WO2016042879A1 - 殺菌装置 - Google Patents

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WO2016042879A1
WO2016042879A1 PCT/JP2015/068734 JP2015068734W WO2016042879A1 WO 2016042879 A1 WO2016042879 A1 WO 2016042879A1 JP 2015068734 W JP2015068734 W JP 2015068734W WO 2016042879 A1 WO2016042879 A1 WO 2016042879A1
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wavelength
wavelength light
sterilizer
ultraviolet rays
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森 淳
スミートン ティム
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シャープ株式会社
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Definitions

  • the present invention relates to a sterilization apparatus that sterilizes by irradiating ultraviolet rays, and more particularly to a sterilization apparatus that can visualize the irradiation range of ultraviolet rays.
  • SSI surgical site infection
  • Patent Document 1 discloses a technique for sterilizing a surgical site using an ultraviolet lamp. According to Patent Document 1, it is possible to sterilize a range including a surgical site by irradiating ultraviolet rays with an ultraviolet lamp. Furthermore, the irradiation range of ultraviolet rays is visualized by irradiating visible rays together with ultraviolet rays.
  • Patent Document 2 discloses a spectrum of an ultraviolet lamp that emits ultraviolet rays having a wavelength range of about 190 nm to 230 nm, and a multilayer dielectric filter or chemical filter that substantially prevents the ultraviolet rays from containing light outside the above wavelength range.
  • a sterilization device comprising a filter element is disclosed. According to Patent Document 2, microbial bacteria can be sterilized without damaging human body cells.
  • Non-Patent Document 1 discloses a sterilization technique using a Kr—Br excimer lamp having a peak wavelength of 207 nm, in which light having a wavelength of 210 nm or more is cut by a filter. According to Non-Patent Document 1, microbial bacteria can be sterilized while suppressing the occurrence of human cell damage and skin cell mutation.
  • Patent Document 3 describes a treatment method for periodontal disease in which ultraviolet rays are guided from an ultraviolet light source using an optical fiber and irradiated to an affected area. According to Patent Document 3, periodontal pathogens can be sterilized by attaching an optical fiber to the tip of an instrument used by a dentist.
  • Patent Document 2 since only ultraviolet rays are irradiated, the irradiation range of ultraviolet rays cannot be visualized. In an actual surgical environment, it is necessary to quickly irradiate a target affected area with ultraviolet rays. Therefore, there is a problem that it is difficult to handle in the surgical environment that the irradiation range of ultraviolet rays cannot be visualized.
  • Patent Document 2 proposes a technique that uses a fluorescent material as an absorbing material and emits visible light when absorbing ultraviolet light to indicate that the lamp is in operation. It does not visualize the range.
  • Patent Document 3 since the wavelength of ultraviolet rays applied to the affected area is not specified, there is a problem that human cells are damaged by the wavelength of the irradiated ultraviolet rays. Furthermore, in patent document 3, since only an ultraviolet-ray is irradiated, there exists a problem that the irradiation range of an ultraviolet-ray cannot be visualized.
  • the present invention has been made in view of the above-described conventional problems, and an object of the present invention is to realize a sterilizer that achieves both excellent safety and operability.
  • a sterilization apparatus is a sterilization apparatus that irradiates an object with light including ultraviolet rays, and has a peak wavelength in a wavelength range of 190 nm to 230 nm. It is characterized by emitting wavelength light and second wavelength light having a peak wavelength in a wavelength range of 400 nm or more and 780 nm or less.
  • the sterilization apparatus sterilizes an affected part (target object) by irradiating light including ultraviolet rays.
  • ultraviolet rays refer to light having a wavelength of 10 nm or more and less than 400 nm, and generally means light in a wavelength range in which a bactericidal effect is recognized.
  • this embodiment demonstrates an example of the structure which irradiates an affected part with an ultraviolet laser as an ultraviolet-ray, this invention is not limited to the following structures.
  • FIG. 1 is a block diagram showing a configuration of a sterilizer 1 according to the present embodiment.
  • the sterilization apparatus 1 includes a semiconductor laser element (laser light source) 2, a frequency doubling element (frequency conversion element) 3, a dimming element 4, and a case 5.
  • the semiconductor laser element 2 is a light source that oscillates (emits) the second wavelength light L ⁇ 2 having a peak wavelength in a wavelength range of 400 nm or more and 460 nm or less.
  • the second wavelength light L ⁇ 2 oscillated from the semiconductor laser element 2 is a coherent visible light laser having the same wavelength and phase.
  • the semiconductor laser element 2 emits the second wavelength light L ⁇ 2 toward the frequency doubling element 3.
  • Such a frequency doubling element 3 can be made of, for example, a crystal nonlinear optical material.
  • single crystal nonlinear optical materials include beta-barium borate (BBO), potassium beryllium borate (potassium fluroborato berylate), lithium tetraborate, lithium rubidium tetraborate (lithium tetraborate)
  • magnesium barium fluoride magnesium barium fluoride and the like can be given.
  • the frequency doubling element 3 emits the first wavelength light L ⁇ 1 and the second wavelength light L ⁇ 2 toward the dimming element 4.
  • the dimming element 4 dims (attenuates) the second wavelength light L ⁇ 2 emitted from the frequency doubling element 3.
  • the light reducing element 4 attenuates the second wavelength light L ⁇ 2 by absorbing or reflecting a part of the second wavelength light L ⁇ 2 .
  • the dimming element 4 transmits the first wavelength light L ⁇ 1 emitted from the frequency doubling element 3 without substantially dimming.
  • Examples of such a dimming element 4 include an interference filter and a dichroic mirror. Control such as freely changing the intensity ratio between the first wavelength light L ⁇ 1 and the second wavelength light L ⁇ 2 by changing the attenuation (dimming) rate, transmittance, or reflectance of the dimming element 4 is possible. It becomes possible. Further, it is possible to control such that only light in a desired wavelength range is transmitted among the second wavelength light L ⁇ 2 and light in other wavelength ranges is removed.
  • the dimming element 4 may be omitted, and the second wavelength light L ⁇ 2 emitted from the frequency doubling element 3 may be emitted from the sterilizer 1 without being dimmed. Furthermore, by freely adding an optical element having the same function as that of the dimming element 4, light in another wavelength range included in the second wavelength light L ⁇ 2 (that is, the wavelength dimmed by the dimming element 4). Light outside the range) may be dimmed.
  • the case 5 is a housing that houses the semiconductor laser element 2, the frequency doubling element 3, and the dimming element 4. Inside the case 5, the semiconductor laser element 2, the frequency doubling element 3, and the dimming element 4 are arranged on a straight line in this order. The end of the case 5 on the side of the dimming element 4 is open, and the first wavelength light L ⁇ 1 and the second wavelength light L ⁇ 2 are emitted to the outside from this end.
  • FIG. 2 is a graph showing the spectrum of light emitted from the sterilizer 1 to the affected part 6, and FIG. 3 is a graph obtained by enlarging the spectrum in the wavelength range of more than 230 nm and less than 400 nm shown in FIG. 2 and 3, the vertical axis indicates irradiance, and the vertical axis indicates the wavelength.
  • the affected part is a first wavelength light L ⁇ 1 having a peak wavelength P1 in a wavelength range of 200 nm to 230 nm and a second wavelength light L ⁇ 2 having a peak wavelength P2 in a wavelength range of 400 nm to 460 nm. 6 is irradiated.
  • the first wavelength light L ⁇ 1 having the peak wavelength P1 in the wavelength range of 200 nm or more and 230 nm or less can sterilize microbial bacteria without damaging somatic cells. Therefore, the affected part 6 can be safely sterilized by irradiating the affected part 6 with the first wavelength light L ⁇ 1 .
  • the second wavelength light L ⁇ 2 having the peak wavelength P2 in the wavelength range of 400 nm or more and 460 nm or less is visible to the human eye. Therefore, by irradiating with the first wavelength light L .lambda.1 a second wavelength light L .lambda.2 the affected area 6, it can be visualized irradiation range of the first wavelength light L .lambda.1.
  • the affected part 6 is hardly irradiated with ultraviolet rays in the wavelength range of more than 230 nm and less than 400 nm, which is a noise level.
  • the light intensity of ultraviolet rays in the wavelength range of more than 230 nm and less than 400 nm irradiated to the affected part 6 is 3 mW / cm 2 or more, the possibility of damaging somatic cells is increased. Therefore, in the sterilizer 1, damage to somatic cells is suppressed by setting the light intensity of ultraviolet rays in a wavelength range of more than 230 nm and less than 400 nm irradiated to the affected part 6 to less than 3 mW / cm 2 .
  • the sterilization apparatus 1 including the frequency doubling element 3 that converts a part of the second wavelength light L ⁇ 2 emitted from the semiconductor laser element 2 into the first wavelength light L ⁇ 1 .
  • the sterilization device 1 since a part of the second wavelength light L .lambda.2 is converted by the frequency doubling element 3 to the first wavelength light L .lambda.1, less than 230nm ultra 400nm that may damage the somatic cells Ultraviolet rays are hardly generated. Therefore, unlike Patent Document 2, there is no need to provide a spectral filter element or the like that prevents the ultraviolet rays generated by the ultraviolet lamp from containing light outside the wavelength range of 190 nm to 230 nm, and space saving of the sterilizer 1 is achieved. Is advantageous.
