(57)【要約】【課題】バイオフィルム又は病原体を形成抑制、除去、又は殺菌するための超音波照射装置及び超音波照射方法を提供する。【解決手段】超音波照射装置１は、超音波を発生させる超音波発生部２を具備し、超音波発生部２によって発生する超音波をバイオフィルム又は病原体に照射することによって、バイオフィルム又は病原体を形成抑制、除去、又は殺菌する。上記超音波は、周波数が０．０２〜１０ＭＨｚの範囲であり、かつ、照射強度が０．０１〜１０Ｗ／ｃｍ２の範囲である。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
超音波を発生させる超音波発生部を具備し、該超音波発生部によって発生する超音波をバイオフィルム又は病原体に照射することによって、前記バイオフィルム又は前記病原体を形成抑制、除去、又は殺菌するための超音波照射装置であって、
前記超音波は、周波数が０．０２〜１０ＭＨｚの範囲であり、かつ、照射強度が０．０１〜１０Ｗ／ｃｍ２の範囲であることを特徴とする超音波照射装置。
【請求項２】
前記超音波は、周波数が２０〜８００ｋＨｚの範囲であり、かつ、照射強度が０．０１〜３Ｗ／ｃｍ２の範囲であることを特徴とする請求項１に記載の超音波照射装置。
【請求項３】
前記超音波は、生体内で溶血を生じない範囲の周波数及び照射強度であることを特徴とする請求項２に記載の超音波照射装置。
【請求項４】
前記超音波が、生体内埋め込み医療機器の表面上に存在するバイオフィルム又は病原体に照射されることを特徴とする請求項１から３のいずれか１つに記載の超音波照射装置。
【請求項５】
前記超音波発生部が前記生体内埋め込み医療機器に直接的に接続されていることを特徴とする請求項４に記載の超音波照射装置。
【請求項６】
超音波をバイオフィルム又は病原体に照射することによって、前記バイオフィルム又は前記病原体を形成抑制、除去、又は殺菌するための超音波照射方法であって、
前記超音波は、周波数が０．０２〜１０ＭＨｚの範囲であり、かつ、照射強度が０．０１〜１０Ｗ／ｃｍ２の範囲であることを特徴とする超音波照射方法。
【請求項７】
前記超音波は、周波数が２０〜８００ｋＨｚの範囲であり、かつ、照射強度が０．０１〜３Ｗ／ｃｍ２の範囲であることを特徴とする請求項６に記載の超音波照射方法。
【請求項８】
前記超音波は、生体内で溶血を生じない範囲の周波数及び照射強度であることを特徴とする請求項７に記載の超音波照射方法。
【請求項９】
前記超音波が、生体内埋め込み医療機器の表面上に存在するバイオフィルム又は病原体に照射されることを特徴とする請求項６から８のいずれか１つに記載の超音波照射方法。
【請求項１０】
超音波を生体内埋め込み医療機器に照射することによって、前記生体内埋め込み医療機器を殺菌するための超音波照射方法であって、
前記超音波は、周波数が０．０２〜１０ＭＨｚの範囲であり、かつ、照射強度が０．０１〜１０Ｗ／ｃｍ２の範囲であることを特徴とする超音波照射方法。
【請求項１１】
超音波を発生させる超音波発生部を具備し、該超音波発生部によって発生する超音波を生体内埋め込み医療機器に照射することによって、前記生体内埋め込み医療機器を殺菌するための超音波照射装置であって、
前記超音波は、周波数が０．０２〜１０ＭＨｚの範囲であり、かつ、照射強度が０．０１〜１０Ｗ／ｃｍ２の範囲であることを特徴とする超音波照射装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、バイオフィルム又は病原体に超音波を照射し、バイオフィルム又は病原体を形成抑制、除去、又は殺菌するための超音波照射装置及び超音波照射方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、医療現場では外科領域における金属や合成樹脂材料、循環器領域における人工血管等の人工医療材料（インプラント）が広く使用されており、機能不全に陥った生体組織の部分的機能補助あるいは全機能置換として重要な役割を担っている。一方で、インプラントに関連する手術部位感染症（Ｉｍｐｌａｎｔ  Ａｓｓｏｃｉａｔｅ  Ｉｎｆｅｃｔｉｏｎ、以下「ＩＡＩ」と称す）は増加傾向にある。ＩＡＩの原因にはバイオフィルムが大きく関与し、治療難渋例ではインプラントの抜去を余儀なくされることも少なくない。ここでバイオフィルムとは、微生物及び微生物産生物質からなる構造体のことをいう。また、病原体とは、細菌類のみならずその他の微生物、例えば真菌を含む菌類、又は、ウイルスのことをいう。
