WO2013122125A1 - ウォータージェット噴射ノズル、ウォータージェット噴射装置、消化管洗浄装置及び胃壁洗浄装置 - Google Patents

ウォータージェット噴射ノズル、ウォータージェット噴射装置、消化管洗浄装置及び胃壁洗浄装置 Download PDF

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松男 山本
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Definitions

  • the present invention relates to a water jet spray nozzle, a water jet spray device, a cleaning method using a water jet, a digestive tract cleaning device, and a stomach wall cleaning device.
  • Non-Patent Document 2 Non-Patent Document 2.
  • Non-Patent Document 1 In the cleaning by the water jet described in Non-Patent Document 1, there is a problem that a sufficient cleaning ability cannot be obtained because the pipe line for feeding liquid to the endoscope tip is narrow and the pressure loss is large. In addition, when a water jet having a high water pressure is used, the impact force of the water jet is applied concentrating on a narrow area. Therefore, when used for cleaning the stomach wall, there is a risk of damaging stomach tissue such as gastric mucosa. For this reason, the water pressure must be lowered to perform washing, and gastric mucus remains, and there is a problem that sufficient washing ability cannot be obtained.
  • the present invention has been made paying attention to such a problem, and can improve the cleaning ability against water pressure.
  • the gastric mucus can be used without damaging the stomach tissue such as the gastric mucosa. It is an object to provide a water jet spray nozzle, a water jet spray device, a cleaning method using a water jet, a digestive tract cleaning device, and a gastric wall cleaning device.
  • the water jet injection nozzle according to the present invention has a flow path having a small diameter portion having an inner diameter smaller than the upstream, an enlarged portion having an inner diameter larger than the small diameter portion, and an injection port having an inner diameter smaller than the enlarged portion toward the tip. And when the water flows through the flow path at a predetermined pressure, water is accumulated in the enlarged portion, and cavitation bubbles can be generated from the small diameter portion toward the enlarged portion. .
  • the water jet spray nozzle according to the present invention can generate cavitation bubbles from the small diameter portion toward the enlarged portion because water accumulates in the enlarged portion when water is flowed through the flow path at a predetermined pressure. Further, a water jet can be ejected from the ejection port at the tip of the flow path. At this time, since the generated cavitation produces a fluctuating pressure in the water jet, the jet core can be broken. Thereby, the impact force due to the collision of the water jet droplets or liquid mass can be increased, and the range of the water jet that hits the surface of the object to be cleaned can be expanded. Thus, compared with a normal water jet, a large impact force can be generated in a wide range, and the cleaning ability against water pressure can be enhanced.
  • a mixed phase jet composed of a gas phase part such as cavitation and air and a liquid phase part such as a liquid column, a liquid mass, and a droplet
  • a jet a mixed phase of cavitation and liquid phase.
  • the constructed one is called a cavitation jet
  • the one composed of a mixed phase of air and liquid phase is called a water jet
  • the jet part of the liquid column is simply called a water jet.
  • the water jet injection nozzle according to the present invention has a high cleaning ability even at a relatively low water pressure, and can disperse the impact force of the water jet over a wide range, so it is used for cleaning the stomach wall that is the digestive tract or the oral cavity. In this case, it is possible to effectively remove gastric mucus and biofilm without damaging the stomach or oral tissues.
  • the water jet spray nozzle according to the present invention can obtain the same cleaning effect as the cavitation jet without immersing the surface of the object to be cleaned in water. For this reason, it can be used for cleaning a portion that is difficult to immerse in water, and can be expected to greatly expand its application compared to a cavitation jet.
  • the inner diameter of the injection port is preferably 1 to 1.3 times the inner diameter of the small diameter portion.
  • the inner diameter of the small diameter portion is preferably 0.2 to 1.0 mm, and particularly preferably 0.5 to 0.7 mm.
  • the pressure of water flowing through the flow path is preferably 0.2 to 0.6 MPa.
  • the water jet spray device includes the water jet spray nozzle according to the present invention, and a supply unit that supplies water to the water jet spray nozzle at a predetermined pressure.
  • the water jet injection device has the water jet injection nozzle according to the present invention, it can generate a large impact force in a wide range compared to a normal water jet, and can increase the cleaning ability against water pressure. it can. It also prevents damage to the surface of the object to be cleaned, such as cleaning the stomach wall, removing the biofilm in the mouth, cleaning the wound (cleaning the wound), removing nail stains (fingertip cleaning), and removing hair root sebum. On the other hand, it can be suitably used when effective cleaning is required.
  • the supply unit is configured to supply water to the water jet spray nozzle at a pressure of 0.2 to 0.6 MPa. In this case, in particular, the cleaning effect by the water jet can be enhanced.
  • the cleaning method using the water jet according to the present invention uses the water jet spray device according to the present invention, and the distance between the jet port and the surface of the object to be cleaned is 1.5 to 11 mm.
  • a water jet is jetted from the jet port toward the top.
  • the distance between the injection port and the surface of the object to be cleaned is set to 1.5 to 11 mm. Effective cleaning can be performed.
  • a digestive tract cleaning device includes the water jet spray nozzle according to the present invention, and a supply unit that supplies water to the water jet spray nozzle at a pressure of 0.2 to 0.6 MPa.
  • the gastric wall cleaning device includes the water jet spray nozzle according to the present invention and a supply unit that supplies water to the water jet spray nozzle at a pressure of 0.2 to 0.6 MPa.
  • the digestive tract cleaning apparatus and the gastric wall cleaning apparatus according to the present invention have the water jet spray nozzle according to the present invention, they can generate a large impact force in a wide range compared to a normal water jet, and the cleaning ability against water pressure Can be increased. For this reason, by washing the gastrointestinal tract such as the stomach wall with a relatively low water pressure, gastric mucus and the like can be effectively removed without damaging the gastrointestinal tissue such as the gastric mucosa.