  • the spectral filter element does not have a transmittance of 100% and attenuates ultraviolet rays in a wavelength range of 190 nm or more and 230 nm or less, so that the light use efficiency is lowered.
  • the sterilization apparatus 1 since such a light use efficiency does not decrease, high light use efficiency can be realized.
  • Patent Document 2 discloses a technique for adding argon to an excilamp, for example, as another technique for preventing ultraviolet rays from containing light outside the wavelength range of 190 nm to 230 nm. Accompanying increased manufacturing costs. On the other hand, according to the sterilization apparatus 1, since a relatively inexpensive frequency doubling element 3 is used, an increase in manufacturing cost can be suppressed.
  • the sterilizing device 1 a portion of the second wavelength light L .lambda.2 emitted from the semiconductor laser element 2 is transmitted through the frequency doubling element 3 without being wavelength converted, the affected area with the first wavelength light L .lambda.1 6 is irradiated. Therefore, the irradiation range of the first wavelength light L ⁇ 1 can be visualized. Therefore, it is not necessary to provide a light source that emits the first wavelength light L ⁇ 1 for sterilization and a light source that emits the second wavelength light L ⁇ 2 for visualizing the irradiation range of the first wavelength light L ⁇ 1.
  • the sterilizer 1 can be downsized.
  • the sterilization apparatus 1 it is possible to irradiate the affected part 6 with ultraviolet rays with a constant light intensity as compared with the case where an ultraviolet lamp or LED is used. In an actual surgical environment, it is required to quickly irradiate the affected part 6 with ultraviolet rays having a target light intensity.
  • the ultraviolet rays from the ultraviolet lamp or LED are condensed, if the distance between the affected part and the sterilizer changes, the irradiation area of the ultraviolet rays changes, and the light intensity density of the ultraviolet rays changes.
  • the first wavelength light L ⁇ 1 and the second wavelength light L ⁇ 2 are laser light, and each is substantially parallel light.
  • the irradiation area does not change and the affected part 6 is irradiated with the first wavelength light L ⁇ 1 and the second wavelength light L ⁇ 2 with a constant light intensity. Can do.
  • the beam diameter of the first wavelength light L ⁇ 1 can be made smaller than when an ultraviolet lamp or LED is used. . Therefore, it is possible to suitably irradiate the first wavelength light L ⁇ 1 even to the complicated and steep affected part 6.
  • the sterilization method which irradiates the affected part 6 continuously with an ultraviolet-ray like conventional.
  • the light source generates heat. 2.
  • the life of the light source is likely to be reduced. 3. It is very dangerous for doctors. 4).
  • a doctor's hand or the like prevents ultraviolet rays from reaching a wound (called a wound) generated by surgery.
  • the sterilizer 1 may intermittently emit the first wavelength light L ⁇ 1 and the second wavelength light L ⁇ 2 by controlling the driving of the semiconductor laser element 2.
  • microbial bacteria form a biofilm as a self-protective reaction after reaching the wound.
  • the time for forming the biofilm is about 30 minutes after reaching the wound.
  • the first wavelength light L ⁇ 1 when the first wavelength light L ⁇ 1 is intermittently emitted from the sterilizer 1, it is preferable to switch the emission / stop of the first wavelength light L ⁇ 1 at intervals of 10 minutes from the start of the operation. It is more preferable to switch the emission / stop of the wavelength light L ⁇ 1 . Thereby, it becomes possible to achieve power saving of the sterilizer 1 while maintaining the sterilization effect.
  • the sterilizer 1 includes the first wavelength light L ⁇ 1 having a peak wavelength in the wavelength range of 200 nm to 230 nm and the second wavelength having a peak wavelength in the wavelength range of 400 nm to 460 nm.
  • the light L ⁇ 2 is emitted.
  • the first wavelength light L ⁇ 1 having a peak wavelength in the wavelength range of 200 nm or more and 230 nm or less can sterilize microbial bacteria without damaging somatic cells, the first wavelength light L ⁇ 1 is applied to the affected area 6. By irradiating, the affected part 6 can be sterilized safely.
  • the second wavelength light L ⁇ 2 having a peak wavelength in the wavelength range of 400 nm or more and 460 nm or less is visible to the human eye, the second wavelength light L ⁇ 2 is irradiated to the affected area together with the first wavelength light L ⁇ 1 . Thereby, the irradiation range of the first wavelength light L ⁇ 1 can be visualized.
  • light having a peak wavelength in the wavelength range of 200 nm to 230 nm is used as the first wavelength light L ⁇ 1 and used as the second wavelength light L ⁇ 2 having the peak wavelength in the wavelength range of 400 nm to 460 nm.
  • the configuration has been described.
  • the first wavelength light L .lambda.1 may be a light having a peak wavelength in 230nm or less in the wavelength range of 190 nm
  • the second wavelength light L .lambda.2 with light having a peak wavelength in 780nm or less in the wavelength range of 400nm I just need it. If it is a sterilizer that irradiates the affected part 6 with the first wavelength light L ⁇ 1 and the second wavelength light L ⁇ 2 having peak wavelengths in the wavelength range, it is possible to achieve both excellent safety and operability.
  • the sterilization apparatus includes, instead of the semiconductor laser element 2 and the frequency doubling element 3, a first light source that emits a first wavelength light L ⁇ 1 having a peak wavelength in a wavelength range of 190 nm to 230 nm, and 400 nm to 780 nm.
  • a second light source that emits a second wavelength light L ⁇ 2 having a peak wavelength in the following wavelength range may be provided.
  • the first light source examples include ultraviolet light generating light sources such as semiconductor laser elements, lamps, and LEDs that can emit the first wavelength light L ⁇ 1 .
  • the LED that emits the first wavelength light L ⁇ 1 is generally not commercially available.
  • “Creative Research Promotion Project CREST Research Area“ Light and Photon Science and Technology for Creating New Functions ” Research on 350nm-band InAlGaN-based deep ultraviolet high-efficiency light-emitting devices " 13 ” can be used.
  • ultraviolet rays having a peak wavelength of 222 nm can be emitted.
  • the emission wavelength of this LED ranges from 220 nm to 250 nm.
  • the peak wavelength is shortened, or the current value is controlled so that the light intensity at a wavelength of 230 nm to 250 nm is 3 mW / cm 2. Then, it is possible to realize an LED that emits the first wavelength light L ⁇ 1 .
  • examples of the second light source include visible light generating light sources such as a semiconductor laser element, a lamp, and an LED that can emit the second wavelength light L ⁇ 2 . Since these light sources are generally commercially available, they are not illustrated here.
  • the first wavelength light L .lambda.1 such as adenovirus, etc.
  • a wavelength suitable for the virus not only microorganisms but also viruses can be sterilized.
  • the sterilization apparatus may include a scanning mechanism that irradiates the affected area 6 while scanning the first wavelength light L ⁇ 1 .
  • a scanning mechanism that irradiates the affected area 6 while scanning the first wavelength light L ⁇ 1 .
  • FIG. 4 is a block diagram showing a configuration of the sterilizer 11 according to the present embodiment. 4 indicates the beam diameter of the first wavelength light L ⁇ 1 emitted from the sterilizer 1, a2 indicates the beam diameter of the first wavelength light L ⁇ 1 emitted from the plano-concave lens 8, and a2 'Indicates the beam diameter of the first wavelength light L ⁇ 1 irradiated to the affected part 6.
  • the sterilizer 11 includes a plano-convex lens 7 and a plano-concave lens 8 in addition to the sterilizer 1 described above.
  • plano-convex lens 7 is an optical member that condenses the first wavelength light L ⁇ 1 and the second wavelength light L ⁇ 2 emitted from the sterilizer 1.
  • a planar emission surface 7b that emits light.
  • Plano-convex lens 7 refracts a first wavelength light L .lambda.1 and the second wavelength light L .lambda.2 so that the beam diameter of the first wavelength light L .lambda.1 and the second wavelength light L .lambda.2 gradually decreases, the plano-concave lens 8 Exit toward.
  • plano-concave lens 8 is an optical member that makes the first wavelength light L ⁇ 1 and the second wavelength light L ⁇ 2 emitted from the plano-convex lens 7 substantially parallel light.
  • Plano-concave lens 8 a planar entrance face 8a for entering the first wavelength light L .lambda.1 and the second wavelength light L .lambda.2 emitted from the plano-convex lens 7, a first wavelength light L .lambda.1 and the second wavelength light L .lambda.2 And an exit surface 8b having a concave curved surface.
  • Plano-concave lens 8 as first-wavelength light L .lambda.1 and the second wavelength light L .lambda.2 is respectively substantially parallel light by refracting the first wavelength light L .lambda.1 and the second wavelength light L .lambda.2, toward the diseased part 6 Exit.
  • the parallelism of light will be described using the first wavelength light L ⁇ 1 as an example.
  • the parallelism of light is k
  • the beam diameter of the first wavelength light L ⁇ 1 emitted from the plano-concave lens 8 is a2
  • the beam diameter of the first wavelength light L ⁇ 1 irradiated to the affected part 6 is a2 ′
  • the first wavelength light L ⁇ 1 can be condensed, and if it is made larger. It is possible to broaden the first wavelength light L ⁇ 1 .
