１の照射中、又は照射が終了すると同時に照射が開始されてもよい。これは、第１の光Ｌ１による病原体の殺菌後、未殺菌の菌の再増殖を最大限防止するためである。本発明の一実施形態において、図３ｅのように、第１の光Ｌ１の照射が終了した後に第２の光Ｌ２の照射が開始される場合、第１の光Ｌ１の照射が終了した後、可能な限り速い時間内に第２の光Ｌ２を照射することによって効率的な治癒が可能になる。
本発明の一実施形態に係る光照射装置は、上述したように、第１の光源及び第２の光源を用いて第１の光Ｌ１及び第２の光Ｌ２を照射することによって傷を治癒するので、第１の光Ｌ１と第２の光Ｌ２は皮膚への適用時に互いに異なる侵入深さを有し、これを本発明の一実施形態に係る光照射装置の作動機構と共に説明する。
図４は、本発明の一実施形態に係る光照射装置の作動機構を示す図であり、図５ａ乃至図５ｄは、図４の作動機構を発生順に順次示す概念図である。図４において、本発明の一実施形態に係る光照射装置の第１の光はＬ１、第２の光をＬ２で示す。
図４を参照すると、本発明の一実施形態に係る光照射装置の第１及び第２の光源から照射された光は皮膚に照射される。皮膚は、外部の病原体２０００から身体を保護する役割をし、重層扁平上皮である表皮ＳＫ１、密な結合組織である真皮ＳＫ２、及び緩い結合組織である皮下組織（図示せず）を含んでいる。図３では、説明の便宜のために、表皮ＳＫ１、真皮ＳＫ２、及び真皮ＳＫ２内の血管１１００を主に示す。表皮ＳＫ１は、防水機能を有し、感染からの遮断膜になる。真皮ＳＫ２は、連結組織からなる表皮ＳＫ１の下側の皮膚層であって、緩衝作用を有し、身体を圧力及び張力（ｓｔｒｅｓｓ ａｎｄ ｓｔｒａｉｎ）から保護する。真皮ＳＫ２は、基底膜（ｂａｓｅｍｅｎｔ ｍｅｍｂｒａｎｅ；ＳＫＭ）を通じて表皮ＳＫ１と堅固に結合されている。血管１１００は、表皮ＳＫ１には存在しなく、真皮ＳＫ２に存在する。
皮膚に傷がつく場合、傷を介して病原体２０００が身体に侵入することがある。人体は、皮膚の組織に侵入した病原体２０００に反応し、その結果、免疫細胞によってサイトカイン１２００が分泌される。サイトカイン１２００は、細胞から分泌された後、他の細胞や分泌した細胞自身に影響を与えることができる。例えば、マクロファージの増殖を誘導することがあり、分泌細胞自身の分化を促進することもある。このような過程中で本発明の一実施形態に係る光照射装置によって第１の光Ｌ１及び第２の光Ｌ２が照射されると、傷の治癒が早まるので、これについて図面と共に説明する。
図４及び図５ａを参照すると、皮膚に傷がつくと、その傷の程度によって表皮ＳＫ１が損傷し、又は、表皮ＳＫ１及び真皮ＳＫ２が損傷するおそれがあり、図４では、表皮ＳＫ１と真皮ＳＫ２の一部が損傷した傷を示す。
表皮ＳＫ１と真皮ＳＫ２の一部が損傷すると、損傷した部分を介して病原体２０００が人体内に侵入する。病原体２０００は、傷の周辺に最も多く存在することができ、皮膚の組織へ一部が侵入することがある。
本発明の一実施形態によると、傷を負った部位に第１の光Ｌ１及び第２の光Ｌ２が照射されてもよい。
第１の光Ｌ１と第２の光Ｌ２は、上述したように、互いに異なる波長帯域を有する。第１の光Ｌ１は、波長が相対的に短く、第２の光Ｌ２は、波長が相対的に長い。第１の光Ｌ１と第２の光Ｌ２において、波長によって皮膚への侵入深さに差を有する。第１の光Ｌ１の皮膚への最大侵入深さを第１の距離とし、第２の光Ｌ２の皮膚への最大侵入深さを第２の距離とすると、第２の距離は第１の距離より大きい。図４において、第１の光Ｌ１が侵入することができる領域と第２の光Ｌ２が侵入することができる領域は、それぞれ第１の区域Ａ１と第２の区域Ａ２で表示される。第１の区域Ａ１は、表皮ＳＫ１に位置してもよく、第２の区域Ａ２は、表皮ＳＫ１から真皮ＳＫ２内の該当する領域に位置してもよい。
