JP4433976B2

JP4433976B2 - 小型光線治療器

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Publication number: JP4433976B2
Application number: JP2004307975A
Authority: JP
Inventors: 俊一鈴木; 隆志本池
Original assignee: Ushio Denki KK
Current assignee: Ushio Denki KK
Priority date: 2004-10-22
Filing date: 2004-10-22
Publication date: 2010-03-17
Anticipated expiration: 2024-10-22
Also published as: JP2006116115A

Description

本発明は患部に赤外線を照射するハンディタイプの光線治療器に関する。

患部に近赤外線を照射する、いわゆる光線治療器が、例えば特開２００３−１１７００７号などに知られている。
この治療器は、光源を含む治療器本体からアームが伸びるように構成されて、光源からの放射光が、ファイバーで導かれてアーム先端に装着されたプローブから放射される。
しかし、装置本体は、大型であるため治療現場において設置場所を占有してしまう。また、アームの上下動も大きな空間を占めるため、他の機器と接触しないように余裕ある機器配置をしなければならなかった。
また、顧客からは、フルパワーの光出力で治療するだけではなく、光出力を低減させて使いたいというニーズも多い。
特開２００３−１１７００７号

この発明が解決しようとする課題は、小型ハンディタイプであり、かつ、光出力が可変できる光線治療器を提供することである。

上記課題を解決するために、この発明に係る光治療装置は、フィラメント光源を収納して、ライトガイドを介して波長６００〜１８００ｎｍの赤外線を放射するハンディタイプの照射器と、フィラメント光源に対する給電装置よりなり、前記給電装置は、前記フィラメント光源に対して、所定の基準電流値（Ｉｓ）で一定制御する基準点灯モード（Ｍｓ）と、当該基準電流値（Ｉｓ）より低い電流値（Ｉｃ）で一定制御する調光点灯モード（Ｍｃ）を有し、当該調光点灯モード（Ｍｃ）が選択された場合に、点灯始動からの所定時間（Ｔ_０）、電流値（Ｉｃ）に、電流値（Ｉｃ）との合計値が、前記基準点灯モード（Ｍｓ）の基準電流値（Ｉｓ）の±１０％以内となる量である電流量（Ｉ_０）を重畳させることを特徴とする。

さらに、重畳される電流量（Ｉ_０）は、電流値（Ｉｃ）との合計値が、前記基準点灯モード（Ｍｓ）の基準電流値（Ｉｓ）と等しくなるべき量であることを特徴とする。

さらに、調光点灯モード（Ｍｃ）において、電流量Ｉ_０（Ａ）が重畳されるべき時間Ｔ_０（ｍ秒）は、以下の条件を満たすことを特徴とする。
Ｔ_０≧−１１８＊（Ｉｓ−Ｉｃ）＋３００

請求項１に係る発明によれば、電流値を低減させた調光点灯モード（Ｍｃ）において、点灯始動からの所定時間は電流量を重畳させるため、光出力の立ち上がり遅延を防止できる。

請求項２に係る発明によれば、調光点灯モード（Ｍｃ）において、点灯始動時に重畳させる電流量を、そのモードの電流値との合計において、基準点灯モード（Ｍｓ）の基準電流値と等しくなることで、回路構成が簡易にできる。

請求項３に係る発明によれば、調光点灯モード（Ｍｃ）において、重畳される電流Ｉ_０（Ａ）と重畳すべき最低限の時間Ｔ_０（ｍ秒）を規定することで、光出力の立ち上がりを防止できるとともに、最低の重畳電流時間により駆動できる。

図１は本発明の光治療装置の全体構造を示す。
本体ケース１０は、合成樹脂にて射出成形され、前ケース１１と後ケース１２の２分割構造で形成される。後ケース１２の下方に握り部が一体的に形成されて、装置は全体として小型軽量なハンディタイプとなる。
また、後ケース１２の後方には、スリット状の冷却風吸入孔１３が形成され、この冷却風吸引孔１３の手前に冷却ファン１４が配置される。冷却ファン１４が作動すると冷却風が吸引されて本体ケース１０の内部に流れる。
また、前ケース１１と後ケース１２は、係合部１５においてワンタッチ式にかみ合う構造になっている。
前ケース１１の先端にはライトガイド２３が装着される。このライトガイド２３は、直径１５０μｍの光ファイバーを約２０００本束ねたものであり、前ケース１１に着脱自在となる。

