JP6677855B2 - 活性ガス照射装置及びヒトを除く動物の治療方法 - Google Patents
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Description
本願は、2017年6月16日に、日本に出願された特願2017−119153号に基づき優先権を主張し、その内容をここに援用する。
例えば、特許文献1には、歯科治療を行うインスツルメントにプラズマジェット照射手段を搭載し、治療患部にプラズマジェット照射を可能にした歯科用診療装置が開示されている。
特許文献1に記載の発明によれば、発生したプラズマを患部に直接照射することで、創傷等の治癒を図っている。
プラズマジェット照射装置は、プラズマを発生し、発生したプラズマと、プラズマ中又は周辺の気体と反応して生成した活性種とを被照射物に直接照射する。活性種としては、ヒドロキシルラジカル、一重項酸素、オゾン、過酸化水素、スーパーオキシドアニオンラジカル等の活性酸素種、一酸化窒素、二酸化窒素、ペルオキシナイトライト、過酸化亜硝酸、三酸化二窒素等の活性窒素種が挙げられる。
活性ガス照射装置は、プラズマを発生し、発生したプラズマ中又は周辺の気体と反応して生成した活性種を含む活性ガスを被照射物に照射する。
加えて、照射対象面の温度の上昇を抑制し、かつ創傷の治癒等の効果を高めるには、比較的低い電圧で、安定してプラズマを発生する必要がある。
そこで、本発明は、プラズマの効果をさらに高められる活性ガス照射装置を提供することを目的とする。
[1]プラズマ発生部と、プラズマにより活性化された活性ガスを吐出する照射口と、を備えるインスツルメントを備え、前記プラズマ発生部は、プラズマ発生ガスが導入される管状誘電体と、前記管状誘電体の内部に設けられ、前記管状誘電体の管軸方向に延びる内部電極と、前記管状誘電体の外側に設けられ、前記管上誘電体を介して前記内部電極に対向する外部電極と、を備え、前記内部電極は、前記管軸方向に延びる軸部と、前記軸部の外周面に形成されたらせん状のねじ山とを備える、活性ガス照射装置。
[2]前記凸条の突端は、鋭角である、[1]に記載の活性ガス照射装置。
[3]前記管軸方向における前記凸条の突端同士の間隔は、0.2〜3.0mmである、[1]又は[2]に記載の活性ガス照射装置。
[4]前記凸条の高さは、0.1〜3.0mmである、[1]〜[3]のいずれかに記載の活性ガス照射装置。
[5]前記内部電極における前記外部電極と対向している領域の長さは、1〜50mmである、請求項1〜4のいずれか一項に記載の活性ガス照射装置。
[6]前記プラズマ発生ガスが窒素を含有する、[1]〜[5]のいずれかに記載の活性ガス照射装置。
[7]前記窒素の含有量は、前記プラズマ発生ガスの総体積に対し、80〜100体積%である、[6]に記載の活性ガス照射装置。
[8]医療用治療器具である、[1]〜[7]のいずれかに記載の活性ガス照射装置。
[9]ヒトを除く動物治療用器具である、[1]〜[7]のいずれかに記載の活性ガス照射装置。
[10][1]〜[7]のいずれかに記載の活性ガス照射装置を用い、ヒトを除く動物の組織に、前記活性ガスを照射する、ヒトを除く動物の治療方法。
以下、本発明の活性ガス照射装置の一例を示す。
ガス管路30は、インスツルメント10と給電ユニット20とに接続されている。電気配線40は、インスツルメント10と給電ユニット20とに接続されている。
本実施形態において、ガス管路30と電気配線40とは、各々独立しているが、ガス管路30と電気配線40とが束ねられていてもよい。
給電ユニット20は、プラズマ発生ガスの供給源(不図示)と接続されている。
図2に示すように、インスツルメント10は、長尺状のカウリング2と、カウリング2の先端に設けられたノズル1と、カウリング2内に設けられたプラズマ発生部12とを備える。