  • the inner diameter of the small diameter portion of the water jet spray nozzle is preferably 0.2 to 1.0 mm. In this case, the digestive tract such as the stomach wall can be washed particularly effectively.
  • gastric mucus and biofilm can be effectively removed. These can be recovered from the inside. For this reason, the washing solution after washing is collected and centrifuged, and the bacteria and cells in the precipitate are observed to accurately identify H. pylori contained in gastric mucus and biofilm, Can be diagnosed. Moreover, the culture
  • cleaning capability with respect to water pressure can be improved, and when it is used for washing
  • a jet spray nozzle, a water jet spray device, a cleaning method using a water jet, a digestive tract cleaning device, and a stomach wall cleaning device can be provided.
  • a water jet spray device 10 according to an embodiment of the present invention includes a water jet spray nozzle 11 and a supply unit 12.
  • the water jet injection nozzle 11 has a small diameter portion 21 having an inner diameter smaller than the upstream, an enlarged portion 22 having an inner diameter larger than the small diameter portion 21, and an injection port having an inner diameter smaller than that of the enlarged portion 22. And a flow path 11 a having 23.
  • the flow path 11 a is gradually reduced from the upstream toward the small diameter portion 21, gradually expanded from the small diameter portion 21 toward the enlarged portion 22, and gradually reduced from the enlarged portion 22 toward the injection port 23.
  • the inner diameter of the small diameter portion 21 is 0.2 to 1.0 mm
  • the inner diameter of the injection port 23 is 1 to 1.3 times the inner diameter of the small diameter portion 21.
  • the supply unit 12 includes a pump and is connected to the upstream side of the water jet injection nozzle 11.
  • the supply unit 12 is configured to supply water to the water jet spray nozzle 11 at a pressure of 0.25 to 0.6 MPa.
  • water jet injection device 10 when water is flowed to the flow path 11 a of the water jet injection nozzle 11 from the supply unit 12, water accumulates in the enlarged portion 22, and the small diameter portion 21 moves toward the enlarged portion 22. Cavitation bubbles can be generated.
  • the water jet injection device 10 can perform cleaning by the cleaning method using the water jet according to the embodiment of the present invention.
  • the interval between the ejection port 23 and the surface of the object to be cleaned is set to 1.5 to 11 mm, and a water jet is ejected from the ejection port 23 toward the surface of the object to be cleaned.
  • cavitation bubbles are generated from the small-diameter portion 21 toward the enlarged portion 22, and the cavitation generates a fluctuating pressure in the water jet, thereby breaking the jet core.
  • the impact force due to the collision of the water jet droplets or liquid mass can be increased, and the range of the water jet that hits the surface of the object to be cleaned can be expanded.
  • a large impact force can be generated in a wide range, and the cleaning ability against water pressure can be enhanced.
  • the water jet spray device 10 is used for cleaning the stomach wall, removing the biofilm in the oral cavity, cleaning the wound (cleaning the wound), removing the nail (finger tip cleaning), removing the sebum from the hair root, etc. It can be suitably used when it is necessary to perform effective cleaning while preventing damage to the surface.
  • the water jet injection device 10 has a high cleaning ability even at a relatively low water pressure, and can disperse the impact force of the water jet over a wide range. Therefore, when used for cleaning the stomach wall or the oral cavity, the water jet injection device 10 Gastric mucus and biofilm can be effectively removed without damaging the tissue.
  • the water jet ejection device 10 is configured as the digestive tract cleaning device or the stomach wall cleaning device according to the embodiment of the present invention when cleaning the digestive tract such as the stomach wall.
  • the sample water pressurized by the pump of the supply unit 12 (maximum discharge pressure 0.6 MPa, maximum discharge flow rate 7 liter / min) is referred to as a water jet spray nozzle 11 (hereinafter, “Nozzle A”) shown in FIG. Jetted from).
  • Nozzle A water jet spray nozzle 11
  • nozzle B Nozzle B
  • nozzle C Nozzle C
  • the inner diameter of the injection port is about 1.5 times the inner diameter of the small diameter portion
  • the position of the maximum diameter of the enlarged portion is the injection port.
  • Both nozzles are made of quartz glass, and the flow path has a shape that gradually decreases from the upstream toward the small diameter portion and gradually expands from the small diameter portion toward the expansion portion.
  • the diameter d of the small diameter portion of each nozzle obtained by measuring the flow rate was 0.55 mm for nozzle A, 0.62 mm for nozzle B, and 0.62 mm for nozzle C. While taking a picture of the jet generated by each nozzle using a xenon flash lamp with a flash time of 1.1 ⁇ s, a high-speed video camera (recording speed at the time of shooting 38,500 frames / second, Observation was performed using a shutter speed of 2 ⁇ s.
  • the impact force generated by each jet is as follows: Pressure sensitive paper (Fuji Film, LLLW for ultra-low pressure) is put together with a stainless steel substrate in a polyethylene bag with a thickness of 0.05 mm, and each jet is directed toward it. The measurement was carried out by jetting while scanning. The scanning speed was 1.62 mm / s, and scanning was performed 5 times each. Ion exchange water was used as sample water. Moreover, in the experiment of the cavitation jet (cavitating jet), it injected into water (in Water), and in the experiment of the water jet (Water jet), it injected into the air (in Air).
  • FIG. 3B shows a pathological tissue image obtained by photographing the state of the stomach wall when the stomach wall is washed with a water pick and a cavitation jet of the nozzle C. Note that the standoff distance s when the stomach wall is washed is about 3 mm.
  • the water jet of the nozzle A has a large impact force in a wide range like the cavitation jet of the nozzle C. Therefore, even if the water jet of the nozzle A is used, It is considered that the same cleaning effect as that of the cavitation jet can be obtained. Further, the water jet of the nozzle A does not need to immerse the surface of the object to be cleaned in water, so that it is not necessary to store water in the stomach, and the burden on the patient can be reduced and is easy to use.
