JP6859556B1 - 癌治療装置 - Google Patents
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Abstract
【課題】効率よく癌を治療することができる癌治療装置を提供すること。【解決手段】本発明の一態様にかかる癌治療装置は、一重項酸素分子から発生する波長１．２７μｍの光を発生する光源を備えている。光源は、酸素分子レーザ１０１又は自然放出増幅光発生器であることが好ましい。さらに、光源は、一重項酸素分子を発生する励起酸素発生器を備えていてもよい。【選択図】図１
Description
本開示は、癌治療装置に関する。
癌には様々な治療法があるが、レーザ光を患部に照射する治療法としては、光線力学的治療法（PDT : Photodynamic therapy）が広く知られている。この治療法では、最初に光感受性薬剤を静脈に注射で投与すると、同薬剤が患部の組織に集積する。そして、０．６３〜０．６６μｍのレーザ光を患部に照射する。その結果、同薬剤を構成する分子（以下、薬剤分子と呼ぶ）は一重項状態に励起されるが、直ぐに三重項励起状態に推移する（これは項間交差と呼ばれる）。
一方、癌細胞を含む体内の生態組織には溶存酸素が存在している。このため、癌細胞付近の溶存酸素は、三重項状態の薬剤分子からエネルギー移乗によって、励起一重項状態（O2 1Δ）になる。これは一般に活性酸素と呼ばれており、細胞を破壊する能力を有する。このため、活性酸素と衝突した癌細胞は死滅する。なお、光線力学的治療法に関しては、例えば、非特許文献１において説明されている。
一方、波長１．２〜１．３μｍのレーザ光を発生させて、それを直接癌細胞に照射する治療法に基づく治療装置が提案されている。この波長のレーザ光は、癌細胞周辺の酸素分子を一重項状態に励起して、癌細胞を壊死させるとされている。特徴としては、光感受性薬剤が不要になるため、光感受性薬剤の投与に伴う副作用がない特長があるとされている。なお、波長１．２〜１．３μｍのレーザ光に基づく治療法及び治療装置に関しては、下記特許文献１に示されている。
精密工学会誌、第81巻、第4号、第298頁から302頁（2015年）
"The Einstein coefficient for spontaneous emission of the O2(1Δ) state", Geophysical Research Letters, Vol. 22, No. 11, pp. 1381-1384, 1995
"Intensities of lines in the band a 1Δg (v’=0) - X3 Σg- (v"=0) of 16O2 in absorption" Spectrochimica Acta, Vol. 48A, No. 9, pp. 1227-1230, 1992
"Possible high energy laser at 1.27 μm", Applied Optics, Vol. 17, No. 20, pp. 3276 - 3283, 1978
"Chemically Pumped O2 Laser", Applied Physics B, Vol. 56, pp. 71-78, 1993
"New concepts of realizing a chemical oxygen laser", Proceedings of SPIE, Vol. 9251, pp. 9251X-1 - 9251X-15, 2014
"Laser-induced generation of singlet oxygen and its role in the cerebrovascular physiology" Progress in Quantum Electronics Vol. 55, 112-128 (2017)
"Infrared laser pulse triggers increased singlet oxygen production in tumour cells" Scientific Reports_12 December (2013)
"Spectral radiative properties of a living human body" International Journal of Thermophysics,. Vol. 7. pp.1101 - 1113, 1986.
