JPWO2016136349A1

JPWO2016136349A1 - 光照射装置

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Publication number: JPWO2016136349A1
Application number: JP2017501988A
Authority: JP
Inventors: 勝次井口; 森　淳; 淳森; 中西　徹; 徹中西
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Current assignee: Sharp Corp
Priority date: 2015-02-26
Filing date: 2016-01-22
Publication date: 2017-11-09
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Abstract

湾曲面を有する患部にも均一照射が可能で、光照射による過剰な加熱を抑制できる簡便な光照射装置を提供する。光照射装置（１０）は、皮膚（１）の患部（２）を覆う高分子ゲル層（３）と、高分子ゲル層（３）上に密着するＬＥＤ保護層（６）と、ＬＥＤ保護層（６）上に密着しＬＥＤ（４）を配列した基板（５）とを備える。ＬＥＤ（４）を点灯する電流制御装置（８）は照射強度を制御し、必要ドーズ量に達した時、照射を停止する。

Description

本発明は、主に人間及び動物の皮膚の患部に光を照射する、治療及び理容美容に使用する光照射装置に関する。

光治療に関しては、新生児黄疸、乾癬及びニキビ等の疾患治療、痛みの緩和並びに美容等、多様な目的で利用されている。新生児黄疸治療には緑色光及び青白色光が使用され、乾癬治療には紫外光が使用され、ニキビ治療には青色光、赤色光及び黄色光が使用されている。また、用途によって種々の光源が用いられている。

例えば、エキシマーランプ及びアーク灯等の光源を用いる場合、固定した光源から、一定の距離に患部を配置し、光を照射する。しかし、この方式では患部以外にも光が当たる為、目を保護する為のアイマスクのように、患部以外を光遮蔽物でカバーする等の対策が必要となる。また、手足のような湾曲部に対しては、光源に対する角度及び距離に依存して、患部の場所によって照射強度が異なり、患部に対して均一に光照射することが難しい。さらに、この様なランプ型の装置は、大型であり、電源及び冷却装置等の付属装置も多い為、設置面積が大きくスペースを要すると共に価格が高額となる。

また、レーザー等の光源を用いる場合、患部に照射される光がスポット光となる為、大面積の患部に光を照射する為にはスポット光をスキャンニングすることが必要となり、機器が複雑、高価となる。

さらに、光ファイバーを活用し、面状に光を照射する装置を用いる場合、光ファイバーへ光を送り込む効率が比較的低い為、どうしても照射パワーが低くなり、比較的長時間の治療にしか向かない。

以上の様な背景より、患部に沿って、一定距離を保って患部を覆うことができるフレキシブルな光治療用の光源が求められている。

ここで、発光ダイオード（ＬＥＤ）は他の光源と比べて小さく、素子数及び配置等を異ならせて湾曲面を有する患部にも光照射することができる。

その為、上記要望に対し、発光光源としてＬＥＤを用いた以下の特許文献が開示されている。

特許文献１では、発光光源としてレーザー及びＬＥＤをフレキシブル基板上に配置し、患部に巻きつけて使用する光照射装置が開示されている。

特許文献２では、発光光源としてＬＥＤをフレキシブル基板上に配置し、顔を覆って使用する顔面用光照射装置が開示されている。

特許文献３では、発光光源となるＬＥＤをフレキシブル基板上に多数配置し、これを患部に巻きつけて光照射する柔軟性のある光照射装置が開示されている。

特許文献４では、頭部への適用を前提に、発光光源となるＬＥＤを帽子の内側に配置した光照射装置が配置されている。

特許文献５では、発光光源となるＬＥＤをフレキシブル基板上に配置し、患部とＬＥＤとの間に光透過物質を挟むことで、ＬＥＤから発する熱を患部に伝える光照射装置が開示されている。

非特許文献１では、ＬＥＤの近紫外光を使用したメチシリン耐性黄色ブドウ球菌（ＭＲＳＡ）感染皮膚潰瘍治療法が記述されている。

米国特許第５６１６１４０号明細書（１９９７年４月１日発行）米国特許第５９１３８８３号明細書（１９９９年６月２２日発行）国際公開ＷＯ０１／１４０１２号（２００１年３月１日公開）国際公開ＷＯ２００８／１４４１５７号（２００８年１１月２７日公開）国際公開ＷＯ２０１２／０２３０８６号（２０１２年２月２３日公開）

Kuniyuki Morimoto,他６名,"Photodynamic Therapy Using Systemic Administration of 5-Aminolevulinic Acid and a 410-nm Wavelength Light-EmittingDiode for Methicillin-Resistant Staphylococcus aureus-Infected Ulcers in Mice",PLOS ONE, August2014,Volume 9,Issue 8 e105173，（２０１４年０８月２０日出版）

しかしながら、上述した従来の技術では、以下の課題がある。

光治療では患部に対して、必要最低限の光量を均一に照射できることが求められる。過剰な照射は患部に「日焼け」等の副作用を及ぼす可能性が有り、照射量が不足すれば、治療効果が望めない。これは腕及び足のように湾曲した表面を持つ部位に対しても同様である。湾曲面の患部に対しても均一な光照射を行う為には、湾曲面にフレキシブルに沿うことができる柔軟な光源を、常に患部と一定の距離を保って配置する必要がある。

特許文献１及び２に開示された光照射装置は、患部の湾曲面にフレキシブルに沿って光照射することはできても、構造上、常に患部と一定の距離を保って配置することは困難である。

また、ＬＥＤの効率は向上しているが、それでも投入された電力の過半は熱となって散逸する。特許文献１、２及び４に開示された冷却手段を有していない光照射装置では患部に過剰に熱が与えられる可能性がある。

そこで、この熱が患部に対して、悪影響を与えないように、何らかの蓄熱機構、又は冷却機構が必要となる。しかしながら、特許文献３に開示されたように冷却機構を照射装置に持たせることは、通常、機構を複雑にし、コスト上昇要因になると共に、照射面積のフレキシビリティを失うことになる。

