JP2019122670A - 紫外線照射装置 - Google Patents

Abstract

【課題】紫外線照射装置の安全性および利便性を高める技術を提供する。【解決手段】紫外線照射装置１０は、紫外線を出力する紫外光源３０と、紫外光源３０からの紫外線の累積的な吸収量に応じて変化する電気的特性に基づいて紫外線の積算線量を計測する積算型センサ３６と、積算型センサ３６の計測値に基づいて紫外光源３０の動作を制御する制御部５０と、を備える。積算型センサ３６は、紫外線を吸収することで第１状態から第１状態とは電気的特性の異なる第２状態に変化し、可視光を吸収することで第２状態から第１状態に変化するフォトクロミック材料を含んでもよい。【選択図】図１

Description

本発明は、紫外線照射装置に関する。

様々な皮膚疾患に対する治療方法として紫外線治療が用いられる。例えば、乾癬、白斑、アトピー性皮膚炎などの皮膚疾患に対して、患部に長波長紫外線（ＵＶＡ波）や中波長紫外線（ＵＶＢ波）などを所定のエネルギー量で照射することで治療がなされる。骨粗しょう症の治療にはビタミンＤが必要であり、ビタミンＤを効果的に体内で産生させる紫外線照射が奨励されている。例えば、ユーザの掌に紫外線を照射してビタミンＤの生成を促進する装置が知られている（例えば、特許文献１参照）。

特開２０１６−１４０３７５号公報

紫外線治療において適切な治療効果を得るためには、紫外線の積算照射量を適正に制御することが必要である。

本発明はこうした課題に鑑みてなされたものであり、その例示的な目的のひとつは、紫外線照射装置の安全性および利便性を高める技術を提供することにある。

本発明のある態様の紫外線照射装置は、紫外線を出力する紫外光源と、紫外光源からの紫外線の累積的な吸収量に応じて変化する電気的特性に基づいて紫外線の積算線量を計測する積算型センサと、積算型センサの計測値に基づいて紫外光源の動作を制御する制御部と、を備える。

この態様によると、紫外線の積算線量を直接的に計測する積算型センサが設けられるため、対象に照射される紫外線の積算照射量をより正確に計測することができる。これにより、適正な積算照射量となるように紫外線の照射を制御することができ、照射装置の安全性および利便性を高めることができる。

積算型センサは、紫外線を吸収することで第１状態から第１状態とは電気的特性の異なる第２状態に変化し、可視光を吸収することで第２状態から第１状態に変化するフォトクロミック材料を含んでもよい。

フォトクロミック材料は、ジアリールエテン系化合物であってもよい。

積算型センサに向けて可視光線を出力するよう配置される可視光源をさらに備えてもよい。制御部は、紫外光源の非点灯時に可視光源を点灯させ、積算型センサの積算線量をリセットさせてもよい。

制御部は、積算型センサの計測値に基づいて可視光源の動作を制御してもよい。

紫外光源からの紫外光線の強度を計測する強度型センサをさらに備えてもよい。制御部は、積算型センサおよび強度型センサの計測値に基づいて紫外光源の動作を制御してもよい。

本発明によれば、利便性および安全性を高めた紫外線照射装置を提供できる。

実施の形態に係る紫外線照射装置の構成を模式的に示す図である。 積算型センサの構成を模式的に示す図である。 ジアリールエテン系化合物の光反応を模式的に示す図である。 導電性粒子に結合するジアリールエテン系化合物の一例を示す図である。 紫外線照射装置の動作の流れを示すフローチャートである。 変形例に係る照射ユニットおよび初期化ユニットの構成を模式的に示す図である。

以下、図面を参照しながら、本発明を実施するための形態について詳細に説明する。なお、説明において同一の要素には同一の符号を付し、重複する説明を適宜省略する。

図１は、実施の形態に係る紫外線照射装置１０の構成を模式的に示す図である。紫外線照射装置１０は、患者の皮膚に紫外線を照射して紫外線治療を施すための装置であり、例えば、皮膚疾患や運動器疾患の治療装置として用いることができる。