【０００３】
現在、ＩＡＩを予防する手段として、手術前後の抗生物質投与、無菌手術室、術中ドレーピング、創部洗浄、抗菌性縫合糸の使用、及び、銀又はポビドンヨード液の効果による抗菌性医療材料を用いたインプラントの使用等が試みられている。しかしながら、中でも抗菌性医療材料の使用によるＩＡＩの予防手段は、そのコンセプトに反し、明確な効果が認められているとは言い難い。また、不幸にもＩＡＩが発生してしまった際の治療方法としては、抗生物質の長期投与や手術部位を切開し膿を取り除く手術等が挙げられ、場合によっては感染が生じたインプラントそのものを抜去したうえ、新しいインプラントを埋め込む大手術又は複数回の手術が必要となる場合がある。特に、最小侵襲手術及び処置の普及により、小切開による人工骨設置や血管内カテーテルを介した人工血管、ステント又はコイル設置後のＩＡＩではその抜去が困難である場合も多く、長期抗生物質投与の効果もなく、致死的状況に陥る患者も少なくない。以上のように、ＩＡＩは、患者の肉体的、精神的及び経済的負担を増大させ、さらには医療費を増加させている。
【０００４】
上述のように、ＩＡＩの予防や非侵襲的かつ効果的なＩＡＩの治療が困難な主な理由としては、バイオフィルム中の細菌が、粘着性多糖類等を主成分とするマトリックスを形成し、バリアーとなることが挙げられる。このバリアーが、抗生物質や洗浄成分が細菌本体に作用することを妨害している。そのため、抗生物質の経口又は血中投与は当然のことながら、感染部位へ物理的にアプローチすることによっても、完全な滅菌が困難となる。予防のために、細菌が多く存在するとみられる部分に予め抗生物質を投与したり重点的な洗浄を試みたりする例もあるものの、殺菌に関して有力なエビデンスを備えた処置とはなっていない。さらに、インプラントを用いない手術においても粘膜、骨、筋肉及び靭帯等の生体組織上にバイオフィルム形成を生じて手術部位感染症（Ｓｕｒｇｉｃａｌ  Ｓｉｔｅ  Ｉｎｆｅｃｔｉｏｎ、以下「ＳＳＩ」と称す）を招き、ＩＡＩと同様に洗浄及びかん流設置等の複数回処置を必要とするケースも多い。
【０００５】
過去には超音波処理により細菌増殖抑制をする検討に関し、ウサギ骨髄炎モデル（インプラントなし）への生体外（皮膚上）からの超音波照射にて細菌増殖の軽度抑制がみられた報告（非特許文献１）、細菌及びバイオフィルムに対するｉｎ  ｖｉｔｒｏにおける低出力超音波パルスの効果について検討がなされたがバイオフィルム分解や剥離効果がなかったとする報告（非特許文献２）などがあるが、超音波処理が生体内埋め込み手術後の感染症の予防及び治療に十分な効果を示すには至っていない。
【０００６】
特許文献１には、生体内埋め込み医療機器に振動子を取り付け、細菌付着防止を試みることが記載されているが、感染症が成立しうる程度に細菌が付着してしまった医療機器に対し超音波照射を行い殺菌しうるといったことは記載されていない。また、特許文献２には、キャビテーションその他の効果により超音波によって殺菌を行うことが記載されているが、キャビテーションは生体組織、特に臓器のような軟部組織に与える影響が大きい。さらには、場合によっては気泡を含む組織の出血や空気塞栓症等の重篤な合併症を生じることから、歯組織以外の組織に用いる超音波治療機器としては好ましくなく、実用化に至っていない。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２０１２−２３２０９６号公報
【特許文献２】特開２０１１−１４３２４２号公報
【非特許文献】
【０００８】
【非特許文献１】Ｇｏｌｌｗｉｔｚｅｒ  ｅｔ  ａｌ，  Ｕｌｔｒａｓｏｕｎｄ  ｉｎ  Ｍｅｄ  ＆  Ｂｉｏ，  ２００９
【非特許文献２】日本整形外科基礎学術集会：椚座ら，  ２０１０
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