  • FIG. 4 shows the result of taking an instantaneous photograph of the state of the jet injected into the air using the nozzle A and the nozzle B and changing the discharge pressure p 1 in the range of 0.3 to 0.5 MPa.
  • the liquid droplet / liquid mass is diffused in the vicinity of the nozzle outlet, but in the case of the nozzle B as shown in FIG. 4 (b). It was confirmed that the liquid column was held relatively downstream.
  • FIG. 5B in the case of the nozzle B, since water is not stored in the enlarged portion, a simple water jet passes through the enlarged portion.
  • FIG. 6 The result of photographing with a high-speed video camera to clarify the unsteady aspect of the water jet from nozzle A is shown in FIG.
  • the flow direction is from left to right in FIG.
  • the liquid column is relatively maintained in the range of several mm from the injection port 23, but as the water flows downstream, the droplet / liquid mass of the water jet rapidly expands / diffuses. You can confirm that. From FIG. 6, it can be seen that the flow velocity when the standoff distance is around 10 mm is about 10 m / s.
  • the discharge pressure is 0.3 MPa
  • the water jet expands and decelerates inside the enlarged portion 22 provided downstream of the small diameter portion 21 and is injected from the injection port 23.
  • the wave interval is about 2 mm and the flow velocity is 10 m / s. It is estimated at about 5 kHz. Therefore, it is considered that a droplet / liquid mass is generated from the jet ejected from the nozzle A at several kHz.
  • a tube attached to the tip of the nozzle A shown in FIG. 1 which is the water jet spray nozzle 11 of the embodiment of the present invention is inserted into the forceps hole of the endoscope, and physiological saline is sprayed from the nozzle A, and the minipig The stomach mucus was washed. At this time, jetting was directly performed on the stomach wall in the air without storing water in the stomach of the minipig.
  • the inner diameter of the small diameter portion is 1 mm
  • the inner diameter of the injection port is 1.3 mm.
  • the used tube has an outer diameter of 2 mm, an inner diameter of 1.12 mm, and a length of 1.5 m.
  • the injection pressure on the upstream side of the tube at the time of physiological saline injection was 0.8 MPa. As a result of measuring the pressure loss of the tube, the injection pressure at the nozzle A on the downstream side of the tube was 0.3 MPa.
  • FIG. 7 shows a histopathological image of the stomach taken out of the stomach of the mini-pigs by spraying physiological saline from the nozzle A to wash the stomach mucus and then taking out the stomach.
  • FIG. 7A shows a histopathological image of a portion not cleaned
  • FIG. 7B shows a histopathological image of the cleaned portion.