紫外線照射装置１０は、照射ユニット１２と、制御ユニット１４とを備える。紫外線照射装置１０は、照射ユニット１２を照射対象となる皮膚に押し当てて使用する。照射ユニット１２の内側は紫外線を照射するための照射空間１６であり、照射ユニット１２により囲われる照射空間１６にて照射対象に紫外線を照射する。本実施の形態によれば、照射ユニット１２の内部で紫外線を照射し、照射ユニット１２の外部への紫外線の漏れを防ぐことができるため、紫外線治療を簡便かつ安全に施すことができる。

照射ユニット１２は、筐体２０と、紫外光源３０と、積算型センサ３６と、強度型センサ３８と、可視光源４０とを備える。

筐体２０は、照射空間１６を囲う部材である。筐体２０は、上面２１および側面２２で照射空間１６を囲う箱形状であり、下面２３に紫外線Ｂを出力するための開口２４が設けられる。筐体２０の内面２６は、平面で構成される。筐体２０の外側には把持部２８が設けられる。なお、筐体２０は、ドーム形状や椀形状であってもよいし、開口を有する多面体または多面体の一部で構成されてもよく、例えば、ピラミッド形状やサッカボールを切断したような形状であってもよい。この場合、内面２６が曲面で構成されてもよいし、平面と曲面の組み合わせにより構成されてもよい。

筐体２０は、樹脂材料や金属材料などの任意の材料で構成することができる。筐体２０の少なくとも内面２６は、紫外光源３０からの紫外線の反射率が高い材料で構成されることが好ましく、例えば、ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）などのフッ素樹脂やアルミニウム（Ａｌ）などで構成されることが好ましい。筐体２０の内面２６は、紫外光源３０からの紫外線を拡散させるために粗面化されてもよい。また、紫外線の紫外光源３０と開口２４の間に光拡散板などが追加的に配置されてもよい。これらにより、開口２４から出力される紫外線の強度分布が均一化されてもよい。

紫外光源３０は、上面２１の内側に取り付けられ、筐体２０の開口２４に向けて紫外線を出力するように配置される。紫外光源３０は、複数の紫外線ＬＥＤ（Light Emitting Diode）３２と、冷却装置３４とを備える。紫外線ＬＥＤ３２は、皮膚治療に用いる波長の光を出力し、例えば、紫外線治療に用いられる３２０ｎｍ〜４００ｎｍの長波長紫外線（ＵＶＡ波）や、２９０ｎｍ〜３２０ｎｍの中波長紫外線（ＵＶＢ波）などを出力する。紫外線ＬＥＤ３２として、窒化アルミニウムガリウム（ＡｌＧａＮ）系の半導体発光素子を用いることができる。冷却装置３４は、紫外線ＬＥＤ３２の点灯時に生じる熱を効率的に放熱する。冷却装置３４として、例えばヒートシンク、ヒートパイプ、空冷ファンなどを用いることができる。

積算型センサ３６および強度型センサ３８は、筐体２０の内面２６に取り付けられ、紫外光源３０からの紫外線を計測できる位置に設けられる。積算型センサ３６および強度型センサ３８は、照射対象に近接する開口２４の近傍に設けられることが好ましく、紫外光源３０よりも開口２４に近い位置に設けられることが好ましい。また、積算型センサ３６および強度型センサ３８は、互いに近くに設けられることが好ましく、例えば、互いに隣接するように設けられる。

積算型センサ３６および強度型センサ３８は、紫外線の計測方法が互いに異なるセンサである。積算型センサ３６は、紫外線の積算線量を計測するものであり、紫外線の累積的な吸収量に応じて抵抗値などの電気的特性が変化するように構成される。積算型センサ３６は、紫外線を吸収することで第１状態から第１状態とは電気的特性の異なる第２状態に変化し、可視光線を吸収することで第２状態から第１状態に戻るように変化するフォトクロミック材料を用いて構成することができる。例えば、紫外線を吸収して高導電性の第２状態に変化し、可視光を吸収して低導電性の第１状態に変化するジアリールエテン系化合物を積算型センサ３６のフォトクロミック材料として用いることができる。