外科領域や循環器領域では、金属製インプラント及び合成樹脂製インプラントをはじめ、非吸収性の生体内埋め込み医療機器を用いる手術が広く用いられ、患者のＱＯＬ向上に大きく貢献している。一方で、ＩＡＩ及びＳＳＩの報告は多数あり、抗生物質等の薬剤投与により治療効果がない場合は感染部位の排膿、洗浄、かん流設置、又は、インプラントの抜去や再置換等の再手術が複数回以上必要となることも少なくない。ＩＡＩ及びＳＳＩは、患者の肉体的、精神的及び経済的負担を増大させるだけでなく、医療費を増加させているため、世界的にもその予防法又は治療法の確立が急務とされている。ＩＡＩ及びＳＳＩは、手術時に術野に降り注いだ細菌（落下細菌）が患者の生体内のインプラントや組織に付着することが原因であるという説、患者の免疫力低下が原因であるという説、術者の手や皮膚・患者の皮膚に常在する菌によるという説、術後の創部を介して細菌が生体内に侵入することが原因であるという説等があるが、その原因は明らかではない。さらにはＩＡＩ及びＳＳＩの原因となる起因菌は、多剤耐性菌をはじめ無数にあり、周術期の具体的な予防法によって感染を防ぐことは困難である。本発明者らは、ＩＡＩ及びＳＳＩの予防法と治療法の確立のために実施した研究において、ごく少量数の細菌が３０分の短時間でインプラント表面に付着しバイオフィルムを形成することを見出した。この事実は、ＩＡＩ及びＳＳＩの原因となるバイオフィルム形成の１つが手術中にすでに生じていることを明らかにしたものである。
【００１０】
そこで、本発明の目的は、バイオフィルム又は病原体を形成抑制、除去、又は殺菌するための超音波照射装置及び超音波照射方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明者らは、前記課題を解決するために鋭意研究した結果、まずインプラントが病原体に暴露された場合には３０分の短時間でインプラント表面に細菌層を形成され、これが後にバイオフィルムを形成し感染症を成立させることを見出した。さらに、驚くべきことに超音波を適切な周波数及び照射強度でバイオフィルムに作用させることにより、バイオフィルムの形成抑制、除去又は殺菌が可能であることを見出した。さらに、本発明者らは、本発明により超音波処理された生体内埋め込み医療機器と処理後回収水とを生体内に埋め込み、創縫合しても感染症が成立しないことを見出した。一方で超音波処理されない場合は感染症が成立した。以上のことは、手術中の病原体暴露によりインプラントの表面に形成されたバイオフィルムは適切な周波数及び照射強度による超音波で除去が可能であることを示している。すなわち、本発明は、以下の構成を採用する。
【００１２】
本発明の一態様によれば、超音波を発生させる超音波発生部を具備し、該超音波発生部によって発生する超音波をバイオフィルム又は病原体に照射することによって、前記バイオフィルム又は前記病原体を形成抑制、除去、又は殺菌するための超音波照射装置であって、前記超音波は、周波数が０．０２〜１０ＭＨｚの範囲であり、かつ、照射強度が０．０１〜１０Ｗ／ｃｍ２の範囲であることを特徴とする超音波照射装置が提供される。
【００１３】
また、別の態様によれば、前記超音波は、周波数が２０〜８００ｋＨｚの範囲であり、かつ、照射強度が０．０１〜３Ｗ／ｃｍ２の範囲であることを特徴とする超音波照射装置が提供される。
【００１４】
また、別の態様によれば、前記超音波は、生体内で溶血を生じない範囲の周波数及び照射強度であることを特徴とする超音波照射装置が提供される。
【００１５】
また、別の態様によれば、前記超音波が、生体内埋め込み医療機器の表面上に存在するバイオフィルム又は病原体に照射されることを特徴とする超音波照射装置が提供される。
【００１６】
また、別の態様によれば、前記超音波発生部が前記生体内埋め込み医療機器に直接的に接続されていることを特徴とする超音波照射装置が提供される。
【００１７】
また、別の態様によれば、超音波をバイオフィルム又は病原体に照射することによって、前記バイオフィルム又は前記病原体を形成抑制、除去、又は殺菌するための超音波照射方法であって、前記超音波は、周波数が０．０２〜１０ＭＨｚの範囲であり、かつ、照射強度が０．０１〜１０Ｗ／ｃｍ２の範囲であることを特徴とする超音波照射方法が提供される。
【００１８】
また、別の態様によれば、前記超音波は、周波数が２０〜８００ｋＨｚの範囲であり、かつ、照射強度が０．０１〜３Ｗ／ｃｍ２の範囲であることを特徴とする超音波照射方法が提供される。
【００１９】
また、別の態様によれば、前記超音波は、生体内で溶血を生じない範囲の周波数及び照射強度であることを特徴とする超音波照射方法が提供される。