  • gastric mucus can be removed by the water jet spray nozzle 11 according to the embodiment of the present invention using an endoscope or the like. It was also confirmed that the burden on the patient could be reduced because washing could be performed without accumulating water inside the stomach of the minipig.
  • the biofilm in the oral cavity was cleaned using the nozzle A shown in FIG. 1 which is the water jet spray nozzle 11 according to the embodiment of the present invention. Further, in order to compare with a normal water jet, a comparative experiment was performed using the nozzle C shown in FIG. In any case, the nozzle is arranged to spray perpendicularly to the tooth surface, the spraying pressure is 0.3 MPa, the standoff distance is 8 mm, the inner diameter of the small diameter part of the nozzle is 0.5 mm, and the spraying time is 5 minutes. It was.
  • FIG. 8A shows the result of spraying the water jet from the nozzle A to the upper right incisor and the water jet from the nozzle C to the lower right incisor.
  • FIG. 8B shows the result of spraying the water jet from the nozzle A to the upper right incisor and the water jet from the nozzle C to the lower left incisor.
  • FIG. 8C shows the result of spraying the water jet from the nozzle A to the upper left incisor and the water jet from the nozzle C to the lower right incisor. Note that FIG. 8A and FIG. 8B are different from FIG. 8C in the subject.
  • FIG. 9 (a) and FIG. 9 (b) are different in subject.
  • FIGS. 8 and 9 it was confirmed that the biofilm in the oral cavity can be washed by the water jet spray nozzle 11 according to the embodiment of the present invention. Moreover, as shown in FIG. 8, it was also confirmed that the water jet spray nozzle 11 of the embodiment of the present invention has a better cleaning effect than a normal water jet.

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Abstract

　水圧に対する洗浄能力を高めることができ、胃壁の洗浄に使用した場合、胃粘膜などの胃の組織を損傷することなく、胃粘液を効果的に除去することができる、ウォータージェット噴射ノズル、ウォータージェット噴射装置、消化管洗浄装置および胃壁洗浄装置を提供する。　ウォータージェット噴射ノズル（１１）が、先端に向かって、上流より内径が小さい小径部（２１）と、小径部（２１）より内径が大きい拡大部（２２）と、拡大部（２２）より内径が小さい噴射口（２３）とを有する流路（１１ａ）を有しており、流路（１１ａ）に０．２乃至０．６ＭＰａの圧力で水を流したとき、拡大部（２２）に水が溜まり、小径部（２１）から拡大部（２２）に向かってキャビテーション気泡を発生可能に構成されている。小径部（２１）の内径は、０．５乃至０．７ｍｍであり、噴射口（２３）の内径は、小径部（２１）の内径の１乃至１．３倍である。

Description

[規則37.2に基づきISAが決定した発明の名称]　ウォータージェット噴射ノズル、ウォータージェット噴射装置、消化管洗浄装置及び胃壁洗浄装置
　本発明は、ウォータージェット噴射ノズル、ウォータージェット噴射装置、ウォータージェットを用いた洗浄方法、消化管洗浄装置および胃壁洗浄装置に関する。
　近年、医工学分野などにおいて、低噴射圧力のウォータージェット等による洗浄法の構築が望まれている。このようなものとして、例えば、上部内視鏡観察において、詳細な観察の弊害となる胃粘液を除去するために、内視鏡に付属したウォータージェットを噴射して胃壁を洗浄するものがある（例えば、非特許文献１参照）。
　なお、これまでに、ベンチュリ管のような漸次縮小拡大管を用いることにより、低噴射圧力でも十分発達したキャビテーションを発生できることが、本発明者等によって明らかにされている（例えば、非特許文献２乃至５参照）。
「フルデジタル電子内視鏡システムAdvancia」、富士フィルムメディカル株式会社、p.10 祖山・村岡、「流動キャビテーションによるヒドロキシルラジカルの生成」、日本機械学会第45期秋季講演会講演論文集、2009年、p.49-50 Soyama, H. andMuraoka, T., "Chemical Reactor Using Radical Induced by a Cavitating Jet",Proceedings of 20th International Conference on Water Jetting, 2010年, p.259-267 村岡・祖山、「流動キャビテーションによる動物プランクトンの殺滅」、日本機械学会流体工学部門講演会講演論文集、2010年、p.153-154 祖山・村岡、「流動キャビテーションによる発光におけるキャビテーション崩壊場の圧力の影響」、キャビテーションに関するシンポジウム（第15回）、2010年、A2-1、p.1-4