一方、強度型センサ３８は、紫外線の強度を計測するものであり、紫外線の単位時間あたりの入射量に応じて電流値などの電気的特性が変化するよう構成される。強度型センサ３８として、シリコン（Ｓｉ）などの半導体材料で構成されるフォトダイオードを用いることができる。

可視光源４０は、筐体２０の内面２６に取り付けられ、積算型センサ３６に向けて可視光線を出力するように配置される。可視光源４０は、筐体２０の内側において積算型センサ３６と対向する位置に設けられる。可視光源４０は、可視光ＬＥＤ４２を備える。可視光ＬＥＤ４２は、積算型センサ３６の電気的特性をリセットするための可視光線を積算型センサ３６に照射し、積算型センサ３６のフォトクロミック材料が第２状態から第１状態に戻るようにする。可視光ＬＥＤ４２の発光波長は、第２状態のフォトクロミック材料の光吸収特性に応じて選択されることが好ましい。

制御ユニット１４は、照射ユニット１２の動作を制御する。制御ユニット１４は、ケーブル５８を介して照射ユニット１２と電気的に接続されている。制御ユニット１４は、制御部５０と、電源部５２と、表示部５４と、操作部５６とを備える。

制御部５０は、紫外線ＬＥＤ３２および可視光ＬＥＤ４２を駆動するための駆動回路を有し、紫外光源３０および可視光源４０の発光強度、点灯時間といった駆動条件を制御する。制御部５０は、紫外線の照射開始の入力操作を受け付けると、紫外光源３０を点灯させる。制御部５０は、積算型センサ３６および強度型センサ３８の計測値に基づいて、紫外線の積算線量が所定値に達するまで紫外光源３０を点灯させ、紫外線の積算線量が所定値になったタイミングで紫外光源３０を消灯させる。

制御部５０は、積算型センサ３６の計測値に基づく「第１積算線量」と、強度型センサ３８の計測値に基づく「第２積算線量」とを算出する。制御部５０は、第１積算線量および第２積算線量のいずれかが目標値に到達したタイミングで紫外光源３０を消灯させて照射処理を終了する。制御部５０は、積算型センサ３６の抵抗値と積算線量の対応関係を示す数式やテーブル情報などを保持し、それらを参照して積算型センサ３６の計測値（例えば抵抗値）から第１積算線量を算出する。制御部５０は、強度型センサ３８にて計測される強度値を時間積分することにより第２積算線量を算出する。

制御部５０は、強度型センサ３８の計測値に基づいて、紫外光源３０の発光強度が所定の範囲内に維持されるようにしてもよい。制御部５０は、強度型センサ３８の計測値に基づいて、紫外光源３０の発光強度が所定範囲外となる場合に紫外光源３０を消灯させて照射処理を中断してもよい。

制御部５０は、紫外光源３０の非点灯時に可視光源４０を点灯させ、積算型センサ３６の積算線量をリセットさせる。制御部５０は、積算型センサ３６の初期化動作の入力操作を受け付けると、可視光源４０を点灯させ、積算型センサ３６の計測値（例えば抵抗値）が初期値に回復した後に可視光源４０を消灯させて初期化処理を終了させる。

電源部５２は、紫外線照射装置１０の動作に必要な電力を供給する。電源部５２は、例えば、商用電源から供給される交流電力を所定の電圧の直流電力に変換して照射ユニット１２、制御部５０、表示部５４および操作部５６に供給する。電源部５２は、充放電が可能な蓄電池を備えてもよく、紫外線照射装置１０が蓄電池の電力のみで動作可能となるよう構成されてもよい。

表示部５４は、液晶ディスプレイなどで構成され、操作部５６からの入力操作を受け付けるためのメニューや、「照射中」や「照射終了」といった照射ユニット１２の動作状態を示すメッセージなどを表示する。表示部５４は、紫外線照射処理の開始および中止の操作や、紫外線の照射量などの照射条件を設定するための画面を表示する。表示部５４は、積算型センサ３６の初期化のための可視光線照射処理の開始および中止の操作をするための画面も表示する。表示部５４は、積算型センサ３６や強度型センサ３８の計測値に基づいて、紫外光源３０の発光強度、積算線量などの情報を表示してもよいし、照射処理の経過時間や残り時間などを表示してもよい。

