(57)【要約】      （修正有）【課題】低温プラズマを用いた止血装置を提供する。【解決手段】プラズマを生成する共振エネルギーを供給するためのマイクロ波信号を生成する信号源が備えられたマイクロ波発振部２００と;前記マイクロ波発振部と共振器との間に設けられ、前記マイクロ波信号を一定の大きさに増幅する増幅部３００と;前記増幅されたマイクロ波信号の共振エネルギーにより駆動され、ガス供給部５００から供給される不活性ガスを放電させてプラズマを生成する共振器４００と;前記共振器で生成されたプラズマが排出される一端に連結され、前記マイクロ波信号により放電して生成された低温プラズマを出血部位に集中させて血液を凝固させる中空で管状の排出手段を備えた止血部６００とを含む構成とする。【選択図】図１
2010125320.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
プラズマを生成する共振エネルギーを供給するためのマイクロ波信号を生成する信号源が備えられたマイクロ波発振部と;
前記マイクロ波発振部と共振器との間に設けられ、前記マイクロ波信号を一定の大きさに増幅する増幅部と;
前記増幅されたマイクロ波信号の共振エネルギーにより駆動され、ガス供給部から供給される不活性ガスを放電させてプラズマを生成する共振器と;
前記共振器で生成されたプラズマが排出される一端に連結され、前記マイクロ波信号により放電して生成された低温プラズマを出血部位に集中させて血液を凝固させる中空で管状の排出手段を備えた止血部と、を含むことを特徴とする低温プラズマを用いた止血装置。
【請求項２】
前記マイクロ波発振部と増幅部とが、チップ状にモジュール化されて前記共振器に設けられたことを特徴とする請求項１に記載の低温プラズマを用いた止血装置。
【請求項３】
前記共振器は、
第１の内部導体と前記第１の内部導体を取り囲む誘電体とが備えられた同軸ケーブルと;
前記同軸ケーブルを取り囲む外部導体と;
少なくとも一つのガス流入管を備え、前記同軸ケーブルの一端で前記第１の内部導体と外部導体とを電気的に連結する連結導体と;
前記外部導体を貫通して前記第１の内部導体に電気的に連結される第２の内部導体が備えられた連結部材と、を含むことを特徴とする請求項１又は２に記載の低温プラズマを用いた止血装置。
【請求項４】
前記マイクロ波発振部で生成され、前記第２の内部導体を介して同軸ケーブルに転送されるマイクロ波は、９００ＭＨｚ又は２.４５ＭＨｚの周波数を持つことを特徴とする請求項３に記載の低温プラズマを用いた止血装置。
【請求項５】
前記同軸ケーブルは、マイクロ波波長の１/４又は３/４の長さに形成され、前記共振器の終端で電界強度を最大にし、大気圧で５ワット以下の低電力のみを使用しながら放電することを特徴とする請求項３に記載の低温プラズマを用いた止血装置。
【請求項６】
前記マイクロ波の周波数が９００ＭＨｚの場合、前記共振器は、約１０ｃｍの長さに形成され、前記マイクロ波の周波数が２.４５ＧＨｚの場合、前記共振器は、約３ｃｍの長さに形成されることを特徴とする請求項５に記載の低温プラズマを用いた止血装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、プラズマを用いた止血装置に関し、特に、マイクロ波共振器を用いて、大気圧で低電力で発生させた低温のプラズマを傷部位に加えることにより、傷に対する火傷のような好ましくない副作用を減らしながら、迅速に血液を凝固させて止血し、傷部位を殺菌、消毒できるようにすると共に、携帯可能なように小型化した、低温プラズマを用いた止血装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
一般に、外科手術中の出血や傷による出血を最小化するために、多様な止血装置が用いられている。
【０００３】
