JPH119701A - 生体組織処理装置 - Google Patents
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Abstract
を行う際に、皮膚の表面に微細な穴を形成することによ
り皮膚の防御機能を低下させて、薬剤の投与或いは体液
の採取を効率的に行なえるようにすること 【解決手段】 超音波等の外部エネルギーが供給される
側に設けられた天板1bと皮膚の表面に接触する底板1
aとの間に液体4が満たされた空間2を有し、この空間
2から底板1aを貫通して形成された複数の透孔3を有
する。
Description
の薬剤の投与或いは体液の採取を行う生体組織処理装置
に関する。
拡散によって薬剤を導入することが知られている。しか
しながら、皮膚は外部からの異物の侵入を防止する防御
機能を有しているので、単に薬剤を皮膚の上に塗布した
だけでは、効率的に薬剤を吸収させることができない。
般に注射器が使用されるが、痛みがある、傷口から感染
する等の問題がある。また、皮膚に真空吸引装置を押し
当てて、皮膚を通して体液の採取を吸引することも行わ
れているが、効率が非常に悪い、皮膚に吸引跡が残るの
等問題がある。
器の表面から薬剤の投与或いは体液の採取を行う場合に
も同様な問題が生じる。
行う際の効率を高めるために、超音波を併用することが
知られているが、十分な効果をあげるに至っていない。
また、効果を高めるために超音波エネルギーを大きくす
ると、患部の発熱、火傷等の副作用を生じるおそれがあ
る。
組織への薬剤の投与或いは生体組織からの体液の採取を
行う際に、生体組織の表面に微細な穴を形成することに
より、薬剤の投与或いは体液の採取を効率的に行なえる
ようにすることを課題とする。
「浸襲性(invasive)」の治療でもなく、単な
る薬物の塗布のような非浸襲性(non−invasi
ve)」の治療でもない半浸襲性(semi−inva
sive)の治療を行うことが出来る生体組織処理装置
を提供することを目的とする
置は、多数の微細な透孔を有し、一方の面の少なくとも
一部分が生体組織に面した状態で使用されるシートを備
え、このシートの他方の面の側に液体が満たされる空間
を有し、前記シートの他方の面の側から外部エネルギー
が供給されるようにされている。
レーザー光、電場のいずれかとすることができる。
しい。
下させる物質で満たされていることが望ましい。
音波反射部材で形成されていることが望ましい。
た天板と皮膚の表面に接触する底板との間に液体が満た
された空間を有し、この空間から前記底板を貫通して形
成された複数の透孔を有することを特徴とする。
してほぼ筒状であり、側面に多数の微細な透孔が形成さ
れ、内部に超音波振動素子及び液体を収容する空間を備
え、外周面の少なくとも一部分が生体組織に面した状態
で使用される。
する本発明の生体組織処理装置の使用態様を示す概略断
面図である。また図2は、図1に示す生体組織処理装置
の底面図である。
して比較的薄い円板状の板体であり、生体組織処理装置
1の内部には、円形の空間2が形成されている。この生
体組織処理装置1の形状及び厚みは、後述するキャビテ
ーション現象を発生させることができる条件を満足する
ものであれば、どのようなものでもよい。また、生体組
織処理装置1を構成する材料としては、硬質材料あるい
は軟質材料のいずれも使用することができる。硬質材料
としては、プラスチック、硬質樹脂、アルミニューム、
鉄、ステンレススチール等を使用することができる。ま
た、軟質材料としては、ポリ塩化ビニール、ポリエチレ
ン、ゴム、発泡スチロール等を使用することができる。
好ましくは、生体組織処理装置1は、合成樹脂からなる
直径3cmの円形のフィルム状シートである。フィルム
状シートの厚みは任意であるが、たとえば、1μ〜1c
mの範囲の厚みを取り得る。
2から外部に連通する複数の透孔3が形成されている。
透孔3の直径は、たとえば、0.1μm〜3mmの範囲
とすることができる。なお、図1及び図2の例では透孔
3は均一に分布しているが、必要に応じて粗密に設けて
もよい。また、透孔3の断面形状は円に限らず、星形、
多角形等の不整形でもよい。透孔3の密度として1平方
センチ当たり1個から100万個の範囲とすることができ
る。