操作部５６は、表示部５４の隣に配置されるスイッチやボタンなどで構成される。操作部５６は、表示部５４と一体的に構成されてもよく、いわゆるタッチパネルで構成されてもよい。

図２は、積算型センサ３６の構成を模式的に示す図である。積算型センサ３６は、基板６０と、第１電極６１と、第２電極６２と、フォトクロミック分子６４と、導電性粒子６６とを備える。フォトクロミック分子６４および導電性粒子６６は、互いに交互に接続されて繊維状に構成される。基板６０の上には第１電極６１と第２電極６２が設けられ、第１電極６１と第２電極６２の間が繊維状に構成されるフォトクロミック分子６４および導電性粒子６６により接続される。フォトクロミック分子６４が紫外線を吸収して高導電性の第２状態に変化すると、第２状態に変化したフォトクロミック分子６４の分子数に応じて第１電極６１と第２電極６２の間の抵抗率が低下する。その結果、積算型センサ３６は、紫外線の累積的な吸収量を抵抗率の変化として計測できる。

図３は、ジアリールエテン系化合物の光反応を模式的に示す図である。左側の化学式（１）は、低導電性の第１状態のジアリールエテン系化合物の構造式であり、右側の化学式（２）は、高導電性の第２状態のジアリールエテン系化合物の構造式である。左右のチオフェン環のそれぞれに結合する置換基Ｒ_１，Ｒ_２は、アルキル基であり、例えば、炭素数１〜６のアルキル基または炭素数３〜７のシクロアルキル基である。置換基Ｒ_１，Ｒ_２は、例えばメチル基（−ＣＨ_３）である。

図３において、（１）の第１状態では、左右のチオフェン環のそれぞれに結合する置換基Ｒ_１，Ｒ_２の間が開環しており、左右のチオフェン環同士がエテンを介して二重結合される。その結果、左右のチオフェン環の間の導電性が低い状態となる。一方、（２）の第２状態では、左右のチオフェン環のそれぞれに結合する置換基Ｒ_１，Ｒ_２の間が結合して閉環し、左右のチオフェン環同士が共役二重結合される。その結果、左右のチオフェン環の間でπ電子の非局在化し、導電性の高い状態となる。

図３に示すジアリールエテン系化合物は、紫外線を吸収して第１状態から第２状態に変化し、可視光線を吸収して第２状態から第１状態に変化する。この光反応は可逆的であり、１万回以上の可逆反応を繰り返すことができるという高い耐久性を有する。その結果、図示されるようなジアリールエテン系化合物を用いることで、信頼性の高い積算型センサ３６を構成することができる。

図４は、導電性粒子６６に結合するジアリールエテン系化合物６８の一例を示す。ジアリールエテン系化合物６８は、左右のベンゼン環のそれぞれに結合するチオール基（−Ｓ）を介して導電性粒子６６に接続される。例えば、導電性粒子６６として金（Ａｕ）や銀（Ａｇ）などの金属ナノ粒子を用いることにより、ジアリールエテン系化合物６８の両端のチオール基に金属ナノ粒子を結合させることができる。これにより、導電性粒子６６とジアリールエテン系化合物６８が互いに交互に接続された繊維状の構造を形成することができる。このような繊維状の構造を基板６０の上に薄膜として形成することで、図２に示されるような構造の積算型センサ３６を形成できる。

なお、導電性粒子６６とジアリールエテン系化合物６８の接続構造は、一本鎖となるように構成されなくてもよく、一つの導電性粒子６６に複数のジアリールエテン系化合物６８が結合されて分岐接続構造が形成されてもよい。その結果、導電性粒子６６とジアリールエテン系化合物６８の接続構造は、網目状に構成されてもよい。導電性粒子６６とジアリールエテン系化合物６８の接続構造は、基板６０の厚み方向に重なって配置されてもよい。