具体的に、第１の光Ｌ１は、約３７０ｎｍ～約５００ｎｍの波長を有してもよく、約３７０ｎｍ～約４２０ｎｍの波長帯域の光であってもよい。第２の光Ｌ２は、約６１０ｎｍ～約９４０ｎｍの波長を有してもよく、約６１０ｎｍ～約７５０ｎｍ又は約７５０ｎｍ～約９４０ｎｍの光であってもよい。第１の光Ｌ１は、皮膚の表皮ＳＫ１に侵入し、第２の光Ｌ２は、皮膚の表皮ＳＫ１と真皮ＳＫ２にまで侵入することができる。より詳細には、第１の光Ｌ１は、約１ｍｍ以上の皮膚侵入深さを有してもよく、第２の光Ｌ２は、約４．３ｍｍ以上の皮膚侵入深さを有してもよい。また、第１の光Ｌ１の皮膚侵入深さの最大値は約２．５ｍｍであってもよく、これによって、第２の光Ｌ２の皮膚侵入深さ差は約１．８ｍｍ以上であってもよい。
各光の波長による皮膚内への侵入長は、次の表１の通りである。
第１の光Ｌ１は、傷を負った部位の表皮ＳＫ１に作用し、傷の周囲又は傷の周囲で皮膚に侵入した病原体２０００を殺菌する。第１の光Ｌ１は、波長が相対的に短いので、真皮ＳＫ２まで傷を負った場合、真皮ＳＫ２内の病原体２０００を全て殺菌することが難しくなる場合がある。図４及び図５ｂを参照すると、第１の光Ｌ１によって表皮ＳＫ１部分の病原体２０００を殺菌して除去することができるが、真皮ＳＫ２内の病原体２０００の一部が残る場合がある。皮膚組織の免疫システムは、真皮ＳＫ２内に残っている病原体２０００を認知することによって感染したことを確認し、免疫活性物質（例えば、サイトカイン１２００など）を放出する。このような免疫反応を通じて傷を負った部位の血管１１００が拡張され、白血球１１１０やマクロファージなどの免疫のための各細胞が傷の部位に移動することによって炎症機構が活性化される。第２の光Ｌ２は、表皮ＳＫ１から真皮ＳＫ２にまで侵入し、真皮ＳＫ２に作用することによって傷の部位の血管１１００をさらに拡張させることができる。また、第２の光Ｌ２は、拡張された血管１１００から免疫細胞（例えば、白血球１１１０）の移動を促進する。免疫細胞は、傷を負った部位に移動し、侵入した異物、すなわち、病原体２０００を取り込んで除去する。第２の光Ｌ２によって真皮ＳＫ２内の免疫作用が活性化されることによって、第１の光Ｌ１によって未殺菌の病原体２０００が効果的に除去される。図４において、図示していない符号１１２０は赤血球である。
図４及び図５ｃを参照すると、第１の光Ｌ１及び第２の光Ｌ２によって病原体が除去された傷の部位では新しい細胞が生成され、傷の部位が徐々に減少するようになる。
最後に、図４及び図５ｄに示すように、傷を負った部位が再生されて治ることによって、傷が完全に治癒され、拡張された血管１１００が再び収縮される。
本発明の一実施形態に係る光照射装置１００は、皮膚の治療のためにさまざまな形態で具現化することができる。図６ａは、本発明の一実施形態に係る光照射装置１００の平面図であり、図６ｂは、図６ａのＡ－Ａ’線に沿った断面図である。
図６ａ及び図６ｂを参照すると、本発明の一実施形態に係る光照射装置１００は、第１の光源３０、第２の光源４０、及び第１及び第２の光源３０、４０が実装された基板２０を含むことができる。
本実施形態において、第１の光源３０は複数設けられてもよく、第２の光源４０も複数設けられてもよい。しかし、第１及び第２の光源３０、４０の数は、特に限定されるのではなく、第１の光源３０の数は、第２の光源４０の数より多くてもよく、第２の光源４０の数より少なくてもよく、第２の光源４０の数と同一であってもよい。また、本発明の一実施形態によると、第１の光源３０と第２の光源４０は、その数によって、規則的に配列されてもよく、又は不規則的に配列されてもよい。
