特開 2025-7663 癌治療装置

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2025007663

(43)【公開日】2025-01-17

(54)【発明の名称】癌治療装置

(51)【国際特許分類】

   A61N 5/06 20060101AFI20250109BHJP

【ＦＩ】

A61N5/06 A

【審査請求】有

【請求項の数】2

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2023109213

(22)【出願日】2023-07-03

(71)【出願人】

【識別番号】507351702

【氏名又は名称】武久 究

(74)【代理人】

【識別番号】100103894

【弁理士】

【氏名又は名称】家入 健

(74)【代理人】

【識別番号】100129953

【弁理士】

【氏名又は名称】岩瀬 康弘

(72)【発明者】

【氏名】武久 究

【テーマコード（参考）】

4C082

【Ｆターム（参考）】

4C082PA01

4C082PC00

4C082PC10

4C082PG12

4C082PG16

4C082PJ01

(57)【要約】

【課題】波長１．２７μｍの近赤外光を、１～３ｃｍの大きさに集光させることができるコンパクトな癌治療装置を提供すること。
【解決手段】癌治療装置３００は、超音波振動子１１４と、超音波振動子１１４の直上近傍の空間像をリレーする結像光学系１１１と、を備える。
【選択図】図１

【特許請求の範囲】

【請求項1】

アルカリ性溶液と過酸化水素水とを混合した混合溶液をミスト状にする超音波振動子と、
前記超音波振動子の振動面近傍の空間像をリレーする結像光学系と、を備えたことを特徴とする癌治療装置。

【請求項2】

前記結像光学系が回転楕円面鏡と集光レンズとを含むことを特徴とする請求項１に記載の癌治療装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本開示は、本開示は、波長１．２７μｍの近赤外光を癌細胞周辺に照射することで癌を治療する癌治療装置に関する。

【背景技術】

【0002】

波長１．３μｍ前後の近赤外光を発生できる様々な光源の中で、波長１．３１５μｍで高出力動作が可能な化学励起ヨウ素レーザ（一般にCOILと呼ばれている。COILはChemical Oxygen-Iodine Laserの頭文字である）が広く知られている。COILには、過酸化水素水（H₂O₂）と水酸化カリウム（KOH）または水酸化ナトリウム（NaOH）の混合溶液（以下、BHP溶液と呼ぶ。BHPとは、Basic Hydrogen Peroxideの頭文字である）が用いられる。

【0003】

COILは、この混合溶液と塩素ガスとの化学反応によって発生した励起一重項状態の酸素分子（O2(1Δg)と示されるが、ここでは一重項酸素と記す）のエネルギーをヨウ素原子に移乗させている。このようにすることで、励起状態のヨウ素原子が生成され、レーザ発振する。化学励起ヨウ素レーザに関しては、非特許文献１～４において説明されている。

【0004】

これに対して、ヨウ素にエネルギー移乗させずに、一重項酸素から直接レーザ発振させるレーザ光源も研究されている。このレーザ光源は酸素分子レーザと呼ばれるが、ゲインが極めて低いことから、レーザ発振は難しいとされている。酸素分子レーザに関しては、特許文献１、及び非特許文献５において説明されている。

【0005】

酸素分子レーザの波長は１．２７μｍであり、この波長のレーザ光は、ラマン変換に基づくラマンレーザ等からも得られる。酸素分子レーザ、すなわち一重項酸素の発光スペクトルの場合に効果が期待される応用として、癌の治療が検討されている。これに関しては、特許文献２において説明されている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0006】

【特許文献1】国際公開２０１５／１１４６８２号明細書

【特許文献2】特許第６８５９５５６号公報

【非特許文献】

【0007】

【非特許文献1】Stephen C. Hurlick, et al., “COIL technology development at Boeing,” Proceedings of SPIE Vol. 4631, 101-115 (2002).