なお、導電性粒子６６を用いずにジアリールエテン系化合物６８のみで第１電極６１と第２電極６２の間が接続されてもよい。例えば、基板６０の上にジアリールエテン系化合物分子を真空蒸着させ、ジアリールエテン系化合物分子がアモルファス状に堆積した薄膜を用いてもよい。この場合、各ジアリールエテン系化合物分子は、規則的に配向してもよいし、ランダムに配向していてもよい。例えば、各ジアリールエテン系化合物分子を規則的に配向させることで、紫外線を多く吸収したときの導電性をより低くでき、紫外線の吸収による抵抗の変化率を大きくできる。各ジアリールエテン系化合物分子の配向特性は、真空蒸着時の雰囲気圧（真空度）や基板温度を変化させることにより調整可能である。

図５は、紫外線照射装置１０の動作の流れを示すフローチャートである。制御ユニット１４にて紫外線の照射条件（例えば照射量）を入力し（Ｓ１０）、照射ユニット１２を照射対象（例えば患者の皮膚）の上に配置し（Ｓ１２）、制御ユニット１４にて照射開始操作をする（Ｓ１４）。紫外光源３０が点灯して照射対象に紫外線が照射され、積算型センサ３６および強度型センサ３８にて照射される紫外線が計測される（Ｓ１６）。積算型センサ３６に基づく第１積算線量が目標値に到達しておらず（Ｓ１８のＮ）、強度型センサ３８に基づく第２積算線量も目標値に到達していなければ（Ｓ２０のＮ）、紫外線の照射が継続される。積算型センサ３６に基づく第１積算線量が目標値に到達した場合（Ｓ１８のＹ）、または、強度型センサ３８に基づく第２積算線量が目標値に到達した場合（Ｓ２０のＹ）、紫外光源３０が消灯され（Ｓ２２）、制御ユニット１４に照射処理が終了した旨が表示される（Ｓ２４）。その後、照射対象から照射ユニット１２が外される（Ｓ２６）。制御ユニット１４にて初期化開始操作がなされ（Ｓ２８）、積算型センサ３６が初期状態に戻るまで可視光源４０からの可視光線が積算型センサ３６に照射される（Ｓ３０）。

本実施の形態において、積算型センサ３６に基づく第１積算線量の目標値および強度型センサ３８に基づく第２積算線量の目標値は、互いに同じ値が設定されてもよいし、互いに異なる値が設定されてもよい。同じ値が設定される場合、制御ユニット１４を通じて入力される照射条件に基づいて第１積算線量および第２積算線量の目標値が設定されてもよい。一方、異なる値が設定される場合、制御ユニット１４を通じて入力される照射条件に基づいて第２積算線量の目標値が可変的に設定される一方、第１積算線量の目標値が固定値に設定されてもよい。この場合、第１積算線量の目標値は、紫外線治療にて安全とされる積算線量の上限値であってもよい。

本実施の形態によれば、計測原理の異なる二種類のセンサを用いて積算線量を計測することにより、照射対象に照射される紫外線の積算線量をより適切に制御できる。これにより、照射対象に過度な紫外線が照射されることを防ぎ、紫外線照射装置１０の安全性および利便性を高めることができる。

紫外線照射装置１０は、波長２８０ｎｍ〜３２０ｎｍの広帯域の紫外線を出力するように構成することで、骨粗しょう症やサルペコニアといった運動器疾患の治療を目的とするビタミンＤの体内合成に用いることができる。また、波長３０８ｎｍや３１１ｎｍの狭帯域の紫外線を出力するように構成することで、乾癬、白斑などの皮膚疾患の治療に用いることができる。

以上、本発明を実施例にもとづいて説明した。本発明は上記実施の形態に限定されず、種々の設計変更が可能であり、様々な変形例が可能であること、またそうした変形例も本発明の範囲にあることは、当業者に理解されるところである。