光源部は、フィラメントランプ１と金属製反射ミラー２０（以後、単に「反射ミラー」ともいう）より構成される。反射ミラー２０の首部では、フィラメントランプ１の封止部が接着剤などで保持される。フィラメントランプ１はシングルエンド型ランプであり、例えば、定格１３．５Ｖ、４５Ｗのハロゲンランプが採用される。

図２はフィラメントランプ１の拡大図を示す。
石英を主成分とするガラス製の発光管１ａよりなり、一端に封止部１ｂが形成されるとともに、他に排気管残部２が形成される。発光管１ａ内では発光部を構成する一つもしくは複数のフィラメントコイル３が当該発光管の管軸に水平に配置されている。フィラメントコイル３はサポータ４によって支持されている。発光管１ａ内には、例えば、不活性ガスとハロゲン化合物が封入されている。封止部１ｂには金属箔５が埋設されてサポータ４と外部リード６の電気的接合を構成する。金属箔５はモリブデンによりなる。フィラメントランプ３は、赤外線、具体的には波長３００〜３０００ｎｍを超える範囲の光を放射する。

図１に戻り、反射ミラー２０は、例えば、アルミニウムよりなり、略お椀状の反射部２０ａと首部２０ｂより構成され、反射部２０ａによりフィラメントランプ１の放射光を全て前方に向けて反射する。
反射ミラー２０の首部２０ｂには、例えば、ポリアミド系接着剤を充填することでフィラメントランプ１を保持している。首部２０ｂにはセラミック製口金などを装着されておらず、また、反射ミラー２０の後部には当該反射ミラーを保持するための特別の部材も存在しない。
フィラメントランプ１から伸びる給電線は握り部に内蔵された電気回路（図示略）に接続される。この電気回路はプッシュスイッチ２４、発光確認のＬＥＤなどを含む簡単な回路である。
反射ミラー２０は、前面開口が金属製ブロック２１に密着して取り付けられる。金属製ブロック２１は、熱容量を有するものであり、フィラメントランプ１から放射される赤外線を吸収する。
なお、図示略ではあるが、プッシュスイッチ２４と同様に、基準点灯モード（Ｍｓ）と調光点灯モード（Ｍｃ）のいずれかを選択するとともに、調光点灯モード（Ｍｃ）においてはそのレベルを選択できる選択スイッチが設けられる。また、後述するように、光照射を連続的に患部に照射する場合と、断続的に照射する場合があり、これらの照射形態を選択するスイッチも設けられる。しかし、これらスイッチは本体ケース１０に設けることに限定されるわけではなく、後述する給電装置に設けることもできる。
この光治療装置は、例えば３〜１０分間程度、ライトガイド２３の先端を患部に向けて光照射する。

図３は本発明に係る光治療装置の給電装置を示す。この給電装置は基本的に前記本体ケース１０の握り部に内蔵されるのではなく、本体ケース１０とは別途に設置される、例えば箱状のものであって、給電線により本体ケース１０と接続される。従って、光治療装置は本体ケース１０（光治療器）と給電装置より構成される。
交流電源３０に、スイッチ２４、ＤＣ電源３１、スイッチング回路３２、平滑回路３３、スイッチ３９、電流検出回路３４、ランプ１が順に接続される。また、スイッチング回路３２には制御回路３５、比較回路３６、設定回路３７、選択スイッチ３８が接続される。
ＤＣ電源３１は、ダイオード、コンデンサなどの整流平滑回路が内蔵されており、例えば１００Ｖの交流電源を直流電源に変換する。
スイッチング回路３２は、ＦＥＴなどのスイッチング素子を有しており、ＤＣ電源３１から供給される直流出力を高周波の交流に変換する。
平滑回路３３は、高周波交流を再び直流に変換し出力する。スイッチング回路３２、平滑回路３３、電流検出回路３４によって定電流回路が構成される。一例を挙げると、１２Ｖ、２．６３Ａの直流電流を出力する。
電流検出回路３４は、例えばシャント抵抗から構成され、ランプ１に流れる電流を検出する。
制御回路３５は、前記スイッチング回路３２に内蔵されるスイッチング素子をオン・オフ駆動するものための信号を発信する回路であり、パルス幅変調回路が内蔵されて所望の間隔で信号を発する。所望の間隔とは電流検出回路３４による電流信号と基準値を比較器３６において比較してフィードバック制御する。
図において点線で囲まれた部分が給電装置を構成するが、これら構成は限定されるものではなく、例えば、本体ケース１０に一部の機能を内蔵させるなどの変更は可能である。