前述の治療装置では、ラマン変換に基づくラマンレーザによって、波長１．２〜１．３μｍのレーザ光を発生させるとされている。ところが、このような波長変換に基づいて特定の波長のレーザ光を発生させる手法では、レーザ光を酸素分子に吸収させるために、実際には、レーザ光の中心波長を、１．２７μｍ帯における多数の吸収ラインのいずれか１本に正確に合わせる必要がある。また、効率良く吸収させるためには、レーザ光の波長幅をライン幅と同等以下まで狭くする必要もある。そのため、レーザ装置には狭帯域化装置や波長安定化装置が不可欠になり、装置が複雑で高価になるという問題である。
あるいは、レーザ波長を吸収ラインの１本に合わせずに、波長１．２７μｍ付近全体をカバーするような±０．５ｎｍ程度の広い波長幅でレーザ光を発生させる場合は、多数の吸収ラインを含むことになる。しかしながら、吸収ライン以外の波長でのパワー成分の方が圧倒的に大きいため、一重項酸素の生成効率が極めて悪くなるという問題がある。
また、非特許文献７、８には１．２７μｍの光を用いて、活性酸素を発生させる方法が開示されている。非特許文献７、８では、光源として量子ドットレーザが用いられている。量子ドットレーザを用いた場合、波長幅が１ｎｍ前後まで広がっているため、上記と同様に、酸素分子に吸収される光量割合が低くなるという問題点がある。
本開示の目的は、酸素分子を効率よく一重項酸素に励起できる光源を用いた癌治療装置を提供することである。
前記目標を達成するために、本発明の癌治療装置では、波長１．２７μｍの光を発生する光源を備え、波長１．２７μｍの光が一重項酸素分子から発生するものである。波長１．２７μｍの光を癌細胞に照射させる。一重項酸素分子は波長１．２７μｍの近赤外光（以下、波長１．２７μｍ光と呼ぶ）を放射する。より詳細に説明すると、一重項酸素分子は、１．２６８μｍ近傍に数十本の発光ラインから成る発光スペクトルを有し、これは基底状態の酸素分子の吸収スペクトルと一致する。つまり、酸素分子の一重項状態では、その励起準位のエネルギーに相当する光子を放出するため、基底状態の酸素分子はその光子を強く吸収する。なお、強く吸収するとは、吸収断面積が比較的に大きいことを意味する。そこでこの波長１．２７μｍ光を癌細胞周辺に照射することで、癌細胞周辺に存在している溶存酸素が効率良く一重項状態に励起される。
なお、酸素分子の吸収ラインに関しては、例えば、非特許文献２、３に示されている。ただし、非特許文献３に示された吸収ラインは、波数（wavenumber）で788373〜792080ｍ−１と示されている。この波数を波長に換算すると、1.2625〜1.2684μｍになる。酸素分子に多数の吸収ラインがある理由としては、基底状態でも一重項状態でも、その電子状態は、酸素分子が２原子分子であることに起因する多数の回転準位に分離しているからである。すなわち、エネルギーの吸収や放出に伴って遷移する際の上準位と下準位のそれぞれの回転準位の違いによって、遷移するエネルギーが僅かに異なるからである。
また、特に波長１．２７μｍ光として、酸素分子レーザから発振するレーザ光を用いることで、自然放出光とは異なり、集光レンズによる集光性を高くできる。このため、光ファイバに入射させやすくなり、光ファイバを利用したフレキシブルな伝送が可能になる。なお、酸素分子レーザに関しては、例えば、非特許文献４〜６に示されている。
ところで、波長１．２７μｍ光を発生させるための一重項酸素分子は、酸素分子を放電（例えば無声放電やマイクロ波放電）によっても生成できるが、ＢＨＰ（Basic Hydrogen Peroxide)溶液と塩素ガスとを反応させる化学反応により生成させることが好ましい。ＢＨＰ溶液は、水酸化カリウム等のアルカリ性溶液と過酸化水素水との混合溶液である。
その理由としては、化学反応であるため、あらかじめ準備した大量の薬品を瞬間的に反応させることで、波長１．２７μｍ光の出力を簡単に高められるからである。大出力の波長１．２７μｍ光が得られれば、短時間で治療できる。あるいは、治療時間を短縮できるだけでなく、波長１．２７μｍ光を多数に分岐することで、大勢の患者の治療が同時に可能になる。