本発明の一実施形態において、第１の光源３０から第１の光が照射される皮膚の範囲と、第２の光源４０から第２の光が照射される皮膚の範囲とが互いに異なるように第１及び第２の光源３０、４０が配置されてもよい。
本発明の一実施形態において、第１の光は、傷を介して侵入する病原体を殺菌するためのものであるので、相対的に狭い範囲にのみ照射されても十分に殺菌を行うことができる。第２の光は、傷の周囲の血管を拡張させ、免疫機構を活性化させるためのものであるので、傷が形成された領域のみならず、さらに広い領域に照射される必要がある。
このために、第２の光源４０は、第１の光源３０より相対的に広い範囲に照射されるように多数設けられてもよく、広い光指向角を有するように配置されてもよい。第１の光源３０は、第２の光源４０より相対的に狭い範囲に照射されるようにさらに少ない数で設けられてもよく、狭い光指向角を有するように配置されてもよい。又は、装置によって、第１の光源３０及び第２の光源４０の光照射範囲を制御するための追加的な構成要素、例えば、レンズやシェードなどを光照射装置１００にさらに配置できることは明らかである。
図６ａ及び図６ｂに示す実施形態では、基板２０において、皮膚と対向し、第１の光源３０が設けられた領域を第１の領域Ｒ１とし、第２の光源４０が設けられた領域を第２の領域Ｒ２としたとき、第２の領域Ｒ２が第１の領域Ｒ１を囲むことを示す。第１の領域Ｒ１に対応する面は、第２の領域Ｒ２に対応する面より皮膚から遠く離れるように第２の領域Ｒ２の表面から窪んでいてもよい。これによって、第１の領域Ｒ１に設けられた第１の光源３０の周辺の第２の領域Ｒ２は、突出した形態を有し、第１の光源３０から照射された光が、突出した部分によって部分的に遮断されてもよい。これによって、第１の光源３０から照射された光は、突出した部分によって遮断されない部分に進むことができる。その結果、第１の光源３０から照射された光の皮膚に対する照射範囲が相対的に狭くすることができる。第２の光源４０は、第１の領域Ｒ１より突出した部分に配置されるので、相対的に周辺が開放されている状態であり、光の進行方向に対する制限が少ない。したがって、第２の光は、第１の光より相対的に広い範囲の皮膚領域に照射することができる。
本発明の一実施形態において、第１及び第２の光源３０、４０が実装される基板２０が第１の領域Ｒ１及び第２の領域Ｒ２を含み、第１の領域Ｒ１及び第２の領域Ｒ２の形状が変化することを示すが、これに限定されるのではない。例えば、基板２０自体は、平坦であってもよく、特別な形状を有しなくてもよい。また、個別の構成要素、例えば、別途設けられる支持部材などによって第１及び第２の光源３０、４０及び基板２０の配置が変更されてもよい。例えば、基板２０は、平坦な支持部材上に段差なく配置されてもよく、第１及び第２の光源３０、４０は基板２０上に配置されてもよい。又は、段差部が形成された支持部材上に基板２０が置かれ、その上に第１及び第２の光源３０、４０が配置されてもよい。また、本実施形態において、１つの基板２０が用いられることを示すが、基板２０は複数用いられててもよい。
図示されないが、本発明の一実施形態に係る光照射装置１００は、第１及び第２の光源３０、４０と基板２０とを収納するハウジングをさらに含んでもよい。ハウジングには、第１及び第２の光源３０、４０から照射された光が透過する透過窓が設けられてもよく、第１及び第２の光源３０、４０から照射された光は、透過窓を介して人体側に照射されてもよい。