  • the distance between the sterilizer 11 and the affected part 6 is actually considered to be within 1 m. Therefore, during the operation, when the first wavelength light L ⁇ 1 is irradiated, the distance between the sterilizer 11 and the affected part 6 changes with a distance of 1 m as an upper limit.
  • the substantially parallel light means in the formula (1) 0.2 ⁇ k ⁇ 5 Formula (3) Means to satisfy.
  • the plano-convex lens 7 and the plano-concave lens 8 it is possible to irradiate the affected part 6 with the first wavelength light L ⁇ 1 , which is substantially parallel light with the beam diameter reduced from a1 to a2 ′. Therefore, even if the distance between the sterilizer 11 and the affected part 6 is changed, the affected part 6 can be irradiated with the first wavelength light L ⁇ 1 with a constant light intensity.
  • the beam diameter a2 ′ of the first wavelength light L ⁇ 1 irradiated to the affected part 6 can be reduced, and for example, the beam diameter a2 ′ can be less than 1 cm 2 . Accordingly, the first wavelength light L ⁇ 1 can be suitably irradiated even on the complicated and steep affected part 6.
  • the second wavelength light L ⁇ 2 is irradiated to the affected part 6 as the substantially parallel light with a reduced beam diameter together with the first wavelength light L ⁇ 1 , so that the irradiation range of the first wavelength light L ⁇ 1 is reduced. It can be visualized appropriately.
  • the beam diameter a2 ′ of the first wavelength light L ⁇ 1 irradiated to the affected area 6 is reduced with respect to the beam diameter a1 of the first wavelength light L ⁇ 1 emitted from the sterilizer 1 (a1> a2 ′).
  • the present invention is not limited to this configuration. Using the same principle, the beam diameter a2 ′ of the first wavelength light L ⁇ 1 irradiated to the affected area 6 is increased with respect to the beam diameter a1 of the first wavelength light L ⁇ 1 emitted from the sterilizer 1 (a1 ⁇ a2 ′) may be adopted.
  • FIG. 5 is a block diagram showing a configuration of the sterilizer 12 according to the present embodiment.
  • This sterilizer 12 is used as a sterilizer for medical implants.
  • the light emitted from the sterilizer 1 includes the second wavelength light L ⁇ 2, but in the drawing, the second wavelength light L ⁇ 2 is omitted and only the first wavelength light L ⁇ 1 is illustrated.
  • the sterilizer 12 includes an optical fiber 9 in addition to the sterilizer 1 described above.
  • the optical fiber 9 is a light guide member that guides the first wavelength light L ⁇ 1 and the second wavelength light L ⁇ 2 emitted from the sterilizer 1.
  • the optical fiber 9 is incident first wavelength light L .lambda.1 and the second wavelength light L .lambda.2 from one end, the first wavelength light L .lambda.1 and the second wavelength light from the exit hole formed in plurality on the peripheral surface of the vicinity of the other end L ⁇ 2 is emitted.
  • the optical fiber 9 has a two-layer structure in which an inner core is covered with a clad having a refractive index lower than that of the core.
  • the core is mainly composed of quartz glass (silicon oxide) having almost no absorption loss of laser light
  • the clad is composed mainly of quartz glass or a synthetic resin material having a refractive index lower than that of the core. .
  • the left ventricular assist heart pump and the catheter 10 are widely known. Left ventricular assist heart pumps are becoming increasingly important in cardiac therapy. These are hopeful for patients waiting for a complete heart transplant.
  • the sterilization apparatus 12 it is possible to sterilize microorganisms and viruses existing near the catheter 10 by irradiating the first wavelength light L ⁇ 1 while the catheter 10 is in the body. Naturally, the somatic cell near the catheter 10 is not damaged by the first wavelength light L ⁇ 1 .
  • the first wavelength light L ⁇ 1 and the second wavelength light L ⁇ 2 emitted from the sterilizer 1 enter the optical fiber 9.
  • the catheter 10 is inserted into the human body through the skin 61 through a perforation 62 opened in the skin 61.
  • the first wavelength light L ⁇ 1 propagates through the optical fiber 9 and is emitted from the peripheral surface of the optical fiber 9 near the catheter 10. Thereby, while the catheter 10 is in the body, the probability of infection by the catheter 10 can be reduced by irradiating the catheter 10 with the first wavelength light L ⁇ 1 .
  • the first wavelength light L ⁇ 1 and the second wavelength light L ⁇ 2 emitted from the sterilizer 1 are laser beams, they can be incident on the optical fiber 9 with high coupling efficiency. Therefore, according to the sterilizer 12, light utilization efficiency can be improved.
  • FIG. 6 is a perspective view showing a pencil-type sterilizer 13.
  • the sterilization apparatus according to the present invention may be a pencil-type sterilization apparatus 13.
  • the optical fiber 9 may be connected to the pencil-type sterilizer 13 so that the first wavelength light L ⁇ 1 and the second wavelength light L ⁇ 2 (not shown) are propagated and emitted.
  • the battery can be driven by using the pencil-type sterilization apparatus 13. Therefore, the pencil-type sterilizer 13 can be easily used in an actual surgical environment.
  • FIG. 7 is a schematic view showing the sterilizer 14 that can be attached to the medical glove 40. As shown in FIG. 7, the sterilizer 14 may be attached to the medical glove 40. As a result, it is possible to quickly irradiate the first wavelength light L ⁇ 1 and the second wavelength light L ⁇ 2 (not shown) where the surgeon points.
  • FIG. 8 is a schematic view showing a medical goggles-type sterilizer 15.
  • the medical goggles type sterilizer 15 is a goggle 50 in which a sterilizer 1 (not shown) is built.
  • the goggles 50 incorporating the sterilizer 1 have a function of cutting ultraviolet rays in addition to the function of medical goggles generally used. For example, by attaching a camera, a sensor, or the like to the goggles 50, it is possible to irradiate the first wavelength light L ⁇ 1 and the second wavelength light L ⁇ 2 (not shown) ahead of the operator's line of sight.
  • FIG. 9 is a schematic view showing the sterilizer 16 that can be attached to the helmet 60.
  • the sterilizer 16 may be attached to the helmet 60.
  • a camera or a sensor to the helmet 60, it is possible to irradiate the first wavelength light L ⁇ 1 and the second wavelength light L ⁇ 2 (not shown) at the tip of the operator's line of sight.
  • FIG. 10 is a schematic diagram showing a sterilizer 17 that can be used for dental surgery.
  • dental surgery it is known that periodontal disease, in particular, will recur immediately.
  • periodontal disease in particular, will recur immediately.
  • both good bacteria and bad bacteria are present, and both bacteria produce biofilms. Microorganisms escape into the biofilm and grow.
  • periodontal pockets In periodontal disease, deep grooves called periodontal pockets are formed, making it impossible to physically deliver drugs, and microbial bacteria in biofilms cannot be sterilized by drugs .
  • the sterilization device 17 can sterilize the periodontal pocket with ultraviolet rays, and the sterilization device 17 irradiates the local region with the first wavelength light L ⁇ 1 , thereby causing periodontal disease. Treatment becomes possible.
  • the application example of the sterilization apparatus which concerns on this invention is not limited to the above-mentioned thing.
  • a sterilizer is built in the endoscope, and the first wavelength light L ⁇ 1 and the second wavelength light L ⁇ 2 emitted from the sterilizer are propagated by the optical fiber and emitted from the distal end of the endoscope.
  • the first wavelength light L ⁇ 1 and the second wavelength light L ⁇ 2 are propagated by the optical fiber and emitted from the distal end of the endoscope.
  • the sterilization apparatus is a sterilization apparatus that irradiates a target (affected part 6) with light containing ultraviolet rays, the first wavelength light having a peak wavelength in a wavelength range of 190 nm to 230 nm, and 400 nm.
  • the second wavelength light having a peak wavelength in the wavelength range of 780 nm or less is emitted.
  • the sterilizer emits first wavelength light having a peak wavelength in a wavelength range of 190 nm to 230 nm.
  • the first wavelength light having a peak wavelength in a wavelength range of 190 nm or more and 230 nm or less can sterilize microbial bacteria without damaging somatic cells. Therefore, the object can be safely sterilized by irradiating the object with the first wavelength light.
  • the sterilizer emits second wavelength light having a peak wavelength in a wavelength range of 400 nm or more and 780 nm or less.
  • the second wavelength light having a peak wavelength in the wavelength range of 400 nm or more and 780 nm or less is visible to the human eye. Therefore, the irradiation range of the first wavelength light can be visualized by irradiating the object with the second wavelength light together with the first wavelength light.
  • the intensity of light with a wavelength range of more than 230 nm and less than 400 nm irradiated on the object may be less than 3 mW / cm 2 .
  • the intensity of light in the wavelength range of more than 230 nm and less than 400 nm irradiated on the object is 3 mW / cm 2 or more, there is a high possibility of damaging somatic cells. Therefore, it is possible to suppress damage to somatic cells by setting the intensity of light in the wavelength range of more than 230 nm and less than 400 nm irradiated to the object to less than 3 mW / cm 2 .