間2と透孔3の内部は、液体4で満たされる。また、生
体組織処理装置1の天板1b側には超音波振動素子5が
取り付けられている。超音波振動素子5は、たとえば、
板状の圧電素子の両面に電極を取り付けたものであり、
電極間にパルス信号あるいは高周波信号を印加すること
により、超音波振動素子5の面とは直交する方向に超音
波エネルギーを放射する。超音波振動素子はフィルム状
の材質でもセラミックなどの堅いものでも良い。超音波
振動素子5には、図示しない電源から駆動信号として、
パルス信号あるいは高周波信号が供給される。超音波と
しては、10kHz〜100Mhzの範囲の超音波を使
用することができる。また、超音波は、0.1〜100
0W/cm2の範囲の強度で使用することができる。超
音波素子は2個以上に分離していてもよいし、必ずしも
超音波発振は面に直交しなくても良い。
処理装置1と一体的に形成してもよいが、生体組織処理
装置1とは別に独立した超音波振動素子を用意して、生
体組織処理装置1の天板1b側に押しつけるようにして
もよい。
ついて説明する。生体組織処理装置1の使用に際して
は、空間2と透孔3の内部は液体4で満たされ、生体組
織処理装置1の底板1aが皮膚6の表面に圧着される。
超音波振動素子5にパルス的な駆動信号が供給される
と、超音波振動素子5は超音波振動素子5の面と直交す
る方向に瞬間的に変形し、生体組織処理装置1にパルス
的な圧力(衝撃波)が加わり、空間2の内部の液体4の
圧力が急激に変化する。この圧力の急激な変化により、
空間2の内部の液体4にキャビテーションが発生する。
ては、たとえば、Robert E.Apfel:”Sonic efferves
cence: tutorial on acoustic cavitation”,Journal
of Acoustic Society of America 101 (3): 1227-1237
, March 1997、 Atchley A,Crum L: ”Ultrasound-It
s chemical, physical and biological effects: Acou
stic cavitation and bubble dynamicsEd, Suslick K,
pp1-64, 1988 VCH Publishers, New Yorkに記載されて
いるが、以下に簡単に説明する。
示す説明図である。キャビテーションとは、ある音響学
的振動下で、水溶液に溶けているガスが泡となるか、或
いは、既に存在していた泡が、振動、または拡大、縮小
を繰り返すことである。このキャビテーションは、液体
中に均一に発生するわけではなく、液体が容器と接して
いる場所で多く発生する。また、液体が容器と接してい
る場所の中で、特に、容器の表面が平坦でない箇所で集
中的に発生する。本発明においては、この事実に着目し
て、複数の透孔3を形成した生体組織処理装置1を使用
するものである。
受けて、液体4(図1参照)の圧力が急激に低下したタ
イミングでは、図3(a)に示すように、生体組織処理
装置1の透孔3の位置において、液体4中に溶けている
ガスが液体4中にほぼ球形の気泡7となって発生し、更
に、図3(b)に示すように、気泡7が成長する。気泡
7の大きさが球形を維持できない程度の大きさになる
と、図3(c)に示すように、気泡7は崩落する。この
崩落は、気泡7が他の物体、この場合には生体組織処理
装置1の底板1aと接触している側とは反対側から発生
する。すなわち、気泡7の上側から潰れはじめる。した
がって、気泡7の上側に存在する液体4は透孔3に向か
って矢印A方向に吸引される。気泡7の崩落は急激に発
生するので、この液体4が流れる速度は非常に速くな
り、たとえば、600km/h程度の矢印A方向のジェ
ット流となって、生体組織6の表面に吹きつけられる。
これにより、皮膚の表面には微細な穴8が形成される。
生体組織処理装置1の底板1aには、複数の透孔3が形
成されているので、皮膚6の表面には透孔3の数に対応
した数の穴8が形成される。皮膚に微細な穴8が形成さ
れても生体は1週間以内にこの穴8を自然にふさぐ性質
を持っているで安全である。
1を使用して皮膚の表面を処理することにより、皮膚6
の表面には多数の微細な穴8が形成されるので、この皮