また、前述したように、酸素分子レーザ以外のレーザ装置から、波長１．２７μｍにおける酸素分子の吸収スペクトルに一致する波長のレーザ光を効率良く発生させることは困難である。このことから、本実施形態では、波長１．２７μｍ光の光源には酸素分子レーザを用いるのが好ましい。ただし、レーザでなくても、波長１．２７μｍ光として、自然放出増幅光（ＡＳＥと呼ばれる。ＡＳＥとは、Amplified Spontaneous Emissionの頭文字である）を利用しても良い。例えば、前述した化学反応に基づいて生成される一重項酸素分子を、細長い領域に満たすことで、この領域の長手方向から放射される自然放出増幅光を用いることができる。
なお、本開示において言及する自然放出増幅光とは、四方八方に均等に発生する自然放出光とは異なり、特定の方向のみに強く放射するようにさせたものである。これを実現するには、一般に向かい合った２枚の反射鏡で構成されるレーザ共振器における片方の反射鏡を取り去った構成にするだけでよい。それによると、内部で発生する自然放出光が残りの反射鏡に当たって戻された後に、一重項酸素分子に衝突することで、誘導放出する場合がある。この結果、自然放出増幅光として取り出される。つまり反射鏡に当たって戻される方向の放射光が強まることになり、レーザ光よりは広がり角は大きいが、比較的に指向性の高い放射光が発生する。
本開示によれば、本開示の目的は、癌治療装置を提供することである。
実施の形態１
以下、本実施の形態にかかる癌治療装置について、図１を用いて説明する。図１は、癌治療装置１００を示した構成図である。癌治療装置１００は、光源として酸素分子レーザ１０１を有している。酸素分子レーザ１０１は、波長１．２７μｍのレーザ光Ｌ１を発生させる光源である。酸素分子レーザ１０１から取り出された波長１．２７μｍのレーザ光Ｌ１は、集光レンズ１０２で集光される。集光レンズ１０２は、レーザ光Ｌ１を光ファイバ１０６の入射端に集光する。したがって、レーザ光Ｌ１は石英製の光ファイバ１０６に入射する。レーザ光Ｌ１は、光ファイバ１０６内を伝送し、遠方で治療を待っている患者まで伝送される。
以下、本実施の形態にかかる癌治療装置について、図１を用いて説明する。図１は、癌治療装置１００を示した構成図である。癌治療装置１００は、光源として酸素分子レーザ１０１を有している。酸素分子レーザ１０１は、波長１．２７μｍのレーザ光Ｌ１を発生させる光源である。酸素分子レーザ１０１から取り出された波長１．２７μｍのレーザ光Ｌ１は、集光レンズ１０２で集光される。集光レンズ１０２は、レーザ光Ｌ１を光ファイバ１０６の入射端に集光する。したがって、レーザ光Ｌ１は石英製の光ファイバ１０６に入射する。レーザ光Ｌ１は、光ファイバ１０６内を伝送し、遠方で治療を待っている患者まで伝送される。
光ファイバ１０６から出射したレーザ光Ｌ２は、広がりながら進み、集光レンズ１０３ａに入射する。ここで、レーザ光Ｌ２のビーム径は、数センチ程度に拡大されている。（レーザ光Ｌ３とする）。さらに、レーザ光Ｌ３は、集光レンズ１０３ｂに通って集光される（収束ビームＬ４とする）。
集光レンズ１０３ｂは、患者の皮膚１０４に近接して配置されている。集光レンズ１０３ｂで集光された収束ビームＬ４は直後に皮膚１０４に入射する。ここで皮膚１０４での収束ビームＬ４のビーム径は数センチと大きいため、光強度は低い。皮膚１０４から体内に侵入したレーザ光Ｌ５は、癌細胞１０５において最も集光するようになる。その結果、癌細胞１０５の周辺に存在していた溶存酸素の多くが励起して活性酸素（すなわち一重項酸素分子）になる。したがって、この活性酸素が癌細胞を破壊する。
図２は、皮膚の透過率を示すグラフであり、出典は、非特許文献９である。図２から判るように、特に波長１．２７μｍの光は、皮膚１０４での透過率が高く、体内に深く浸透できる。皮膚１０４に入射した直後で、癌細胞１０５に達するまでの間は、前述したように光強度を低くすることができる。よって、皮膚１０４から癌細胞１０５の間では活性酸素の発生量を少なくできる。なお、図９のグラフの出典は、非特許文献９である。
酸素分子レーザ１０１について、図３を用いて説明する。酸素分子レーザ１０１は、レーザ共振器１１０と励起酸素発生器１２０とを備えている。レーザ共振器１１０と励起酸素発生器１２０の本体容器１１１とが近接して配置されている。レーザ共振器１１０の直下に本体容器１１１が配置されている。レーザ共振器１１０の光軸方向（図３の左右方向）と本体容器１１１の長手方向は平行になっている。