  • the laser light source that oscillates the second wavelength light and the second wavelength light oscillated from the laser light source are received, A frequency conversion element that converts part of the two-wavelength light into the first wavelength light, and the frequency conversion element converts the first wavelength light and the second wavelength light that has not been converted into the first wavelength light. It may be emitted.
  • the sterilization apparatus includes a frequency conversion element that converts a part of the second wavelength light emitted from the laser light source into the first wavelength light, and the first wavelength light emitted from the frequency conversion element and the first wavelength light. Two-wavelength light irradiates the object.
  • Patent Document 2 discloses a technique for adding argon to an excilamp, for example, as another technique for preventing ultraviolet rays from containing light outside the wavelength range of 190 nm to 230 nm. Accompanying increased manufacturing costs. On the other hand, according to said structure, since the comparatively cheap frequency conversion element is used, the increase in manufacturing cost can be suppressed.
  • part of the second wavelength light emitted from the laser light source passes through the frequency conversion element without being wavelength-converted, and is irradiated onto the object together with the first wavelength light. Therefore, it is possible to visualize the irradiation range of the first wavelength light. Therefore, since it is not necessary to provide a light source that emits the first wavelength light for sterilization and a light source that emits the second wavelength light for visualizing the first wavelength light, the sterilization apparatus can be downsized. it can.
  • the first wavelength light is laser light
  • the beam diameter of the first wavelength light can be reduced as compared with the case where an ultraviolet lamp or LED is used. Therefore, it is possible to suitably irradiate the first wavelength light even to a complicated and steep affected part (object).
  • a light attenuating element that attenuates the second wavelength light may be provided.
  • the intensity ratio of the 1st wavelength light irradiated to a target object and a 2nd wavelength light is changed freely by changing the attenuation factor of the light reduction element, the transmittance
  • the first wavelength light is substantially parallel light
  • the second wavelength light is substantially parallel light
  • each of the first wavelength light and the second wavelength light is substantially parallel light, the irradiation area does not change even when the distance between the sterilizer and the object is changed.
  • the object can be irradiated with the first wavelength light and the second wavelength light with a constant light intensity.
  • the operability of the sterilizer can be improved.
  • the beam diameter of the first wavelength light applied to the object may be less than 1 cm 2 .
  • the beam diameter of the 1st wavelength light irradiated to a target object is less than 1 cm ⁇ 2 >, a 1st wavelength light is suitably irradiated also to a complicated and steep affected part (target object). be able to.
  • the first wavelength light may be intermittently emitted.
  • the life of the light source and the power saving of the sterilization apparatus can be achieved while maintaining the sterilization effect.
  • the sterilization apparatus according to the present invention is a sterilization apparatus that generates at least one ultraviolet ray, and has a peak at a first wavelength of about 190 nm to 230 nm and a peak at a second wavelength of about 400 nm to 780 nm. It is characterized by having a light source.
  • the light intensity density of the third wavelength having a wavelength of about 230 nm to 400 nm is less than 3 mW / cm 2 .
  • the sterilizing apparatus preferably includes a device for attenuating the light of the second wavelength.
  • the light of the first wavelength and the second wavelength is substantially parallel light.
  • the beam diameter of the first wavelength is preferably less than 1 cm 2 .
  • the light having the first wavelength is generated in a pulsed manner.
  • the present invention can be used for a sterilization apparatus that irradiates ultraviolet rays, and can be particularly preferably used for medical equipment used during surgery.