また、近年は、プラズマが、イオン、電子、電場(Electric field)、紫外線だけでなく、反応性の良い活性酸素種(Reactive Oxygen Species)、活性窒素種(Reactive Nitrogen Species)、酸化水素(Hydrogen Oxide)などを多量含んでいるために、止血(Coagulation)及び傷治療(Wound healing)に優れていることが、多様な実験結果により知らされている。
【０００４】
多様な止血装置のうち、ガスから生成されたプラズマを用いて血液を凝固させる止血装置が、他の装置に比べて血液凝固の効率が高いために、多く用いられている。
【０００５】
このような従来のプラズマを用いた止血装置は、様々な電力源を用いて大気圧プラズマを生成するが、マイクロ波領域の信号、例えば、周波数が９００ＭＨｚや２.４５ＭＨｚである信号などを用いて、低電力の熱によらないプラズマを作る方式については、現在研究が進められている。即ち、現在プラズマを用いた生医学分野の応用は、世界的に研究段階にあり、皮膚のシワや着色などを治療する装置などが、米国食品医薬局の承認を受けて使われている。
【０００６】
また、このように、従来のマイクロ波を用いたプラズマ発生装置は、主にマグネトロンを用いた約１００ワット(Watt)以上の大きすぎる電力を使用する場合が大部分であり、矩形導波管(rectangular waveguide)を用いるプラズマ発生装置は、体積が大きく、構造が複雑である。このために、このようなプラズマ発生装置を用いる場合、止血装置を小型に製作し難いだけでなく、携帯することも難しいという不都合があった。
【０００７】
近年は、アンテナ構造を用いた放電管を使用する同軸型(coaxial)のマイクロ波プラズマトーチが提案されているが、このような同軸型のマイクロ波プラズマトーチも単に従来の矩形導波管を用いた発生装置に替わる程度に過ぎなく、プラズマの温度が高いために火傷の危険があり、止血装置を小型化するに当たっては、大きい制限を受けざるをえないという不都合があった。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
本発明が解決しようとする一つの技術的な課題は、大気圧で低電力で低温プラズマを発生させ、出血部位を迅速に止血すると共に、患部への副作用無しに、殺菌と消毒ができるマイクロ波を発生させる小型の共振器を備え、全体的な体積を顕著に減少できるようにした低温プラズマを用いた止血装置を提供することにある。
【０００９】
また、本発明が解決しようとする他の一つの技術的な課題は、プラズマを生成させるための動力源であるマイクロ波を発振するためのマイクロ波発振部と増幅部とを、小型、軽量化されたモジュールであるチップにし、これを小型の共振器に一体に結合することで、止血装置を小型化すると共に、携帯ができるようにした低温プラズマを用いた止血装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
前記解決しようとする課題を達成するための低温プラズマを用いた止血装置は、プラズマを生成する共振エネルギーを供給するためのマイクロ波信号を生成する信号源が備えられたマイクロ波発振部と;前記マイクロ波発振部と共振器との間に設けられ、前記マイクロ波信号を一定の大きさに増幅する増幅部と;前記増幅されたマイクロ波信号の共振エネルギーにより駆動され、ガス供給部から供給される不活性ガスを放電させてプラズマを生成する共振器と;前記共振器で生成されたプラズマが排出される一端に連結され、前記マイクロ波信号により放電して生成された低温プラズマを出血部位に集中させて血液を凝固させる中空で管状の排出手段を備えた止血部と、を含むことを特徴とする。
【００１１】
また、本発明に係る低温プラズマを用いた止血装置は、マイクロ波発振部と増幅部とが、チップ状にモジュール化されて前記共振器に設けられることにより、携帯可能な小型に形成されることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１２】