【非特許文献2】Masamori Endo, “History of COIL development in Japan: 1982-2002,” Proceedings of SPIE Vol. 4631, 116-127 (2002).

【非特許文献3】Edward A. Duff and Keith A. Truesdell, “Chemical oxygen iodine laser (COIL) technology and development, ” Proceedings of SPIE Vol. 5414, 52-68 (2004).

【非特許文献4】Jarmila Kodymova, “COIL--Chemical Oxygen Iodine Laser: advances in development and applications,” Proceedings of SPIE Vol. 5958, 595818 (2005).

【非特許文献5】宮島啓成「O2(1Δg)に基づくレーザ発振器の研究開発」卒業論文、慶応大学理工学部、１９８６年

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0008】

ところが酸素分子レーザでは、利得が極めて低いことから、レーザ発振させるために、ゲイン長を数メートル以上に長くする必要がある。したがって、装置が長くて大きくなることが問題であった。

【0009】

本開示の目的は、所望の大きさの癌細胞に対して、波長１．２７μｍの近赤外光を照射して治療するためのコンパクトな癌治療装置を提供することである。

【課題を解決するための手段】

【0010】

前記目標を達成するために、本実施形態の癌治療装置では、超音波振動子と波長１．２７μｍの近赤外光を集光できる結像光学系を用いたものである。これによると、ＢＨＰ溶液を、超音波振動子を用いて、アルカリ性溶液と過酸化水素水とを混合した混合溶液を霧（ミスト）状にして、塩素ガスと反応させることで、一重項酸素が発生する。このため、その一重項酸素が放射する波長１．２７μｍの光の像を、結像光学系を用いてリレーすることができる。よって、装置外部において、近赤外光を集光させることができる。

【0011】

本実施形態にかかる癌治療装置では酸素分子レーザを利用する場合とは異なり、装置を小型化できる。ただし発生する近赤外光はレーザ光ではないため、直径１ｍｍ以下に集光させて、光ファイバで長距離伝送させることは困難であるが、例えば、１～３ｃｍ程度の大きさの癌に対しては、同等のサイズに集光できるため、治療の効果が高い。

【発明の効果】

【0012】

本開示によれば、所望の大きさの癌に対して、波長１．２７μｍの近赤外光を照射して治療するコンパクトな癌治療装置を提供することである。

【図面の簡単な説明】

【0013】

【図1】実施の形態１にかかる癌治療装置を示す模式図である。

【図2】癌治療装置における結像光学系を説明する模式図である。

【図3】癌治療装置における結像光学系を説明する模式図である。

【発明を実施するための形態】

【0014】

実施の形態１
以下、本実施の形態にかかる癌治療装置３００について、図１を用いて説明する。図１は、近赤外スポット光源１００を備えた癌治療装置３００の断面構造を示した構成図である。近赤外スポット光源１００は、ハウジング１０１と、ウインド１０２と、結像光学系１１１と、超音波振動子１１４とを備えている。ここでは、近赤外スポット光源１００が癌治療装置３００に用いられるものとして説明する。つまり、近赤外スポット光源１００で発生した波長１．２７μｍの近赤外光が癌細胞に照射される。

【0015】

癌治療装置３００では、円筒形のハウジング１０１には、ウインド１０２が密着して取り付けられている。ハウジング１０１とウインド１０２とで気密容器となっている。ハウジング１０１とウインド１０２との間には、Ｏリングなどのシール部材が介在していてもよい。ウインド１０２は透明な樹脂又はガラスなどで形成されている。ウインド１０２は、平行平板状に形成されている。

【0016】

ハウジング１０１内には、結像光学系１１１が設置されている。結像光学系１１１は、直径２５ｍｍの超音波振動子１１４の出口近傍の空間像をリレーする。結像光学系１１１は、回転楕円面鏡１０３と、集光レンズ１０６とで構成されている。集光レンズ１０６は、回転楕円面鏡１０３の内側に配置されている。