  • Sterilizer 2 Semiconductor laser element (light source) 3 Frequency doubler (frequency converter) 4 Dimming element 5 Case 6 Affected part (object) 7 Plano-convex lens 8 Plano-concave lens 9 Optical fiber 10 Catheter 11 Sterilizer 12 Sterilizer 13 Sterilizer 14 Sterilizer 15 Sterilizer 16 Sterilizer 17 Sterilizer 61 Skin 62 Perforation (object) a2 ′ beam diameter L ⁇ 1 first wavelength light L ⁇ 2 second wavelength light P1 peak wavelength P2 peak wavelength

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Abstract

 優れた安全性および操作性を両立させた殺菌装置を提供する。本発明の実施の一態様に係る殺菌装置(1)は、紫外線を含む光を患部(6)に照射する殺菌装置(1)であって、190nm以上230nm以下の波長範囲にピーク波長を有する第一波長光(Lλ1)と、400nm以上780nm以下の波長範囲にピーク波長を有する第二波長光(Lλ2)とを出射する。

Description

殺菌装置
 本発明は、紫外線を照射することによって殺菌する殺菌装置に関し、より詳細には、紫外線の照射範囲を可視化することができる殺菌装置に関する。
 感染のリスクの高い「手術」という医療行為において、感染を100%防ぐ方法は無く、2%~5%において手術部位感染(SSI:surgical site infection)が起こる。
 手術部位感染(SSI)を減少させるためには、患者の合併症、消毒、手術室環境、医療従事者の消毒・感染管理など、手術全体に注意を払う必要がある。手術は、通常、無菌状態で行われ、医療現場ではあらゆる場面で衛生への配慮が十分なされているが、手術部位感染(SSI)の発生率は手術の種類や手術を行う部位によって異なる。これは、部位の殺菌(滅菌)処理の難易度に起因するものである。
 たとえば、血管や尿管にカテーテルを配置(留置)するカテーテル手術では、手術部位感染(SSI)の発生率は10%を超えている(JANIS SSI部門 公開情報 2013年7月~12月半期報)。なぜなら、これらの手術部位を直接殺菌処理することは不可能であり、挿入するカテーテルを徹底的に殺菌処理するしか方法がないのが現状であるためである。
 手術部位感染(SSI)により治癒が遅くなることで、入院日数と医療コストが増え、最終的に患者に負担をかけてしまう。入院日数は平均すると15~18日も延び、入院費は1件あたり平均45~54万円程度高くなる。
 日本における、手術部位感染(SSI)の発生件数は、5374件であり(JANIS SSI部門 公開情報 2013年7月~12月半期報)、このことから、手術部位感染(SSI)の発生によって、年間約48億円の医療費が余計にかかっている計算になる。また、術後になかなか退院できず、経済的な負担が増える事態に直面した患者の精神的な負担も見逃すことはできない。そのため、手術部位感染(SSI)の発生率を低下させ得る技術の開発が望まれている。
 このような技術に関して、特許文献1では、紫外線ランプを用いて、手術部位を殺菌する技術が開示されている。特許文献1によれば、紫外線ランプにより紫外線を照射することによって、手術部位を含めた範囲を殺菌することができる。さらに、紫外線と共に可視光線を照射することによって、紫外線の照射範囲を可視化している。
 また、特許文献2では、約190nm~230nmの波長範囲の紫外線を出射する紫外線ランプと、紫外線が上記波長範囲以外の光を含むことを実質的に防止する多層誘電体フィルタや化学フィルタなどのスペクトルフィルタ素子とを備えた殺菌装置が開示されている。特許文献2によれば、人体細胞に損傷を与えることなく、微生物菌を殺菌することができる。
 また、非特許文献1では、波長210nm以上の光をフィルタによってカットした、ピーク波長207nmのKr-Brエキシマランプによる、殺菌技術が開示されている。非特許文献1によれば、人体細胞の損傷および皮膚細胞の突然変異の発生を抑制しつつ、微生物菌を殺菌することができる。
 また、特許文献3では、紫外線の発光源から光ファイバで紫外線を導き患部に照射する歯周病の治療方法が記載されている。特許文献3によれば、歯科医師の使用する器具などの先端部に光ファイバを取り付けることで、歯周病原菌を殺菌することができる。
日本国公開特許公報「特開平10-328289号公報(1998年12月15日公開)」 日本国公開特許公報「特表2014-508612号公報(2014年04月10日公開)」 日本国公開特許公報「特開2011-225318号公報(2011年09月22日公開)」
Plos ONE8(10)e76968(2013年10月15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。すなわち、特許文献1では、患部に照射する紫外線および可視光線の波長が特定されていないため、照射する紫外線の波長によっては人体細胞に損傷を与えてしまうという問題がある。
 また、特許文献2および非特許文献1では、紫外線のみを照射するため、紫外線の照射範囲が可視化できない。実際の手術環境においては、紫外線を目的の患部に素早く照射することが必要である。そのため、紫外線の照射範囲が可視化できないことは、手術環境において扱い難いという問題がある。なお、特許文献2では、吸収材に蛍光材を用いて、紫外線を吸収した時に可視光線を発してランプが動作中であることを示す技術が提案されているが、この技術は、紫外線の照射範囲を可視化するものではない。
 また、特許文献3では、患部に照射する紫外線の波長が特定されていないため、照射する紫外線の波長によって人体細胞に損傷を与えてしまうという問題がある。さらに、特許文献3では、紫外線のみを照射するため、紫外線の照射範囲を可視化できないという問題がある。
 本発明は、上記従来の課題に鑑みてなされたものであって、その目的は、優れた安全性および操作性を両立させた殺菌装置を実現することにある。
 上記の課題を解決するために、本発明の一態様に係る殺菌装置は、紫外線を含む光を対象物に照射する殺菌装置であって、190nm以上230nm以下の波長範囲にピーク波長を有する第一波長光と、400nm以上780nm以下の波長範囲にピーク波長を有する第二波長光と、を出射することを特徴としている。
 本発明の一態様によれば、優れた安全性および操作性を両立させた殺菌装置を提供することができるという効果を奏する。
本発明の実施形態1に係る殺菌装置の構成例を示すブロック図である。 図1に示される殺菌装置から患部に照射される光のスペクトルを示すグラフである。 図2に示される230超400nm未満の波長範囲のスペクトルを拡大したグラフである。 本発明の実施形態2に係る殺菌装置の構成例を示すブロック図である。 本発明の実施形態3に係る殺菌装置の構成例を示すブロック図である。 本発明の適用例を示す模式図である。 本発明の適用例を示す模式図である。 本発明の適用例を示す模式図である。 本発明の適用例を示す模式図である。 本発明の適用例を示す模式図である。
 〔実施形態1〕
 以下、本発明の実施の形態について、図1から図3に基づいて説明すれば以下のとおりである。本実施形態に係る殺菌装置は、紫外線を含む光を患部(対象物)に照射して殺菌するものである。本明細書において、紫外線とは、波長が10nm以上400nm未満の光のことを指し、一般的に殺菌効果が認められている波長範囲の光のことを意味する。
 なお、本実施形態では、紫外線として紫外線レーザを患部に照射する構成の一例について説明するが、本発明は、以下の構成に限定されるものではない。
 <殺菌装置1の構成>
 図1は、本実施形態に係る殺菌装置1の構成を示すブロック図である。図1に示すように、殺菌装置1は、半導体レーザ素子(レーザ光源)2、周波数倍増素子(周波数変換素子)3、減光素子4、およびケース5を備えている。
 (半導体レーザ素子2)
 半導体レーザ素子2は、400nm以上460nm以下の波長範囲にピーク波長を有する第二波長光Lλ2を発振(出射)する光源である。この半導体レーザ素子2から発振される第二波長光Lλ2は、波長および位相が揃ったコヒーレントな可視光線レーザである。半導体レーザ素子2は、第二波長光Lλ2を、周波数倍増素子3へ向けて出射する。
 (周波数倍増素子3)
 周波数倍増素子3は、半導体レーザ素子2から発振された第二波長光Lλ2を受けて、当該第二波長光Lλ2の一部の周波数を倍増(波長を半減)させて、200nm以上230nm以下の波長範囲にピーク波長を有する第一波長光Lλ1に変換する(λ=λ/2)。第一波長光Lλ1および第二波長光Lλ2の両方は、周波数倍増素子3からレーザ光として、同時に出射される。
 このような周波数倍増素子3は、例えば、結晶非線形光学材料から構成することができる。単結晶非線形光学材料の例としては、ベータホウ酸バリウム(Beta-BariumBorate、BBO)、フルオロホウ酸ベリリウム酸カリウム(potassiumfluroboratoberyllate)、四ホウ酸リチウム(lithium tetraborate)、四ホウ酸リチウムルビジウム(lithium rubidium tetraborate)、または、フッ化マグネシウムバリウム(magnesium barium fluoride)などが挙げられる。
 なお、周波数倍増素子3の詳細については、特開2013-88822号公報などに開示されているため、本明細書では、周波数倍増素子3についての詳細な説明は省略する。
 周波数倍増素子3は、第一波長光Lλ1および第二波長光Lλ2を、減光素子4へ向けて出射する。
 (減光素子4)
 減光素子4は、周波数倍増素子3から出射された第二波長光Lλ2を減光する(減衰させる)ものである。減光素子4は、第二波長光Lλ2の一部を吸収または反射することによって、第二波長光Lλ2を減光する。一方、減光素子4は、周波数倍増素子3から出射された第一波長光Lλ1をほぼ減光することなく透過させる。
 このような減光素子4としては、干渉フィルタや、ダイクロイックミラーなどが挙げられる。減光素子4の減衰(減光)率、透過率、または反射率などを変更することにより、第一波長光Lλ1と第二波長光Lλ2との強度比率を自由に変えるなどの制御が可能となる。また、第二波長光Lλ2のうち、所望の波長範囲の光のみを透過させ、その他の波長範囲の光を取り除くなどの制御が可能となる。
 なお、減光素子4を省略して、周波数倍増素子3から出射された第二波長光Lλ2を減光することなく、殺菌装置1から出射してもよい。さらに、減光素子4と同様の機能を持つ光学素子を自由に追加することにより、第二波長光Lλ2に含まれる他の波長範囲の光(すなわち、減光素子4で減光される波長範囲以外の光)を減光してもよい。