本発明は、低電力でプラズマを生成できる小型の共振器にマイクロ波発振部と増幅部とを結合することで、止血装置の体積を顕著に減らして携帯可能にすると共に、プラズマへの露出による火傷など、患部への副作用無しに傷を低減して、迅速に止血し、同時に殺菌できるという長所がある。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】本発明に係る低温プラズマを用いた止血装置の構成図である。
【図２】本発明によってマイクロ波発振部と増幅部とが、チップにモジュール化されて共振器に備えられた携帯型共振器の構成図である。
【図３】本発明に係る共振器の一断面図である。
【図４】図３のＡ方向での断面図である。
【図５】図３のＢ方向での断面図である。
【図６】本発明によって生成された低温プラズマを人体に接触させることを示す写真である。
【図７】本発明によって生成された低温プラズマで処理した血液と、処理していない血液との凝固度合いを比較した写真である。
【図８】本発明によって鼠の尾に生じた出血を低温プラズマで止血することを示す写真である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
以下では、本発明の具体的な実施の形態を、図面を参照して詳細に説明する。
【００１５】
図１は、本発明に係る低温プラズマを用いた止血装置の構成図である。図２は、本発明によってマイクロ波発振部と増幅部とが、チップにモジュール化されて共振器に備えられた携帯型共振器の構成図である。
【００１６】
図１を参照すれば、本発明に係る低温プラズマを用いた止血装置１００は、マイクロ波信号を生成するマイクロ波発振部２００と、生成されたマイクロ波信号を一定の大きさに増幅する増幅部３００と、増幅されたマイクロ波信号の共振エネルギーにより駆動され、プラズマを生成する共振器４００と、前記共振器に不活性ガスを供給するガス供給部５００と、前記共振器で生成されたプラズマを出血部位に排出する止血部６００と、を含んで構成される。
【００１７】
前記マイクロ波発振部２００は、プラズマを低電力で生成するための共振エネルギーを供給するように、ＤＣ電源供給部の電源を用いてマイクロ波を生成する信号源(Signal Generator)から構成され、生成されたマイクロ波を増幅するために、出力端が増幅器(Power amplifier)３００に連結されて構成される。
【００１８】
この場合、前記マイクロ波発振部２００は、プラズマの生成のための共振エネルギーを十分に供給できる程度に、９００ＭＨｚ又は２.４５ＭＨｚの周波数を持つマイクロ波を生成するように構成されることが望ましい。
【００１９】
前記増幅部３００は、前記マイクロ波発振部２００の出力端と前記共振器４００との間に設けられ、生成されたマイクロ波を十分な大きさに増幅した後、前記共振器４００に備えられた第２の内部導体４３０を介して同軸ケーブル４１０に供給するように構成される。
【００２０】
この場合、前記マイクロ波発振部２００からマイクロ波を生成するための電源電圧を供給するＤＣ５Ｖのパワーサプライ(Power Supply)と、前記増幅器３００からマイクロ波を増幅するための電源電圧を供給するＤＣ１２Ｖのパワーサプライと、を更に含んで構成されることが望ましい。
【００２１】
また、図２に示されるように、前記マイクロ波発振部２００と増幅部３００とを、小型、軽量化されたチップ(Chip)状にモジュール化して共振器４００に設け、バッテリーなどの電源からなる電源供給部を更に具備することにより、プラズマガスに電離される不活性ガス供給部５００を除いた全ての装置を、手の平の大きさ程度の小型に製作して、携帯可能な止血装置１００を構成できるようになる。
【００２２】
図３は、本発明に係る共振器の一断面図である。
【００２３】
図３を参照すれば、前記共振器４００は、同軸ケーブル４１０と、外部導体４４０と、連結導体４６０と、連結部材４７０と、放電チップ４８０と、を含んで構成される。
【００２４】
前記同軸ケーブル４１０は、第１の内部導体４２０と、前記第１の内部導体４２０を取り囲む誘電体４５０から構成され、外部導体４４０は、同軸ケーブル４１０を取り囲んでいる。前記連結導体４６０は、少なくとも一つのガス流入管４６１を備える。同軸ケーブル４１０の一端に前記連結導体４６０が設けられ、第１の内部導体４２０と外部導体４４０とを電気的に連結する。