本発明は、上記課題に鑑みなされたものであり、その目的は、湾曲面を有する患部に対しても、均一照射が可能で、且つ、光照射による過剰な加熱を抑制できる簡便な構造の光照射装置を提供することにある。

上記の課題を解決するために、本発明に係る光照射装置は、患部に光を照射する光照射装置であって、光を発生する複数の発光ダイオードと、水を含有する高分子ゲル層とを備え、前記高分子ゲル層は、患部に直接的又は間接的に接触する接触面を有するとともに、前記発光ダイオード上にほぼ一定の厚さで形成されていることを特徴とする。

本発明の一態様によれば、簡便な構造の光照射装置によって、湾曲面を有する患部に対しても、均一照射が可能で、且つ、光照射による過剰な加熱を抑制できるという効果を奏する。

本発明の実施形態１に係る光照射装置の構成を示す断面図である。図１の光照射装置のＬＥＤを含む部分の構成を拡大して示す断面図である。図１の光照射装置の患部に対するＬＥＤの配置を示す平面図である。本発明の実施形態１の変形例に係る光照射装置の患部に対するＬＥＤの配置を示す平面図である。本発明の実施形態２に係る光照射装置の構成を示す断面図である。図５の光照射装置の構成を示す詳細断面図である。本発明の実施形態３に係る光照射装置の構成を示す断面図である。本発明の実施形態４に係る光照射装置の構成を示す断面図である。本発明の実施形態５に係る光照射装置の構成を示す断面図である。本発明の実施形態６に係る光照射装置の構成を示す断面図である。

本発明の実施形態について図１〜図１０に基づいて説明する。以下、説明の便宜上、特定の実施形態にて説明した構成と同一の機能を有する構成については、同一の符号を付記し、その説明を省略する場合がある。

〔実施形態１〕
図１〜図４に基づき、本発明の実施形態１に係る光照射装置１０について説明する。図１は、実施形態１に係る光照射装置１０の構成を示す断面図である。図２は、光照射装置１０のＬＥＤ４を含む部分の構成を拡大して示す断面図である。図３は、光照射装置１０の患部２に対するＬＥＤ４の配置を示す平面図である。

図１に示すように、本実施形態に係る光照射装置１０は、皮膚１の患部２を覆う高分子ゲル層３と、高分子ゲル層３上に密着し光源となる発光ダイオード（以下、ＬＥＤ）４と、ＬＥＤ４が実装された基板５と、基板５におけるＬＥＤ４の実装面を覆う発光ダイオード保護層（以下、ＬＥＤ保護層）６とを備える。また、光照射装置１０は、ＬＥＤ４を点灯する電流制御装置８と、光照射強度や温度を検出するセンサ９とを備える。電流制御装置８（通電制御部）は、皮膚１上に設置されたセンサ９からの温度信号と光量信号を基に、照射強度を制御し、必要ドーズ量に達した時、光の照射を停止することができる。なお、センサ９は、光照射強度検出機能のみを持つセンサであれば、皮膚１の上では無く、基板５上に設置されても良い。

（ＬＥＤ４及び基板５）
ＬＥＤ４は、ほぼ均等な間隔を置いて基板５上（平面上）に実装されている。ＬＥＤ４は治療目的に応じて選択しなければならない。ここでは「メチシリン耐性黄色ブドウ球菌（ＭＲＳＡ）感染皮膚潰瘍治療」へ適用する為、窒化ガリウム系の青紫光を発するＬＥＤ（ピーク波長４１０ｎｍ）を用いている。他の用途では、窒化ガリウム（ＡｌＩｎＧａＮ）ＬＥＤによる紫外ＬＥＤ、青色ＬＥＤ若しくは緑色ＬＥＤ、４元系（ＡｌＧａＩｎＰ）ＬＥＤによる赤色ＬＥＤ、黄色ＬＥＤ若しくは緑色ＬＥＤ、又はＧａＡｓ系の赤外ＬＥＤ等、目的によって最適なＬＥＤ４を選択できる。また、異なる波長帯のＬＥＤ４を複数組み合わせることも可能である。

ＬＥＤ４及びそれを実装する基板５は各種の様態が可能である。ここでは図２に示すように、２．８ｍｍ角のアルミナ（Ａｌ_２Ｏ_３）系白色のセラミック基板１１にサイズ４４０μｍ×５５０μｍ、厚さ約１００μｍ〜１３０μｍの青紫光を発するＬＥＤチップ１２を２チップ直列実装し、シリコーン樹脂から成る樹脂ドーム１４で覆ったＬＥＤ素子をＬＥＤ４として用いた。ＬＥＤチップ１２は、セラミック基板１１上にダイボンドペースト（図示せず）により接着され、ボンディングワイヤー１３により電極（図示せず）に接続されている。

ここで、隣り合うＬＥＤ４の中心間の距離の平均値である平均距離Ｄとしては、３ｍｍ以上２０ｍｍ以下であることが好ましく、５ｍｍ以上、１０ｍｍ以下であることがより好ましい。

図２に示すように、基板５はポリイミドフィルム１５上に銅配線１６が形成され、銅配線１６の表面が銀メッキ１７によりメッキされた物により構成される。銀メッキ１７は治療光の反射率を上げ、光のロスを低減する為に用いられる。この基板５上では、ＬＥＤ４がハンダ１８により銅配線１６に取り付けられている。ＬＥＤ保護層６は、シリコーン樹脂から成り、銀メッキ１７の腐食防止、基板表面の絶縁性確保及び防水性確保の為に、基板表面を覆うように形成されている。

なお、光照射装置１０は、ＬＥＤ保護層６の代わりに、ＬＥＤ４を収納する保護ケース（図示せず）を備えていてもよい。保護ケースは、フレキシブルに撓む可撓性を有しており、ＬＥＤ保護層６と同様に、銀メッキ１７の腐食防止、基板表面の絶縁性確保及び防水性確保が可能な材質によって形成されている。これにより、ＬＥＤ４に対する防水性を確保することができる。