カウリング2は、円筒形の胴体部2bと、胴体部2bの先端に設けられたヘッド部2aとを備える。なお、胴体部2bは、円筒形に限られず、四角筒、六角筒、八角筒等の多角筒形でもよい。
ヘッド部2aの先端には、ノズル1が挿入される嵌合孔2cが形成されている。ノズル1は、ヘッド部2aに着脱可能に設けられている。符号O1は、胴体部2bの管軸である。ヘッド部2aの内部には、管軸O1方向に延びる第一の活性ガス流路7が形成されている。
胴体部2bの外周面には、スイッチ9が設けられている。
管状誘電体3は、管軸O1方向に延びる円筒状の部材である。管状誘電体3の内部には、管軸O1方向に延びるガス流路6が形成されている。第一の活性ガス流路7とガス流路6とは連通している。なお、管軸O1は、管状誘電体3の管軸と同じである。
管状誘電体3内には、内部電極4が設けられている。内部電極4は、管軸O1方向に延びる略円柱状の部材である。内部電極4は、管状誘電体3の内面と離間している。
管状誘電体3の外周面には、内部電極4に沿う外部電極5が設けられている。外部電極5は、管状誘電体3の外周を周回している。即ち、外部電極5は、管状誘電体3の外側に設けられている。
本実施形態の外部電極5の形状は、円筒状である。外部電極5の形状は、円筒状に限られず、棒状でもよいし、板状でもよい。外部電極5が棒状又は板状である場合、外部電極5の数は、1つでもよいし、2つ以上でもよい。
図3に示すように、管状誘電体3と内部電極4と外部電極5とは、管軸O1を中心として同心円状に位置している。
本実施形態において、内部電極4の外周面と外部電極5の内周面とは、管状誘電体3を挟んで互いに対向している。
胴体部2bの大きさは、特に限定されず、手指で把持しやすい大きさとされる。
ヘッド部2aの大きさは、活性ガス照射装置100の用途等を勘案して決定される。例えば、活性ガス照射装置100が口腔内治療器具である場合、ヘッド部2aの大きさは、口腔内に挿入できる大きさとされる。
内部電極4のねじ山の頂点が先鋭であるほうが、プラズマを発生しやすい。このため、ねじ山の形状は、三角ねじ、台形ねじ等が好ましく、三角ねじがより好ましい。加えて、ねじ山の突端は、鋭角(90°未満)が好ましい。ねじ山の突端の角度は、30〜90°がより好ましく、45〜70°がさらに好ましい。ねじ山の突端が上記範囲内であると、より効率的にプラズマを発生できる。ねじ山の突端の角度は、ねじ山の延びる方向に直交する断面におけるねじ山の突端の角度である。
管軸O1方向におけるねじ山の突端同士の間隔は、ねじ山のピッチpである。
内部電極4のねじ山のピッチpは、内部電極4の長さや外径d等を勘案して適宜決定できる。ねじ山のピッチpは、例えば、0.2〜3.0mmが好ましく、0.2〜2.5mmがより好ましく、0.2〜2.0mmがさらに好ましい。ピッチpが上記下限値以上であれば、プラズマをさらに発生しやすい。ピッチpが上記上限値以下であれば、プラズマの発生個所を増やして、より効率的にプラズマを発生できる。なお、内部電極4のねじ山が多条ねじである場合、ピッチpは、同じねじ山の突端同士の間隔ではなく、所定のねじ山の突端と、これに隣接する他のねじ山の突端との間隔(即ち、同じねじ山の突端であるかに関係なく、隣接するねじ山の突端同士の間隔)を意味する。
内部電極4における外部電極5と対向している領域の長さL3は、1〜50mmが好ましく、3〜40mmがより好ましく、5〜30mmがさらに好ましい。長さL3が上記下限値以上であれば、プラズマの発生個所を増やして、より効率的にプラズマを発生できる。長さL3が上記上限値以下であれば、活性ガスの温度の上昇をより良好に抑制できる。本実施形態において、長さL3は、外部電極5の長さと等しい。