　非特許文献１に記載のウォータージェットによる洗浄では、内視鏡先端に送液する管路が狭く、圧力損失が大きいために、十分な洗浄能力が得られないという課題があった。また、大きな水圧のウォータージェットを用いると、狭い範囲に集中してウォータージェットの衝撃力が加わるため、胃壁の洗浄に使用すると、胃粘膜などの胃の組織を損傷するおそれがある。このため、水圧を下げて洗浄を行わなければならず、胃粘液が残存し、十分な洗浄能力が得られないという課題があった。
　本発明は、このような課題に着目してなされたもので、水圧に対する洗浄能力を高めることができ、胃壁の洗浄に使用した場合、胃粘膜などの胃の組織を損傷することなく、胃粘液を効果的に除去することができる、ウォータージェット噴射ノズル、ウォータージェット噴射装置、ウォータージェットを用いた洗浄方法、消化管洗浄装置および胃壁洗浄装置を提供することを目的としている。
　本発明に係るウォータージェット噴射ノズルは、先端に向かって、上流より内径が小さい小径部と、前記小径部より内径が大きい拡大部と、前記拡大部より内径が小さい噴射口とを有する流路を有し、前記流路に所定の圧力で水を流したとき、前記拡大部に水が溜まり、前記小径部から前記拡大部に向かってキャビテーション気泡を発生可能に構成されていることを特徴とする。
　本発明に係るウォータージェット噴射ノズルは、流路に所定の圧力で水を流したとき、拡大部に水が溜まるため、小径部から拡大部に向かってキャビテーション気泡を発生させることができる。また、流路先端の噴射口からウォータージェットを噴射することができる。このとき、発生したキャビテーションが、ウォータージェットに変動圧を生じるため、噴流コアを破断することができる。これにより、ウォータージェットの液滴や液塊の衝突による衝撃力を増大することができるとともに、被洗浄物の表面に当たるウォータージェットの範囲を拡げることができる。このように、通常のウォータージェットと比べて、広範囲で大きな衝撃力を発生することができ、水圧に対する洗浄能力を高めることができる。
　なお、ここでは、キャビテーションや大気などの気相部分、および、液柱や液塊、液滴などの液相部分から構成された混相の噴流状態をジェットと呼び、キャビテーションと液相との混相で構成されたものをキャビテーションジェット、空気と液相との混相で構成されたものをウォータージェットと呼び、単に液柱の噴流部分を水噴流と呼ぶ。
　本発明に係るウォータージェット噴射ノズルは、消化管である胃壁の洗浄や口腔内のバイオフィルムの除去など、被洗浄物の表面の損傷を防ぎつつ、効果的な洗浄を行う必要がある場合に、好適に使用することができる。本発明に係るウォータージェット噴射ノズルは、比較的低い水圧でも高い洗浄能力を有し、ウォータージェットの衝撃力を広範囲に分散させることができるため、消化管である胃壁や口腔内の洗浄等に使用した場合、胃や口腔の組織などを損傷することなく、胃粘液やバイオフィルムなどを効果的に除去することができる。
　従来のキャビテーションジェットを利用した洗浄方法でも、低噴射圧力で高い洗浄効果を得ることができるが、被洗浄物の表面を水に浸しておく必要がある。これに対し、本発明に係るウォータージェット噴射ノズルは、被洗浄物の表面を水に浸すことなく、キャビテーションジェットと同程度の洗浄効果を得ることができる。このため、水に浸すのが困難な箇所の洗浄に使用することができ、キャビテーションジェットと比べて、大幅な用途拡大が期待できる。
　本発明に係るウォータージェット噴射ノズルは、前記噴射口の内径が、前記小径部の内径の１乃至１．３倍であることが好ましい。この場合、流路に所定の圧力で水を流したとき、拡大部に効率良く水を溜めることができる。また、本発明に係るウォータージェット噴射ノズルは、前記小径部の内径が０．２乃至１．０ｍｍであることが好ましく、特に、０．５乃至０．７ｍｍであることが好ましい。この場合、流路に所定の圧力で水を流したとき、小径部から拡大部に向かって効率良くキャビテーション気泡を発生させることができる。このため、これらの場合、さらに洗浄能力を高めることができる。また、拡大部に水を溜めて、キャビテーション気泡を効率良く発生させるために、流路に流す水の圧力は、０．２乃至０．６ＭＰａであることが好ましい。
　本発明に係るウォータージェット噴射装置は、本発明に係るウォータージェット噴射ノズルと、前記ウォータージェット噴射ノズルに所定の圧力で水を供給する供給部とを、有することを特徴とする。
　本発明に係るウォータージェット噴射装置は、本発明に係るウォータージェット噴射ノズルを有するため、通常のウォータージェットと比べて、広範囲で大きな衝撃力を発生することができ、水圧に対する洗浄能力を高めることができる。また、胃壁の洗浄や口腔内のバイオフィルムの除去、傷口の洗浄（創傷部洗浄）、爪の垢取り（指尖部洗浄）、頭髪毛根部皮脂除去など、被洗浄物の表面の損傷を防ぎつつ、効果的な洗浄を行う必要がある場合に、好適に使用することができる。
　本発明に係るウォータージェット噴射装置で、前記供給部は、前記ウォータージェット噴射ノズルに０．２乃至０．６ＭＰａの圧力で水を供給するよう構成されていることが好ましい。この場合、特にウォータージェットによる洗浄効果を高めることができる。
　本発明に係るウォータージェットを用いた洗浄方法は、本発明に係るウォータージェット噴射装置を用い、前記噴射口と被洗浄物の表面との間隔を１．５乃至１１ｍｍとして、前記被洗浄物の表面に向かって前記噴射口からウォータージェットを噴射することを特徴とする。
　本発明に係るウォータージェットを用いた洗浄方法によれば、噴射口と被洗浄物の表面との間隔を１．５乃至１１ｍｍとすることにより、本発明に係るウォータージェット噴射装置を用いて、特に効果的な洗浄を行うことができる。
　本発明に係る消化管洗浄装置は、本発明に係るウォータージェット噴射ノズルと、前記ウォータージェット噴射ノズルに０．２乃至０．６ＭＰａの圧力で水を供給する供給部とを、有することを特徴とする。
　また、本発明に係る胃壁洗浄装置は、本発明に係るウォータージェット噴射ノズルと、前記ウォータージェット噴射ノズルに０．２乃至０．６ＭＰａの圧力で水を供給する供給部とを、有することを特徴とする。