本発明の一実施形態において、制御部は、さまざまな形態、例えば、基板２０上に個別の回路配線として形成されてもよく、個別のチップに形成された後、基板２０上に実装される形態で提供されてもよい。
本発明の一実施形態に係る光照射装置１００は、さまざまな形態で具現され得る。図７ａは、本発明の一実施形態に係る光照射装置１００の平面図で、図７ｂは、図７ａのＢ－Ｂ’線に沿った断面図である。
図７ａ及び図７ｂを参照すると、本発明の一実施形態に係る光照射装置１００は、皮膚や傷の形状や状態に応じて、光が照射される範囲の形状や大きさが異なるように設定することができる。例えば、本実施形態では、光照射装置１００が一方向（図面のＢ－Ｂ’方向）に長く延長されたことを示す。このような形態の光照射装置１００は、腕のように皮膚が一方向に長い場合、傷自体が長く形成された場合に使用することができる。
本実施形態において、基板２０は、中心部に配置され、凹状部分に相当する第１の領域Ｒ１と、第１の領域Ｒ１を囲み、凸状部分に相当する第２の領域Ｒ２と、第１の領域Ｒ１と第２の領域Ｒ２との間に配置され、傾斜した部分に相当する第３の領域Ｒ３とを含んでもよい。第３の領域Ｒ３の傾斜は、内側、すなわち、中心に向かう方向に形成されている。
第１及び第３の領域Ｒ１、Ｒ３には第１の光源３０が配置されてもよく、第２の領域Ｒ２には第２の光源４０が配置されてもよい。第１の光源３０は、凹状部分に配置されてもよく、内側に向かった傾斜に配置されるので、第１の光源３０から照射された光の皮膚照射面積は相対的に狭くすることができる。第２の光源４０は、第１の領域Ｒ１より突出した部分に配置されるので、相対的に周辺が開放されている状態であり、光の進行方向に対する制限が少ない。したがって、第２の光は、第１の光より相対的に広い範囲の皮膚領域に照射することができる。
光照射装置は、上述したようにさまざまな形態で具現され、さまざまな用途で使用することができる。例えば、本発明の一実施形態に係る光照射装置は、照明及び殺菌が必要な場所にさまざまに適用可能であり、特に照明装置として使用されてもよい。例えば、光照射装置は、手術室、病院などの医療施設、公共衛生や個人衛生用照明装置に使用されてもよい。特に、本発明の一実施形態に係る光照射装置は、患者治療の目的で使用することができる。
本発明の光照射装置は、公共施設、公共使用空間及び共同使用製品などに適用することによって公共治療の目的で使用されてもよく、個人施設、個人使用空間及び個人使用製品などに適用することによって個人治療の目的で使用されてもよい。また、本発明の光照射装置は、他の治療装置に付加して使用されてもよく、すなわち、各種光治療器に追加的に装着されてもよい。また、本発明の光照射装置は、所定空間（例えば、チャンバー）をなす壁や天井に装着される照明機器として使用されてもよい。
図８は、従来の発明と本発明の一実施形態に係る光照射装置を用いて傷に光を照射したときの、照射条件による殺菌効果を示したグラフで、図９は、従来の発明と本発明の一実施形態に係る光照射装置を用いて傷に光を照射したときの、照射条件による傷の回復期間を比較したグラフである。
図８において、比較例は、第１の光及び第２の光のうちいずれの光も照射しないものであり、実験例１は、殺菌用紫外線光照射装置を用いて紫外線を照射したものであり、実験例２は、本発明の一実施形態に係る光照射装置を用いて第１の光と第２の光を照射したものである。