【００２０】
また、別の態様によれば、前記超音波が、生体内埋め込み医療機器の表面上に存在するバイオフィルム又は病原体に照射されることを特徴とする超音波照射方法が提供される。
【００２１】
また、別の態様によれば、超音波を生体内埋め込み医療機器に照射することによって、前記生体内埋め込み医療機器を殺菌するための超音波照射方法であって、前記超音波は、周波数が０．０２〜１０ＭＨｚの範囲であり、かつ、照射強度が０．０１〜１０Ｗ／ｃｍ２の範囲であることを特徴とする超音波照射方法が提供される。
【００２２】
また、別の態様によれば、超音波を発生させる超音波発生部を具備し、該超音波発生部によって発生する超音波を生体内埋め込み医療機器に照射することによって、前記生体内埋め込み医療機器を殺菌するための超音波照射装置であって、前記超音波は、周波数が０．０２〜１０ＭＨｚの範囲であり、かつ、照射強度が０．０１〜１０Ｗ／ｃｍ２の範囲であることを特徴とする超音波照射装置が提供される。
【発明の効果】
【００２３】
本発明によれば、バイオフィルム又は病原体を形成抑制、除去、又は殺菌するための超音波照射装置及び超音波照射方法が提供される。すなわち、人工材料又は生体由来材料を問わず生体内埋め込み医療機器上、さらには生体組織上のバイオフィルム又は病原体を形成抑制、除去、又は殺菌し、感染症の予防又は治療に用いることができる。また、本発明によれば、生体内埋め込み医療機器により発症が懸念される感染症の予防を行うことができる。さらに、本発明によれば、術後の感染症発生予防と治療ができ、医学の進歩に貢献しうるのみでなく、多額の費用がかかる手術を含めた治療の必要性を低下させることにより、近年増加を続ける医療費の削減にも貢献しうる。
【図面の簡単な説明】
【００２４】
【図１】本発明の超音波照射装置の主要なユニットを説明するブロック図である。
【図２】実施例１における処理前後のバイオフィルムの厚さの比較を示す図である。
【図３】実施例１における処理前後のバイオフィルムの密度の比較を示す図である。
【図４】実施例２における結果の比較を示す図である。
【図５】実施例３における結果を示す図である。
【図６】実施例３における処理前後の比較を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００２５】
本発明は、超音波照射装置及び超音波照射方法に係るものであり、生体内埋め込み医療機器表面上のバイオフィルム形成の防止又は除去する超音波治療機器として使用可能である。本発明によれば、生体に悪影響を与えない範囲の周波数及び照射強度で超音波照射することにより、生体内埋め込み医療機器の殺菌を行うことができ、またＩＡＩ及びＳＳＩが生じた部位の殺菌を行うことができ、感染症を予防又は治療することができる。以下、本発明の一実施形態について具体的に説明するが、本発明はこれに限定されるものではなく、本発明の効果を奏するものであればいずれの形態を採用しても構わない。
【００２６】
超音波の生体に対する作用は、超音波の強度及び照射時間の増加と共に増加することが知られている。この生体作用としては、熱的作用と非熱的作用とに大別できる。熱的作用による安全性を評価する指標としては、サーマルインデックスがあり、非熱的作用による安全性を評価する指標としては、メカニカルインデックスがある。強力な超音波による熱的作用の例としては、生体組織の熱変性や胎児の発育異常等がある。非熱的作用の例としては、化学作用の活性化や、気泡を含む組織の出血や組織構造の断裂がある。上述したキャビテーションによる影響も非熱的作用の一例である。本発明において用いられる超音波は、生体に作用させるものであるため、溶血を生じないように、その周波数、照射強度及び照射時間等が設定される。
【００２７】
本発明において「医療機器」とは、平成２３年改正薬事法に定義された医療機器が挙げられ、医療材料も含む。本発明における生体内埋め込み医療機器としては、例えば以下のものが挙げられる。
【００２８】
チューブとして、気管切開チューブ、気管内チューブ、イレウス用チューブ、経鼓膜換気チューブ、胃・食道静脈瘤圧迫止血用チューブ、シャントチューブ等が挙げられる。