ＬＥＤ４は図１に示す様に、患部２を覆う様に配置される。基板５も患部２を覆う様に加工されている。基板５の裏面（ＬＥＤ４実装面の反対側）は空気と接することになるが、ＬＥＤ４が発した熱を外部に効率的に逃がすことが好ましく、基板５の裏面全体に銅メッキを付すことにより熱伝導率の良好な材料を貼り付けることで、ＬＥＤ４の熱を基板５の全体に広げることが有効である。また、基板５の裏面に凹凸を付けて、排熱効率を上げることが好ましい。発熱が激しい用途では、基板５の裏面に冷却水配管を設け、積極的に水冷することも可能である。

（高分子ゲル層３）
高分子ゲル層３は、水を含有するゲル層であり、ポリアクリル酸ナトリウム顆粒に水を吸収させ板状に成形したものである。ポリアクリル酸ナトリウムの様に吸水性の高いポリマーで有れば、他の吸収性ポリマーを用いることもできる。ポリアクリル酸塩系以外では、ポリスルホン酸塩系、無水マレイン酸塩系、ポリアクリルアミド系、ポリビニルアルコール系及びポリエチレンオキシド系等多種類の合成ポリマー、並びにポリアスパラギン酸塩系、ポリグルタミン酸塩系、ポリアルギン酸塩系、デンプン系及びセルロース系等の天然由来の吸水ポリマーが知られている。

水は純水が好ましいが、水道水等、イオン含有量が少ない物で有れば使用できる。また、低濃度で有れば従来公知の薬剤を加えた水溶液で有っても良い。これにより、高分子ゲル層３は、薬剤成分を含むようになる。高分子ゲル層３の取り扱いを容易にする為に、下面（患部２と接する面）を治療に有効な波長帯の光を透過させる透明なフィルムである高分子ゲル保持層７で覆うことが好ましい。上下両面を覆っても良い。なお、治療に有効な波長帯としては、例えば、前記青紫ＬＥＤを使用する場合、４００ｎｍ以上４３０ｎｍ以下であることが好ましく、３８０ｎｍ以上４５０ｎｍ以下であることがより好ましい。あるいは、治療に有効な波長帯としては、他のＬＥＤを使用する場合、ピーク波長に対して、±２０ｎｍであることが望まれ、更に好ましくは±３０ｎｍ程度の範囲において透明であることが望まれる。

高分子ゲル層３は、患部２に直接的に接触する接触面を有しており、患部２を完全に覆うことが好ましい。但し、高分子ゲル層３は、患部２に直接接触するのでは無く、患部２に間接的に接触しても良い。例えば、高分子ゲル層３と患部２との間に薄いフィルムが介在しても良いし、患部２にクリーム等を塗った上で、高分子ゲル層３を患部２に接触させても良い。治療光は大部分が高分子ゲル層３に閉じ込められる為、高分子ゲル層３に覆われていない部分は殆ど光照射を受けない。従って、治療したい患部２は高分子ゲル層３で覆われる必要がある。治療に十分な強度で光照射を行う為には、図３に患部２を囲む外形線にて示す部分から一定距離離れた外形線にて示す部分まで覆うのが好ましい。

高分子ゲル層３は大半が水であり、水が光による熱を吸収する為、光による患部２の過熱を抑制することができる。高分子ゲル層３が無ければ、患部２での光吸収によって発した熱を、体内の血流で冷却するしかない。しかし高分子ゲル層３によって、患部２の表面側への排熱が期待できる。冷却効果の観点からは、高分子ゲル層３は厚い程良い。厚い方が光照射強度も均一化されるが、患部２の形状によっては厚さが制限される場合がある。また、高分子ゲル層３の厚さＴは、照射対象である患部２によるが、例えば、１ｍｍ以上２０ｍｍ以下であることが好ましく、３ｍｍ以上１２ｍｍ以下であることがより好ましい。

また、光の照射前に高分子ゲル層３を冷却し、温度を下げて置くことで、光照射時間を長くすることができる。例えば最大許容温度が４０℃とする場合、室温２５℃に対して、１０℃まで冷却することで、約１５℃から約３０℃へ、温度上昇の許容範囲を拡大できる。本実施例では、高分子ゲル層３を１０℃まで冷却した後、光照射した。冷却する温度は、照射対象である患部２及び最大許容温度等によるが、例えば、０℃以上２０℃以下に冷却することが好ましく、５℃以上１５℃以下に冷却することがより好ましい。

高分子ゲル層３の厚さＴは、患部２を均一に光照射する為に重要なパラメータである。個々のＬＥＤ４間の平均的な距離Ｄに対して、０．５≦Ｔ／Ｄであることが好ましく、０．８≦Ｔ／Ｄであることがより好ましい。これにより、ＬＥＤ４間の距離に対して高分子ゲル層３の厚さが薄すぎない為、高分子ゲル層３が薄すぎるときに発生する問題を防ぐことができる。つまり、高分子ゲル層３が薄いと患部２がＬＥＤ４と近くなり、ＬＥＤ４に近い患部が多量の照射を受けるが、ＬＥＤ４から遠い患部は少ない照射しか受けないと言う不均一性が発生するという問題を防ぐことができる。

（センサ９）
センサ９は患部２の温度及び／又は照射光強度をモニターするものである。患部２への光照射が影響を受けなければ、従来公知のものを使用できる。但し、センサ９は耐水性を持つ必要がある。

センサ９は多くの場合、照射光強度センシング機能を省略することができる。ＬＥＤ４の出力は安定しており、予め出力と光強度との関係を校正しておけば、指定電流を流すことにより、所定の照射強度を得ることができ、時間制御で必要ドーズ量を照射することができる。この場合、温度センサをセンサ９として用いることにより、電流制御装置８によって電流量を制御するのでは無く、電流をＯＮ／ＯＦＦすることにより、温度が所定温度を超えない様に光照射を断続する。これにより、患部２及びその周辺の皮膚１が熱くならない様にすることができる。

