JP4904959B2 - 光線治療器 - Google Patents

Description

光線治療器に関し、詳しくは、キセノンクロライド（ＸｅＣｌ）エキシマ光を放射するエキシマランプや紫外線放射の蛍光体を具えた蛍光灯を用いた光線治療器に関する。

皮膚疾患に対する治療方法はさまざまであるが、もっとも一般的なものは外用療法であり、いわゆる塗り薬を患部に塗布する。しかし患部に塗られた薬は、患部以外の正常な他部位や他人にも接触する可能性があるため、それほど強い効果のものは使用されない。他人への接触を回避する方法として、内服療法があるが、これは本人の正常な他部位により強い影響を及ぼす可能性が強く、やはり強い効果をもつ薬は使用できない。

皮膚治療の別手法の一つに光線治療がある。これは患部のみに特定波長の光線を照射し、その波長特異性による効果を患部に与えることにより治療する方法である。皮膚表面からの光照射であるため、皮膚の深いところには効果的な作用を与えにくい欠点はあるが、上記の外用療法や内服療法に示すような、患部以外への影響や他人への影響はほとんど無視できる特長を有する

種々の光線治療器が開発されているが、以下に代表的な例を示す。ニキビ治療用の光線治療器が開発されている。これはニキビの原因となる雑菌の働きを活性酸素により抑制する治療方法であり、皮膚上に存在するPT−９と呼ばれる細菌に６３０ｎｍ付近の光を照射し、活性酸素を作り出す働きを強める機構を利用している。また乾癬や白斑などアレルギー性皮膚疾患治療用の光線治療器も開発されている。これはＵＶ−B（２８０〜３２０ｎｍ）の紫外線を照射し、アレルギー症状の原因となるＴ細胞の働きを抑制する機構を利用している。

ＵＶ−Ｂ光を利用する光線治療器は例えば特開２００４−３５０９４６号（特許文献１）やＷＯ０３／０２４５２６号（特許文献２）に開示されている。ＵＶ−Ｂ光源として前者は蛍光灯を用い、後者はキセノンクロライド（ＸｅＣｌ）エキシマランプを用いている。

光線治療器など医用電気機器の安全性は、JIS規格のJIS T 0601−1により多項目にわたり厳しく規定されている。そのうち温度に関しては、「周囲温度１０℃〜４０℃にわたって、正常な使用時に患者に短時間接触する可能性のある機器の部分は５０℃を越える温度になってはいけない」「患者に熱を与えることを意図しない機器の装着部の表面温度は４１℃を超えてはならない」と規定されている。

一般的な光線治療器は、おおまかには電源部と光照射部からなる。電源部は、コンセントなどから電力を給電する給電部と、光源を点灯するための適切な周波数・電圧・電流・電力を供給する点灯電源部と、点灯スイッチや照射時間を入力する入力部と、点灯電源からの出力を照射時間だけに制限したり異常時の出力を停止したりする制御部などからなる。

光照射部は光源と、配光用ミラーと、異常検知用のセンサーなどからなる。ミラーにより配光された光は、筐体の光透過窓を経て、皮膚に放射される場合もしくは、光ファイバーを経て、皮膚に放射される場合が一般的である。光ファイバーを用いた例は特表２００４−５０５７３４号（特許文献３）に開示されている。このとき、光透過窓や光ファイバー出射面は皮膚患部に直接接触する場合もあれば、皮膚患部とは距離をおいて配置される場合がある。

ＪＩＳＴ0601−1の安全規格により、前者の場合、光透過窓は４１℃以下に規定され、後者の場合では５０℃以下に規定されることになる。皮膚温度や周囲温度との差異は数℃〜１０℃程度と小さく、高価な温度検知手段でも誤差が１℃程度ある実情では、精度良い温度検知は非常に困難であるのが実情である。

皮膚患部と直接接触する部分の温度を測定する光線治療器は、例えば特開２００１−３１４４１９号（特許文献４）や特開２００２−２５３５７３号（特許文献５）などに開示されている。
特開２００４−３５０９４６号公報 ＷＯ０３／０２４５２６号公報 特表２００４−５０５７３４号公報 特開２００１−３１４４１９号公報 特開２００２−２５３５７３号公報