本体容器１１１には、複数の回転円板１２５が設けられている。複数の回転円板１２５は、回転軸１２６周りに回転する。回転軸１２６は、本体容器１１１の長手方向と平行になっている。複数の回転円板１２５は、互いに平行に配置されており、本体容器１１１の長手方向に沿って配列されている。なお、本体容器１１１を含む励起酸素発生器の構成については後述する。
レーザ共振器１１０の一端には全反射鏡１１２が設けられており、他端には出力鏡１１３が設けられている。全反射鏡１１２は、波長１．２７μｍにおいて、約９９．９％の反射率を有している。出力鏡１１３は波長１．２７μｍにおいて、約９９．０％の反射率を有している。レーザ光Ｌ１が出力鏡１１３を介して、取り出し方向（右方向）に取り出される。レーザ共振器１１０には、バルブ１１５を介して、真空ポンプ１１４が接続されている。
レーザ動作させる前は、レーザ共振器１１０内を真空ポンプ１１４で真空に排気しておく。レーザ動作させる際は、バルブ１１５を閉じる。すると、励起酸素発生器の本体容器１１１から一重項酸素分子が発生して、レーザ共振器１１０内が満たされていく。一重項酸素分子の圧力が上がっていき、レーザ発振閾値を超す際にパルス状のレーザ光Ｌ１が出力鏡１１３から取り出される。レーザ発振後は、バルブ１１５を開く。真空ポンプ１１４が、レーザ共振器１１０の内部を排気して、次のレーザ動作に備える。
ここで励起酸素発生器の内部構造について、図４を用いて説明する。図４は、励起酸素発生器１２０の構成を示す断面図である。図４は、レーザ共振器１１０の光軸と直交する平面沿った断面図である。つまり、図４は、本体容器１１１の長手方向と直交する断面を示している。
励起酸素発生器１２０は、ＢＨＰ溶液タンク１２３を備えている。ＢＨＰ溶液タンク１２３には、過酸化水素水１２１と水酸化カリウム１２２とが供給される。これにより、ＢＨＰ溶液タンク１２３内で、ＢＨＰ溶液１２３ａが製造される。ＢＨＰ溶液１２３ａは、上記の通り、過酸化水素水１２１と水酸化カリウム１２２とを混合させた溶液であり、一重項酸素分子を発生させる化学反応を行うために必要な薬液である。このように、ＢＨＰ溶液タンク１２３内に予めＢＨＰ溶液１２３ａを貯留させておく。
ＢＨＰ溶液タンク１２３からＢＨＰ溶液１２３ａは、注入管１２４を通って本体容器１１１内に供給される。これにより、ＢＨＰ溶液１２３ｂが本体容器１１１に貯留される。本体容器１１１は、紙面と直交する方向を長手方向とする円筒形状になっている。本体容器１１１内には、複数の回転円板１２５が配置されている（図３を合わせて参照）。回転軸１２６は、各回転円板１２５の中心を通っている。
化学反応を行う前に、本体容器１１１内に多数並んでいる回転円板１２５を回転軸１２６周りに回転させる（矢印Ｂ）。このようにすることで、回転円板１２５の表面全体にＢＨＰ溶液１２３ｂを付着させることができる。
また、本体容器１１１には、バルブ１２８介して、塩素ガス容器１２７が接続されている。塩素ガス容器１２７には、塩素ガス１２７ａが充填されている。塩素ガス１２７ａは、化学反応を行うために必要なガスである。このように、塩素ガス容器１２７には、塩素ガス１２７ａが予め蓄えられている。
一重項酸素分子を発生させるために、バルブ１２８を開放して塩素ガス１２７ａを本体容器１１１内に注入する。回転円板１２５の表面に付着したＢＨＰ溶液１２３ｂと塩素ガス１２７ａとが反応して、一重項酸素分子が発生する。
本体容器１１１とレーザ共振器１１０とはダクト１２９を介して接続されている。本体容器１１１で発生した一重項酸素分子は、ダクト１２９を通って、レーザ共振器１１０中に供給される（矢印Ａ）。レーザ共振器１１０内に満たされた一重項酸素分子が十分な圧力まで蓄積されるとレーザ発振する。これにより、図３のように、レーザ光Ｌ１が取り出される。なお、レーザ動作後の古くなったＢＨＰ溶液１２３ｂは、排出管１３０から外部に排出される。
酸素分子レーザ１０１を用いることで、波長１．２７μｍの光を効率よく発生することができる。酸素分子レーザ１０１からは、一重項酸素分子の誘導放出に基づくレーザ光Ｌ１が取り出される。一重項酸素が発生する波長１．２７μｍの光を用いることで、効率よく癌を治療することができる。一重項酸素の発光ラインは、基底状態の酸素分子の吸収スペクトルと一致する。よって、効率よく癌を治療することができる。
実施の形態２．