なお、外部電極5は、管軸O1方向に2つ以上に分かれていてもよい。外部電極5が管軸O1方向に分かれている場合、長さL3は、2つの外部電極の後端から先端までの長さに等しく、2つの外部電極の間の距離を含むものとする。
内部電極の形態は、雄ねじと同様の形態が好ましい。雄ねじと同様の形態であれば、ピッチが短いため、内部電極と外部電極とが対向する領域の中で、プラズマの発生個所をより多く形成できる。このため、雄ねじと同様の形態の内部電極は、より効率的にプラズマを発生できる。
照射管1c内の流路の長さ(即ち、距離L2)は、活性ガス照射装置100の用途等を勘案して、適宜決定できる。
照射口1aの開口径は、例えば、0.5〜5mmが好ましい。開口径が上記下限値以上であれば、活性ガスの圧力損失を抑えられる。開口径が上記上限値以下であれば、照射される活性ガスの流速を高めて、治癒等をより促進できる。
照射管1cは、管軸O1に対して屈曲している。
照射管1cの管軸O2と管軸O1とのなす角度θは、活性ガス照射装置100の用途等を勘案して決定できる。角度θは、例えば、0〜90°が好ましく、10〜60°がより好ましい。
被照射面における活性ガスの温度は、熱電対により測定される。
なお、給電ユニット20は、ポンプを備えなくてもよい。この場合、給電ユニット20とは独立して、ポンプを備えてもよい。また、プラズマ発生ガスの供給源における圧力によって、インスツルメント10にプラズマ発生ガスを供給してもよい。
まず、給電ユニット20を介して、インスツルメント10にプラズマ発生ガスを供給する。
インスツルメント10に供給されたプラズマ発生ガスは、管状誘電体3の後端部から管状誘電体3の内空部へと導入される。
次に、給電ユニット20からインスツルメント10に電気を供給し、内部電極4と外部電極5との間に電圧を印加する。管状誘電体3の内空部に導入されたプラズマ発生ガスは、内部電極4と外部電極5とが対向する位置において電離され、プラズマになる。
この際、内部電極4の外周面で電界集中が生じる。本実施形態の内部電極4には、ねじ山が形成されているため、電界集中は、ねじ山の頂点の複数個所に分散される。
この結果、電圧を印加された内部電極4が局所的に過度に加熱されることが防止され、低電圧で低温のプラズマを容易に安定して発生できる。
加えて、本実施形態の活性ガス照射装置100は、安定してプラズマを発生できる。このため、活性ガス照射装置100は、照射する活性ガス中の活性種の密度を高めて、被照射面の清浄化、賦活化、治癒をより促進できる。
生じた活性ガスは、照射口1aから放出され、照射口1a近傍の気体の一部を活性化して活性種とする。これらの活性種を含む活性ガスは、被照射物に照射される。
生体組織としては、内蔵等の各器官、体表や体腔の内面を覆う上皮組織、歯肉、歯槽骨、歯根膜及びセメント質等の歯周組織、歯、骨等が挙げられる。
生物個体としては、ヒト、犬、猫、豚等の哺乳類;鳥類;魚類等のいずれでもよい。
プラズマ発生ガスは、窒素を主成分とすることが好ましい。ここで、窒素を主成分とするとは、プラズマ発生ガスに含まれる窒素が50体積%超であることをいう。即ち、プラズマ発生ガスに含まれる窒素は、50体積%超が好ましく、70体積%以上がより好ましく、80〜100体積%がさらに好ましく、90〜100体積%が特に好ましい。プラズマ発生ガス中、窒素以外のガス成分は、特に限定されず、例えば、酸素や希ガス等が挙げられる。窒素を主成分とすることで、被照射物の清浄化、賦活化又は治癒をより促進できる。加えて、窒素を主成分とすることで、プラズマ発生ガス中の酸素を低減して、活性ガス中のオゾンを低減できる。活性ガス照射装置10を口腔内の治療に用いる場合、活性ガス中のオゾンを低減することが好ましい。
従来のプラズマ発生部では、窒素を含むプラズマ発生ガスを用いると、プラズマを発生しにくかった。本実施形態においては、外周面にらせん状の凸条を備える内部電極を用いるため、容易にプラズマを発生できる。