以下では、光透過窓を用いる光線治療器を中心に話を進める。なぜなら、光ファイバーを用いる光線治療器では、主たる熱源である光源からの熱は、ほとんど光ファイバー出射面にまで到達せず、温度規格はほとんど課題にならないからである。このように温度安全性に関しては光ファイバーの方が優位であるが、大口径の光ファイバーは高価であり、広い照射面積を必要とする光線治療器では光透過窓を用いる方が優位である。

また、エキシマランプを光源とした光透過窓をもつＵＶ−Ｂ光線治療器を例として述べる。もちろん光源としてはメタルハライドランプなどの高輝度放電灯など、他の光源でも同様である。また他の波長域を利用する光線治療器についても同様であることは言うまでもない。

一般的な従来の光線治療器の光照射部５０を図１３に示すが、光源５０ａと配光用のミラー５０ｂと光透過窓５０ｃ、光照射部５０を冷却する空冷用ファン５１を具え、ミラー５０ｂと光源５０ａ全体は筐体６０で覆われる。６０ａ、６０ｂ、６０ｃは通風開口である。キセノンクロライド（ＸｅＣｌ）エキシマランプやメタルハライドランプやキセノンランプのような放電ランプからの光は、全立体角方向に放射する。これらの光を照射すべき一方向に方向づけるため、ミラー５０ｂが配置される。患者や操作者が光源に直接触れることは危険である。光線治療器は強力な光線を放射させるため、ランプには比較的大きな電力が供給され、光源自身が５０℃以上になっており、火傷の危険性がある。さらにはランプの電極に触れることによる感電などの電気事故の危険性もある。よって光源と患部との間には光透過窓となる光透過性の保護部材を配置することが必須である。この保護部材はガラスや樹脂などの絶縁性であることが好ましい。

光源から放射される光は、ほぼすべてこの光透過性保護部材を通して皮膚患部へと照射されるが、治療用の波長域の放射だけでなく、熱線も同様に光透過性保護部材へと集中する。ミラーは光反射率が高いアルミニウムなどがよく用いられるが、熱線も同様によく反射する。しかしガラスや樹脂などの光透過性保護部材は熱線を比較的吸収するため、結果的に光源により効果的に加熱されてしまう。

光照射部内にファンなどの冷却部材を配置することにより、光源やミラーとともに光透過窓を冷却することが一般的である。この冷却により安全規格を満足させている。

異常により光透過窓温度が安全規格値を超えると、低温火傷などの危険性が飛躍的に増加する。そのため光透過窓もしくはその近辺の温度を検知する光線治療器が、特開２００１−３１４４１９号（特許文献４）や特開２００２−２５３５７３号（特許文献５）に開示されている。しかし、光透過窓温度が安全規格値を超えたことを検知し、光源への電力供給を停止しても、光源やミラーに蓄熱された熱により、光透過窓温度が安全規格値を超える状態が長時間継続してしまう状況が発生した。

そこで、本発明の解決する課題は、患者や光線治療器の操作者にとって電気的・熱的に安全な光線治療器を提供することであり、感電や火傷の危険性のない光線治療を可能とすることである。

上記課題を解決するために、請求項1に記載の発明は、光源と、ミラーと、光源と患部を隔離する光透過窓と、該光源と該ミラーと該光透過窓を冷却する冷却機構を備え、患部と該光透過窓を離隔して使用する光線治療器において、該光透過窓もしくは該光透過窓近傍に第一の温度検知手段を備え、さらに該第一の温度検知手段が配置された部位以上の温度である他の部位に第二の温度検知手段を備えたことを特徴とする光線治療器とするものである。

請求項２に記載の発明は、前記第二の温度検知手段が前記光源の構成部材に配置されることを特徴とする請求項１記載の光線治療器とするものである。

請求項３に記載の発明は、前記ミラーに第二の温度検知手段を備えたことを特徴とする請求項１記載の光線治療器とするものである。

請求項４に記載の発明は、前記第二の温度検知手段の信号により前記光源への給電を開始もしくは停止する制御機構を備えたことを特徴とする請求項１乃至３記載の光線治療器とするものである。

請求項５に記載の発明は、光源から放射される紫外線を利用することを特徴とする請求項１乃至４記載の光線治療器とするものである。

光透過窓よりも高温である部位の温度を検知することにより、光透過窓が所定の温度以上になることを早期に検知することが可能になる。例えば光源への給電量制御に異常が発生し、光源から発生する熱量が異常に増加した場合や、冷却機構に異常が発生し、十分な冷却能力が発揮されない場合に、光透過窓よりも高温である部位の温度を検知することにより、光透過窓が所定の温度以上になることを早期に検知できる。