実施の形態２にかかる癌治療装置２００について、図５を用いて説明する。図５は、癌治療装置２００の構成を示す模式図である。本実施の形態では、自然放出増幅光発生器２１０を用いている点で実施の形態１と異なっている。自然放出増幅光ＡＳＥはレーザ光Ｌ１とは異なり、集光性が悪いため、光ファイバに入射させるのが困難である。したがって、光学系が実施の形態１と異なっている。具体的には、本実施の形態では、光ファイバが用いられていない。
実施の形態２にかかる癌治療装置２００について、図５を用いて説明する。図５は、癌治療装置２００の構成を示す模式図である。本実施の形態では、自然放出増幅光発生器２１０を用いている点で実施の形態１と異なっている。自然放出増幅光ＡＳＥはレーザ光Ｌ１とは異なり、集光性が悪いため、光ファイバに入射させるのが困難である。したがって、光学系が実施の形態１と異なっている。具体的には、本実施の形態では、光ファイバが用いられていない。
自然放出増幅光発生器２１０は波長１．２７μｍの自然放出増幅光ＡＳＥを発生する光源である。自然放出増幅光発生器２１０から取り出された自然放出増幅光ＡＳＥは拡がりながら、ミラー２０２の方向に進む。自然放出増幅光ＡＳＥはミラー２０２に入射する。ミラー２０２は、患部の上方に配置されている。自然放出増幅光ＡＳＥはミラー２０２によって、下方に反射される。ミラー２０２で反射された自然放出増幅光ＡＳＥは、患部に向かう。ミラー２０２で反射された集光レンズ２０３で集光される。したがって、自然放出増幅光ＡＳＥは、収束ビームとなって進む。収束ビームとなった自然放出増幅光ＡＳＥは、皮膚１０４を通過して、癌細胞１０５の周辺に集光する。その結果、癌細胞１０５の周辺に存在していた溶存酸素の多くが励起して活性酸素（すなわち一重項酸素分子）になる。したがって、この活性酸素が癌細胞を破壊する。
自然放出増幅光発生器２１０の構成について、図６を用いて説明する。自然放出増幅光発生器２１０は、励起酸素発生器２５０と、金属パイプ２１２とを備えている。励起酸素発生器２５０は、本体容器２５１と回転円板２５５と回転軸２５６とを備えている。本体容器２５１と回転円板２５５と回転軸２５６は、それぞれ図３，図４の本体容器１１１と回転円板１２５と回転軸１２６に対応する。なお、励起酸素発生器２５０の構成は、実施の形態１と同様であるため、適宜説明を省略する。つまり、構造的には図４に示された励起酸素発生器１２０と同様なので、ＢＨＰ溶液や塩素ガスの供給部は描かれていない。
励起酸素発生器２５０の直上には、細長い金属パイプ２１２が配置されている。金属パイプ２１２は円筒状の容器である。図６の左右方向が、金属パイプ２１２の長手方向（軸方向）となっている。金属パイプ２１２は励起酸素発生器２５０で発生した一重項酸素分子が供給される。金属パイプ２１２の中に一重項励起酸素が満たされる。
金属パイプ２１２は、内側側面（内周面）が電解研磨されたSUS316製のステンレス管（一般にＥＰ管と呼ばれる。ＥＰとはElectropolishingの略である）である。金属パイプ２１２の一端には、高反射鏡２１３が設けられ、他端には、ウインド２１４が設けられている。
高反射鏡２１３は、波長１．２７μｍにおいて約９９．９％の反射率を有する。ここでは、ウインド２１４として透明な石英板が用いられている。ウインド２１４は波長１．２７μｍの光を透過する
金属パイプ２１２内に満たされた一重項酸素分子は、四方八方に自然放出光を発生する。高反射鏡２１３に当たる光によって、取り出し方向（図６の右方向）に進む光のパワーが高まる。したがって、自然放出光は、自然放出増幅光ＡＳＥとなってウインド２１４から取り出される。
金属パイプ２１２には、バルブ２１５を介して、真空ポンプ２１６が接続されている。
自然放出増幅光ＡＳＥの取り出し後は、バルブ２１５を開く。真空ポンプ２１６が、金属パイプ２１２の内部を排気して、次の動作に備える。なお、バルブ２１５は常時開いていても良い。その場合は、パワーは低いが連続的に自然放出増幅光ＡＳＥが取り出される。
自然放出増幅光ＡＳＥの取り出し後は、バルブ２１５を開く。真空ポンプ２１６が、金属パイプ２１２の内部を排気して、次の動作に備える。なお、バルブ２１５は常時開いていても良い。その場合は、パワーは低いが連続的に自然放出増幅光ＡＳＥが取り出される。