選択スイッチ３８は、基準点灯モード（Ｍｓ）あるいは調光点灯モード（Ｍｃ）のいずれかを選択するスイッチであり、さらに、調光点灯モード（Ｍｃ）については、調光レベルに応じて、例えば９段階のレベル選択ができる。
設定回路３７は、選択されたモードやレベルに対応して、比較回路３６に所定の信号を出力する。このとき、調光点灯モード（Ｍｃ）が選択された場合は、点灯始動時の所定時間Ｔ０は出力信号が通常時の信号よりも高くなるよう制御される。この点は後述する。
具体的に言うと、選択スイッチ３８により基準点灯モード（Ｍｓ）が選択されると、設定回路３７から、基準電流値（Ｉｓ）、例えば２．６３Ａに相当する信号が出力され、比較回路３６では、この信号と電流検出回路３４からの出力信号を比較することで電流値を２．６３Ａに維持する定電流制御が行われる。
調光点灯モード（Ｍｃ）は、電流値を変化させた、例えば９段階のレベルが用意される。一例をあげると、電流値（Ｉｃ）が１．５３Ａ、１．８１Ａ、１．９６Ａ、２．１３Ａ、２．２４Ａ、２．３３Ａ、２．４２Ａ、２．４９Ａ、２．５６Ａのいずれかとなる段階であり、いずれも基準電流値（Ｉｓ）よりも低い電流値になっている。
例えば、電流値（Ｉｃ）が１．５３Ａとなるべきレベルが選択された場合、設定回路３７は１．５３Ａに相当する信号を比較回路３６に送信し、比較回路３６と制御回路３５によって、電流値（Ｉｃ）が１．５３Ａに維持されるような定電流制御が行われる。ただし、後述するが、点灯始動時は電流が重畳されるため、１．５３Ａではない。

従って、光治療を行う場合、通常は基準点灯モード（Ｍｓ）が選択されるが、光出力を低減させたい場合は、選択スイッチ３８により所望のレベルが選択される。
もちろん、これら基準電流値（Ｉｓ）、調光点灯モード（Ｍｃ）の電流値（Ｉｃ）、調光点灯モード（Ｍｃ）のレベル数は、適宜設計できるものであって、上記数値は一例にすぎない。
ここで、本発明に係る光治療装置は、調光点灯モード（Ｍｃ）が選択された場合、点灯始動時の所定時間、そのレベルの電流値（Ｉｃ）に対して所定の電流量（Ｉ_０）を重畳させる。調光点灯モード（Ｍｃ）は電流値が低いため、光出力の立ち上がりが遅いからである。

図４は、基準点灯モード（Ｍｓ）と調光点灯モード（Ｍｃ）の光出力の立ち上がりを比較するための概念図であり、縦軸は安定状態を１００％とした光出力の相対値を示し、横軸は点灯始動からの時間を示す。
基準点灯モード（Ｍｓ）は時間ｔｓにおいて、安定時の光出力にほぼ到達するのに対し、調光点灯モード（Ｍｃ）では時間ｔｓよりも遅れた時間ｔｃにおいて安定時の光出力にほぼ達する。この原因はランプに供給される電流が小さいため、フィラメントの温まりが遅くなるからである。
数値例をあげると、基準点灯モード（Ｍｓ）（２．６３Ａ）の光出力の立ち上がりは約６００ｍｓであるのに対し、調光点灯モード（Ｍｃ）（１．５３Ａ）の光出力の立ち上がりは約２秒となる。
この光出力の立ち上がり遅延は次の問題を招く。すなわち、光治療装置の使用方法は、患部に連続的に照射する方法と、特定の時間間隔で断続的に照射する方法が存在する。後者の場合は、数秒の照射と数秒の非照射を繰り返しながら治療を行う。しかし、光出力の立ち上がりが遅いと、数秒の照射では十分な量を得ることができず、何回照射させても不完全な治療となりかねない。また、連続照射も含めて、立ち上がり時において光が放射されていないとの勘違いを招き、特に、家庭用で一般消費者が使用する場合は故障として扱
われかねない。
このため、本発明では光出力の立ち上がり遅延防止のために、初期点灯時に電流を重畳させている。
因みに、連続照射と断続照射の選択は図示略の切替手段で行われ、断続照射が選択された場合にスイッチ３９にてオン、オフ動作が行われる。断続照射は所定の時間間隔で行われる。一例をあげると、１秒照射と９秒休止の繰り返しや、２秒照射と８秒休止の繰り返しである。スイッチ３９のオン、オフ制御機能は図３においては省略されている、断続照射の場合は、連続的に続く‘照射と休止’のサイクルにおいて、各照射のタイミングごとに電流の重畳が行われることとなる。前記の例では、１秒の照射の毎に、その最初の１００〜３００ｍｓで電流が重畳されている。