比較例、実験例１及び実験例２のために、実験用マウスの背中の毛を除去し、背中部位の１０ｍｍ×１００ｍｍの領域内に鋭いブレードを用いて１０ｍｍの創傷を生成した。このとき、実験用マウスの背中から出血するくらいに真皮層まで切ることによって傷を誘導した。続いて、病原体として、病原性細菌であるメチシリン耐性黄色ブドウ球菌（Ｍｅｔｈｉｃｉｌｌｉｎ－ｒｅｓｉｓｔａｎｔ Ｓｔａｐｈｙｌｏｃｏｃｃｕｓ ａｕｒｅｕｓ；ＭＲＳＡ）を接種した。その後、指定された日に傷の部位の組織を採取し、細菌数を確認し、傷の長さを測定した。実験例１で使用された光源は紫外線光源であって、紫外線波長は２５４ｎｍで、ドーズ量は１５０ｍＪ／ｃｍ２であった。実験例２で使用された第１の光源の波長は４１０ｎｍで、ドーズ量は１２０Ｊ／ｃｍ２であり、第２の光源の波長は８５０ｎｍで、ドーズ量は６０Ｊ／ｃｍ２であった。実験例１及び実験例２の光は、いずれも３日連続して合計３回照射された。表２は、従来の発明と本発明の一実施形態に係る光照射装置を用いて傷に光を照射したときの、照射条件による殺菌効果を細菌数として示すものであり、細菌数は対数スケールで作成した。
表２及び図８を参照すると、何ら光を照射していない比較例は、１４日が経過しても細菌数が減少せず、むしろその間に細菌数が非常に増加する様子を示した。特に、傷によって細菌に感染してから１日目から７日目程度まで持続的に細菌数が増加し、時間がさらに経過した後、細菌数が再び減少する様子を示した。１日目から７日目程度まで持続的に細菌数が増加した理由は、傷及び傷の部位で細菌が死滅せずに増殖した結果であると判断される。その後、免疫作用によって細菌の一部が死滅することによって、細菌数が減少したと見なせる。実験例１の場合、傷に紫外線を照射することによって、第１日目に細菌数が減少することを確認することができた。紫外線により、皮膚での殺菌効果があると見なせる。しかし、１日目以降、３日目から７日目に再び細菌数が増加することを確認することができる。これは、このような紫外線を用いて皮膚を殺菌する場合、紫外線によって皮膚表面に近い表皮一部の細菌は死滅するが、表皮の内側及び真皮に位置する細菌は死滅せずに残ってから再増殖するためであると見なせる。紫外線の場合、皮膚内への侵入深さが非常に浅いので、表皮の内側及び真皮に位置する細菌を十分に死滅させることが難しい。
実験例２の場合、時間の経過と共に持続的に細菌数が減少する様子を示す。これは、第１の光によって表皮での細菌の殺菌が起こると同時に、免疫作用の促進によって表皮の内側及び真皮での細菌の殺菌が共に起こるためであると解釈される。
表３は、従来の発明と本発明の一実施形態に係る光照射装置を用いて傷に光を照射したときの、照射条件による傷の回復期間を示すものであり、時間の経過による傷の長さを示す。
表３及び図９を参照すると、何ら光を照射していない比較例においては、１４日が経過しても傷の回復が非常に遅く現れた。実験例１の場合、比較例よりは傷の回復が早く現れたが、依然として傷の回復が遅く、１４日目でも約５０％の回復に留まった。
実験例２の場合、比較例及び実験例１に比べて非常に速い回復速度を示し、１４日目には、創傷の長さが０ｍｍとなり、傷が完全に治癒された状態を示した。実験例２の場合、殺菌に加えて、血流改善による免疫作用及び皮膚再生作用が促進されたと判断される。
このように、上述した本発明の一実施形態に係る光照射装置は、傷の殺菌効果はもちろん、傷の治癒期間を著しく減少させることを確認することができる。
以上では、本発明の好適な実施形態を参照して説明したが、該当の技術分野で熟練した当業者又は該当の技術分野で通常の知識を有する者であれば、後述する特許請求の範囲に記載の本発明の思想及び技術領域から逸脱しない範囲内で本発明をさまざまに修正及び変更可能であることを理解できるだろう。