光照射部の熱源は光源であるので、もっとも高温になるのは光源であり、続いてミラー、光透過窓である。よって光透過窓よりも高温である部位としては光源やミラーが望ましい。光源に温度検知手段を配置すると、光源からの放射光が抑制されるため、光源ほど高温にはならないがミラーに配置することも良い。また光源から紫外線が強く放射される場合には、温度検知手段の紫外線劣化を防ぐため、ミラー裏側に配置する方が好ましい。

本発明により、患者や光線治療器の操作者にとって電気的・熱的に安全な光線治療器が提供され、感電や火傷の危険性のない光線治療が可能となる。

図面を用いて本発明の実施形態について説明する。
光線治療器１全体を図１０に示す。光線治療器１は、光源のランプ１０ａとして例えばエキシマランプを内蔵し、ＵＶ−Ｂ光を放射する開口部８を具備した光照射部１０を備え、光照射部１０を台座１５上のスタンド１１に沿って矢印方向に上下に移動させて光照射することができる。台座１５にはキャスター１４を備え、床を自在に移動できる。台座１５には電源部１２があり、給電コード１６により光照射部１０の電力を供給する。１３は操作パネルである。

本発明の光線治療器の光源の一例であるランプ１０ａの管軸方向の断面図の概略を図１に示す。ランプ１０ａはエキシマランプであり、例えば長さ１２０ｍｍの二重管構造をした放電容器１６を具える。放電容器は石英ガラスよりなる。放電容器１６の外管外径はφ２６ｍｍで、内管外径はφ１６ｍｍである。放電容器１６内にはキセノンガス・アルゴンガス・塩素ガスの混合ガスが約１０ｋＰａ封入されている。外側電極１７と内側電極１８は長さ１００mmにわたり設置される。

ランプ１０ａは図２に示すようにミラー３０内に配置される。ランプ１０ａは図１のＡ―Ａ´断面図で示している。ミラー３０の開口部は１００mm×１００mmである。図示していないが外側電極１７と内側電極１８には１００kHzの高周波が約４ｋVのピーク電圧で印加され、外側電極１７と内側電極１８が囲む領域にキセノンクロライド（ＸｅＣｌ）のエキシマ放電が生成する。こうして生成されたＸｅＣｌエキシマ放電からは、中心波長３０８ｎｍの発光がＵＶ−Ｂ領域に放射される。

ミラー３０の開口部側から光透過窓２０を取り外して見た様子を図３に示す。ランプ１０ａの両端はミラー３０の外部に出るが、外部に出たランプ端部ＬＴは口金１９で覆われている。
そして図４に示すように、ミラー３０とランプ１０ａ全体は筐体４０で覆われる。筐体４０には光透過窓２０が配置される。図４に示した筐体４０は２００mm×２００mm×１５０mmのサイズである。空冷用ファン２１が図示されるように配置され、筐体４０内部を冷却する。空冷用ファン２１から流れ出る気流はミラー３０を外側から空冷するとともに、ミラー３０と光透過窓２０の間に流れる気流により光透過窓２０も冷却する。４０ａ、４０ｂ、４０ｃは通風開口である。

光線治療器の制御シーケンスを図１１に示す。操作者により光線治療器の主電源が投入される（ＯＮされる）と、電源部および光照射部が初期化（イニシャライズ）される。図示していないが、電源部内の制御部に設けられたユーザーインターフェースより、操作者が照射時間を入力する。さらに操作者が点灯スイッチを投入すると、電源部内の制御部からランプ点灯信号が点灯電源部へ送信される。そしてただちに点灯電源部から光源であるランプへの給電が開始され、ランプが点灯する。

ホトダイオードからなる点灯検知手段（図示せず）が光源の点灯を確認すると、操作者が入力した照射時間のカウンターが作動する。そして第一の温度検知手段、第二の温度検知手段からの異常信号の有無を確認しながら、照射時間カウンターを継続して作動させる。照射時間が経過すると、制御部からランプ消灯信号が点灯電源部へと送信され、ランプへの給電が停止し、ランプが消灯する。

本例では、操作者は照射時間を直接入力するシーケンスにしているが、操作者が照射エネルギーを入力し、電源部内の制御部で照射時間に変換するシーケンスでも良いことは言うまでもない。