調光点灯モード（Ｍｃ）において、その電流値（Ｉｃ）に重畳させるべき電流量（Ｉ_０）は、両電流の合計（Ｉｃ＋Ｉ_０）が基準点灯モード（Ｍｓ）における基準電流値（Ｉｓ）に等しくなるよう設定されることが望ましい。基準点灯モード（Ｍｓ）における光出力の立ち上がり時間（ｔｓ）は、使用者にとって許容される範囲に設定されているからであり、基準点灯モード（Ｍｓ）の基準電流値（Ｉｓ）に一致させることは電気回路の設計面においても容易だからである。
具体的に言えば、基準点灯モード（Ｍｓ）の基準電流値（Ｉｓ）が２．６３Ａの場合に、電流値１．５３Ａのレベルの調光点灯モード（Ｍｃ）が選択された場合、重畳させるべき電流量（Ｉ_０）は、その差１．１０Ａ（２．６３−１．５３）となり、この１．１０Ａを点灯始動時の所定時間、重畳させることになる。あるいは、基準点灯モード（Ｍｓ）の基準電流量が同じく２．６３Ａの場合、電流値１．８１Ａのレベルの調光点灯モード（Ｍｃ）が選択された場合は、その差０．８２Ａ（２．６３−１．８１）を点灯始動時に重畳させることとなる。
これにより、調光点灯モード（Ｍｃ）を選択した場合であっても、光出力の立ち上がりを基準点灯モードと同じにすることができ、すなわち、著しい立ち上がり遅延という問題を解決することできる。

なお、重畳させる電流量（Ｉ_０）は基準点灯モード（Ｍｓ）の電流値（Ｉｓ）に一致させることに限定されない。光出力の立ち上がり遅延が許容できる範囲であり、かつ、その他の弊害が生じなければ、基準点灯モード（Ｍｓ）と異なる電流値になるように重畳すべき電流量を設定することもできる。ここで、その他の弊害とは、例えば、重畳電流があまりに大きい場合にフィラメントに必要以上の負荷を与えることなどが考えられる。
なお、重畳させる電流量（Ｉ_０）は、重畳後の電流値（Ｉｃ＋Ｉ_０）が基準電流値（Ｉｓ）の±１０％ぐらいになることが望ましい。

図５は、調光点灯モード（Ｍｃ）における重畳電流（Ｉ_０）と重畳時間（Ｔ０）のレベルごとの一例を示す。
レベル１〜９は調光点灯モード（Ｍｃ）のレベルであり、レベル１０は基準点灯モード（Ｍｓ）を表す。レベル１は定常点灯時に電流値１．５３Ａで定電流点灯されるものを意味しており、もっとも光出力の小さい（調光による低減率の高い）点灯モードであって、以下、レベル２から９にむかい定常点灯時の電流値が高いレベルになっている。
電流Ｉｃは定常（安定）点灯時の電流値を示し、各レベルにおいては、この電流値を基準に定電流制御されることになる。
電流Ｉ_０は点灯始動時に重畳される電流量を示し、時間Ｔ_０は電流Ｉ_０が重畳されるべき最低の時間を示す。
具体的に説明すると、レベル１０は基準点灯モード（Ｍｓ）であり、所定の立ち上がり時間ｔｓを経て、「２．６３Ａ」に相当する光出力Ｌ_１０が放射される。
また、レベル１は、本来ならば所定の立ち上がり時間ｔｃ１を経て、「１．５３Ａ」に相当する光出力Ｌ１を放射すべきはずであるが、本発明では、点灯開始時に基準電流値（２．６３Ａ）との差「１．１０Ａ」を重畳電流Ｉ_０として重畳させているため、立ち上がり時間を基準電流値（レベル１０）と同じｔｓにすることができる。この場合、重畳電流Ｉ_０を重畳すべき時間Ｔ_０は最低１８０ｍｓということを意味する。
また、レベル２は、本来ならば所定の立ち上がり時間ｔｃ２を経て、「１．８１Ａ」に相当する光出力Ｌ２を放射すべきはずであるが、本発明では、点灯開始時に基準電流値（２．６３Ａ）との差「０．８２Ａ」を重畳電流Ｉ_０として重畳させているため、立ち上がり時間を基準電流値（レベル１０）と同じｔｓにすることができる。この場合、重畳電流Ｉ_０を重畳すべき時間Ｔ_０は最低２００ｍｓということになる。
同様に、レベル３〜９においても、各々表示された時間Ｔ_０だけ、表示された電流Ｉ_０を重畳させることで、光出力の立ち上がり時間を基準点灯モードと同じ時間にすることができる。
以上のように、この実験では、調光点灯モード（Ｍｃ）における各レベルの定常点灯時の電流Ｉｃが設定されたときに、光出力の立ち上がり時間を、レベル１０（基準点灯モード（Ｍｓ））の光出力の立ち上がり時間と同じにするために必要な最低の時間Ｔ_０を測定している。