なお、金属パイプ２１２にＥＰ管を用いている理由を説明する。内部に存在する一重項酸素分子は四方八方に自然放出光を発生する。波長１．２７μｍの自然放出光は、一重項酸素分子から様々な方向に放射される。したがって、自然放出光の一部は、金属パイプ２１２の円周方向に進む。自然放出光は金属パイプ２１２の内側側面で反射される。このことから、基底状態の酸素分子が、その自然放出光を吸収する場合は、励起されて一重項酸素分子になる。すなわち、一重項酸素分子から放射される自然放出光に関しては、側面方向に進むもの（無駄になるはずの成分）は、再利用されることになる。その結果、取り出し方向に進む成分の自然放出光だけが強くなる。自然放出光が自然放出増幅光ＡＳＥとなって、ウインド２１４から取り出される。
実施の形態３．
実施の形態３では、自然放出増幅光発生器の構成が、実施の形態２と異なっている。なお、自然放出増幅光発生器以外は、実施の形態２と同様であるため、適宜説明を省略する。実施の形態３にかかる自然放出増幅光発生器２２０について、図７、図８を用いて説明する。図７は、軸方向に沿った平面を示す模式図であり、図８は軸方向と直交する平面に沿った断面図である。
実施の形態３では、自然放出増幅光発生器の構成が、実施の形態２と異なっている。なお、自然放出増幅光発生器以外は、実施の形態２と同様であるため、適宜説明を省略する。実施の形態３にかかる自然放出増幅光発生器２２０について、図７、図８を用いて説明する。図７は、軸方向に沿った平面を示す模式図であり、図８は軸方向と直交する平面に沿った断面図である。
図７に示すように、自然放出増幅光発生器２２０は、石英管２２１と、電極２２４ａ〜２２４ｃ、電極２２５ａ〜２２５ｃ、配線２２６ａ〜２２６ｃ、配線２２７ａ〜２２７ｃを備えている。本実施の形態では、励起酸素発生器が設けられていない。自然放出増幅光発生器２２０は、波長１．２７μｍの光を発生させる光源である。
図７に示すように、電極２２４ａ〜２２４ｃ、配線２２６ａ〜２２６ｃは３組直列に配置されている。図８では、これらをまとめて電極２２４、配線２２６として図示している。例えば、電極２２４ａは配線２２６ａと接続されている。電極２２４ｂは配線２２６ｂと接続され、電極２２４ｂは配線２２６ｂと接続されている。同様に、電極２２５ａ〜２２５ｃ、配線２２７ａ〜２２７ｃは３組直列に配置されており、図８では、これらをまとめて電極２２５、配線２２７として図示している。
石英管２２１は、円筒状の容器である。石英管２２１の長手方向（軸方向）は取り出し方向と平行になっている。石英管２２１の内部に酸素ガス２２１ａが充填されている。無声放電によって石英管２２１内の酸素分子から一重項酸素分子が発生する。
石英管２２１の外周面には、電極２２４と電極２２５とが密着している。石英管２２１の長手方向に沿って３つの電極２２４ａ〜２２４ｃが配置されている。電極２２４ａ〜２２４ｃは互いに間隔を開けて、１列に並んでいる。同様に、石英管２２１の長手方向に沿って３つの電極２２５ａ〜２２５ｃが配置されている。電極２２５ａ〜２２５ｃは互いに間隔を開けて、１列に並んでいる。
電極２２４と電極２２５とは、石英管２２１を介して対向配置されている。例えば、石英管２２１の直上に電極２２４が配置され、石英管２２１の直下に電極２２４が配置されている。ここでは、石英管２２１の軸方向において、電極２２４ａ及び電極２２５ａとは同じ位置、及び同じ長さとなっている。
図８に示すように、電極２２４は、配線２２６を介して、高周波電源２２８に接続されている。電極２２５は、配線２２７を介して、高周波電源２２８に接続されている。高周波電源２２８は約１０ｋＨｚでパルス動作する高電圧を発生させる。高周波電源２２８は、電極２２４、及び電極２２５に高周波電圧を印加する。電極２２４と電極２２５との間に印加された高周波電圧によって、酸素分子が放電する。酸素分子は放電励起され、一重項酸素分子が発生する。
さらに、絶縁体２２９ａ、絶縁体２２９ｂが石英管２２１の外周面に密着している。絶縁体２２９ａ、２２９ｂは、電極２２４及び電極２２５が発生する沿面放電を抑制する。石英管２２１の周方向において、電極２２４と電極２２５との間に、絶縁体２２９ａ、２２９ｂ配置されている。図８では、石英管２２１の左側に絶縁体２２９ａが配置され、石英管２２１の右側に絶縁体２２９ｂが配置されている。石英管２２１の周方向において、電極２２４、絶縁体２２９ａ、電極２２５、絶縁体２２９ｂの順番で配置されている。