ここで、予め実際の照射状況に即して温度測定を行い、温度上昇が許容範囲に抑えられる場合、温度モニターを省略することができる。総照射量が少なく、照射の終了時にも、温度が例えば４０℃以下に保てる場合、平均照射パワーが低く、連続照射を行っても温度が４０℃以上に上がらない場合、又はパルス駆動により平均照射パワーを低く保ち、連続照射を行っても温度が４０℃以上に上がらない場合等では温度モニターは必要ない。この様な事前評価ができない緊急の場合では、センサ９の活用が好ましい。

尚、上限温度を４０℃とすることについては、一般にこの程度であれば数十分間の照射では火傷になることはないと言う目安で記載したが、状況によっては上限温度をもっと低く保たねばならない場合も有り得る。逆に短時間で有れば、もう少し温度上昇を許容できる場合もある。上限温度は、照射対象である患部２によるが、例えば、５１℃以下であることが好ましく、４４℃以下であることがより好ましい。

（電流制御装置８）
電流制御装置８は、最も単純な形態では、ＬＥＤ素子群に定電流を供給する定電流源であり、電流供給時間をタイマー設定することで、光ドーズ量を制御するものである。温度センサを使用する場合は、温度上限を設定し、その上限温度（例えば４０℃（一定温度））に近づくと通電を停止し、温度が下がった時点で再度通電を開始し、総照射時間が設定時間に達した段階で電源をオフし、終了を告知する様な制御を行う。光照射時間としては、照射対象である患部２によるが、例えば、３０分以下であることが好ましく、１５分以下であることがより好ましい。温度モニター及び光照射強度モニターを併用する場合（例えば、センサ９を使用する場合）には、上限温度及び必要ドーズ量を設定し、上限温度に達しない様に電流を制御しつつ、必要ドーズ量に達した時点で、照射を終了し、終了を告知する制御を行う。光照射強度としては、照射対象である患部２によるが、例えば、１０ｍＷ／ｃｍ^２以上２００ｍＷ／ｃｍ^２以下であることが好ましく、５０ｍＷ／ｃｍ^２以上１５０ｍＷ／ｃｍ^２以下であることがより好ましい。必要ドーズ量としては、照射対象である患部２によるが、例えば、４０Ｊ／ｃｍ^２以上６５Ｊ／ｃｍ^２以下であることが好ましく、４５Ｊ／ｃｍ^２以上５５Ｊ／ｃｍ^２以下であることがより好ましい。

最も単純な場合、ＬＥＤ４を全て直列にすれば全てのＬＥＤ４に同一電流を供給でき、各ＬＥＤ４からほぼ同じ出力を得ることができる。しかし、ＬＥＤ４の数が多い場合、全直列では電圧が高くなりすぎることがある。つまり、ほぼ同数のＬＥＤ４を直列接続した系統を複数設けることとなり、この場合、同一電流を出力できる定電流電源を複数搭載する必要がある。図３では６４個のＬＥＤが実装されており、各素子に１００ｍＡを流す場合、各素子に約６．２Ｖの電圧が必要となる。その結果、直列接続では合計約４００Ｖ程度の高電圧が必要となり、危険性が高い。その為、３２個を直列接続した２系統の配線を設け、２００Ｖ系の同一の電源を２個使い、各素子に１００ｍＡの通電できる様にした。

（効果検証）
本実施例では、豚の背中に形成した潰瘍にメチシリン耐性黄色ブドウ球菌（ＭＲＳＡ）を感染させ、５−アミノレブリン酸（ＡＬＡ）の全身投与及び波長４１０ｎｍの青紫光を用いた光治療に本実施形態の光照射装置を適用した。ＡＬＡはその一部がＭＲＳＡの体内にて、プロトポルフィリンＩＸ（以下、「ＰｐＩＸ」と記載する）に変換される。ＰｐＩＸを光増感性物質であり、前記青紫光よって分解され、分解時に発生する活性酸素がＭＲＳＡを攻撃することで、ＭＲＳＡを低減できる。また、患部２の細胞自身には全く悪影響を及ぼさず、且つ、抗生物質耐性を有する細菌を、抗生物質汚染を引き起こす事無く殺菌できる。

本実施形態では実験用の２頭の豚の背中に５０ｍｍ×１００ｍｍ程度の潰瘍を形成し、これにＭＲＳＡを感染させた。一方の豚には予めＡＲＡを投与し、睡眠薬により眠らせて安静な状態で光照射を行った。もう一方には何も行わなかった。この状態で潰瘍の大きさの推移を観察した。

光照射に当たっては、潰瘍の形態（図３の患部２）に合わせて、図３に示す様に６４個の青紫光を発するＬＥＤ４を実装した基板５を形成した。各３２個のＬＥＤ４を直列接続した２系列の配線を設け、これを２１０Ｖまで昇圧可能な２系統の定電流電源にそれぞれ接続できる様にした。各ＬＥＤ４素子間の平均的な距離Ｄは１０ｍｍである。

患部２に近い正常部に温度センサ（センサ９）及び光強度センサ（センサ９）を貼り付けた。温度センサは熱電対を用いた。また、光強度センサはＰＮダイオードを用いた。それぞれ事前に、高分子ゲル層３内での出力と実際の光強度及び温度との間の校正行った。

ポリアクリル酸ナトリウム顆粒に純水を吸収させて、厚さ約１０ｍｍの高分子ゲル層３を作製し、患部２を覆って配置した。患部２の端部から高分子ゲル層３の端部までの距離が約１０ｍｍ〜２０ｍｍになる様に加工した。次に、高分子ゲル層３上にＬＥＤ４を実装した基板５を、ＬＥＤ４が患部２に向くように密着させた。高分子ゲル層３の下面に薄い透明フィルム層である高分子ゲル保持層７を敷くことで、高分子ゲル層３の取り扱いは容易となる。皮膚１上での光照射強度に大きな変化は無かった。