膚の処理後に、処理した場所に薬剤を塗布することによ
り薬剤を効率よく体内に吸収させることができる。薬剤
の吸収量は生体組織処理装置1が皮膚と接触する部分の
面積や形状、透孔3の密度等を変えることにより制御す
ることができる。
薬物を投与したいときは、意識的に透孔3の密度が高い
部位に目標部位を設定することができる。逆に皮膚のあ
る部位に薬物を投与したくない部位には、透孔3がない
部位をそこに合わせることができる。また薬物の投与速
度を決めるには、透孔3の大きさで設定することができ
る。このように、薬物投与速度、量、部位を透孔3の性
質で制御することが本発明で可能となる。また、薬物の
持っている物理的性質、たとえば、表面張力、粘度、分
子量、活性度で薬物の投与条件を変えることができる。
さらに、透孔3の数、密度、形でも薬物の投与条件を調
整できる。これに加え、超音波、レーザー、衝撃波、電
場のエネルギー量、周波数、電圧、電流、強度に応じ
て、最適な透孔3の形態が決められる。
に満たされる液体4としてインスリン等の液状の薬剤を
使用した場合には、薬剤が直接皮膚6の表面に形成され
た穴8の中に噴射されるので、更に効率よく薬剤を体内
に吸収させることができる。
は、インスリンのほかに、抗がん剤、ビタミン、ミネラ
ル、生理食塩水、各種ホルモン(成長ホルモン、女性ホ
ルモン、抗利尿ホルモン)、ステロイド、抗炎症剤、抗
アレルギ剤、光感受性薬物、造影剤、各種たんぱく質、
遺伝子、ウイルス、リドカインなどの局所麻酔薬、また
全身麻酔用の薬物、全身用の痛み止め、各種精神薬、安
定剤、抗凝固因子(ヘパリン、ウロキナーゼ)、アルブ
ミン、抗生剤、降圧剤、昇圧剤等がある。
振動素子5にパルス的な駆動信号を供給するようにした
が、これに代えて、連続的に駆動信号を供給するように
してもよい。この場合には、気泡の発生及び崩落という
キャビテーション現象が繰り返し発生するので、更に効
率よく皮膚6の表面に多数の穴8を形成することができ
る。
の間には密接は関係がある。たとえば、同一のシートに
直径80μmと4μmの二種類の大きさの透孔3がある
場合、40kHzの超音波をシートに照射すると80μ
mの透孔3の部位で最も強く共鳴してキャビテーション
が発生し、大量の薬物が体内に送り込まれる。一方1M
Hzの超音波を照射すると直径4μmの透孔3の部分の
みでキャビテイションが起こり薬物が体内に少量づつ体
内に投与できる。このように薬物の投与速度を超音波の
周波数を切り替える事で自由に微調節できる。
消滅との間には密接は関係がある。
z、でたとえば10マイクロ秒間連続で超音波を照射す
ると、シートの透孔3の部分にバブルが発生するが、直
後に異なった周波数の超音波、たとえば500kHz
(発生したバブルと同期しない周波数)に切り替えると
バブルが破裂される。このように単一周波数の中に周波
数変調波を混合させることでバブルの破裂させるバブル
の大きさを調節することができる。このように薬物の投
与速度を超音波の周波数を切り替える事で自由に微調節
できる。このように、本発明によれば、使用者(患者)
は目的に応じシートの種類を自由に選べることができ
る。またエネルギー照射発生源をコンピュータで全自動
的または半手動で薬物投与量や体液吸引を制御すること
ができる。
成される複数の透孔の断面形状は、図1、図3に示され
る構造に限定されるものではなく、図4(a),
(b),(c)に示すようにテーパーを持たせたり、図
4(d),(e)に示すように透孔の中間部を径大にし
たり、逆に径小にしたりすることができる。
実施例を示す要部概略断面図である。なお、図1に示す
例と対応する部分には同一符号を付している。図5に示
す例においては、空間5の内部をインスリン等の液状の
薬剤で満たしているが、透孔3の内部には、キャビテー
ションの閾値を低下させる物質9を満たしている。キャ
ビテーションの閾値を低下させる物質としては、たとえ
ばローズベンガル、フォトフリン、エオジンY、エリス
ロシンB、各種界面活性剤等がある。
の内部に満たすことにより、低い超音波エネルギーでキ
ャビテーション現象を発生させることが出来る。これに
より、皮膚に照射される超音波エネルギーを少なくする
ことが出来、皮膚に悪影響を与えるおそれが少なくな
る。
テーションで、皮膚6の表面に多数の微細な穴8が形成