絶縁体２２９ａ、２２９ｂが石英管２２１の外周側面に配置されている。これにより、石英管２２１の周囲面を添うように発生する沿面放電を抑制することができる。絶縁体２２９ａ、２２９ｂは、電極２２４、２２５のように３分割になっていない。絶縁体２２９ａ、２２９ｂは石英管２２１の長手方向のほぼ全体に渡って設けられている。一体的に形成された絶縁体２２９ａが、石英管２２１に沿って配置されている。
図７に示すように、石英管２２１の一端には高反射鏡２２２が取り付けられており、他端にはウインド２２３が取り付けられている。ウインド２２３は、石英製であり、波長１．２７μｍの光を透過する。ウインド２２３から波長１．２７μｍの光が取り出される。したがって、酸素ガスを放電させることで、ウインド２２３から自然放出増幅光ＡＳＥが取り出される。
なお、石英管２２１の内側側面には、誘電体多層膜がコーティングされている。誘電体多層膜は、波長１．２７μｍに対して高い反射率を有する。これによって、石英管２２１の内部に存在する一重項酸素分子から放射される波長１．２７μｍの自然放出光が、石英管２２１の側面から外部に透過してしまうのを防ぐことができる。つまり、誘電体多層膜のコーティングによって、図５に示された金属パイプ２１２の機能と同様の機能を得ることができる。具体的には、一重項酸素分子から様々な方向に放射される自然放出光に関しては、石英管２２１の長手方向に進むものだけが強まって、自然放出増幅光ＡＳＥとして取り出されるようになる。
実施の形態４．
実施の形態４では、自然放出増幅光発生器の構成が実施の形態２，３と異なっている。図９を用いて、自然放出増幅光発生器２３０について説明する。図９は、自然放出増幅光発生器２３０の外観を模式的に示す図である。自然放出増幅光発生器２３０は、一重項酸素分子をマイクロ波によって発生させている。
実施の形態４では、自然放出増幅光発生器の構成が実施の形態２，３と異なっている。図９を用いて、自然放出増幅光発生器２３０について説明する。図９は、自然放出増幅光発生器２３０の外観を模式的に示す図である。自然放出増幅光発生器２３０は、一重項酸素分子をマイクロ波によって発生させている。
自然放出増幅光発生器２３０は、電源２３１、マイクロ波発振器２３２、導波管２３３ａ、アイソレータ２３４、導波管２３３ｂ、チューナ２３５、テーパ導波管２３６、及び石英管２３７を有している。自然放出増幅光発生器２２０は、波長１．２７μｍの光を発生させる光源である。
電源２３１は、マイクロ波発振器２３２に動作電圧を供給する。これにより、マイクロ波発振器２３２はマイクロ波を発振する。マイクロ波発振器２３２から発生したマイクロ波は、導波管２３３ａを介して、アイソレータ２３４に伝播する。アイソレータ２３４からのマイクロ波は、導波管２３３ｂを介してチューナ２３５に伝播する。チューナ２３５からのマイクロ波は、導波管２３３ｃを介してテーパ導波管２３６に伝播する。
テーパ導波管２３６の出射端は、石英管２３７に接続されている。テーパ導波管２３６は、出射端側に向けて徐々に広がっている。石英管２３７は、実施の形態３の石英管２２１と同様に、円筒になっている。テーパ導波管２３６は、石英管２３７の長手方向（軸方向）に広がっている。よって、テーパ導波管２３６からのマイクロ波は、石英管２３７の長手方向（軸方向）の全体に渡って供給される。
石英管２３７は、酸素ガスが充填される容器となる。石英管２３７の内部は酸素ガスが満たされている。テーパ導波管２３６からのマイクロ波によって、酸素が放電する。したがって、実施の形態３と同様に、一重項酸素分子が発生する。
石英管２３７の構成は、実施の形態３の石英管２２１と同様になっている。例えば、石英管２３７の一端側には高反射鏡２３８が取り付けられており、他端側にはウインド２３９が取り付けられている。ウインド２３９は石英製であり、波長１．２７μｍの光を透過する。
高反射鏡２３８は、波長１．２７μｍにおいて高い反射率を有する。これによって、石英管２３７の内部で発生した一重項酸素分子からの自然放出光は、石英管２３７の長手方向に強められる。ウインド２３９から波長１．２７μｍの自然放出増幅光ＡＳＥが取り出される。
本実施形態の特徴としては、マイクロ波はレーダにも利用されているように、大出力のものが得られやすい。このため、高いパワーの自然放出増幅光ＡＳＥを得ることができる。