図１２に本発明の光線治療器の制御回路のブロック図を示し、以下にその説明をする。

ＡＣコンセントから商用周波数（５０Ｈｚ／６０Ｈｚ）実効値１００Ｖの交流は、ＤＣ電源により２７０Ｖ直流電圧に変換される。
さらにインバータに内蔵されるトランジスタスイッチにより２７０ｋＶ・５０ｋＨｚの高周波に変換される。そして昇圧トランスにより５ｋＶ・５０ｋＨｚの高電圧高周波に変換される。この高電圧高周波がランプに入力され、ランプが点灯する。

光線治療器の主電源は、ＤＣ電源の入力に配置される。すなわち一般的な１００Ｖ用スイッチである。この１００Ｖ用スイッチは数Ａ以上の容量を持ち、電気制御するスイッチとしては使いにくい。そのため、通常の点灯ＯＮ／ＯＦＦは、インバータ発振のＯＮ／ＯＦＦで行う。

インバータ発振をＯＮ／ＯＦＦする信号を出力するためのインバータ動作信号生成器は、インバータに接続される。インバータ動作信号生成器からの出力を受けている間のみ、インバータは発振し、ランプは点灯する。

インバータ動作信号生成器が出力を出す時間は、以下に示す種々の信号入力により決定される。インバータ動作信号生成器には、タイマー・第一温度検知手段の異常信号・第二温度検知手段の異常信号・その他の異常信号などが入力される。詳しくは以下に述べる。

タイマーに入力されたランプ点灯時間は、点灯信号が入力されるとカウントダウンされる。カウントダウンが実施中はタイマーよりインバータ動作信号生成器へ信号が出力され、カウントダウンが０になると信号は停止される。

温度検知手段からは、あらかじめ設定された正常な温度範囲においてのみインバータ動作信号生成器に信号が出力される。
また、その他の検知手段、例えばランプ不点灯検知などが、装置の正常状態を示す間のみ、信号を出力し、インバータ動作信号生成器に入力する。これらすべての信号が入力されている間のみ、インバータ動作信号生成器はインバータが発振する信号を出力し、ランプを点灯させる。

図４は、ランプ１０ａを筐体４０内に配置した状態を示すが、光透過窓２０の端部とミラー３０の上部にそれぞれ第一の温度検知手段である温度センサー３１Ａ、第二の温度検知手段である温度センサー３１Ｂを設置した。温度センサー３１Ａ、３１Ｂはともにいわゆるサーマルスイッチが用いられている。光透過窓２０の端部の温度センサー３１Ａの動作温度は５０℃とし、ミラー３０の上部の温度センサー３１Ｂの動作温度は１３０℃としている。これらの設定温度を超えるとそれぞれの温度センサー３１Ａ、３１Ｂの信号は電源部内の制御部へと送信され、ランプ１０ａへの給電は停止する安全装置が設けられている。

ランプ１０ａに定格５０Wを入力したときの、ランプ点灯後の、光透過窓２０、ミラー３０上部のそれぞれの温度変化を図５に示す。光透過窓２０は４０℃で、ミラー３０は１２５℃で一定になり、規格を満足している。また、温度センサー３１Ａ、３１Ｂの動作温度以下であるため、温度センサー３１Ａ、３１Ｂともに動作せず、ランプ１は安定して点灯される。
なお、図５から図８において、第一の温度センサーの動作温度を二点鎖線、第二の温度センサーの動作温度を一点鎖線、ミラー温度を実線、光透過窓の窓面の温度を破線で示している。

ここで故障状態を想定してランプ入力を約３０％増加させて点灯させたときの温度変化を調べた。そのときの温度変化を図６に示す。光透過窓２０の温度センサー３１Ａは動作していないが、ミラー３０に配置した温度センサー３１Ｂは点灯開始後８分ほどで動作した。図６では温度センサー動作後も点灯しつづけた場合の温度変化を示しているが、実際には8分で異常を検知し、点灯を停止させることが可能である。

さらに別の例として、空冷用ファン１６を停止したままでランプ点灯した場合の温度変化を図７に示す。このときはミラー３０に配置した温度センサー３１Ｂにより点灯開始後５分で異常を検知することが可能であった。

以上のように、本発明においては、ＪＩＳＴ0601−1の安全規格により規定されている光透過窓２０の温度だけでなく、より高温の熱源である光源に近い箇所（ここではミラー）の温度をモニターすることにより、光線治療器の故障による過昇温を未然に防ぐことができた。