次に、２系統の配線に１００ｍＡの電流を８分間通電した。光強度センサで測定した光照射強度はほぼ一定であり、平均的に約１０４ｍＷ／ｃｍ^２の照射強度があることを確認した。これより目標の約５０Ｊ／ｃｍ^２のドーズに達成する為に、この通電時間を８分に決定した。温度センサのモニター値は、この８分間の通電で、初期温度が１０℃から３９℃へほぼ時間に比例して、約２９℃上昇したことが確認できた。温度による悪影響はないと考える。

光照射を行う豚に上述の処理をした後、２頭の豚の潰瘍の大きさを観察した所、処理をしなかった豚の潰瘍は一種間を経過しても、縮小することはなかった。しかし、光照射を行った豚の潰瘍は日々、患部２の全面でほぼ均一に縮小していき、最終的には消滅した。以上により、ＡＬＡを投与した後、光照射をすることで、患部２の全面でほぼ均一にＭＲＳＡを死滅させることができたと考えられる。

（変形例）
図４に基づき、実施形態１の変形例に係る光照射装置１０について説明する。図４は、変形例に係る光照射装置の患部に対するＬＥＤの配置を示す平面図である。

本実施形態に係る変形例は実施形態１に対して、基板５の形状及びＬＥＤ４の配置が異なる以外は同じ構成である。本来、患部２の大きさ、形態は患者毎に異なり、それぞれの形状に合致するように基板５を作製し、ＬＥＤ４を配置することが好ましい。しかし、個々に形状を変更することは、基板設計が必要となり、コストも時間もかかり、一般的な治療には向かない。一方で種々の患部２に対応できる様に、大き目の基板５を形成することもできるが、不必要な光照射を患部２以外にも当てることになりかねないし、治療コストも上昇する。

そこで本変形例では、規格化したサイズの基板５を組み合わせて用いる。具体的には、図４に示す様に、３×６＝１８個のＬＥＤ４が、個々のＬＥＤ４間の平均的な距離Ｄが１０ｍｍとなるように実装された複数の基板５１を３枚組み合わせて、ＬＥＤ４の総数を５４個とする。実施形態１に比べ、患部２を覆うＬＥＤ４の個数が減少するので、部分的に患部２を基板５１が覆わない箇所も生じる。しかし高分子ゲル層３の光閉じ込め効果で、患部２端部に対しても、十分な強度の照射することができる。この様な複数の基板５１を組み合わせて使うことができるのは、高分子ゲル層３が患部２と各基板５１との間に介在し、患部２と基板５１とを相互に固定すると共に、光を閉じ込め、照射強度をある程度均一化する為である。

このような基板５１を含む光照射装置１０を用いて、図２と同じ患部２に対して光照射を行った結果を検証した。

本変形例では、同じ定電流電源を３台組み合わせ、それぞれ３枚の基板５１に１００ｍＡを供給した。それぞれの基板に約１１２Ｖの電圧を印加した。

実施形態１に記載の実験を同様に行ったところ、照射時間は１１分必要となった。この実験ではセンサ９をＬＥＤ４で覆われていない患部２の近くに設置し、この様な患部２にも十分な光ドーズが与えられる様に配慮した。実施形態１に比べ患部２の外に設置されるＬＥＤ４が少ない為、患部２の外周部への光照射強度は落ちる。患部２全面での見た光照射強度の均一性は悪くなるが、この治療では必要ドーズ量を超えれば、多少のオーバードーズでも患部に対して顕著な悪影響を引き起こすことはない為、専用の照射装置を準備する時間とコストを考慮すれば、合理的な選択肢であると考える。

上記光照射処理をした豚の潰瘍の大きさを観察した所、実施形態１の場合と同様、豚の潰瘍は日々明らかに縮小していき、最終的には消滅した。ＬＥＤ４で覆われていない患部２においても、特に潰瘍の後退が他の場所に比べて遅いことはなかったことから、この様な患部２を含めて、患部２の全面に対して、必要量の光照射ができ、ＭＲＳＡを死滅させることができたと考えられる。

〔実施形態２〕
図５〜図６に基づき、本発明の実施形態２に係る光照射装置１０の構成について説明する。図５は、実施形態２に係る光照射装置１０の構成を示す断面図である。図６は、当該光照射装置１０の構成を示す詳細断面図である。

図５に示すように、本実施形態に係る光照射装置１０は実施形態１に対して、基板５及びＬＥＤ４の構成が異なる。上述の実施形態１及びその変形例では、図２に示す様に、ＬＥＤチップ１２が、セラミック基板１１上に搭載され、樹脂ドーム１４で覆われ、セラミック基板１１がハンダ１８を介して銅配線１６と接続されている。

この構造では、セラミック基板１１の厚さ及び樹脂ドーム１４の高さの為に、ＬＥＤチップ１２の搭載部分が厚くなる。その結果、図１に示す、ＬＥＤ４、基板５及びＬＥＤ保護層６によって構成される部分（基板部）も厚くなり、当該基板部の柔軟性が若干犠牲となった。そこで、基板部の柔軟性を、より曲率の大きい患部２に対して高めることが望ましい。

そこで、本実施形態の光照射装置１０では、樹脂ドーム１４を用いずに、ＬＥＤチップ１２を、セラミック基板１１を介すことなくポリイミドフィルム１５に搭載している。このような形態により、耐久性は多少犠牲になるものの、柔軟性は増す。

具体的には、図６に示す様に、実施形態１と同様に、ポリイミドフィルム１５上に銅配線１６が形成され、銅配線１６の表面に銀メッキ１７が形成されている。

ＬＥＤチップ１２は、ダイボンドペースト１９で銅配線１６に固定され、ボンディングワイヤー１３でＬＥＤチップ１２上の電極と銀メッキ１７が形成された銅配線１６とを接続されている。