【００２５】
前記連結部材４７０は、マイクロ発振部で生成され、増幅部で増幅された９００ＭＨｚや２.４５ＭＨｚのマイクロ波を前記同軸ケーブル４１０に転送するためのＳＭＡ形態のコネクターで形成され、外部導体４４０を貫通して前記第１の内部導体４２０に電気的に連結される第２の内部導体４３０を含んで構成される。
【００２６】
これにより、前記第２の内部導体４３０を介してマイクロ波が転送されると、前記同軸ケーブル４１０に備えられた第１の内部導体４２０と前記連結部材４７０に備えられた第２の内部導体４３０とが、接続部４９０で接続して、同軸ケーブル４１０にＴＥＭ(transverse electro-magnetic)モードのマイクロ波を伝達するようになる。この場合、前記連結部材４７０は、同軸ケーブルの外部に位置する外部導体４４０と、内部に位置する第１の内部導体４２０とを電気的に連結するようになる。そして、前記第２の内部導体４３０と連結部材４７０との間には、絶縁物質が満たされることが望ましい。
【００２７】
また、前記放電チップ４８０は、同軸ケーブル４１０の他の一端に取り付けられ、同軸ケーブル４１０でプラズマを生成する際に消費される電力を最小限とする。
【００２８】
このように、前記共振器４００は、第２の内部導体４３０を介して印加される９００ＭＨｚ又は２.４５ＭＨｚのマイクロ波信号の共振エネルギーを用いてプラズマを生成する。この場合、前記連結部材４７０、連結導体４６０、外部導体４４０、第１の内部導体４２０及び第２の内部導体４３０は、全部電気的に連結され、共振して動作するようになる。
【００２９】
また、前記同軸ケーブル４１０に印加されるマイクロ波は、ＴＥＭ(transverse electro-magnetic)波になるが、ＴＥＭ波は、進行方向に電界成分及び磁界成分がなく、進行方向の直角方向に電界成分及び磁界成分を有し、電子エネルギーの輸送を司っている。
【００３０】
そして、前記同軸ケーブル４１０の外部導体４４０と中心部の第１の内部導体４２０との間の誘電体４５０としては、空気(air)を使用することが望ましく、これにより、前記ガス流入管４６１を介して流れ込んだ不活性ガスが、同軸ケーブル４１０の終端まで流れ出るようになる。
【００３１】
即ち、誘電体として前記空気を用いて形成された空間は、空いた空間になるので、この空間にプラズマイオンのソース(source)になる不活性ガスを注入し、注入されたガスが、マイクロ波が供給される導体の共振エネルギーによりプラズマ状態になった後、前記共振器４００の下部方向に放出される。
【００３２】
また、前記同軸ケーブル４１０の長さは、マイクロ波により共振が円滑に起き得るように、マイクロ波の波長(wave length)λの１/４又は３/４の長さ又はその倍数の長さ［（２ｎ−１）λ／４、ｎ＝１、２、３…］を保持し、ケーブルでエネルギー損失(loss)を減らすためには、最大限短い長さである波長λの１/４に保持することが好ましい。同軸ケーブル４１０の長さが、上記の条件を満足する場合、共振器４００の終端で電界強度が最大になり、これを用いて、プラズマを容易に発生させるようになる。
【００３３】
前記マイクロ波の周波数が９００ＭＨｚの場合、マイクロ波の波長λの１/４は、周波数と波長と光の速度との関係式により、８.３３ｃｍになり、これにより、前記共振器４００は、１０ｃｍ未満の長さを保持するように構成され得るので、携帯型に製作できるようになる。また、これと同様に、前記マイクロ波の周波数が２.４５ＧＨｚの場合、マイクロ波の波長λの１/４は３．０６ｃｍとなり、前記共振器４００は、５ｃｍ未満の長さを保持するように構成され得るようになる。
【００３４】