カテーテルとして、動脈圧測定用カテーテル、サーモダイリューション用カテーテル、管状動脈洞内血液採取用カテーテル、血管造影用カテーテル、血管内視鏡カテーテル、直腸カテーテル、中心静脈用カテーテル、套管針カテーテル、栄養カテーテル、胃管カテーテル、吸引留置カテーテル、腎瘻カテーテル、膀胱瘻カテーテル、経皮的又は経内視鏡的胆管等ドレナージ用カテーテル、胃瘻カテーテル、膀胱留置用カテーテル、ブラッドアクセス用留置カテーテル、腹膜透析用カテーテル、副鼻腔炎治療用カテーテル、植込み輸液ポンプ用髄腔カテーテル、経皮的カテーテル、心筋焼灼術用カテーテル、バルーンパンピング用バルーンカテーテル、心臓手術用カテーテル、ガイディングカテーテル、血管内手術用カテーテル、尿路拡張用カテーテル、胆道結石除去用カテーテル、腎・尿管結石除去用カテーテル、ドレーンカテーテル等が挙げられる。
ガイドワイヤーやワイヤーとして、経皮的冠動脈形成術用カテーテル用ガイドワイヤー、冠動脈造影用センサー付ガイドワイヤー、血管造影用ガイドワイヤー、弁拡張用カテーテル用ガイドワイヤー、体外式ペースメーカー用心臓埋込ワイヤー、脊椎手術用金属ワイヤー等が挙げられる。
針として、プラスチックカニューレ型静脈内留置針、脳・脊髄腔用カニューレ等が挙げられる。
電極として、植込み型除細動器用カテーテル電極、体外式ペースメーカー用カテーテル電極、体表面ペーシング用電極、埋込型脳・脊髄電気刺激装置、脳波測定用頭蓋内電極、植込み式心臓ペースメーカー用リード等が挙げられる。
また、血管内超音波プローブ、ダイレーターが挙げられる。
クリップとして、脳動脈瘤手術クリップ、脳血液遮断用クリップ、脳動静脈奇形手術用等クリップ、硬膜損傷用クリップ、血管外科手術用クリップ、ウェック等が挙げられる。
また、人工膜、人工線維：人工硬膜、組織代用人工繊維布、合成吸収性癒着防止材、皮膚欠損用創傷被覆材、真皮欠損用グラフトが挙げられる。
ステントとして、胆道ステント、尿管ステント、尿道ステント、気管・気管支ステント、食道用ステント、大動脈用ステントグラフト、冠動脈用ステント、肺塞栓防止用アンブレラ等が挙げられる。
内固定材料として、副木（プレート）、固定用内副子（スクリュー）、固定用内副子（プレート）、大腿骨外側固定用内副子、固定用内副子用ワッシャー・ナット類、創外固定インプラント、髄内釘、固定釘、固定用金属線、固定用金属ピン、吸収ピン・スクリュー等が挙げられる。
脊椎固定用材料として、椎体ワッシャー、脊椎ロッド、脊椎プレート、椎体フック、脊椎スクリュー、脊椎コネクター、脊椎ワイヤー、ネスプロンテープ等が挙げられる。
また、椎間スペーサー（ケージ）が挙げられる。
人工関節として、人工股関節、人工膝関節、人工肩関節、人工肘関節、人工手関節、人工足関節、人工指関節、カスタムメイド人工関節等が挙げられる。
人工臓器として、人工心肺回路、人工血管、人工咽頭、人工内耳用材料、人工靱帯、人工骨頭帽、人工骨、カスタムメイド人工骨、機械弁、生体弁、弁付きグラフト（生体弁）、人工弁輪、心臓弁、補助人工心臓、ディスポーザブル人工肺（模型肺）等が挙げられる。
また、ペースメーカーが挙げられる。
除細動器として、植込み型除細動器、両室ペーシング機能付き植込み型除細動器等が挙げられる。
リードとして、脳深部刺激装置用リード、脊髄刺激装置用リード等が挙げられる。
また、耳鼻科関連医療材料として、涙点プラグ、鼻中隔プロテーゼ、鼻孔プロテーゼ等が挙げられる。
止血材として、ゼラチンスポンジ止血材、デキストラノマー、微繊維性コラーゲン、経皮的冠動脈形成術用穿刺部止血材料等が挙げられる。
バルブとして、頭・静脈・腹腔シャントバルブ、胸水・腹水シャントバルブ等が挙げられる。
ポンプとして、植込み型輸液ポンプ、遠心式体外循環用血液ポンプ、髄腔内持続投与用ポンプ等が挙げられる。
カニューレとして、体外循環用カニューレ等が挙げられる。
フィルターとして、輸血用血液フィルター、麻酔器・人工呼吸器フィルター等が挙げられる。
塞栓物質として、肝動脈塞栓材、脳外科プラチナコイル等が挙げられる。
内視鏡として、内視鏡、カプセル型内視鏡等が挙げられる。
機器又は装置として、血漿交換用血漿分離器、血漿交換用血漿成分分離器、組織拡張器、吸着式血液浄化用浄化器（エンドトキシン除去用）、腹膜透析装置専用回路、腹水濾過器（回路を含む。）、濃縮再静注用濃縮器（回路を含む。）等が挙げられる。