ＬＥＤチップ１２及びボンディングワイヤー１３の部分には、当該部分の保護の為に、シリコーン樹脂によってポッティングして覆うように樹脂層２０が形成されている。さらにその上には、銀メッキ１７の腐食防止及びポリイミドフィルム１５の表面の絶縁性確保の為に、当該表面をコーティングするように、シリコーン樹脂から成るＬＥＤ保護層６が形成されている。ＬＥＤ保護層６がボンディングワイヤー１３を十分埋め込むだけの厚さに形成できる場合は、樹脂層２０は省略できる。

この構造では厚いコーティング材料を使わずに、比較的平坦な表面を形成でき、基板部と高分子ゲル層３との密着において、密着部分の界面に空気が残り難く、患部２に基板部を載せ易い上に、基板部のコストも低減できる。また、基板部の柔軟性が高い為、より曲率が大きい患部２にも適用し易い。

なお、当該構造では、図５に示す様に、ＬＥＤ４が高分子ゲル層３内に入り込むようにして配置されている。ここで、ＬＥＤチップ１２の厚さのバラつきが±１０μｍを超えないようにしており、高分子ゲル層３の厚さが約１０ｍｍであることから、このバラつきは実質上無視できる。その結果、高分子ゲル層３の厚さが一定であり、且つ、各ＬＥＤ４の大きさが均一であるため、ＬＥＤ４と患部２との距離を一定に保ちながら光照射できる。

本実施形態では６×６＝３６個のＬＥＤチップ１２を個々のＬＥＤ４間の平均的な距離Ｄが７ｍｍとなるようにアレイ状に配置した基板５を用い、光照射装置で豚の前足に形成した約２０ｍｍ程度の潰瘍に対して治療を行った。ＬＥＤチップ１２は直列接続する様に配線し、１００ｍＡで発光させた。必要な電圧は約１２６Ｖであった。豚にはＡＬＡを服用させた後、睡眠状態にし、患部２に４５ｍｍ角程度に成形した厚さ約９ｍｍの高分子ゲル層３を貼り付け、その上からＬＥＤ４及び基板５等を含むＬＥＤ基板を押し当て、全体を包帯で巻いて固定した。ＬＥＤ基板は大きく湾曲したが、通電は問題無く行われた。必要な照射時間は１２分であった。温度の上昇も３０℃以下であった。

照射後の潰瘍の大きさは、実施例１と同様に日毎に縮小していき、最終的には消滅した。以上のように、治療効果が確認できた。

〔実施形態３〕
図７に基づき、本発明の実施形態３に係る光照射装置１０の構成について説明する。図７は、実施形態３に係る光照射装置１０の構成を示す断面図である。

図７に示すように、本実施形態に係る光照射装置１０は、実施形態２の光照射装置１０に対して、センサ９を搭載していない点が異なる。

このように構成される光照射装置を用い、予め種々の大きさの高分子ゲル層３に対して、照射強度及び温度上昇を計測し、最適な駆動電流と照射時間を絞り込み、単純な電流設定とタイマー制御で光治療を行った。治療効果はセンサ９を使う場合と同様に問題無く得られた。火傷又はオーバードーズによる悪影響を引き起こさない為の安全処置として、駆動電流に対して設定できる最長照射時間を決め、設定時間が長く設定されても、最長照射時間で照射が停止する様に制御した。駆動電流は１００ｍＡ、照射時間は１３分で光照射した。また、温度センサのモニター値は、この１３分間の通電で、初期温度１０℃から４２℃へほぼ時間に比例して、約３２℃上昇したことが確認できた。温度による悪影響はないと考える。

なお、万が一患者が熱いと感じた場合は、直ぐに患者が停止できる様に、非常停止スイッチを患者が操作できる様にすることもできる。この様にすることで、事故は未然に防止でき、且つ、電源を簡略化し、全体のコストを低減できる。

なお、本実施形態及び以降の実施形態４〜６は、実施形態２だけではなく、実施形態１にも適用が可能である。

〔実施形態４〕
図８に基づき、本発明の実施形態４に係る光照射装置１０の構成について説明する。図８は、実施形態４に係る光照射装置１０の構成を示す断面図である。

本実施形態に係る光照射装置１０では、実施形態２の光照射装置１０とは異なり、ニキビ治療に適用される。ニキビ治療では、一般的にＡＬＡ又はメチルアミノレブリン酸（methyl aminolevulinate ：ＭＡＬ）の２０％水溶液を患部２に塗布し、約３時間放置した後、青色光又は赤色光を１５〜２０分間照射する治療を、週１回又は２回行う。現在の光照射装置では、大きなランプ状の光照射装置により、顔面全体に光照射を行う場合が多い。顔前面にニキビがある場合は止むを得ないが、局所的にニキビがある場合には、その部分のみ光照射出来れば、患者への負荷は格段に小さくできる。

そこで、本実施形態の適用を試みた。図８に示す様に、光照射装置１０では、ほほの部分のニキビに対して、高分子ゲル保持層７の患部接触面における薬剤塗布部７ａにＭＡＬを用いた薬剤２１が塗布される。あるいは、高分子ゲル保持層７を備えていない光照射装置１０では、高分子ゲル層３の患部接触面における薬剤塗布部３ａに薬剤２１が塗布される。使用時には、薬剤２１を塗布してから３時間放置した後、１５℃まで冷却した約７ｍｍ厚の高分子ゲル層３を患部２に貼り付け、その上に実施形態１又は２にて用いた基板５を貼り付け、光照射を行った。但し、今回は青紫光ではなくニキビ治療に適した青色のＬＥＤチップ１２を用いた。青色のＬＥＤチップ１２は４４０μｍ×５５０μｍサイズのものを用いた。一枚の基板上サイズであり、ピーク波長４４７ｎｍであった。５０ｍｍ角の基板５上に個々のＬＥＤ４間の平均的な距離Ｄが１０ｍｍとなるように、６×６＝３６個のＬＥＤチップ１２をアレイ状に配置した。１８個ずつ直列に接続した２系統の配線を形成し、それぞれ５０ｍＡの電流を通電した。印加電圧は５８Ｖであった。温度上昇の制約から、１回の照射時間は５分とした。冷却時間を置いて、３回照射を行った。