また、前記同軸ケーブル４１０の第１の内部導体４２０と、連結部材４７０の第２の内部導体４３０との接続部４９０から見た同軸ケーブル４１０の入力インピーダンスは、接続部４９０の位置に従って変わる。これにより、前記連結部材４７０の位置を調節することにより、自己インピーダンスが調節できるようになる。この結果、マイクロ波信号を第２の内部導体４３０を経由して同軸ケーブル４１０に印加するマイクロ波発振部２００と共振器４００との間、又は前記マイクロ波発振部２００から出力されるマイクロ波信号を増幅する増幅部３００と共振器４００との間のインピーダンス整合(impedance matching)を容易に調節できるようになる。これにより、前記共振器４００は、別の整合機(Matching Network)が不要となって、止血装置の全体的な体積を減らして携帯可能になる。
【００３５】
そして、大気圧でプラズマを発生させるためには、１０６Ｖ/ｍ(Volts/meter)以上の高い電界強度が必要であるが、部分的に電界強度を高めるために、放電チップ４８０を使用する。一旦放電が起きてプラズマが生成されたら、前記放電チップ４８０は、これ以上使用しなくても良い。したがって、前記放電チップ４８０は、必要時のみ使用し、必要でない時は、共振器４００から除去することも可能である。
【００３６】
このために、前記放電チップ４８０を、ばねを用いて前記外部導体４４０に固定させ、必要な場合のみに瞬時に前記第１の内部導体４２０に近づけて、同軸ケーブル４１０の終端の電界強度を高めることにより、プラズマを放電させるように構成することもできる。これにより、前記共振器４００は、低電力である約５ワット以下の電磁気エネルギーのみを消費し、プラズマを生成させ得るようになる。
【００３７】
図４は、図３に示された共振器のＡ方向での断面図であり、図５は、図３に示された共振器のＢ方向での断面図である。
【００３８】
図４及び図５を参照すれば、前記外部導体４４０の中央部分に連結導体４６０が挿入されており、連結導体４６０には、２つのガス流入管４６１が備えられている。図面には、２つのガス流入管４６１を通って不活性ガスが誘電体４５０に流入される場合が示されているが、１つのガス流入管４６１のみを備えることも可能である。この場合、前記ガス流入管４６１に流入される不活性ガスは、ガス流入管４６１に連結されたガス筒等からなるガス供給部５００に格納されているヘリウム又はアルゴンから構成される。
【００３９】
また、前記外部導体４４０は、同軸ケーブル４１０の一端を取り囲んでおり、同軸ケーブル４１０の中央部分には、第１の内部導体４２０がある。同軸ケーブル４１０の外皮と第１の内部導体４２０との間には、誘電体４５０が備えられる。前記同軸ケーブル４１０のＢ面には、放電チップ４８０があり、同軸ケーブル４１０のＢ面に出力されるプラズマを放電させるようになる。
【００４０】
前記止血部６００は、前記共振器４００で生成されたプラズマが排出される同軸ケーブル４１０の一端に連結され、前記マイクロ波により放電しながら生成された低温プラズマを傷の出血部位に集中させて迅速に血液を凝固させ、その部位を殺菌及び消毒できる、中空の管状の排出手段から構成される。
【００４１】
次に、このように構成された本発明に係る低温プラズマを用いた止血装置を用いて、血液を凝固させることについて説明する。
【００４２】
上述のように、簡単な構造を持ち、小型に製作が可能な共振器４００では、マイクロ波発振部２００で生成され、増幅部３００で増幅された９００ＭＨｚや２.４５ＭＨｚの周波数を持つマイクロ波を、連結部材４６０に備えられた第２の内部導体４３０を介して同軸ケーブル４１０に転送する。
【００４３】
そして、連結導体４６０に備えられたガス流入管４６１を介してガス供給部５００に蓄えられたアルゴンガスが、前記同軸ケーブル４１０の外皮と第１の内部導体４２０との間に空気を誘電体として満たされた空間に流れ込む。この場合、前記アルゴンガスの代わりに、ヘリウムガスなど他の不活性ガスを供給できることはもちろん、前記ガス流入管の形態によって、２種類以上の不活性ガスが一緒に供給され得ることは言うまでもない。
【００４４】
前記同軸ケーブル４１０の長さは、マイクロ波により共振され得るように、マイクロ波波長λの１/４又は３/４の長さ又はその倍数の長さ［（２ｎ−１）λ／４、ｎ＝１、２、３…］に設計される。共振器４００の終端で電界強度が最大になり、このような最大の電界強度を用いて、プラズマを容易に発生させることができる。