したがって、本発明の技術的範囲は、明細書の詳細な説明に記載の内容に限定されるものではなく、特許請求の範囲によって定められるべきであろう。
Claims (20)
- 傷を負った皮膚に光を照射する光源部と、
前記光源部を制御する制御部と、を含み、
前記光源部は、
基板と、
前記基板上に設けられ、青色波長帯域の第１の光を照射する少なくとも１つの第１の光源と、
前記基板上に設けられ、赤色乃至近赤外線波長帯域の第２の光を照射する少なくとも１つの第２の光源と、を含み、
前記第１の光及び前記第２の光は、波長に応じて互いに異なる皮膚侵入深さを有し、前記第１の光の皮膚侵入深さと前記第２の光の皮膚侵入深さとの差は約１．８ｍｍ以上である光照射装置。 - 前記第１の光は、約１．０ｍｍ以上の皮膚侵入深さを有する、請求項１に記載の光照射装置。
- 前記第２の光は、約４．３ｍｍ以上の皮膚侵入深さを有する、請求項２に記載の光照射装置。
- 前記第１の光は、約３７０ｎｍ～約５００ｎｍの波長帯域の光である、請求項１に記載の光照射装置。
- 前記第１の光は、約３８５ｎｍ～約４３５ｎｍの波長帯域の光である、請求項４に記載の光照射装置。
- 前記第２の光は、約６１０ｎｍ～約９４０ｎｍの波長帯域の光である、請求項４に記載の光照射装置。
- 前記第１の光と第２の光は、所定の時間、同時に照射される、請求項１に記載の光照射装置。
- 前記第１の光は第１の時間照射され、前記第２の光は、前記第１の時間より長い第２の時間照射される、請求項１に記載の光照射装置。
- 前記第２の光は、前記第１の光の照射が終了する前に照射が開始され、前記第１の時間と前記第２の時間の少なくとも一部は、互いに重畳する期間を有する、請求項８に記載の光照射装置。
- 前記第２の光は連続的に照射される、請求項９に記載の光照射装置。
- 前記第１の光は不連続的に照射される、請求項７に記載の光照射装置。
- 前記第１の光及び前記第２の光のうち少なくとも一方は周期的に照射される、請求項７に記載の光照射装置。
- 前記光照射装置は治療用である、請求項１に記載の光照射装置。
- 前記第１の光の前記皮膚への照射範囲は、前記第２の光の前記皮膚への照射範囲より小さい、請求項１に記載の光照射装置。
- 前記基板は、前記皮膚と対向し、前記第１の光源が設けられた第１の領域と、前記第２の光源が設けられた第２の領域と、を含み、前記第２の領域は前記第１の領域を囲む、請求項１４に記載の光照射装置。
- 前記第１の領域に対応する面は、前記第２の領域に対応する面より前記皮膚から遠くなるように設けられている、請求項１５に記載の光照射装置。
- 青色波長帯域の第１の光を照射する少なくとも１つの第１の光源と、
赤色乃至近赤外線波長帯域の第２の光を照射する少なくとも１つの第２の光源と、
前記第１及び第２の光源を制御する制御部と、を含み、
前記第１の光及び前記第２の光は、波長に応じて互いに異なる皮膚侵入深さを有し、前記第１の光の皮膚侵入深さと前記第２の光の皮膚侵入深さとの差は約１．８ｍｍ以上である光照射装置。 - 前記第１の光は約０．８ｍｍ以上の皮膚侵入深さを有し、前記第２の光は約４．３ｍｍ以上の皮膚侵入深さを有する、請求項１７に記載の光照射装置。
- 前記第１の光は、約３７０ｎｍ～約５００ｎｍの波長帯域の光である、請求項１８に記載の光照射装置。
- 前記第１の光は第１の時間照射され、前記第２の光は、前記第１の時間より長い第２の時間照射される、請求項１７に記載の光照射装置。
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