され、2回目のキャビテーションで、薬剤が穴8を通し
て体内に注入される。
リウム、アルゴン、ネオン、ペルフルオルカーボン等の
ガスを拡散させておくことによりキャビテーションの閾
値を低下させることもできる。これは、空気やガスがキ
ャビテーション発生時の核となってキャビテーションが
発生しやすくなるからである。
他の実施例を示す要部概略断面図である。なお、図1に
示す例と対応する部分には同一符号を付している。図6
に示す例においては、生体組織処理装置1の底板1aを
超音波吸収部材あるいは超音波反射部材で形成してい
る。超音波吸収部材としては、たとえば、ゴム、フォー
ムラバーを使用することができる。また、超音波反射部
材としては、空気を多く含む材料、たとえば、発泡性樹
脂を使用することができる。この場合、0.1ミクロンか
ら50ミクロン程度のカブセル状の空間がシートの表面
近くにまたはシート内全体に存在してもよい。また、穴
の部分以外のシート内に0.1ミクロンから1000ミクロン
の薄い空気層を持たせても良い。このよう空気が材質内
に含まれると超音波が反射されやすくなる。
部材で形成することにより、超音波振動素子5からの超
音波エネルギーは、底板1aで吸収あるいは反射される
ため皮膚に直接照射される超音波エネルギーが少なくな
り、皮膚に悪影響を与えるおそれが少なくなる。
おいては、皮膚へのエネルギーの影響で温度上昇、振動
摩擦熱、化学反応で皮膚に悪影響が認められたが、本発
明によれば、皮膚に当たるエネルギーを最小限に押さえ
ることで火傷などを防ぐことができる。また、付加エネ
ルギーも自由に増量できるため、より効果が得られるエ
ネルギー範囲、強度を選択できる。
他の実施例を示す要部概略断面図である。なお、図1に
示す例と対応する部分には同一符号を付している。
形成された底板1aの外側面に封止シート10を粘着さ
せている。封止シート10は、底板1aの外側面の表面
に直接粘着される薄い液密性シートからなっている。
ト10は底板1aの外側面に粘着されており、底板1a
の透孔3が大きい場合でも、透孔3から液体が流出する
ことはない。生体組織処理装置の使用の際には封止シー
ト10をつけたまま生体組織処理装置を動作させると、
先に説明したようにキャビテーションが発生し、このキ
ャビテーションにより発生したジェット流により封止シ
ート10が突き破られる。従って、薬剤の投与に支障が
生じることはない。
他の実施例を示す要部概略断面図である。なお、図1に
示す例と対応する部分には同一符号を付している。
形成された底板1aの外側面に粘着シート11を貼り付
けている。粘着シート11は、透孔3の径とほぼ同じ径
の穴11aを有する接着剤層11bと、この接着剤層1
1bに対して積層して設けられた剥離シート層11cと
から構成されている。
ト11は底板1aの外側面に粘着されており、底板1a
の透孔3が大きい場合でも、透孔3から液体が流出する
ことはない。生体組織処理装置の使用の際には、剥離シ
ート層11cを剥いで接着剤層11bを露出させ、この
接着剤層11bの粘着力により、生体組織処理装置を皮
膚に取り付ける。これにより生体組織処理装置が皮膚に
安定に取り付けられるので、取り扱いが容易となる。
投与を例に挙げて説明したが本発明の生体組織処理装置
は、体液の採取にも使用することができる。すなわち、
生体組織処理装置により、生体組織の表面に微細な穴を
開けた後に、処理した部分の皮膚に真空吸引装置を押し
当てて吸引することにより、低い負圧で皮膚を通して体
液の採取を効率的に行うことができる。体液の採取とし
て、汗、細胞間液、血液、血清、電解質、酵素、タンパ
ク質、異物、薬物、毒物などの抽出も含まれる。
衝撃波をエネルギー源として使用したが、レーザー光等
の他のエネルギー源として使用してもよい。
剤投与を例に挙げて説明したが本発明はこれに限定され
るものではなく血管の管壁や臓器の表面から薬剤の投与
或いは体液の採取を行う場合にも本発明を適用すること
ができる。
場合の実施例について説明する。
透孔3が形成された矩形のシートを円筒状に丸めて直径
数mm〜10cm程度の筒状体とし、この筒状体の内部
に超音波振動素子5を配置して生体組織処理装置を構成
する。この生体組織処理装置にはカテーテル13の先端
が連結される。カテーテル13を介して抗がん剤を含ん