その他の材料として、骨セメント、合成吸収性骨片接合材料、尿路結石破砕装置用ピンハンマー、非固着性シリコンガーゼ、遠心分離式白血球除去用材料、白血球吸着用材料、循環式人工腎臓用吸着筒等が挙げられる。
ドレーンとして、ドレーンカテーテル、ドレーン容器等が挙げられる。
【００２９】
図１は、本発明の超音波照射装置１の主要なユニットを説明するブロック図である。本発明の超音波照射装置１は、プローブを備えて超音波を発生させる超音波発生部２と、超音波発生部２に電気的に接続され、超音波の周波数、照射強度及び照射時間等を制御する制御部３と、制御部３に電気的に接続され、操作者が超音波の周波数、照射強度及び照射時間等を入力操作する操作部４と、装置全体を駆動するための電源部５と、制御部３と操作部４と電源部５とを収納する筐体６と、を有している。超音波発生部２は、液体を介してバイオフィルム又は病原体に超音波を照射するように使用してもよく、生体内埋め込み医療機器に物理的に、すなわち直接的に接続してバイオフィルム又は病原体に直接的に超音波を照射するように使用してもよい。
【００３０】
本発明における超音波発生部２、特に、実際に超音波を発生させるプローブは、内視鏡や関節鏡下の狭い術野又は血管内治療が行われる閉鎖空間においても超音波を照射可能なように、細長く又はカテーテル状に可撓性を有していることが好ましい。超音波発生部２は、制御部３と電気信号を送受信可能な状態で接続されており、制御部３からの制御信号に基づいて所定の周波数、所定の照射強度、及び、所定の照射時間の超音波を発生させる。この超音波発生部２から発生した超音波を、例えば生体内埋め込み医療機器の表面上に存在するバイオフィルム又は病原体に照射すると、バイオフィルム又は病原体を形成抑制、除去、又は殺菌することができる。かつ、バイオフィルム又は病原体に直接照射せずとも、バイオフィルム又は病原体が存在する生体内埋め込み医療機器の一部に照射することにより生体内埋め込み医療機器全体に超音波は伝播し、金属表面のバイオフィルム又は病原体を形成抑制、除去、又は殺菌することができる。
【００３１】
本発明における制御部３は、一般的なＣＰＵやメモリ等から構成される。制御部３は、操作部４からの入力信号に基づき、周波数が０．０２〜１０ＭＨｚの範囲であり、かつ、照射強度が０．０１〜１０Ｗ／ｃｍ２の範囲の超音波を所定の照射時間だけ発生させるための制御信号を、超音波発生部２に送信する。
【００３２】
本発明における操作部４は、調整ダイヤルや入力ボタン、入力液晶パネル等を有している。さらに、入力命令や強度情報を操作者が視認可能なように表示させる表示装置を備えている。操作者は、操作部４を操作することによって、発生させる超音波の周波数や照射強度、照射時間の所望の値を入力することができる。操作部４は、操作者によって入力された情報を入力信号として制御部３へ送信する。
【００３３】
［バイオフィルム又は病原体を形成抑制、除去、又は殺菌するための超音波照射方法］
本発明のバイオフィルム又は病原体を形成抑制、除去、又は殺菌するための超音波照射方法は、バイオフィルム又は病原体に対して、周波数が０．０２〜１０ＭＨｚの範囲であり、かつ、照射強度が０．０１〜１０Ｗ／ｃｍ２の範囲で超音波を照射し、バイオフィルム又は病原体を形成抑制、除去、又は殺菌する方法である。また、周波数が２０〜８００ｋＨｚの範囲であり、かつ、照射強度が０．０１〜３Ｗ／ｃｍ２の範囲であることが好ましい。このような方法は、上述した超音波照射装置によって容易に実現できる。
また、手術時において生体内埋め込み医療機器を生体内に埋め込む前に本発明の超音波治療機器により超音波処理し生体内埋め込み医療機器に本発明の超音波発生部を接触させ、又は液体を介して超音波を作用させることでバイオフィルム又は病原体を形成抑制、除去、又は殺菌する。特に生理食塩水中に殺菌する医療機器を浸漬し、超音波を直接又は液体を介して医療機器に作用させてもよい。かつ、バイオフィルム又は病原体に直接照射せずとも、バイオフィルム又は病原体が存在する生体内埋め込み医療機器の一部に照射することにより生体内埋め込み医療機器全体に超音波は伝播し、金属表面のバイオフィルム又は病原体を形成抑制、除去、又は殺菌することができる。感染症が発生した場合の治療に本発明を用いる場合は、「ＪＩＳ０６０１−２−５：２００５医用機器−第２−５部：超音波治療機器の安全に関する要求事項」で示されている通り照射する超音波の強度が３Ｗ／ｃｍ２以下の範囲、又は、「ＪＩＳＴ０６０１−２−３７医用電子機器−第２−３７部：医用超音波診断装置及びモニタ機器の安全に関する個別要求事項」で示されているように、減衰空間ピーク時間平均強度が７２０Ｗ／ｃｍ２以下でかつメカニカルインデックスが１．９以下の範囲、又は生体内で溶血が生じない範囲の周波数及び照射強度を満たす範囲の超音波を照射することで殺菌すると生体に作用させても生体に対する安全性が高く、好ましい。