本実施形態１〜４に係る癌治療装置では、皮膚での透過率の高い波長１．２７μｍ光を大量に発生させている。このため、体の表面に近い皮膚癌や胃癌だけでなく、体表面から内部の深い部分にある癌細胞の治療にも効果がある。
実施の形態２〜４では、照射光として自然放出増幅光ＡＳＥを用いている。自然放出増幅光ＡＳＥを用いることで、一重項酸素が波長１．２７μｍの光を効率よく発生することができる。一重項酸素が発生する波長１．２７μｍの光を用いることで、効率よく癌を治療することができる。一重項酸素の発光ラインは、基底状態の酸素分子の吸収スペクトルと一致する。よって、効率よく癌を治療することができる。
自然放出増幅光ＡＳＥを用いる場合、取り出すためのウインド２１４，２２３、２３９の直後に患部を密着するように近づけても良い。これによると、ウインドから大きな角度で広がって進む光も無駄なく治療に利用できる。
なお、以上の実施例において、特に患部が大きい場合、高圧酸素治療と併用すると治療の効果が大幅に向上する。高圧酸素治療とは、２気圧程度の高い圧力下に患者を収容することで、患者の血液中の溶存酸素濃度が高まり、酸素による抗菌作用を増やす治療である。高圧下において、癌治療装置が波長１．２７μｍの光を患部に照射する。このようにすることで、血液中で増加した酸素から多くの一重項酸素分子が発生するため、癌を死滅させる効果が大幅に向上する。
以上、本発明の実施形態を説明したが、本発明はその目的と利点を損なうことのない適宜の変形を含み、更に、上記の実施形態よる限定は受けない。
１００ 癌治療装置
１０１ 酸素分子レーザ
１０２ 集光レンズ
１１０ レーザ共振器
１１１ 本体容器
１１２ 全反射鏡
１１３ 出力鏡
１２０ 励起酸素発生器
１２５ 回転円板
１２６ 回転軸
２００ 癌治療装置
２１０ 自然放出増幅光発生器
２１１ 本体容器
２１２ 金属パイプ
２２０ 自然放出増幅光発生器
２２１ 石英管
２３０ 自然放出増幅光発生器
２３１ 電源
２３２ マイクロ波発振器
２３３ａ 導波管
２３３ｂ 導波管
２３４ アイソレータ
ＡＳＥ 自然放出増幅光
１０１ 酸素分子レーザ
１０２ 集光レンズ
１１０ レーザ共振器
１１１ 本体容器
１１２ 全反射鏡
１１３ 出力鏡
１２０ 励起酸素発生器
１２５ 回転円板
１２６ 回転軸
２００ 癌治療装置
２１０ 自然放出増幅光発生器
２１１ 本体容器
２１２ 金属パイプ
２２０ 自然放出増幅光発生器
２２１ 石英管
２３０ 自然放出増幅光発生器
２３１ 電源
２３２ マイクロ波発振器
２３３ａ 導波管
２３３ｂ 導波管
２３４ アイソレータ
ＡＳＥ 自然放出増幅光
Claims (6)
- 体外に配置され、波長１．２７μｍの光を発生する光源を備え、
前記波長１．２７μｍの光が一重項酸素分子から発生し、
前記波長１．２７μｍの光が皮膚を介して癌細胞に照射される癌治療装置。 - 前記光源は、酸素分子レーザであり、
前記波長１．２７μｍの光が酸素分子レーザから取り出されたレーザ光であることを特徴とする請求項１に記載の癌治療装置。 - 前記酸素分子レーザが、アルカリ性溶液と過酸化水素水とを混合した溶液と塩素ガスとを反応させることで前記一重項酸素分子を発生する励起酸素発生器を備え、
前記レーザ光が、前記一重項酸素分子の誘導放出に基づくことを特徴とする請求項２に記載の癌治療装置。 - 前記光源は、自然放出増幅光発生器であり、
前記波長１．２７μｍの光が一重項酸素分子の自然放出増幅光であることを特徴とする請求項１に記載の癌治療装置。 - アルカリ性溶液と過酸化水素水とを混合した溶液と塩素ガスとを反応させることで前記一重項酸素分子を発生する励起酸素発生器と、
前記励起酸素発生器で発生した前記一重項酸素分子が供給される容器と、をさらに備え、
前記容器の長手方向の一端を、波長１．２７μｍの光を反射する材質で構成し、
前記容器の内側側面が波長１．２７μｍの光を反射することを特徴とする請求項４に記載の癌治療装置。 - 集光レンズをさらに備え、
前記集光レンズで収束ビームとなった前記波長１．２７μｍの光が皮膚を介して癌細胞に照射される請求項１〜５のいずれか１項に記載の癌治療装置。
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