【0017】

ハウジング１０１の内壁面に密着するように、回転楕円面鏡１０３が設置されている。紙面と平行な断面において、回転楕円面鏡１０３は楕円として示されている。この楕円の長軸方向は鉛直方向（上下方向）となっており、短軸方向は水平方向となっている。この長軸を回転中心として、楕円を中心軸ＡＸ（楕円の長軸に一致する直線）周りに回転させることで、回転楕円面鏡１０３となる。ただし回転楕円面鏡１０３は、左右に２分割された部品１０３ａ、１０３ｂで構成されている。２つの部品１０３ａ、１０３ｂを組み合わせて一体化することで、回転楕円面鏡１０３となっている。

【0018】

楕円の中心軸ＡＸ上に超音波振動子１１４が配置されている。超音波振動子１１４はＢＨＰ溶液が満たされたカップ１１５の中央上部に配置されている。超音波振動子１１４は、アーム１１５ａによってハウジング１０１に保持されている。ＢＨＰ溶液は、超音波振動子１１４の上面の振動面が浸るまで満たされている。その結果、超音波振動子１１４が振動することで、ＢＨＰ溶液は霧化する。超音波振動子１１４が、ＢＨＰ溶液をミスト状にする。なお、カップ１１５は周囲から冷却されていても良い。

【0019】

一方、超音波振動子１１４の直上の右側には、塩素ガスを供給するチューブ１１６の出口が配置している。チューブ１１６は、塩素ガスを超音波振動子１１４に向けて放出する。超音波振動子１１４から発生した霧状（ミスト状）のＢＨＰ溶液と、チューブ１１６の出口から塩素ガスとが反応する。ＢＨＰ溶液と塩素ガスとの化学反応によって、一重項酸素が生成する。一重項酸素から、波長１．２７μｍの近赤外光があらゆる方向に放出されるが、近赤外光Ｌ１、Ｌ２が超音波振動子１１４に対して上側の半球状に広がって進む。なお、近赤外光Ｌ１は、中心軸ＡＸ方向から小さい角度で放出された成分であり、近赤外光Ｌ２は中心軸ＡＸ方向から大きい角度で放出された成分である。また、近赤外光Ｌ１、Ｌ２が発生する領域を発光領域Ｅ１とする。

【0020】

近赤外光Ｌ１は、集光レンズ１０６を通ることで屈折し、収束しながら進む。その結果、近赤外光Ｌ１は、ウインド１０２を通過後、集光スポットＦに集光される。集光スポットＦが治療部位の配置場所となる。集光レンズ１０６は、治療部位の周辺に近赤外光Ｌ１を集光する。集光スポットＦには、結像光学系１１１である集光レンズ１０６による発光領域Ｅ１の空間像が形成される。

【0021】

集光レンズ１０６は、図示されていないレンズホルダーで保持されており、レンズホルダーの周囲には複数の保持棒１０７が取り付けられている。保持棒１０７によって、集光レンズ１０６はハウジング１０１内に固定されている。なお、保持棒１０７は、例えば、回転楕円面鏡１０３の反射面から集光レンズ１０６の周縁に向けて延びる棒状の部材である。複数の保持棒１０７が、集光レンズ１０６を支持フレームとなる。図１では、２箇所から保持棒１０７が延びている構成が示されているが、３箇所以上から保持棒１０７が延びている構成であってもよい。

【0022】

一方、近赤外光Ｌ２は集光レンズ１０６の外側を通る。近赤外光Ｌ２は、集光レンズ１０６に入らなくなるが、回転楕円面鏡１０３に入射する。回転楕円面鏡１０３で反射した近赤外光Ｌ２は収束しながら進む。回転楕円面鏡１０３の楕円は、２つの焦点を有している。一方の焦点から発生する光線は楕円面で反射すると、もう一方の焦点に到達する。そこで超音波振動子１１４の直上付近の発光領域Ｅ１は、一方の焦点付近に位置しており、他方の焦点が集光スポットＦに位置している。回転楕円面鏡１０３で反射する近赤外光Ｌ２は癌細胞に集光されて照射される。このように、結像光学系１１１である回転楕円面鏡１０３は、近赤外光Ｌ１、Ｌ２を、発光領域Ｅ１と同程度の大きさで集光スポットＦに集光させることができる。よって、１～３ｃｍ程度の大きさの癌に、近赤外光Ｌ１、Ｌ２を集光することができるため、効率良く癌を治療することができる。