 (ケース5)
 ケース5は、半導体レーザ素子2、周波数倍増素子3、および減光素子4を収容する筐体である。ケース5の内部には、半導体レーザ素子2、周波数倍増素子3、および減光素子4がこの順で、直線上に配置されている。ケース5は減光素子4側の端部が開口しており、この端部から第一波長光Lλ1および第二波長光Lλ2が外部へ出射される。
 <殺菌装置1の作用および効果>
 図2は、殺菌装置1から患部6に照射される光のスペクトルを示すグラフであり、図3は、図2に示される230nm超400nm未満の波長範囲のスペクトルを拡大したグラフである。図2および図3では、縦軸が放射照度を示し、縦軸が波長を示している。
 図2に示すように、200nm以上230nm以下の波長範囲にピーク波長P1を有する第一波長光Lλ1と、400nm以上460nm以下の波長範囲にピーク波長P2を有する第二波長光Lλ2とが患部6に照射される。
 200nm以上230nm以下の波長範囲にピーク波長P1を有する第一波長光Lλ1は、体細胞に損傷を与えずに微生物菌を殺菌することが可能である。そのため、第一波長光Lλ1を患部6に照射することにより、安全に、患部6を殺菌することができる。
 また、400nm以上460nm以下の波長範囲にピーク波長P2を有する第二波長光Lλ2は、人の目で視認可能である。そのため、第一波長光Lλ1と共に第二波長光Lλ2を患部6に照射することにより、第一波長光Lλ1の照射範囲を可視化することができる。
 さらに、図3に示すように、患部6には、230nm超400nm未満の波長範囲の紫外線がほとんど照射されておらず、ノイズレベルであることが分かる。患部6に照射される230nm超400nm未満の波長範囲の紫外線の光強度が3mW/cm以上である場合、体細胞に損傷を与える可能性が高くなる。そこで、殺菌装置1では、患部6に照射される230nm超400nm未満の波長範囲の紫外線の光強度を3mW/cm未満とすることで、体細胞の損傷を抑制している。
 また、半導体レーザ素子2から出射された第二波長光Lλ2の一部を第一波長光Lλ1に変換する周波数倍増素子3を備える殺菌装置1によれば、従来技術に対して、以下の利点がある。
 第一に、殺菌装置1では、第二波長光Lλ2の一部が周波数倍増素子3によって第一波長光Lλ1に変換されるため、体細胞に損傷を与える可能性がある230nm超400nm未満の紫外線がほぼ発生しない。そのため、特許文献2のように、紫外線ランプが発生させた紫外線が190nm以上230nm以下の波長範囲以外の光を含むことを防止するスペクトルフィルタ素子などを設ける必要がなく、殺菌装置1の省スペース化に有利である。また、スペクトルフィルタ素子は、透過率が100%ではなく、190nm以上230nm以下の波長範囲の紫外線も減衰させてしまうので光の利用効率が低下する。一方、殺菌装置1によれば、このような光の利用効率の低下が生じないので、高い光の利用効率を実現することができる。
 また、特許文献2では、紫外線が190nm以上230nm以下の波長範囲以外の光を含むことを防止するための他の技術として、例えばアルゴンをエキシランプに添加する技術が開示されているが、この技術では製造コストの増加を伴う。一方、殺菌装置1によれば、比較的安価な周波数倍増素子3を用いるため、製造コストの増加を抑制することができる。
 第二に、殺菌装置1では、半導体レーザ素子2から出射された第二波長光Lλ2の一部は波長変換されることなく周波数倍増素子3を透過して、第一波長光Lλ1と共に患部6に照射される。そのため、第一波長光Lλ1の照射範囲を可視化することが可能となる。したがって、殺菌するための第一波長光Lλ1を出射する光源と、第一波長光Lλ1の照射範囲を可視化するための第二波長光Lλ2を出射する光源とをそれぞれ備える必要がないため、殺菌装置1を小型化することができる。
 第三に、殺菌装置1では、紫外線ランプやLEDを用いた場合に比べて、一定の光強度で紫外線を患部6に照射することが可能となる。実際の手術環境では、目標の光強度の紫外線を素早く患部6に照射することが求められる。しかし、紫外線ランプやLEDからの紫外線を集光した場合、患部と殺菌装置との距離が変化すると、紫外線の照射面積が変化し、紫外線の光強度密度が変わってしまう。一方、殺菌装置1によれば、第一波長光Lλ1および第二波長光Lλ2はレーザ光でありそれぞれが略平行光である。そのため、患部6と殺菌装置1との距離が変化した場合であっても照射面積が変化せず一定の光強度で第一波長光Lλ1および第二波長光Lλ2を患部6に照射することができる。
 第四に、殺菌装置1では、第一波長光Lλ1がレーザ光であるため、紫外線ランプやLEDを用いた場合に比べて第一波長光Lλ1のビーム径を小さくすることが可能となる。そのため、複雑で急峻な患部6に対しても第一波長光Lλ1を好適に照射することが可能となる。
 また、従来のように、紫外線を連続して患部6に照射する殺菌方法では、以下の問題が生じ得る。
1.光源が発熱する。
2.光源の寿命が低下する可能性が高い。
3.医師にとって非常に危険である。
4.医師の手などにより、紫外線が手術で発生した傷(創傷という)に届くことが妨げられる。
 上記1および2の問題は当業者にとって自明である。上記3の問題について、手術環境では、紫外線はメスなどの医療器具によって反射する可能性が常にある。そのため、紫外線が人体にとって有害である波長を含む場合、医師にとって非常に危険な状況であると言える。
 また、上記4の問題については、手術中において、紫外線を連続して照射したとしても、医師の手などにより紫外線が遮られてしまうことが十分に考えられる。この場合、創傷に実際に照射される紫外線強度が低下するため、紫外線の連続照射による十分な殺菌効果が得られない。
 そこで、殺菌装置1は、半導体レーザ素子2の駆動を制御することにより、第一波長光Lλ1および第二波長光Lλ2を断続的に出射してもよい。
 手術部位感染(SSI)が発生していることから、あらゆる手術環境において、微生物菌は創傷に到達していると考えられる。微生物菌は、創傷に到達すると、その内部に入り込む。手術中、医師は頻繁に手や器具を動かすため、微生物菌が創傷の内部に入り込む時間は、手術開始後1分程度であると推測される。微生物菌が創傷に入り込むまでは紫外線による殺菌が可能であるが、微生物菌が創傷の奥深くに入ってしまうと、紫外線による殺菌効果が低下する。
 また、微生物菌は、創傷に到達後に自己防御反応として、バイオフィルムを形成することが知られている。バイオフィルムを形成する時間は、創傷に到達後30分程度である。このような現象が発生すると、紫外線による殺菌効果が大幅に低下する。
 このことから、効果的に微生物菌を殺菌するためには、
1.微生物菌が創傷に奥深く入ってしまう前に紫外線を照射する。
2.微生物菌がバイオフィルムを形成する前に紫外線を照射する。
ことが必要であると言える。
 したがって、殺菌装置1から第一波長光Lλ1を断続的に出射する場合は、手術開始から10分間隔で第一波長光Lλ1の出射/停止を切り替えることが好ましく、1分間隔で第一波長光Lλ1の出射/停止を切り替えることがより好ましい。これにより、殺菌効果を維持しつつ、殺菌装置1の省電力化を図ることが可能となる。
 以上のように、本実施形態に係る殺菌装置1は、200nm以上230nm以下の波長範囲にピーク波長を有する第一波長光Lλ1と、400nm以上460nm以下の波長範囲にピーク波長を有する第二波長光Lλ2とを出射するものである。
 200nm以上230nm以下の波長範囲にピーク波長を有する第一波長光Lλ1は、体細胞に損傷を与えずに微生物菌を殺菌することが可能であるため、第一波長光Lλ1を患部6に照射することにより、安全に、患部6を殺菌することができる。
 また、400nm以上460nm以下の波長範囲にピーク波長を有する第二波長光Lλ2は、人の目で視認可能であるため、第一波長光Lλ1と共に第二波長光Lλ2を患部に照射することにより、第一波長光Lλ1の照射範囲を可視化することができる。
 したがって、本実施形態によれば、優れた安全性および操作性を両立させた殺菌装置1を実現することができる。
 なお、本実施形態では、200nm以上230nm以下の波長範囲にピーク波長を有する光を第一波長光Lλ1として用い、400nm以上460nm以下の波長範囲にピーク波長を有する第二波長光Lλ2として用いる構成について説明した。
 しかしながら、第一波長光Lλ1は190nm以上230nm以下の波長範囲にピーク波長を有する光であればよく、また、第二波長光Lλ2は400nm以上780nm以下の波長範囲にピーク波長を有する光であればよい。上記波長範囲にピーク波長を有する第一波長光Lλ1および第二波長光Lλ2を患部6に照射する殺菌装置であれば、優れた安全性および操作性を両立させることが可能である。
 (変形例1)
 本発明に係る殺菌装置は、半導体レーザ素子2および周波数倍増素子3に代えて、190nm以上230nm以下の波長範囲にピーク波長を有する第一波長光Lλ1を出射する第一光源と、400nm以上780nm以下の波長範囲にピーク波長を有する第二波長光Lλ2を出射する第二光源とを、それぞれ備えていてもよい。
 第一光源としては、第一波長光Lλ1を出射可能な半導体レーザ素子、ランプ、LEDなどの紫外線発生光源が挙げられる。第一波長光Lλ1を出射するLEDは一般的に市販されていないが、例えば、『戦略的創造研究推進事業 CREST研究領域「新機能創成に向けた光・光量子科学技術」研究課題「230-350nm 帯InAlGaN系深紫外高効率発光デバイスの研究」研究終了報告書P.13』に記載されたLEDを用いることができる。このLEDによれば、ピーク波長が222nmの紫外線を出射することができる。このLEDの発光波長は220nm~250nmに及んでいるが、例えばピーク波長を短波長化したものを使用したり、波長230nm~250nmでの光強度が3mW/cmになるように電流値を制御すれば、第一波長光Lλ1を出射するLEDを実現可能である。
 また、第二光源としては、第二波長光Lλ2を出射可能な半導体レーザ素子、ランプ、LEDなどの可視光線発生光源が挙げられる。これらの光源については、一般的に市販されているため、ここでは例示しない。
 なお、第一波長光Lλ1として207nmの紫外線を用いることによって、例えばアデノウィルスなど、その波長に適したウィルスを殺菌することが可能である。このように、ウィルスに適した波長を選択することにより、微生物菌のみならず、ウィルスも殺菌することが可能となる。
 (変形例2)