図７に示した場合でも、点灯後３０分ほど経過し、光透過窓１５が安全規格の規定温度に到達したときに温度センサー３１Ａが動作し、ランプ１０ａへの給電が停止すれば、光透過窓２０が規定温度以上に達することはない。しかし、ミラー３０はこのとき２５０℃を超える温度になり、劣化が著しく、短寿命を引き起こす。よって早期にランプ１への給電を停止することが望ましい。

また、ランプ１０ａへの給電停止とともに空冷用ファン１６が停止する場合の温度変化を図８に示す。ランプ１０ａおよびミラー３０などの蓄熱が光透過窓２０に伝熱するため、光透過窓２０の温度は５０℃をはるかに超える値となってしまった。ミラー３０に配置した温度センサー３１Ｂで早期に異常を検知することは非常に大切である。

以上の実施形態では第二の温度検知手段をミラーに配置したが、第一の温度検知手段を配置した部位よりも高温になる部位に第二の温度検知手段を配置すれば、まったく同様の効果が得られることはいうまでもない。
例えば、光源の構成部材である図３で示した口金１９に第二の温度検知手段である第二の温度センサーを配置すれば、光源からの放射光も妨げられることなく、問題ない。前述の実施形態と同じく、光透過窓の端部に第一の温度検知手段である第一の温度センサーを配置した。第一の温度センサーの動作温度を５０℃、第二の温度センサーの動作温度を１５０℃とした。ランプに定格５０Ｗを入力したときの、ランプ点灯後のそれぞれの温度変化を図９に示す。図９において第一の温度センサーの動作温度を二点鎖線、第二の温度センサーの動作温度を一点鎖線、口金温度を実線、光透過窓の窓面の温度を破線で示している。

なお、いままでの説明においては第二の温度検知手段が１つの場合で説明をしたが、この第二の温度検知手段は１つに限らず、第一の温度検知手段が配置された部位以上の温度である他の複数の部位に具えても良い。

本発明の光線治療器の光源の一例であるランプの管軸方向の断面図の概略を示す。 ランプのミラーとの配置を示す。 ミラーの開口部から見た光照射部を示す。 光源部を筐体内に配置した状態を示す。 ランプ点灯後のミラーおよび光透過窓面の温度変化を示す。 ランプ点灯後のミラーおよび光透過窓面の温度変化を示す。 ランプ点灯後のミラーおよび光透過窓面の温度変化を示す。 ランプ点灯後のミラーおよび光透過窓面の温度変化を示す。 ランプ点灯後のランプの口金および光透過窓面の温度変化を示す。 本発明の光線治療器の全体図を示す。 本発明の光線治療器の制御シーケンスを示す。 本発明の光線治療器の制御回路のブロック図を示す。 従来の光線治療器の光照射部の概略図を示す。

符号の説明

１ 光線治療器
８ 開口部
１０ 光照射部
１０ａ ランプ
１１ スタンド
１２ 電源部
１３ 操作パネル
１４ キャスター
１５ 台座
１６ 放電容器
１７ 外側電極
１８ 内側電極
１９ 口金
２０ 光透過窓
２１ 空冷用ファン
３０ ミラー
３１Ａ 温度センサー
３１Ｂ 温度センサー
４０ 筐体
４０ａ、４０ｂ、４０ｃ 通風開口
５０ 光照射部
５０ａ 光源
５０ｂ ミラー
５０ｃ 光透過窓
５０ｄ 空冷用ファン
６０ 筐体
６０ａ、６０ｂ、６０ｃ 通風開口
ＬＴ ランプ端部

Claims (5)

1. 光源と、ミラーと、光源と患部を隔離する光透過窓と、該光源と該ミラーと該光透過窓を冷却する冷却機構を備え、患部と該光透過窓を離隔して使用する光線治療器において、
   該光透過窓もしくは該光透過窓近傍に第一の温度検知手段を備え、さらに該第一の温度検知手段が配置された部位以上の温度である他の部位に第二の温度検知手段を備えたことを特徴とする光線治療器。
2. 前記第二の温度検知手段が前記光源の構成部材に配置されることを特徴とする請求項1記載の光線治療器。
3. 前記ミラーに第二の温度検知手段を備えたことを特徴とする請求項1記載の光線治療器。
4. 前記第二の温度検知手段の信号により前記光源への給電を開始もしくは停止する制御機構を備えたことを特徴とする請求項1乃至3記載の光線治療器。
5. 光源から放射される紫外線を利用することを特徴とする請求項1乃至４記載の光線治療器。

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