【0023】

癌治療装置３００では、集光スポットＦが治療部配置場所となる。つまり、癌細胞を集光スポットＦに配置するように、患者Ｐが姿勢を変える。集光スポットＦはハウジング１０１の外側にある。つまり、近赤外光Ｌ１、Ｌ２がウインド１０２を通過した後、集光スポットＦに集光される。癌が集光スポットＦに一致するように患者Ｐが姿勢を調整することで、波長１．２７μｍの近赤外光Ｌ１、Ｌ２が癌細胞に照射される。これにより、癌細胞を効果的に破壊することができる。

【0024】

ハウジング１０１には、排気ダクト１０８が接続されている。排気ダクト１０８は、真空ポンプに接続されている。よって、排気ダクト１０８からハウジング１０１内の気体が排出される。このように、排気ダクト１０８からハウジング１０１が真空排気されている。

【0025】

また、カップ１１５の底部にはドレイン用のパイプ１２０が接続されている。パイプ１２０にはバルブ１２１が取り付けられている。また、ハウジング１０１の底部には、パイプ１２２が接続されている。パイプ１２２には、バルブ１２３が取り付けられている。

【0026】

レーザ動作中において、バルブ１２１は、閉になっている。動作終了後にＢＨＰ溶液を排出する際は、バルブ１２１を開くことで、ＢＨＰ溶液はハウジング１０１内の底部に溜まり、パイプ１２２から外部に進む。レーザ動作中は、パイプ１２２に取り付けられたバルブ１２３は閉じられている。レーザ動作終了後にバルブ１２３を開いて、ＢＨＰ溶液を外部に排出できるようになっている。一方、ＢＨＰ溶液と塩素ガスとの反応によって生じる水もハウジング１０１内の底部に溜まり、パイプ１２２から排出できるようになっている。なお、排出後のＢＨＰ溶液を回収して再利用してもよい。

【0027】

（結像光学系１１１）
以上に説明したように、癌治療装置３００では、結像光学系１１１として、集光レンズ１０６と回転楕円面鏡１０３の２つの光学部品が用いられている。超音波振動子１１４の出口近傍が発光領域Ｅ１となっている。集光レンズ１０６が発光領域Ｅ１で発生した近赤外光Ｌ１を集光スポットＦに導いている。回転楕円面鏡１０３が発光領域Ｅ１で発生した近赤外光Ｌ２を集光スポットＦに導いている。集光レンズ１０６と回転楕円面鏡１０３の両方を用いている理由について、図２、図３を用いて以下で説明する。

【0028】

図２は回転楕円面鏡１０３だけを用いた場合の模式図であり、図３は集光レンズ１０６だけを用いた場合の模式図である。回転楕円面鏡１０３のみを用いた場合、図２に示すように、中心軸ＡＸから小さい角度の近赤外光Ｌ１は回転楕円面鏡１０３に当たらないため、集光スポットＦの外側を通過し、集光スポットＦに集光されない。その結果、近赤外光Ｌ１はロスとなり、光の利用効率が低くなってしまう。

【0029】

集光レンズ１０６のみを用いた場合は、図３に示すよう、中心軸ＡＸから大きな角度の近赤外光Ｌ２は集光レンズ１０６を通らないため、集光スポットＦの外側を通過し、集光スポットＦに集光されない。その結果、近赤外光Ｌ２はロスとなり、光の利用効率が低くなってしまう。