管状誘電体3に導入されるプラズマ発生ガスの流量が前記下限値以上であると、被照射物における被照射面の温度の上昇を抑制しやすい。前記上限値以下であると、被照射物の清浄化、賦活化又は治癒をより促進しやすい。
印加する交流電圧が前記上限値以下であれば、発生するプラズマの温度を低く抑えることができる。印加する交流電圧が前記下限値以上であれば、より効率的にプラズマを発生できる。
交流の周波数が前記上限値未満であれば、発生するプラズマの温度を低く抑えることができる。交流の周波数が前記下限値以上であれば、より効率的にプラズマを発生できる。
ノズル1の照射口1aから照射される活性ガスの温度が前記上限値以下であると、被照射面の温度を40℃以下にしやすい。被照射面の温度を40℃以下にすることで、被照射部分が患部である場合にも、患部への刺激を低減できる。
ノズル1の照射口1aから照射される活性ガスの温度の下限値は、特に制限されず、例えば、10℃以上である。
活性ガスの温度は、照射口1aにおける活性ガスの温度を熱電対で測定した値である。
被照射面における活性ガスの温度は、内部電極4と外部電極5との間に印加する交流電圧、照射される活性ガスの吐出量、内部電極4の先端pから照射口1aまでの道のり等の組み合わせにより調節できる。
DMPO(5,5−ジメチル−1−ピロリン−N−オキシド)0.2mol/L溶液0.2mLに対して、活性ガスを30秒間照射する。この際、照射口から液面までの距離を5.0mmとする。活性ガスが照射された前記溶液について、電子スピン共鳴(ESR)法によりヒドロキシルラジカル濃度を測定し、これをラジカル密度とする。
TPC(2,2,5,5−テトラメチル−3−ピロリン−3−カルボキサミド)0.1mol/L溶液0.4mLに対して、活性ガスを30秒間照射する。この際、照射口から液面までの距離を5.0mmとする。活性ガスが照射された前記溶液について、電子スピン共鳴(ESR)法により一重項酸素濃度を測定し、これを一重項酸素密度とする。
照射口1aから照射される活性ガスの流量が前記下限値以上であると、活性ガスが被照射面に作用する効果を充分に高められる。照射口1aから照射される活性ガスの流量が前記上限値未満であると、活性ガスの被照射面の温度が過度に高まることを防止できる。加えて、被照射面が濡れている場合には、被照射面の急速な乾燥を防止できる。さらに、被照射面が患部である場合には、患者への刺激を抑制できる。
なお、活性ガス照射装置100において、照射口1aから照射される活性ガスの流量は、管状誘電体3へのプラズマ発生ガスの供給量により調節される。
前記生体組織としては、内蔵等の各器官、体表や体腔の内面を覆う上皮組織、歯肉、歯槽骨、歯根膜及びセメント質等の歯周組織、歯、骨等が挙げられる。
活性ガスの照射によって処理可能な疾患及び症状としては、例えば、歯肉炎、歯周病等の口腔内の疾患、皮膚の創傷等が挙げられる。
本実施形態の活性ガス照射装置は、活性ガスを照射する。照射された活性ガスは、照射対象の組織を損傷せずに、組織の修復を促進できる。
また、本発明の活性ガス照射装置は、動物治療用器具としても好適である。
<創傷の治癒効果>
各例の活性ガス照射装置を用い、活性ガスをブタの創傷に照射した。活性ガス照射前(初期)と、14日間の活性ガス照射後(14日後)の創傷を下記臨床症状スコアに分類し、下記(1)式によりスコア改善率を求めた。
スコア改善率(%)=((臨床症状スコア(初期)−臨床症状スコア(14日後))/臨床症状スコア(初期))×100 ・・・(1)
・印加交流電圧:16kVpp。
・印加周波数:7.5kHz。
・活性ガス:窒素(純度99.9%)。
・活性ガスの流量:3L/min。
・照射時間:60秒/回。1回/日。
・照射期間:14日間。