図６は、図５に示す電流Ｉ_０と時間Ｔ_０の関係をプロットしたグラフを示す。縦軸に重畳電流Ｉ_０、横軸に重畳時間Ｔ_０を示している。
図より、近似線として、「重畳時間Ｔ_０＝−１１８．８１＊（重畳電流Ｉ_０）＋３０１」が導き出せ、誤差などを考慮して「重畳時間Ｔ_０＝−１１８＊（重畳電流Ｉ_０）＋３００」と規定できる。また、重畳電流Ｉ_０は、‘基準電流値Ｉｓ’−‘そのレベルの電流値Ｉｃ’となる。
従って、調光点灯モード（Ｍｃ）で点灯する場合に、初期点灯開始時の電流値を基準点灯モード（Ｍｓ）の電流値に設定する場合、上記関係式で導き出せる時間Ｔ_０を最低限必要な重畳時間とすればよいことがわかる。
例えば、調光段階をアナログ的に任意に設定できる場合であっても、基準電流値Ｉとの差を重畳電流Ｉ_０として、上記関係式で導き出せる時間を重畳時間とすることで光出力の立ち上がり遅延を防止することができる。
なお、上記公式の場合、重畳電流I_０（Ｉｓ−Ｉｃ）が‘２．５４Ａ’より大きくなると、重畳時間Ｔ０はマイナスになってしまう。この場合は、基準点灯モードＭｓの基準電流値Ｉｓと調光点灯モードＭｃの電流値Ｉｃの差が‘２．５４Ａ’より大きくなってはいけないことを意味する。

本発明に係る発明の光治療装置の全体構造を示す。本発明に係るフィラメントランプの全体構造を示す。本発明に係る光治療装置用の電気回路を示す。光出力の立ち上がりを示す。調光点灯モード（Ｍｃ）の重畳電流と重畳時間を示す。調光点灯モード（Ｍｃ）の重畳電流と重畳時間を示す。

符号の説明

１フィラメントランプ
１０本体ケース
１１前ケース
１２後ケース
２０反射ミラー
２３ライトガイド
３０交流電源
３１ＤＣ電源
３２スイッチング回路
３３平滑回路
３４電流検出回路
Ｉ０重畳される電流
Ｔ０重畳時間

Claims

フィラメント光源を収納して、ライトガイドを介して波長６００〜１８００ｎｍの赤外線を放射するハンディタイプの照射器と、フィラメント光源に対する給電装置よりなる光治療装置において、
前記給電装置は、前記フィラメント光源に対して、
所定の基準電流値（Ｉｓ）で一定制御する基準点灯モード（Ｍｓ）と、当該基準電流値（Ｉｓ）より低い電流値（Ｉｃ）で一定制御する調光点灯モード（Ｍｃ）を有し、
当該調光点灯モード（Ｍｃ）が選択された場合に、点灯始動からの所定時間（Ｔ_０）、電流値（Ｉｃ）に、電流値（Ｉｃ）との合計値が、前記基準点灯モード（Ｍｓ）の基準電流値（Ｉｓ）の±１０％以内となる量である電流量（Ｉ_０）を重畳させることを特徴とする光治療装置。