【0030】

このように、回転楕円面鏡１０３又は集光レンズ１０６の一方のみを用いた場合、集光スポットＦに集光されない光の割合が高くなる。ノズル近傍から発生した波長１．２７μｍの光の多くの割合が、治療部配置場所に集められず、ロスとなってしまう。そこで本実施形態にかかる癌治療装置３００では、集光レンズ１０６と回転楕円面鏡１０３の２つの光学部品を用いて２つの結像光学系１１１が形成されている。結像光学系１１１は、発光領域Ｅ１の空間像を集光スポットＦにリレーする。集光レンズ１０６と回転楕円面鏡１０３の集光スポットＦは一致している。癌細胞に対して効果的に近赤外光Ｌ１、Ｌ２を照射することができる。例えば、１～３ｃｍ程度の大きさの癌を効果的に治療することができる。

【0031】

なお、癌治療装置３００では、ウインド１０２の上側に大きな開口部１１３aを有するベッド１１３が設置されている。患者Ｐは患部を下向きにして寝る体勢を取る。近赤外光Ｌ１、Ｌ２は開口部１１３ａを通過して、患部に照射される。なお、開口部１１３ａには近赤外光Ｌ１、Ｌ２を透過する透明な窓が設けられていてもよい。

【0032】

以上に説明した癌治療装置３００では、サイズが１～３ｃｍの乳癌などの癌治療装置に好適である。さらに、皮膚での透過率の高い波長１．２７μｍ光を照射することができる。一重項酸素が発生する波長１．２７μｍの光を用いることで、効率よく癌を治療することができる。一重項酸素の発光ラインは、基底状態の酸素分子の吸収スペクトルと一致する。よって、効率よく癌を治療することができ、治療効果を高めることができる。

【0033】

一重項酸素分子は、１．２６８μｍ近傍に数十本の発光ラインから成る発光スペクトルを有し、これは基底状態の酸素分子の吸収スペクトルと一致する。つまり、酸素分子の一重項状態では、その励起準位のエネルギーに相当する光子を放出するため、基底状態の酸素分子はその光子を強く吸収する。なお、強く吸収するとは、吸収断面積が比較的に大きいことを意味する。そこで、波長１．２７μｍ光を癌細胞周辺に照射することで、癌細胞周辺に存在している溶存酸素が効率良く一重項状態に励起される。

【0034】

酸素分子に多数の吸収ラインがある理由としては、基底状態でも一重項状態でも、その電子状態は、酸素分子が２原子分子であることに起因する多数の回転準位に分離しているからである。すなわち、エネルギーの吸収や放出に伴って遷移する際の上準位と下準位のそれぞれの回転準位の違いによって、遷移するエネルギーが僅かに異なるからである。近赤外スポット光源１００は、ＢＨＰ溶液の化学反応により励起酸素を発生している。従って、波長１．２７μｍ光の出力を簡単に高められる。大出力の波長１．２７μｍ光が得られるため、短時間で癌を治療できる。

【0035】

以上、本発明の実施形態を説明したが、本発明はその目的と利点を損なうことのない適宜の変形を含み、更に、上記の実施形態による限定は受けない。

【符号の説明】

【0036】

３００ 癌治療装置
１００ 近赤外スポット光源
１０１ ハウジング
１０２ ウインド
１０３ 回転楕円面鏡
１０３’ 回転楕円面鏡の楕円の全体
１１５ カップ
１１５ａ アーム
１０６ 集光レンズ
１０７ 保持棒
１０８ 排気ダクト
１２０、１２２ パイプ
１２１、１２３ バルブ
１１１ 結像光学系
１１３ ベッド
１１３ａ 開口部
１１４ 超音波振動子
１１６ チューブ
Ｌ１、Ｌ２ 近赤外光
ＡＸ 中心軸
Ｅ１ 発光領域
Ｐ 患者
Ｆ 集光スポット

【図1】

【図2】

【図3】