【００３４】
［生体内埋め込み医療機器の殺菌方法］
本発明の生体内埋め込み医療機器の殺菌方法は、周波数が０．０２〜１０ＭＨｚの範囲であり、かつ、照射強度が０．０１〜１０Ｗ／ｃｍ２の範囲で超音波を照射し、生体内埋め込み医療機器の表面上に存在するバイオフィルム又は病原体を形成抑制、除去、又は殺菌する方法である。また、周波数が２０〜８００ｋＨｚの範囲であり、かつ、照射強度が０．０１〜３Ｗ／ｃｍ２の範囲であることが好ましい。このような方法は、上述した超音波照射装置によって容易に実現できる。
【００３５】
［感染症の治療方法及び予防方法］
本発明の殺菌方法は、周波数が０．０２〜１０ＭＨｚの範囲であり、かつ、照射強度が０．０１〜１０Ｗ／ｃｍ２の範囲で超音波を照射し、感染症が生じた生体内の部位殺菌又は感染症の予防を行う方法である。感染症の治療における治療部位は、インプラント埋植部分に限らない。すなわち、本発明の殺菌方法は、インプラント埋植を伴わない手術や、手術等によらず生じた感染症の治療についても有用である。後述するように、超音波発生部を感染部位に当てた上で直接的に超音波照射を行うのではなく、生理食塩水に超音波発生部を浸して間接的に超音波照射を行うことで殺菌効果が見られる。従って、バイオフィルムに直接的に超音波照射を行わずに、媒質を通じて間接的に超音波照射を行っても殺菌効果は生じると考えられる。よって、生体組織に超音波を照射する際は、感染部位に近い皮膚の上から周波数が０．０２〜１０ＭＨｚの範囲であり、かつ、照射強度が０．０１〜１０Ｗ／ｃｍ２の範囲の超音波を照射することで感染部位を殺菌し、治療又は予防を行うことができる。この際皮膚の上からでなく、感染部位を切開して直接超音波照射を行うと、より効果が期待できるため好ましい。また、超音波の周波数及び照射強度に関しては、「ＪＩＳ０６０１−２−５：２００５医用機器−第２−５部：超音波治療機器の安全に関する要求事項」で示されている通り、照射する超音波の強度が３Ｗ／ｃｍ２以下の範囲、又は、「ＪＩＳＴ０６０１−２−３７医用電子機器−第２−３７部：医用超音波診断装置及びモニタ機器の安全に関する個別要求事項」で示されているように、減衰空間ピーク時間平均強度が７２０Ｗ／ｃｍ２以下でかつメカニカルインデックスが１．９以下の範囲、又は生体内で溶血が生じない範囲の周波数及び照射強度を満たす範囲の超音波を照射することで殺菌すると生体に作用させても生体に対する安全性が高く、好ましい。周波数が２０〜８００ｋＨｚの範囲であり、かつ、照射強度が０．０１〜３Ｗ／ｃｍ２の範囲であることがより好ましい。このような方法は上述した超音波照射装置によって容易に実現できる。
【実施例】
【００３６】
以下、実施例により本発明の実施の形態を説明するが、これらは本発明の範囲を制限するものではない。なお、以下の実施例及び比較例において、超音波照射装置として、伊藤超短波株式会社製、イトー  ＵＳ−１００の超音波治療機器を用いた。この超音波照射装置は、超音波を発生するプローブを備え、プローブに超音波の制御部を電気的に接続している。さらに液晶パネルと周波数及び照射強度を調整するダイヤルを有する制御部を備えている。制御部からは発振周波数７２０〜８８０ｋＨｚ、パルス周波数９０〜１１０Ｈｚ、照射強度０．０５〜３Ｗ／ｃｍ２の超音波を照射することができる。
【００３７】
［実施例１］
超音波処理（ｉｎ  ｖｉｔｒｏ（金属））
（１）金属プレート表面へのバイオフィルム形成
直径１０ｍｍ、厚さ２ｍｍの金属プレートをメシチリン感受性黄色ブドウ球菌（ＭＳＳＡ）（１×１０８ＣＦＵ／μｌ）入りのＴＳＢ培地（ｍｏｄｉｆｉｅｄ  Ｋｕｈｎ‘ｓ  ｍｏｄｅｌ）で３７℃にて２４時間培養し、十分に洗浄後、Ｂａｃｌｉｇｈｔ試薬にて染色した。
（２）処理
培養ウェルに生理食塩水を張り、水中にプローブを浸し、下記に示す周波数、照射強度、及び照射時間で金属プレート表面を超音波処理した。この際、バイオフィルムを形成した金属プレート表面に端子は触れないようにした。後述の比較例と併せて結果を図２及び図３に示す。