　本発明に係る消化管洗浄装置および胃壁洗浄装置は、本発明に係るウォータージェット噴射ノズルを有するため、通常のウォータージェットと比べて、広範囲で大きな衝撃力を発生することができ、水圧に対する洗浄能力を高めることができる。このため、比較的低い水圧で胃壁などの消化管を洗浄することにより、胃粘膜などの消化管の組織を損傷することなく、胃粘液などを効果的に除去することができる。本発明に係る消化管洗浄装置および胃壁洗浄装置は、ウォータージェット噴射ノズルの小径部の内径が０．２乃至１．０ｍｍであることが好ましい。この場合、特に効果的に胃壁などの消化管を洗浄することができる。
　本発明に係るウォータージェット噴射ノズル、ウォータージェット噴射装置、ウォータージェットを用いた洗浄方法、消化管洗浄装置および胃壁洗浄装置では、胃粘液やバイオフィルム等を効果的に除去できるため、洗浄後の洗浄液中からこれらを回収することができる。このため、洗浄後の洗浄液を回収して遠心分離し、沈殿物の中の細菌や細胞を観察することにより、精度良く、胃粘液やバイオフィルム等に含まれるピロリ菌を同定したり、癌の存在を診断したりすることができる。また、回収した細菌を利用して細菌の培養を効率化することができ、細菌の同定精度を高めることができる。なお、従来は、胃粘液やバイオフィルム等を、深層まで十分な量を採取することが困難であり、これらの採取量が少ないためにピロリ菌の同定や癌の判定が難しかった。
　本発明によれば、水圧に対する洗浄能力を高めることができ、胃壁の洗浄に使用した場合、胃粘膜などの胃の組織を損傷することなく、胃粘液を効果的に除去することができる、ウォータージェット噴射ノズル、ウォータージェット噴射装置、ウォータージェットを用いた洗浄方法、消化管洗浄装置および胃壁洗浄装置を提供することができる。
本発明の実施の形態のウォータージェット噴射装置を示す側面図である。 本発明の実施の形態のウォータージェット噴射装置の噴射実験において、比較例として使用する（ａ）ノズルＢ、（ｂ）ノズルＣの側面図である。 本発明の実施の形態のウォータージェット噴射装置の噴射実験での、（ａ）スタンドオフ距離を変えたときの、感圧紙に噴射したジェットによる感圧模様を示すテーブル、（ｂ）胃壁の洗浄前後の、ＨＥ染色（上段）およびＰＡＳ染色（下段）による胃壁断面の病理組織像を示す顕微鏡写真である。 本発明の実施の形態のウォータージェット噴射装置の噴射実験での、ポンプからの吐出圧力を変えたときの（ａ）ノズルＡのジェット、（ｂ）ノズルＢのジェットを示す瞬間写真である。 図４に示すウォータージェット噴射装置の噴射実験での、ポンプからの吐出圧力ｐ１＝０．５ＭＰａのときの（ａ）ノズルＡのジェット、（ｂ）ノズルＢのジェットの噴射状態を示す瞬間写真である。 図４に示すウォータージェット噴射装置の噴射実験での、ポンプからの吐出圧力ｐ１＝０．３ＭＰａのときの、ノズルＡのジェットの噴射状態を示す連続写真である。 本発明の実施の形態のウォータージェット噴射ノズルによりミニブタの胃粘液の洗浄を行ったときの（ａ）ミニブタの胃壁の洗浄していない箇所の病理組織を示す顕微鏡写真、（ｂ）ミニブタの胃壁の洗浄箇所の病理組織を示す顕微鏡写真である。 本発明の実施の形態のウォータージェット噴射ノズルにより口腔内のバイオフィルムの洗浄を行ったときの（ａ）染め出し後、ノズルＡにより上顎右側切歯に噴射後、ノズルＣにより下顎右側側切歯に噴射後の歯の表面の状態を示す観察写真、（ｂ）染め出し後、ノズルＡにより上顎右側切歯に噴射後、ノズルＣにより下顎左側側切歯に噴射後の歯の表面の状態を示す観察写真、（ｃ）染め出し後、ノズルＡにより上顎左側切歯に噴射後、ノズルＣにより下顎右側側切歯に噴射後の歯の表面の状態を示す観察写真である。 本発明の実施の形態のウォータージェット噴射ノズルにより、口腔内に保持した後に取り出したチタン製試験片の洗浄を行ったときの（ａ）染め出し後、ノズルＡによる噴射後のチタン製試験片の表面の状態を示す観察写真、（ｂ）異なる被験者での、染め出し後、ノズルＡによる噴射後のチタン製試験片の表面の状態を示す観察写真である。
　以下、図面に基づき、本発明の実施の形態について説明する。
　図１乃至図６は、本発明の実施の形態のウォータージェット噴射ノズル、ウォータージェット噴射装置、ウォータージェットを用いた洗浄方法、消化管洗浄装置および胃壁洗浄装置を示している。
　本発明の実施の形態のウォータージェット噴射装置１０は、ウォータージェット噴射ノズル１１と供給部１２とを有している。
　図１に示すように、ウォータージェット噴射ノズル１１は、先端に向かって、上流より内径が小さい小径部２１と、小径部２１より内径が大きい拡大部２２と、拡大部２２より内径が小さい噴射口２３とを有する流路１１ａを有している。流路１１ａは、上流から小径部２１に向かって漸次縮小し、小径部２１から拡大部２２に向かって漸次拡大し、拡大部２２から噴射口２３に向かって漸次縮小するようになっている。ウォータージェット噴射ノズル１１は、小径部２１の内径が０．２乃至１．０ｍｍであり、噴射口２３の内径が、小径部２１の内径の１乃至１．３倍である。
　供給部１２は、ポンプから成り、ウォータージェット噴射ノズル１１の上流側に接続されている。供給部１２は、ウォータージェット噴射ノズル１１に、０．２５乃至０．６ＭＰａの圧力で水を供給するよう構成されている。ウォータージェット噴射装置１０は、ウォータージェット噴射ノズル１１の流路１１ａに、供給部１２から圧力をかけて水を流したとき、拡大部２２に水が溜まり、小径部２１から拡大部２２に向かってキャビテーション気泡を発生可能になっている。
　ウォータージェット噴射装置１０は、本発明の実施の形態のウォータージェットを用いた洗浄方法により、洗浄を行うことができる。洗浄を行うときには、噴射口２３と被洗浄物の表面との間隔を、１．５乃至１１ｍｍとして、被洗浄物の表面に向かって噴射口２３からウォータージェットを噴射する。このとき、小径部２１から拡大部２２に向かってキャビテーション気泡が発生し、そのキャビテーションが、ウォータージェットに変動圧を生じて、噴流コアを破断することができる。これにより、ウォータージェットの液滴や液塊の衝突による衝撃力を増大することができるとともに、被洗浄物の表面に当たるウォータージェットの範囲を拡げることができる。このように、通常のウォータージェットと比べて、広範囲で大きな衝撃力を発生することができ、水圧に対する洗浄能力を高めることができる。