だ液体4が補給される。また、カテーテル13に沿って
設けられたリード線14を介して超音波振動素子5に駆
動信号が供給される。
5の患部16近傍まで挿入される。超音波振動素子5に
駆動信号が供給されると、先に述べた実施例と同様にキ
ャビテーションが発生し、透孔3から抗がん剤を含んだ
液体4が食道15の外皮に噴射され、食道15の外皮に
多数の穴が形成される。そして、この多数の穴を介して
吸収された薬剤を含んだ液体4が患部16、たとえば、
悪性腫瘍部まで浸透する。これにより、患部に効率よく
抗がん剤を投与することができる。この際、診断用の超
音波エコープローブを本発明の装置と組み合わせれば、
悪性腫瘍の位置をモニター、確認しながら処理できる。
を治療するに際して、本装置を経口的に挿入し、病変部
がある部位に本装置を位置させ、エネルギーと抗がん剤
を併用して食道がんの組織の深部まで薬剤を浸透させる
ことができる。また、がん細胞やその他の正常組織の細
胞内にも薬剤を細胞膜を通して浸透させることができ
る。このように抗がん剤を局所的に投与することが出来
るため、抗がん剤として高濃度で毒性が強いものも使用
できる。抗がん剤としては、マイトマイシン、アドリア
マイシン、ブレオマイシンなどの一般の抗がん剤から最
近実用化されようとしている遺伝子治療法の薬物(遺伝
子)の投与も可能となる。更に、光化学療法で使用され
ている光感受性薬物も組織内に浸透させることができ
る。その他に各種の造影剤も投与できる。食道がん以外
でも大腸がん、頭頚部がん、脳腫瘍、肝がん、肺がんの
治療に本発明は使用できる。また腫瘍の内部や中心へ本
装置を挿入して処理することもできる。
認するために以下の実験を行った。
ンチ平方あたりに10個の穴(22ゲージの針で作成)
が開いている本発明のシートを装着して、その上に蛍光
発色する薬物をのせた。その個所に超音波(1MHz, 0.5
W/cm2)を5分間照射した。その皮膚組織を共焦点レー
ザー顕微鏡で観察した。シートの穴の部位に一致したと
ころに100ミクロンの深さまで色素が浸透しているこ
とが観察された。また皮膚の角質層の部分には超音波で
できたと思われるクレーター状の穴が認められ、シート
の穴と同じ部位であることが確認できた。一方、対照群
の超音波を照射していない皮膚では色素の浸透は全く認
められなかった。
を使用して皮膚の表面に微細な穴を開けることができる
ので、痛みを伴うことなく効率的に、薬物の投与あるい
は体液の採取を行うことができる。
概略断面図である。
る。
である。
る。
す要部概略断面図である。
を示す要部概略断面図である。
を示す要部概略断面図である。
を示す要部概略断面図である。
織処理装置の実施例を示す要部概略断面図である。
Claims (7)
- 【請求項1】 多数の微細な透孔を有し、一方の面の少
なくとも一部分が生体組織に面した状態で使用されるシ
ートを備え、このシートの他方の面の側に液体が満たさ
れる空間を有し、前記シートの他方の面の側から外部エ
ネルギーが供給されるようにされた生体組織処理装置。 - 【請求項2】 前記外部エネルギーが、超音波、衝撃
波、レーザー光、電場のいずれかであることを特徴とす
る請求項1記載の生体組織処理装置。 - 【請求項3】 前記液体が、薬剤を含んでいることを特
徴とする請求項1記載の生体組織処理装置。 - 【請求項4】 前記透孔が、キャビテーションの閾値を
低下させる物質で満たされていることを特徴とする請求
項1記載の生体組織処理装置。 - 【請求項5】 前記シートが、超音波吸収部材あるいは
超音波反射部材で形成されていることを特徴とする請求
項2記載の生体組織処理装置。 - 【請求項6】 外部エネルギーが供給される側に設けら
れた天板と皮膚の表面に接触する底板との間に液体が満
たされた空間を有し、この空間から前記底板を貫通して
形成された複数の透孔を有することを特徴とする生体組
織処理装置。 - 【請求項7】 全体としてほぼ筒状であり、側面に多数
の微細な透孔が形成され、内部に超音波振動素子及び液
体を収容する空間を備え、外周面の少なくとも一部分が
生体組織に面した状態で使用される生体組織処理装置。
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