温度センサのモニター値は、この５分間の通電で、初期温度１５℃から４０℃へほぼ時間に比例して、約２５℃上昇したことが確認できた。温度による悪影響はないと考える。

この方法により、局所的な光照射を簡便に行うことが出来た。効果は従来のランプによる光照射と変わりなかった。

なお、ニキビ治療には赤色光も同じ様に使うことができる。青色ＬＥＤの代わりに赤色ＬＥＤも使用することができる。また、赤色ＬＥＤ及び青色ＬＥＤを搭載することも可能であり、それぞれの照射時間、タイミングを最適化することができる。

〔実施形態５〕
図９に基づき、本発明の実施形態５に係る光照射装置１０の構成について説明する。図９は、実施形態５に係る光照射装置１０の構成を示す断面図である。

図９に示すように、本実施形態に係る光照射装置１０は、実施形態２の光照射装置１０に対して、図９に示す様に、高分子ゲル層３にシリカ（ＳｉＯ_２）の微粒子から成る光散乱体２２を加えた点が異なる。これにより高分子ゲル層３内での光散乱を増加することで、光照射強度を均一化できる。光散乱体２２が無い場合には、照射面での光強度バラツキは１１％であったが、光散乱体２２を入れることで、７％に低減できた。

〔実施形態６〕
図１０に基づき、本発明の実施形態６に係る光照射装置１０の構成について説明する。図１０は、実施形態６に係る光照射装置１０の構成を示す断面図である。

図１０に示すように、本実施形態に係る光照射装置１０は、実施形態２の光照射装置１０に対して、高分子ゲル層３の端部まで基板で覆った点が異なる。治療効果自身には大差が無かったが、端部が開放されている場合、端部より光が外に漏れ、眩しい場合があるが、本実施例では、これを避けることができた。

なお、図１０では端部の一部にＬＥＤ４を配置している。基板５の構成によっては、この様にＬＥＤ４が端部にあってもよく、無い場合でも、光照射時間を延長することで治療効果は確保できる。

〔ソフトウェアによる実現例〕
光照射装置１０の制御ブロック（電流制御装置８）は、集積回路（ＩＣチップ）等に形成された論理回路（ハードウェア）によって実現してもよいし、ＣＰＵ（Central Processing Unit）を用いてソフトウェアによって実現してもよい。

後者の場合、光照射装置１０は、各機能を実現するソフトウェアであるプログラムの命令を実行するＣＰＵ、上記プログラム及び各種データがコンピュータ（またはＣＰＵ）で読み取り可能に記録されたＲＯＭ（Read Only Memory）または記憶装置（これらを「記録媒体」と称する）、上記プログラムを展開するＲＡＭ（Random Access Memory）などを備えている。そして、コンピュータ（またはＣＰＵ）が上記プログラムを上記記録媒体から読み取って実行することにより、本発明の目的が達成される。上記記録媒体としては、「一時的でない有形の媒体」、例えば、テープ、ディスク、カード、半導体メモリ、プログラマブルな論理回路などを用いることができる。また、上記プログラムは、該プログラムを伝送可能な任意の伝送媒体（通信ネットワークや放送波等）を介して上記コンピュータに供給されてもよい。なお、本発明は、上記プログラムが電子的な伝送によって具現化された、搬送波に埋め込まれたデータ信号の形態でも実現され得る。

〔まとめ〕
本発明の態様１に係る光照射装置１０は、患部２に光を照射する光照射装置であって、光を発生する複数の発光ダイオード（ＬＥＤ４）と、水を含有する高分子ゲル層３とを備え、前記高分子ゲル層３は、患部２に直接的又は間接的に接触する接触面を有するとともに、前記発光ダイオード上にほぼ一定の厚さで形成されていることを特徴とする。

上記構成により、簡便な構造の光照射装置１０であるにも関わらず、以下の利点がある。すなわち、高分子ゲル層３を介して発光ダイオードを配置するので、湾曲面を有する患部２を覆って光照射できる。また、ほぼ一定の厚さの高分子ゲル層３を介して発光ダイオードを配置して照射するので、患部２に対して均一に照射が可能である。さらに、水を含む高分子ゲル層３を介して照射するので、過剰な光照射をせずに済み、光照射による過剰な加熱を抑制できる。

本発明の態様２に係る光照射装置１０では、上記態様１において、前記発光ダイオードがほぼ均等な間隔で配置され、前記高分子ゲル層３の厚さＴと、隣り合う発光ダイオード間の距離の平均値である平均距離Ｄとの間に、Ｔ／Ｄ≧１／２の関係があってもよい。

上記構成により、発光ダイオード間の距離に対して高分子ゲル層３の厚さが薄すぎない適度な厚さにすることができる為、高分子ゲル層３が薄すぎるときに発生する問題を防ぐことができる。つまり、高分子ゲル層３が薄いと発光ダイオードと患部２が近くなり、患部２が多量の光照射を受けるという問題を防ぐことができる。また、厚さＴが均一に保たれていないと、発光ダイオードに近い患部２が多量の光照射を受けるが、発光ダイオードから遠い患部２は少ない光照射しか受けないと言う不均一性が発生するという問題を防ぐことができる。

本発明の態様３に係る光照射装置１０では、上記態様１又は２において、前記高分子ゲル層３の前記接触面に設けられ治療に使用する波長帯の光を透過させる高分子ゲル保持層７を備えていてもよい。