　ウォータージェット噴射装置１０は、胃壁の洗浄や口腔内のバイオフィルムの除去、傷口の洗浄（創傷部洗浄）、爪の垢取り（指尖部洗浄）、頭髪毛根部皮脂除去など、被洗浄物の表面の損傷を防ぎつつ、効果的な洗浄を行う必要がある場合に、好適に使用することができる。ウォータージェット噴射装置１０は、比較的低い水圧でも高い洗浄能力を有し、ウォータージェットの衝撃力を広範囲に分散させることができるため、胃壁や口腔内の洗浄等に使用した場合、胃や口腔の組織などを損傷することなく、胃粘液やバイオフィルムなどを効果的に除去することができる。なお、ウォータージェット噴射装置１０は、胃壁などの消化管を洗浄する場合には、本発明の実施の形態の消化管洗浄装置や胃壁洗浄装置として構成される。
［噴射実験］
　ウォータージェット噴射ノズル１１について、その洗浄能力の要因である衝撃力を、感圧紙を用いて評価するとともに、ジェットの流れパターンの観察を行った。なお、キャビテーションジェットによる洗浄効果の要因は、キャビテーション気泡崩壊時の衝撃力と考えられるため、衝撃力を評価することにより洗浄能力を評価できるものと考えられる。
　供給部１２のポンプ（最大吐出圧力０．６ＭＰａ、最大吐出流量７リットル／ｍｉｎ）で加圧した試料水を、図１に示すウォータージェット噴射ノズル１１（以下、「ノズルＡ（Ｎｏｚｚｌｅ　Ａ）」とする）から噴射した。また、比較用のノズルとして、図２（ａ）に示すノズルＢ（Ｎｏｚｚｌｅ　Ｂ）、および図２（ｂ）に示すノズルＣ（Ｎｏｚｚｌｅ　Ｃ）でも、同じ条件で噴射を行った。なお、ノズルＢは、噴射口の内径が、小径部の内径の約１．５倍であり、ノズルＣは、拡大部の最大径の位置が噴射口になっている。
　いずれのノズルも石英ガラス製であり、流路が、上流から小径部に向かって漸次縮小し、小径部から拡大部に向かって漸次拡大する形状を成している。流量を計測して求めた各ノズルの小径部の直径ｄは、ノズルＡが０．５５ｍｍ、ノズルＢが０．６２ｍｍ、ノズルＣが０．６２ｍｍであった。各ノズルを用いて発生させたジェットの様相を、せん光時間１．１μｓのキセノンフラッシュランプを用いて瞬間写真を撮影するとともに、ハイスピードビデオカメラ（撮影時の記録速度３８，５００コマ／秒、シャッター速度２μｓ）を用いて観察した。
　また、各ジェットにより生じた衝撃力は、感圧紙（富士フィルム社製、極超低圧用ＬＬＬＷ）を、ステンレス製基板とともに、厚さ０．０５ｍｍのポリエチレン製袋に入れ、それに向かって各ジェットを走査しながら噴射して計測を行った。走査速度は、１．６２ｍｍ／ｓで、各５回走査した。試料水には、イオン交換水を使用した。また、キャビテーションジェット（Ｃａｖｉｔａｔｉｎｇ　ｊｅｔ）の実験の際には水中に噴射し（ｉｎ　Ｗａｔｅｒ）、ウォータージェット（Ｗａｔｅｒ　ｊｅｔ）の実験の際には気中に噴射した（ｉｎ　Ａｉｒ）。
［衝撃力（洗浄能力）の実験結果］
　各ジェットの衝撃力の発生範囲を明らかにするために、ノズルＡ、Ｂ、Ｃを用いて、ノズルと感圧紙との間隔（スタンドオフ距離；Ｓｔａｎｄｏｆｆ　ｄｉｓｔａｎｃｅ）ｓを変えて感圧紙に噴射したときの感圧模様を、図３（ａ）に示す。なお、ポンプからの吐出圧力ｐ１は、０．３ＭＰａとした。また、比較のために、ウォーターピック（Ｗａｔｅｒ　Ｐｉｋ；登録商標）を用いて噴射したときの結果も示す。さらに、ウォーターピックおよび、ノズルＣのキャビテーションジェットにより胃壁を洗浄したときの、胃壁の状態を撮影した病理組織像を、図３（ｂ）に示す。なお、胃壁の洗浄時のスタンドオフ距離ｓは、約３ｍｍである。
　図３（ａ）に示すように、ノズルＡを用いて気中に噴射した場合には、ｓが大きくなるほど衝撃力が大きくなり、衝撃力を生じる範囲も拡大することが確認された。一方、ウォーターピック、ノズルＢおよびノズルＣを用いて気中に噴射した場合には、衝撃力の発生範囲が狭く、衝撃力も小さいことが確認された。また、ノズルＣを用いて水中に噴射したキャビテーションジェットの場合には、ｓ＝２ｍｍでは、ウォータージェットよりも広範囲でかつ大きな衝撃力を発生できることが確認された。以上から、ノズルＡのウォータージェットは、気中に噴射しているにも関わらず、キャビテーションジェットと同様に、ノズルＢ、Ｃを用いたウォータージェットの場合よりも広範囲に大きな衝撃力を発生できるといえる。
　また、図３（ｂ）に示すように、ウォーターピックによる胃壁洗浄では、胃粘膜の上皮は最内側まで完全に保たれているが、粘液層は押し固められて残存している。これは、ウォーターピックからのウォータージェットが、狭い範囲に集中したためであると考えられる。これに対し、ノズルＣのキャビテーションジェットによる胃壁洗浄では、胃粘膜の上皮は最内側まで完全に保たれているとともに、粘液層も完全に消失している。このように、キャビテーションジェットを利用すると、低噴射圧力であっても高い洗浄効果を得ることができる。図３（ａ）に示すように、ノズルＡのウォータージェットは、ノズルＣのキャビテーションジェットと同様に、広範囲に大きな衝撃力を有していることから、ノズルＡのウォータージェットを利用しても、キャビテーションジェットと同様の洗浄効果が得られるものと考えられる。また、ノズルＡのウォータージェットでは、被洗浄物の表面を水に浸す必要がないため、胃の内部に水を溜めておく必要がなく、患者の負担を軽減することができ、利用しやすい。
［ジェットの観察結果］
　ノズルＡおよびノズルＢを用い、吐出圧力ｐ１を０．３～０．５ＭＰａの範囲で変化させて気中に噴射したジェットの様相を瞬間写真で撮影した結果を、図４に示す。図４（ａ）に示すように、ノズルＡを用いた場合には、ノズル出口近傍で液滴・液塊が拡散しているが、図４（ｂ）に示すように、ノズルＢの場合には、液柱が比較的下流まで保持されていることが確認された。
　このノズルＡとノズルＢとの相違を明らかにするために、ｐ１＝０．５ＭＰａのときのノズル部を拡大した写真を、図５に示す。図５（ａ）に示すように、ノズルＡでは、拡大部２２に水が満たされてキャビテーションが発生しているのが確認できる。一方、図５（ｂ）に示すように、ノズルＢの場合には、拡大部には水が貯留されないために、単なる水噴流が拡大部を通過している。
　図４および図５に示す結果から、ノズルＡでは、拡大部２２が水で満たされるため、キャビテーションが断続的に発生し、噴射口２３からジェットが噴射される際には、非定常性が強まって、水噴流が液滴や液塊に分裂しやすいと考えられる。また、この分裂により、ノズルＡからのジェットが、広範囲に衝撃力を発生していると考えられる。なお、ノズル出口近傍に拡大部２２のような空間を設けた場合には、その空間の大きさに相当した固有周波数が生じ、この周波数の変動成分が、水噴流の液柱の分裂に関与しているのではないかと考えられる。