上述の実施の形態では、積算型センサ３６と強度型センサ３８を組み合わせる場合について示した。変形例においては、積算型センサ３６のみを用いて紫外線の照射量を制御してもよい。積算型センサ３６を用いることで紫外線の積算線量を直接的に計測できるため、照射対象に照射される紫外線の積算線量をより適切に制御できる。

上述の実施の形態では、照射ユニット１２に可視光源４０が設けられる場合について示した。変形例においては、照射ユニット１２に可視光源４０が取り付けられなくてもよく、例えば、照射ユニット１２とは別体の初期化ユニットに可視光源が設けられてもよい。

図６は、変形例に係る照射ユニット１１２および初期化ユニット１１８の構成を模式的に示す図である。照射ユニット１１２は、可視光源４０が設けられていない点で上述の実施の形態と相違する。初期化ユニット１１８は、載置台１７０および可視光源１４０を備える。載置台１７０の上面１７２には、突起部１７４が設けられる。可視光源１４０は、突起部１７４の側面に設けられる可視光ＬＥＤ１４２を備える。

照射ユニット１１２は、積算型センサ３６の初期化処理のために載置台１７０の上面１７２の上にセットされる。載置台１７０の突起部１７４は、照射ユニット１１２の筐体２０の内部に位置し、照射ユニット１１２の積算型センサ３６と可視光ＬＥＤ１４２とが互いに対向する。この状態で可視光源１４０を点灯させることで、積算型センサ３６に可視光線を照射して積算型センサ３６を初期化することができる。載置台１７０の上面１７２には、筐体２０の下面２３を受け入れるための溝が設けられてもよく、照射ユニット１１２を溝に合わせてセットすることにより、積算型センサ３６に対応する位置に可視光ＬＥＤ１４２が位置合わせされるように初期化ユニット１１８が構成されてもよい。

上述の実施の形態では、照射ユニット１２と制御ユニット１４が別体となるように構成されているが、変形例では、照射ユニット１２および制御ユニット１４が一体的に構成されてもよい。紫外線照射装置１０が蓄電池の電力で駆動するよう構成される場合、上述の初期化ユニット１１８に照射ユニット１２をセットすることにより、初期化ユニット１１８から電力が供給されて蓄電池が充電されてもよい。これにより、紫外線照射装置１０の充電と初期化が同時に実行されるように構成されてもよい。

１０…紫外線照射装置、１２…照射ユニット、１４…制御ユニット、３０…紫外光源、３６…積算型センサ、３８…強度型センサ、４０…可視光源、５０…制御部。

Claims (6)

1. 紫外線を出力する紫外光源と、
   紫外線の累積的な吸収量に応じて変化する電気的特性に基づいて前記紫外光源からの紫外線の積算線量を計測する積算型センサと、
   前記積算型センサの計測値に基づいて前記紫外光源の動作を制御する制御部と、を備えることを特徴とする紫外線照射装置。
2. 前記積算型センサは、紫外線を吸収することで第１状態から前記第１状態とは電気的特性の異なる第２状態に変化し、可視光を吸収することで前記第２状態から前記第１状態に変化するフォトクロミック材料を含むことを特徴とする請求項１に記載の紫外線照射装置。
3. 前記フォトクロミック材料は、ジアリールエテン系化合物であることを特徴とする請求項２に記載の紫外線照射装置。
4. 前記積算型センサに向けて可視光線を出力するよう配置される可視光源をさらに備え、
   前記制御部は、前記紫外光源の非点灯時に前記可視光源を点灯させ、前記積算型センサの積算線量をリセットさせることを特徴とする請求項２または３に記載の紫外線照射装置。
5. 前記制御部は、前記積算型センサの計測値に基づいて前記可視光源の動作を制御することを特徴とする請求項４に記載の紫外線照射装置。
6. 前記紫外光源からの紫外光線の強度を計測する強度型センサをさらに備え、
   前記制御部は、前記積算型センサおよび前記強度型センサの計測値に基づいて前記紫外光源の動作を制御することを特徴とする請求項１から５のいずれか一項に記載の紫外線照射装置。

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