臨床症状スコアは、それぞれの創傷に、発赤、紅斑、丘疹、滲出液(膿汁含)、膿疱が認められるかを目視で確認した。5項目の症状について、下記指標に基づいて、4人の評価者が点数化し、合計した。評価結果は、4人の評価者の平均値で表した。
0点:認めない。
1点:軽度。
2点:中度。
3点:重度。
25℃の室内において、照射口から3mm離れた位置に熱電対の測定部を位置させた。
活性ガスの照射を開始し、その60秒後に読み取られた温度を照射ガスの温度とした。
下記仕様とした以外は、活性ガス照射装置100と同様の活性ガス照射装置を作製した。作製した活性ガス照射装置を用い、創傷の治癒効果を評価した。内部電極は、図2の内部電極4の形態である。
その結果、臨床症状スコア(初期)は13.0点、臨床症状スコア(14日後)は1.0点、スコア改善率は92.3%であった。
<仕様>
・管状誘電体3:ガラス製、内径R=3mm。
・内部電極4:ステンレス製。平行ねじ、一条ねじ。外径d=2mm、ピッチp=0.4mm、ねじ山高さh=0.214mm。
・外部電極5:銅板。
・角度θ:20°。
内部電極を下記仕様とした以外は、実施理恵1と同様の活性ガス照射装置を作成した。作製した活性ガス照射装置を用い、創傷の治癒効果を評価した。
<仕様>
・内部電極:ステンレス製。外径d=2mm、凸条なし。
実施例1のスコア改善率は、92.3%であり、明らかに治癒が促進されていた。
実施例1及び比較例1について、印加交流電圧を7kVpp、16kVppとして、活性ガス照射装置でのプラズマの発生を試みた。実施例1は、7kVpp及び16kVppのいずれでも、プラズマを生じた。比較例1は、16kVppではプラズマを生じたもの、7kVppではプラズマを生じなかった。
この結果から、本発明を適用することで、プラズマの効果をより高められることが分かった。
1a 照射口
3 管状誘電体
4、40 内部電極
5 外部電極
12 プラズマ発生部
42 軸部
44 凸条
O1 管軸
Claims (9)
- プラズマ発生部と、プラズマにより活性化された活性ガスを吐出する照射口と、を備えるインスツルメントを備え、
前記プラズマ発生部は、プラズマ発生ガスが導入される管状誘電体と、前記管状誘電体の内部に設けられ、前記管状誘電体の管軸方向に延び、前記管状誘電体と離間している内部電極と、前記管状誘電体の外側に設けられ、前記管状誘電体を介して前記内部電極に対向する外部電極と、を備え、
前記内部電極は、前記管軸方向に延びる軸部と、前記軸部の外周面に形成されたらせん状の凸条とを備え、
前記内部電極と前記管状誘電体の内面との距離は、0.05〜5mmであり、
前記凸条の突端は鋭角である、活性ガス照射装置。 - 前記管軸方向における前記凸条の突端同士の間隔は、0.2〜3.0mmである、請求項1に記載の活性ガス照射装置。
- 前記凸条の高さは、0.1〜3.0mmである、請求項1又は2に記載の活性ガス照射装置。
- 前記内部電極における前記外部電極と対向している領域の長さは、1〜50mmである、請求項1〜3のいずれか一項に記載の活性ガス照射装置。
- 前記プラズマ発生ガスが窒素を含有する、請求項1〜4のいずれか一項に記載の活性ガス照射装置。
- 前記窒素の含有量は、前記プラズマ発生ガスの総体積に対して80〜100体積%である、請求項5に記載の活性ガス照射装置。
- 医療用治療器具である、請求項1〜6のいずれか一項に記載の活性ガス照射装置。
- ヒトを除く動物治療用器具である、請求項1〜7のいずれか一項に記載の活性ガス照射装置。
- 請求項1〜6のいずれか一項に記載の活性ガス照射装置を用い、ヒトを除く動物の組織に、前記活性ガスを照射する、ヒトを除く動物の治療方法。
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