　ノズルＡからのウォータージェットの非定常的な様相を明らかにするために、高速度ビデオカメラで撮影した結果を、図６に示す。実験では、ノズルから下向きに噴射しているため、図６では、流れの方向は左から右になっている。図６に示すように、噴射口２３から数ｍｍの範囲では、比較的液柱が保持されているが、下流に流れるに従って、水噴流の液滴・液塊が急激に拡大・拡散していることが確認できる。図６からスタンドオフ距離が１０ｍｍ近傍の流速を求めると、約１０ｍ／ｓであることがわかる。吐出圧力が０．３ＭＰａであるため、小径部２１の下流に設けた拡大部２２の内部で水噴流が拡大して減速し、噴射口２３から噴射されていると考えられる。ここで、図６のｔ＝０～０．３８９６ｍｓにおいて、ｓ＝４～１０ｍｍに見られる波状模様に着目すると、波の間隔は約２ｍｍ、流速は１０ｍ／ｓであるため、この波の周波数は約５ｋＨｚと推定される。したがって、ノズルＡから噴射されたジェットからは、数ｋＨｚで液滴・液塊が発生していると考えられる。
　本発明の実施の形態のウォータージェット噴射ノズル１１である図１に示すノズルＡを先端に取り付けたチューブを、内視鏡の鉗子孔に挿入し、ノズルＡから生理食塩水を噴射して、ミニブタの胃粘液の洗浄を行った。このとき、ミニブタの胃の内部に水を貯留することなく、気中で胃壁に直接噴射を行った。ノズルＡは、小径部の内径が１ｍｍ、噴射口の内径が１．３ｍｍである。使用したチューブは、外径２ｍｍ、内径１．１２ｍｍ、長さ１．５ｍである。生理食塩水噴射時のチューブ上流側での噴射圧力は０．８ＭＰａであり、チューブの圧力損失を計測した結果、チューブ下流側のノズルＡでの噴射圧力は０．３ＭＰａであった。
　ミニブタ体内の胃の内部に、ノズルＡから生理食塩水を噴射して胃粘液を洗浄した後、胃を取り出して、胃壁の状態を撮影した病理組織像を、図７に示す。図７（ａ）は洗浄していない箇所の病理組織像、図７（ｂ）は洗浄箇所の病理組織像である。図７に示すように、内視鏡等を利用して、本発明の実施の形態のウォータージェット噴射ノズル１１により、胃粘液を除去できることが確認された。また、ミニブタの胃の内部に水を溜めることなく洗浄を行うことができたことから、患者の負担を軽減できることも確認された。
　本発明の実施の形態のウォータージェット噴射ノズル１１である図１に示すノズルＡを用いて、口腔内（歯の表面）のバイオフィルムの洗浄を行った。また、通常のウォータージェットと比較するために、図２（ｃ）に示すノズルＣを用いて比較実験を行った。いずれの場合も、歯の表面に対して垂直に噴射するようノズルを配置し、噴射圧力を０．３ＭＰａ、スタンドオフ距離を８ｍｍ、ノズルの小径部の内径を０．５ｍｍ、噴射時間を５分間とした。
　洗浄前のバイオフィルムの状況を明らかにするために、染め出し後、ノズルＡ（Ｎｏｚｚｌｅ　Ａ）で洗浄を行った後、ノズルＣ（Ｎｏｚｚｌｅ　Ｃ　ｉｎ　Ａｉｒ）を用いて通常のウォータージェットで洗浄を行った後の、歯の表面の状態を、図８に示す。図８（ａ）には、ノズルＡによるウォータージェットを上顎右側切歯に、ノズルＣによるウォータージェットを下顎右側側切歯に噴射した結果を示す。図８（ｂ）には、ノズルＡによるウォータージェットを上顎右側切歯に、ノズルＣによるウォータージェットを下顎左側側切歯に噴射した結果を示す。図８（ｃ）には、ノズルＡによるウォータージェットを上顎左側切歯に、ノズルＣによるウォータージェットを下顎右側側切歯に噴射した結果を示す。なお、図８（ａ）および（ｂ）と、図８（ｃ）とは、被験者が異なっている。
　また、インプラントに用いられるチタン製試験片（５ｍｍ×７ｍｍ）を、被験者の口腔内に保持した後、このチタン製試験片を取り出し、このチタン製試験片に対して、ノズルＡ（Ｎｏｚｚｌｅ　Ａ；小径部の内径０．５ｍｍ）により、噴射圧力０．３ＭＰａ、スタンドオフ距離８ｍｍで５分間噴射を行った。バイオフィルムの状況を明らかにするために、染め出し後、および、ノズルＡで洗浄を行った後の、チタン製試験片の表面の状態を、図９に示す。なお、図９（ａ）と図９（ｂ）とは、被験者が異なっている。
　図８および図９に示すように、本発明の実施の形態のウォータージェット噴射ノズル１１により、口腔内のバイオフィルムを洗浄できることが確認された。また、図８に示すように、本発明の実施の形態のウォータージェット噴射ノズル１１は、通常のウォータージェットよりも洗浄効果が良好であることも確認された。
　１０　ウォータージェット噴射装置
　１１　ウォータージェット噴射ノズル
　　１１ａ　流路
　　　２１　小径部
　　　２２　拡大部
　　　２３　噴射口
　１２　供給部
 

Claims (8)

  1. 　先端に向かって、上流より内径が小さい小径部と、前記小径部より内径が大きい拡大部と、前記拡大部より内径が小さい噴射口とを有する流路を有し、
    　前記流路に所定の圧力で水を流したとき、前記拡大部に水が溜まり、前記小径部から前記拡大部に向かってキャビテーション気泡を発生可能に構成されていることを
    　特徴とするウォータージェット噴射ノズル。
  2. 　前記噴射口の内径が、前記小径部の内径の１乃至１．３倍であることを特徴とする請求項１記載のウォータージェット噴射ノズル。
  3. 　前記小径部の内径が０．２乃至１．０ｍｍであることを特徴とする請求項１または２記載のウォータージェット噴射ノズル。
  4. 　請求項１乃至３のいずれか１項に記載のウォータージェット噴射ノズルと、
    　前記ウォータージェット噴射ノズルに所定の圧力で水を供給する供給部とを、
    　有することを特徴とするウォータージェット噴射装置。
  5. 　前記供給部は、前記ウォータージェット噴射ノズルに０．２乃至０．６ＭＰａの圧力で水を供給するよう構成されていることを特徴とする請求項４記載のウォータージェット噴射装置。
  6. 　請求項４または５記載のウォータージェット噴射装置を用い、前記噴射口と被洗浄物の表面との間隔を１．５乃至１１ｍｍとして、前記被洗浄物の表面に向かって前記噴射口からウォータージェットを噴射することを特徴とするウォータージェットを用いた洗浄方法。
  7. 　請求項３記載のウォータージェット噴射ノズルと、
    　前記ウォータージェット噴射ノズルに０．２乃至０．６ＭＰａの圧力で水を供給する供給部とを、
    　有することを特徴とする消化管洗浄装置。
  8. 　請求項３記載のウォータージェット噴射ノズルと、
    　前記ウォータージェット噴射ノズルに０．２乃至０．６ＭＰａの圧力で水を供給する供給部とを、
    　有することを特徴とする胃壁洗浄装置。
     
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