上記構成により、治療に使用する波長帯の光に対して光学的に透明である為、発光ダイオードによる照射を妨げずに、高分子ゲル層３の取り扱いを容易にすることができる。

本発明の態様４に係る光照射装置１０では、上記態様１〜３において、前記高分子ゲル層３は、前記接触面に薬剤が塗布される薬剤塗布部３ａを有するか、又は薬剤成分を含んでいてもよい。

上記構成により、治療の一定時間前に薬剤を服用して置かなければならないと言う、面倒な準備段階が不要となる。又、患部２に直接、薬剤２１を塗布することができる為、患部には高濃度の薬剤を届けることができる上に、患部２以外の箇所には薬剤の効果が及ばず、光が当たっても副作用（例えば薬剤と光の作用によって起きる日焼けの様な症状）が発生せず、患者への負担を減らすことができる。以上のように、上記構成は、局所的な患部２に対して好適に利用することができる。

本発明の態様５に係る光照射装置１０では、上記態様１〜４において、高分子ゲル層３の温度上昇が一定温度以下となる様に、発光ダイオードの通電を制御する通電制御部（電流制御装置８）をさらに備えていてもよい。

上記構成により、一定温度を超えない為、患部２に対して熱による悪影響を与えることを防ぐことができる。

本発明の態様６に係る光照射装置１０では、上記態様１〜５において、患部２の温度及び照射光強度の少なくともいずれか一方をモニターするセンサ９を備えていてもよい。

上記構成により、センサ９からの温度信号及び光量信号を基に、照射強度を制御し、必要ドーズ量に達した時点で、照射を停止することができる。また、センサ９を用いて、温度が所定温度を超えない様に光照射を断続することで、患部２及びその周辺の皮膚１が熱くならない様にすることができる。

本発明の態様７に係る光照射装置１０では、上記態様１〜６において、前記高分子ゲル層３は光散乱体を含んでいてもよい。

上記構成により、高分子ゲル層３内での光散乱を増加することで、光照射強度をより均一化できる。

本発明の態様８に係る光照射装置１０では、上記態様１〜７において、同一のサイズを有する複数の基板５１をさらに備え、各基板には、前記発光ダイオードが少なくとも１つ実装されていてもよい。

上記構成により、高分子ゲル層３の光閉じ込め効果で、部分的に患部２を複数の基板５１が覆わない所も生じても、当該覆わない箇所に対しても十分な強度の光照射することができる。この様な複数の基板５１を組み合わせて使うことができるのは、高分子ゲル層３が患部２と基板５１との間に介在し、患部２と基板５１とを相互に固定すると共に、光を閉じ込め、照射強度をある程度均一化する為である。従って、発光ダイオードの形状を変形するなどのコストをかけずに簡便な構造の光照射装置１０によって十分な治療ができる。

本発明の態様９に係る光照射装置１０では、上記態様１〜８において、前記発光ダイオードを保護する発光ダイオード保護層を備えるか、又は発光ダイオードを収納する保護ケースを備えていてもよい。

上記構成により、発光ダイオードを保護するので、腐食及び漏電等の問題を防ぐことができる。

今回開示された実施の形態及び実施例は単に例示であって、本発明が上記した実施の形態及び実施例のみに制限されるわけではない。本発明の範囲は、発明の詳細な説明の記載を参酌した上で、特許請求の範囲の各請求項によって示され、そこに記載された文言と均等の意味及び範囲内でのすべての変更を含む。

本発明は、主に人間及び動物の皮膚の患部に光を照射する治療及び理容美容に利用することができる。

１０光照射装置
１皮膚
２患部
３高分子ゲル層
３ａ薬剤塗布部
４ＬＥＤ（発光ダイオード）
５基板
６ＬＥＤ保護層（発光ダイオード保護層）
７高分子ゲル保持層
７ａ薬剤塗布部
８電流制御装置（通電制御部）
９センサ
１１セラミック基板
１２ＬＥＤチップ
１３ボンディングワイヤー
１４樹脂ドーム
１５ポリイミドフィルム
１６銅配線
１７銀メッキ
１８ハンダ
１９ダイボンドペースト
２０樹脂層
２１薬剤
２２光散乱体
５１基板

上記の課題を解決するために、本発明に係る光照射装置は、患部に光を照射する光照射装置であって、フレキシブルな絶縁フィルム層と、前記絶縁フィルム層上に設けられた配線層と、前記配線層に接続された、複数の発光ダイオードと、水を含有する高分子ゲル層とを備え、前記配線層及び前記発光ダイオードは、保護層に覆われ、前記発光ダイオードは、前記絶縁フィルム層の全表面に亘ってほぼ均等な間隔で、前記絶縁フィルム層の表面上に配置され、前記高分子ゲル層は、患部と前記保護層との間に配置され、患部に直接的又は間接的に接触する接触面を有するとともに、前記発光ダイオード上にほぼ一定の厚さで形成されていることを特徴とする。

Claims

患部に光を照射する光照射装置であって、
光を発生する複数の発光ダイオードと、
水を含有する高分子ゲル層とを備え、
前記高分子ゲル層は、患部に直接的又は間接的に接触する接触面を有するとともに、前記発光ダイオード上にほぼ一定の厚さで形成されていることを特徴とする光照射装置。
前記発光ダイオードがほぼ均等な間隔で平面上に配置され、前記高分子ゲル層の厚さＴと、隣り合う発光ダイオード間の距離の平均値である平均距離Ｄとの間に、Ｔ／Ｄ≧１／２の関係があることを特徴とする請求項１に記載の光照射装置。
前記高分子ゲル層の前記接触面に設けられ、治療に使用する波長帯の光を透過させる高分子ゲル保持層を備えることを特徴とする請求項１又は２に記載の光照射装置。
前記高分子ゲル層は、前記接触面に薬剤が塗布される薬剤塗布部を有するか、又は薬剤成分を含むことを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の光照射装置。
前記高分子ゲル層の温度上昇が一定温度以下となる様に、前記発光ダイオードの通電を制御する通電制御部をさらに備えていることを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載の光照射装置。