【００４５】
この場合、本発明にかかる止血装置では、前記プラズマを生成するための電力は、プラズマを用いた従来の止血装置とは異なり、大気圧で約５ワット(Watt)以下の低電力だけを消費するようになる。
【００４６】
図６は、本発明によって生成された低温プラズマを人体に接触させることを示す写真である。
【００４７】
図６を参照すれば、前記止血装置で生成されたプラズマが排出される止血部６００に手を当て、プラズマに直接触っても、身体に損傷を与えない程度の低温であることが分かる。したがって、このような低温プラズマを傷の出血部位に加えるので、プラズマが加えられる患部での火傷など、副作用を減らしながら効果的な止血及び殺菌、消毒を行えるようになる。
【００４８】
図７は、本発明によって生成された低温プラズマで処理した血液と、低温プラズマで処理していない血液との凝固度合いを比較する写真である。
【００４９】
図７を参照すれば、本発明に係る止血装置で生成された低温プラズマで処理していない血液(No treatment)は、容易に凝固されなく、薄く広まっていることが分かる。この場合、前記血液は、鼠(Mouse)の血液を用いて実験した。
【００５０】
これに対して、前記血液を、本発明に係る止血装置１００で生成された低温プラズマで約１０秒間処理した血液(１０seconds treatment)と２０秒間処理した血液(２０seconds treatment)とは、１０〜２０秒という短い時間だけを処理したにも係わらず、容易に凝固されることが確認できる。この場合、前記低温プラズマを生成するために消費された電力は、４ワット(Watt)の低電力であり、約１０〜２０秒間使用されたアルゴンガスは、３ｌｐｍ(Liter per minute)であった。
【００５１】
図８は、本発明によって鼠の尾に生じた出血を低温プラズマで止血することを示す写真である。実験では、生きている鼠の尾から出血させ、本発明によって生成された低温プラズマを用いて止血処理をした。
【００５２】
通常、プラズマ処理をしない場合は、出血が止まるのに約５分内外の時間が必要とされるが、本発明によって簡単な構造の共振器４００を用いて小型化し、低電力を使用する止血装置１００で生成された低温プラズマを傷部位に照射する場合は、１〜２分以内に止血が完了することが確認できた。この場合、前記低温プラズマを生成するために使用された電力は、３.５ワット(Watt)であり、使用されたアルゴンガスは、約３ｌｐｍ(Liter per minute)であった。
【００５３】
このように、従来、複雑な構造と大きな電力を要求し、高温によって止血部位に火傷などの副作用が生じてしまった大気圧プラズマ装備とは異なり、本発明に係る低温プラズマを用いた止血装置は、構造が簡単で、携帯が可能な程度に小型である共振器を用いて、大気圧低温プラズマを低電力で生成し、これを出血部位に照射して、傷に対する火傷など、副作用無しに迅速に止血し、傷部位を殺菌及び消毒できるようになる。
【００５４】
以上では、本発明に関する技術思想を添付の図面と共に述べたが、これは、本発明の望ましい実施形態を例示的に説明したものであって、本発明を限定するものではない。また、本発明が属する技術分野において通常の知識を有する者ならば、誰でも本発明の技術的思想の範疇を逸脱しない範囲内で多様な変形及び摸倣が可能であることは、明白な事実である。
【符号の説明】
【００５５】
１００  止血装置
２００  マイクロ波発振部
３００  増幅部
４００  共振器
５００  ガス供給部
６００  止血部
【図３】
2010125320.tif 000003
【図４】
2010125320.tif 000004
【図５】
2010125320.tif 000005
【図１】
2010125320.tif 000006
【図２】
2010125320.tif 000007
【図６】
2010125320.tif 000008
【図７】
2010125320.tif 000009
【図８】
2010125320.tif 000010