 また、本発明に係る殺菌装置は、第一波長光Lλ1を走査しつつ患部6に照射するスキャン機構を備えていてもよい。これにより、局所的のみならず、広い範囲に第一波長光Lλ1を照射することが可能となる。広い範囲に第一波長光Lλ1を照射することはLEDや紫外線ランプでも可能であるが、紫外線レーザである第一波長光Lλ1を走査しつつ照射することにより、複雑で急峻な患部6に対しても一定の光強度で第一波長光Lλ1を照射することが可能となる。
 〔実施形態2〕
 本発明の他の実施形態について、図4に基づいて説明すれば、以下のとおりである。なお、説明の便宜上、前記実施形態にて説明した部材と同じ機能を有する部材については、同じ符号を付記し、その説明を省略する。
 <殺菌装置11の構成>
 図4は、本実施形態に係る殺菌装置11の構成を示すブロック図である。なお、図4に示す符号a1は殺菌装置1から出射される第一波長光Lλ1のビーム径を示し、a2は平凹レンズ8から出射される第一波長光Lλ1のビーム径を示し、a2’は患部6に照射される第一波長光Lλ1のビーム径を示している。
 図4に示すように、殺菌装置11は、上述した殺菌装置1に加えて、平凸レンズ7、および平凹レンズ8を備えている。
 (平凸レンズ7)
 平凸レンズ7は、殺菌装置1から出射された第一波長光Lλ1および第二波長光Lλ2を集光する光学部材である。平凸レンズ7は、殺菌装置1から出射された第一波長光Lλ1および第二波長光Lλ2を入射させる凸曲面状の入射面7aと、第一波長光Lλ1および第二波長光Lλ2を出射する平面状の出射面7bとを備えている。
 平凸レンズ7は、第一波長光Lλ1および第二波長光Lλ2のビーム径が徐々に小さくなるように第一波長光Lλ1および第二波長光Lλ2を屈折させて、平凹レンズ8へ向けて出射する。
 (平凹レンズ8)
 平凹レンズ8は、平凸レンズ7から出射された第一波長光Lλ1および第二波長光Lλ2を略平行光にする光学部材である。平凹レンズ8は、平凸レンズ7から出射された第一波長光Lλ1および第二波長光Lλ2を入射させる平面状の入射面8aと、第一波長光Lλ1および第二波長光Lλ2を出射する凹曲面状の出射面8bとを備えている。
 平凹レンズ8は、第一波長光Lλ1および第二波長光Lλ2がそれぞれ略平行光になるように第一波長光Lλ1および第二波長光Lλ2を屈折させて、患部6へ向けて出射する。
 <殺菌装置11の作用および効果>
 第一波長光Lλ1を例にして、光の平行度について説明する。光の平行度をk、平凹レンズ8から出射される第一波長光Lλ1のビーム径をa2、患部6に照射される第一波長光Lλ1のビーム径をa2’とした場合、平行度kは、
k=a2/a2’・・・式(1)
で表される。
 式(1)において、完全な平行光がk=1であると定義した場合、k>1であれば第一波長光Lλ1は集光された光(すなわち、進行方向に向かってビーム径が減少する光)であり、k<1であれば第一波長光Lλ1は広がった光(すなわち、進行方向に向かってビーム径が増加する光)である。この平行度kを用いることにより、光がどれだけ平行に近いかを表現することができる。
 また、平凸レンズ7の焦点距離をf1、平凹レンズ8の焦点距離の絶対値をf2、平凸レンズ7と平凹レンズ8との間隔をdとした場合、
d=f1-f2・・・式(2)
を満たすときに、第一波長光Lλ1を完全な平行光とすることができる。
 平凸レンズ7と平凹レンズ8との間隔dを、式(2)より求められる値(f1-f2)よりも小さくすれば第一波長光Lλ1を集光することが可能であり、大きくすれば第一波長光Lλ1を広げることが可能である。
 なお、手術環境において、殺菌装置11と患部6との距離は、現実的には1m以内であると考えられる。そのため、手術中において、第一波長光Lλ1を照射する場合、殺菌装置11と患部6との距離は1mの距離を上限として変化する。
 そのため、本明細書において、略平行光とは、式(1)において、
0.2<k<5・・・式(3)
を満たすことを意味するものとする。
 このように、平凸レンズ7および平凹レンズ8を用いることにより、ビーム径をa1からa2’に減少させた略平行光である第一波長光Lλ1を患部6へ照射することができる。したがって、殺菌装置11と患部6との距離が変化した場合であっても一定の光強度で第一波長光Lλ1を患部6に照射することができる。
 また、患部6に照射される第一波長光Lλ1のビーム径a2’を小さくすることが可能となり、例えば、ビーム径a2’を1cm未満にすることができる。これにより、複雑で急峻な患部6に対しても第一波長光Lλ1を好適に照射することができる。
 なお、殺菌装置11では、第一波長光Lλ1と共に、第二波長光Lλ2もビーム径を減少させた略平行光として患部6へ照射されるので、第一波長光Lλ1の照射範囲を適切に可視化することができる。
 本実施形態では、殺菌装置1から出射される第一波長光Lλ1のビーム径a1に対して、患部6に照射される第一波長光Lλ1のビーム径a2’を減少(a1>a2’)させる構成について説明したが、本発明はこの構成に限定されない。同様の原理を用いて、殺菌装置1から出射される第一波長光Lλ1のビーム径a1に対して、患部6に照射される第一波長光Lλ1のビーム径a2’を増加(a1<a2’)させる構成であってもよい。
 〔実施形態3〕
 本発明の他の実施形態について、図5に基づいて説明すれば、以下のとおりである。なお、説明の便宜上、前記実施形態にて説明した部材と同じ機能を有する部材については、同じ符号を付記し、その説明を省略する。
 <殺菌装置12の構成>
 図5は、本実施形態に係る殺菌装置12の構成を示すブロック図である。この殺菌装置12は、医療用インプラントの殺菌装置として用いられるものである。なお、殺菌装置1から出射される光には第二波長光Lλ2が含まれるが、図面では第二波長光Lλ2を省略し第一波長光Lλ1のみを図示している。
 図5に示すように、殺菌装置12は、上述した殺菌装置1に加えて、光ファイバ9を備えている。
 (光ファイバ9)
 光ファイバ9は、殺菌装置1から出射された第一波長光Lλ1および第二波長光Lλ2を導光する導光部材である。この光ファイバ9は、一端から第一波長光Lλ1および第二波長光Lλ2を入射させ、他端近傍の周面に複数形成された出射孔から第一波長光Lλ1および第二波長光Lλ2を出射する。
 光ファイバ9は、中芯のコアを、当該コアよりも屈折率の低いクラッドで覆った2層構造をしている。コアは、レーザ光の吸収損失がほとんどない石英ガラス(酸化ケイ素)を主成分とするものであり、クラッドは、コアよりも屈折率の低い石英ガラスまたは合成樹脂材料を主成分とするものである。
 <殺菌装置12の作用および効果>
 医療用インプラントとしては、広く左心補助心臓ポンプやカテーテル10が知られている。左心補助心臓ポンプは、心臓治療において、重要度が増してきている。これらは、完全心臓移植を待つ患者にとって希望となっている。しかし、医療用インプラントには、決定的な問題がある。それは、医療用インプラントが体外と接触する部分、すなわち左心補助心臓ポンプであれば電源との電気伝達経路、カテーテル10であれば体外に置かれるカテーテルの出口部分(ポンプなどを置くことが多い)から、シャワー時などに容易に感染が起こることである。
 殺菌装置12によれば、カテーテル10が体内にある間も、第一波長光Lλ1を照射して、カテーテル10の近くに存在する微生物菌やウィルスを殺菌することが可能である。当然、第一波長光Lλ1によって、カテーテル10の近くの体細胞に損傷を与えることはない。
 殺菌装置1から出射された第一波長光Lλ1および第二波長光Lλ2は、光ファイバ9に入射する。カテーテル10は、皮膚61に開けられた穿孔62を通して、皮膚61を貫通して人体に挿入される。
 第一波長光Lλ1は、光ファイバ9を伝搬して、カテーテル10の近くで、光ファイバ9の周面から出射される。これにより、カテーテル10が体内にある間も、カテーテル10に第一波長光Lλ1を照射して、カテーテル10による感染の確率を下げることができる。
 なお、殺菌装置1から出射される第一波長光Lλ1および第二波長光Lλ2はレーザ光であるため、高いカップリング効率で、光ファイバ9に入射させることができる。そのため、殺菌装置12によれば、光の利用効率を向上させることができる。
 〔実施形態4〕
 本発明の他の実施形態について、図6~図10に基づいて説明すれば、以下のとおりである。なお、説明の便宜上、前記実施形態にて説明した部材と同じ機能を有する部材については、同じ符号を付記し、その説明を省略する。
 本実施形態では。本発明に係る殺菌装置の具体的な適用例について説明する。
 (適用例1)
 図6は、ペンシル型の殺菌装置13を示す斜視図である。図13に示すように、本発明に係る殺菌装置を、ペンシル型の殺菌装置13とすることが考えられる。また、ペンシル型の殺菌装置13に光ファイバ9を接続して、第一波長光Lλ1および第二波長光Lλ2(図示省略)を伝搬させて出射させてもよい。
 例えば、周波数倍増素子3を用いた殺菌装置であれば、ペンシル型の殺菌装置13とすることによって電池駆動が可能である。そのため、実際の手術環境においてペンシル型の殺菌装置13を簡便に使用することができる。
 (適用例2)
 図7は、医療用手袋40に取り付け可能な殺菌装置14を示す模式図である。図7に示すように、医療用手袋40に殺菌装置14を取り付けてもよい。これにより、術者が指差したところに、素早く第一波長光Lλ1および第二波長光Lλ2(図示省略)を照射することが可能となる。
 (適用例3)
 図8は、医療用ゴーグル型の殺菌装置15を示す模式図である。この医療用ゴーグル型の殺菌装置15は、ゴーグル50に図示しない殺菌装置1が内蔵されたものである。
 殺菌装置1を内蔵するゴーグル50は、一般的に使用されている医療用ゴーグルの機能の他に、紫外線をカットする機能を備えることが望ましい。また、例えばカメラやセンサなどをゴーグル50に取り付けることにより、術者の視線の先に第一波長光Lλ1および第二波長光Lλ2(図示省略)を照射することが可能となる。
 (適用例4)
 図9は、ヘルメット60に取り付け可能な殺菌装置16を示す模式図である。図9に示すように、ヘルメット60に殺菌装置16を取り付けてもよい。また、例えばカメラやセンサをヘルメット60に取り付けることにより、術者の視線の先に第一波長光Lλ1および第二波長光Lλ2(図示省略)を照射することが可能となる。
 (適用例4)
 図10は、歯科手術に使用可能な殺菌装置17を示す模式図である。歯科手術において、特に歯周病はすぐに再発することが知られている。口内では、善玉菌および悪玉菌の両方が存在し、両菌がバイオフィルムを生成している。そのバイオフィルムに微生物菌が逃げ込んで増殖する。
 歯周病においては、歯周ポケットとよばれる深い溝が形成され、物理的に薬剤を届けることが不可能であることに加え、バイオフィルム内の微生物菌は、薬剤による殺菌が不可能である。
 しかし、図10に示すように、殺菌装置17によれば紫外線による歯周ポケットの殺菌が可能であり、殺菌装置17によって第一波長光Lλ1を局所的な部位に照射することにより歯周病治療が可能となる。
 なお、本発明に係る殺菌装置の適用例は上述のものに限定されない。例えば、殺菌装置を内視鏡に適用してもよい。この場合、内視鏡の内部に殺菌装置を内蔵し、殺菌装置が出射した第一波長光Lλ1および第二波長光Lλ2を光ファイバにより伝搬させて内視鏡の先端から出射する。これにより、内視鏡カメラの画像を見ながら、局所的に第一波長光Lλ1および第二波長光Lλ2を照射することが可能となる。
 〔まとめ〕
 本発明の態様1に係る殺菌装置は、紫外線を含む光を対象物(患部6)に照射する殺菌装置であって、190nm以上230nm以下の波長範囲にピーク波長を有する第一波長光と、400nm以上780nm以下の波長範囲にピーク波長を有する第二波長光と、を出射することを特徴としている。
 上記の構成では、殺菌装置は、190nm以上230nm以下の波長範囲にピーク波長を有する第一波長光を出射する。190nm以上230nm以下の波長範囲にピーク波長を有する第一波長光は、体細胞に損傷を与えずに微生物菌を殺菌することが可能である。そのため、第一波長光を対象物に照射することにより、安全に、対象物を殺菌することができる。
 また、上記の構成では、殺菌装置は、400nm以上780nm以下の波長範囲にピーク波長を有する第二波長光を出射する。400nm以上780nm以下の波長範囲にピーク波長を有する第二波長光は、人の目で視認可能である。そのため、第一波長光と共に第二波長光を対象物に照射することにより、第一波長光の照射範囲を可視化することができる。
 したがって、上記の構成によれば、優れた安全性および操作性を両立させた殺菌装置を実現することができる。
 また、本発明の態様2に係る殺菌装置では、上記態様1において、前記対象物に照射される230nm超400nm未満の波長範囲の光の強度が、3mW/cm未満であってもよい。
 対象物に照射される230nm超400nm未満の波長範囲の光の強度が3mW/cm以上である場合、体細胞に損傷を与える可能性が高くなる。そこで、対象物に照射される230nm超400nm未満の波長範囲の光の強度を3mW/cm未満とすることで、体細胞の損傷を抑制することが可能となる。
 したがって、上記の構成によれば、殺菌装置の安全性をさらに向上させることができる。
 また、本発明の態様3に係る殺菌装置では、上記態様1または2において、前記第二波長光を発振するレーザ光源と、前記レーザ光源から発振された前記第二波長光を受けて、当該第二波長光の一部を前記第一波長光に変換する周波数変換素子とを備え、前記周波数変換素子は、前記第一波長光および当該第一波長光に変換されなかった前記第二波長光を出射してもよい。
 上記の構成では、殺菌装置は、レーザ光源から出射された第二波長光の一部を第一波長光に変換する周波数変換素子を備え、この周波数変換素子から出射された第一波長光および第二波長光が対象物に照射する。このような構成によれば、従来技術に対して、以下の利点がある。
 第一に、上記の構成では、第二波長光の一部が周波数変換素子によって第一波長光に変換されるため、体細胞に損傷を与える可能性がある230nm超400nm未満の紫外線が発生しない。そのため、特許文献2のように、紫外線ランプが発生させた紫外線が190nm以上230nm以下の波長範囲以外の光を含むことを防止するスペクトルフィルタ素子などを設ける必要がなく、殺菌装置の省スペース化に有利である。また、スペクトルフィルタ素子は、透過率が100%ではなく、190nm以上230nm以下の波長範囲の紫外線も減衰させてしまうので光の利用効率が低下する。一方、上記の構成によれば、このような光の利用効率の低下が生じないので、高い光の利用効率を実現することができる。
 また、特許文献2では、紫外線が190nm以上230nm以下の波長範囲以外の光を含むことを防止するための他の技術として、例えばアルゴンをエキシランプに添加する技術が開示されているが、この技術では製造コストの増加を伴う。一方、上記の構成によれば、比較的安価な周波数変換素子を用いるため、製造コストの増加を抑制することができる。
 第二に、上記の構成では、レーザ光源から出射された第二波長光の一部は波長変換されることなく周波数変換素子を透過して、第一波長光とともに対象物に照射される。そのため、第一波長光の照射範囲を可視化することが可能である。したがって、殺菌するための第一波長光を出射する光源と、第一波長光を可視化するための第二波長光を出射する光源とをそれぞれ備える必要がないため、殺菌装置を小型化することができる。
 第三に、上記の構成では、紫外線ランプやLEDを用いた構成に比べて、一定の光強度で第一波長光を対象物に照射することが可能となる。実際の手術環境では、目標の強度の紫外線を素早く患部(対象物)に照射することが求められる。しかし、紫外線ランプやLEDからの紫外線を集光した場合、殺菌装置と患部との距離が変化すると、光の照射面積が変化し、紫外線の光強度密度が変わってしまう。一方、上記の構成によれば、第一波長光および第二波長光はレーザ光でありそれぞれが略平行光となる。そのため、殺菌装置と対象物との距離が変化した場合であっても、照射面積が変化せず、一定の光強度で第一波長光および第二波長光を対象物に照射することができる。
 第四に、上記の構成では、第一波長光がレーザ光であるため、紫外線ランプやLEDを用いた場合に比べて第一波長光のビーム径を小さくすることが可能である。そのため、複雑で急峻な患部(対象物)に対しても第一波長光を好適に照射することが可能となる。
 また、本発明の態様4に係る殺菌装置では、上記態様1から3のいずれかにおいて、前記第二波長光を減光する減光素子を備えていてもよい。
 上記の構成によれば、減光素子の減衰率、透過率、または反射率などを変更することにより、対象物に照射される第一波長光と第二波長光との強度比率を自由に変えるなどの制御が可能となる。また、上記の構成によれば、第二波長光のうち、所望の波長範囲の光のみを透過させ、その他の波長範囲の光を減光素子によって取り除くなどの制御が可能となる。
 また、本発明の態様5に係る殺菌装置では、上記態様1から4のいずれかにおいて、前記第一波長光は、略平行光であり、前記第二波長光は、略平行光であってもよい。
 上記の構成では、第一波長光および第二波長光のそれぞれが略平行光であるため、殺菌装置と対象物との距離が変化した場合であっても照射面積が変化しない。
 したがって、上記の構成によれば、殺菌装置と対象物との距離が変化した場合であっても一定の光強度で第一波長光および第二波長光を対象物に照射することができるため、殺菌装置の操作性を向上させることができる。
 また、本発明の態様6に係る殺菌装置では、上記態様1から5のいずれかにおいて、前記対象物に照射される前記第一波長光のビーム径は、1cm未満であってもよい。
 上記の構成によれば、対象物に照射される第一波長光のビーム径が1cm未満であるため、複雑で急峻な患部(対象物)に対しても第一波長光を好適に照射することができる。
 また、本発明の態様7に係る殺菌装置では、上記態様1から6のいずれかにおいて、前記第一波長光を断続的に出射してもよい。
 上記の構成によれば、対象物に対して、第一波長光を断続的に照射するため、殺菌効果を維持しつつ、光源の長寿化および殺菌装置の省電力化などを図ることができる。
 本発明は上述した各実施形態に限定されるものではなく、請求項に示した範囲で種々の変更が可能であり、異なる実施形態にそれぞれ開示された技術的手段を適宜組み合わせて得られる実施形態についても本発明の技術的範囲に含まれる。さらに、各実施形態にそれぞれ開示された技術的手段を組み合わせることにより、新しい技術的特徴を形成することができる。
 〔補足〕
 本発明は以下のように表現することもできる。すなわち、本発明に係る殺菌装置は、少なくとも一つの紫外線を発生する殺菌装置であって、波長約190nm~230nmの第一波長にピークを持ち、さらに波長約400nm~780nmの第二波長にピークを持つ光源を備えることを特徴としている。
 また、本発明に係る殺菌装置では、さらに波長約230nm~400nmの第三波長の光強度密度が3mW/cm未満であることが好ましい。
 また、本発明に係る殺菌装置では、前記第二波長の光を減衰させる装置を備えていることが好ましい。
 また、本発明に係る殺菌装置では、前記第一波長および前記第二波長の光は略平行光であることが好ましい。
 また、本発明に係る殺菌装置では、前記第一波長のビーム径が1cm未満であることが好ましい。
 また、本発明に係る殺菌装置では、前記第一波長の光をパルス的に発生することが好ましい。
 本発明は、紫外線を照射する殺菌装置に利用することができ、特に、手術中に使用される医療機器に好適に利用することができる。
 1 殺菌装置
 2 半導体レーザ素子(光源)
 3 周波数倍増素子(周波数変換素子)
 4 減光素子
 5 ケース
 6 患部(対象物)
 7 平凸レンズ
 8 平凹レンズ
 9 光ファイバ
10 カテーテル
11 殺菌装置
12 殺菌装置
13 殺菌装置
14 殺菌装置
15 殺菌装置
16 殺菌装置
17 殺菌装置
61 皮膚
62 穿孔(対象物)
a2’ ビーム径
λ1 第一波長光
λ2 第二波長光
P1 ピーク波長
P2 ピーク波長

Claims (5)

  1.  紫外線を含む光を対象物に照射する殺菌装置であって、
     190nm以上230nm以下の波長範囲にピーク波長を有する第一波長光と、
     400nm以上780nm以下の波長範囲にピーク波長を有する第二波長光と、
    を出射することを特徴とする殺菌装置。
  2.  前記対象物に照射される230nm超400nm未満の波長範囲の光の強度が、3mW/cm未満であることを特徴とする請求項1に記載の殺菌装置。
  3.  前記第二波長光を発振するレーザ光源と、
     前記レーザ光源から発振された前記第二波長光を受けて、当該第二波長光の一部を前記第一波長光に変換する周波数変換素子とを備え、
     前記周波数変換素子は、前記第一波長光および当該第一波長光に変換されなかった前記第二波長光を出射することを特徴とする請求項1または2に記載の殺菌装置。
  4.  前記第二波長光を減光する減光素子を備えることを特徴とする請求項1から3のいずれか一項に記載の殺菌装置。
  5.  前記第一波長光は、略平行光であり、
     前記第二波長光は、略平行光であることを特徴とする請求項1から4のいずれか一項に記載の殺菌装置。
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