超音波（１）：周波数８００ｋＨｚ、１Ｗ／ｃｍ２、３分照射。
超音波（２）：周波数８００ｋＨｚ、２Ｗ／ｃｍ２、３分照射。
超音波（３）：周波数８００ｋＨｚ、３Ｗ／ｃｍ２、３分照射。
超音波（４）：周波数８００ｋＨｚ、３Ｗ／ｃｍ２、１０分照射。
（３）殺菌評価
処理の前後でバイオフィルムの厚さと単位面積あたりの密度を測定することにより細菌の増殖抑制効果の指標とした。図２は、実施例１における処理前後のバイオフィルムの厚さの比較を示す図であり、図３は、実施例１における処理前後のバイオフィルムの密度の比較を示す図である。
【００３８】
［実施例２］
超音波処理（ｉｎ  ｖｉｖｏ（マウス））
（１）マウス生体内へのインプラントの埋め込み
直径５ｍｍ、厚さ１ｍｍの金属プレートをＭＳＳＡ（１×１０８ＣＦＵ／μｌ）入りのＴＳＢ培地（ｍｏｄｉｆｉｅｄ  Ｋｕｈｎ‘ｓ  ｍｏｄｅｌ）で３７℃にて２４時間培養し、十分に洗浄した。
（２）処理
バイオフィルムを形成した金属プレートを、未処理（Ｃｏｎｔｒｏｌ）、又は、下記に示す周波数、照射強度、及び照射時間で超音波処理した後、マウス浅殿筋内に埋め込み、感染症が成立するかを評価した。
Ｉ）未処理
ＩＩ）周波数８００ｋＨｚ、１Ｗ／ｃｍ２、３分照射。（Ｎ＝４）
ＩＩＩ）周波数８００ｋＨｚ、２Ｗ／ｃｍ２、３分照射。（Ｎ＝４）
ＩＶ）周波数８００ｋＨｚ、３Ｗ／ｃｍ２、１０分照射。（Ｎ＝４）
（３）結果
図４は、実施例２における結果の比較を示す図である。術後経過日数に対する光強度を示している。バイオフィルムを形成した金属プレートの未処理（Ｃｏｎｔｒｏｌ）では動物生体内に埋没した後も術後１、３日に光強度が７５００ＰＩから１５０００ＰＩ（光強度）へと高値（細菌の増殖）を示し、術後１０日においても約４０００ＰＩの多数の細菌が生存している値を示す。一方で、超音波処理では３条件とも術後１日目には光強度が３０００ＰＩ以下と細菌の生存をみとめず、１０日経過しても感染症は成立していない。
【００３９】
［実施例３］
超音波処理（ｉｎ  ｖｉｔｒｏ（マウス大腿骨表面））
（１）マウス大腿骨表面へのバイオフィルム形成
マウス大腿骨（図５）をＭＳＳＡ（１×１０８ＣＦＵ／μｌ）入りのＴＳＢ培地（ｍｏｄｉｆｉｅｄ  Ｋｕｈｎ‘ｓ  ｍｏｄｅｌ）中で３７℃にて２４時間培養し、十分に洗浄し、バイオフィルム形成マウス大腿骨を作成した。
（２）処理
培養ウェルに生理食塩水を張り、水中にプローブを浸し、周波数８００ｋＨｚ、照射強度３Ｗ／ｃｍ２で、バイオフィルム形成マウス大腿骨を部分的に超音波処理した。
（３）結果
図６は、実施例３における処理前後の比較を示す図であり、図５に示されたマウス大腿骨をバイオフィルムが視認できるように示されている。マウス大腿骨の両端に主にバイオフィルムが形成されている。図６（ａ）が超音波処理前を示し、図６（ｂ）が超音波処理後を示している。超音波処理後には大部分のバイオフィルムが除去されていることが示されている。
【００４０】
［比較例１］
（１）バイオフィルムの培養
実施例１と同様に直径１０ｍｍ、厚さ２ｍｍの金属プレートをＭＳＳＡ（１×１０８ＣＦＵ／μｌ）入りのＴＳＢ培地（ｍｏｄｉｆｉｅｄ  Ｋｕｈｎ‘ｓ  ｍｏｄｅｌ）で３７℃にて２４時間培養し、十分に洗浄後、Ｂａｃｌｉｇｈｔ試薬にて染色した。
（２）処理
ｉ）未処理（ＴＳＢ培地内でＭＳＳＡをそのまま維持した。）
ｉｉ）乾燥３分（培地とＭＳＳＡを乾燥条件下静置した。）
ｉｉｉ）生理食塩水洗浄３分（生理食塩水で洗浄した。）
ｉｖ）圧力洗浄３分（圧力水で洗浄した。）
ｖ）精製水洗浄３分（精製水で洗浄した。）
ｖｉ）セファメジン洗浄３分（手術部位感染症予防の第一選択薬として用いられるセファム系抗生物質で洗浄した。）
ｖｉｉ）１０倍希釈のポビドンヨード液洗浄３分（ポビドンヨード液を１０倍希釈した溶液で洗浄した。）
ｖｉｉｉ）オキシドール洗浄３分（オキシドールで洗浄した。）
すべての金属を処理後に生理食塩水で３回洗浄した。
【００４１】
（まとめ）
図２を参照すると、未処理、生理食塩水洗浄、精製水洗浄、セファメジン洗浄、ポビドンヨード液洗浄、オキシドール洗浄では処理前後でバイオフィルムの厚さに変化は見られず、乾燥処理と圧力洗浄処理にてごく軽度のバイオフィルム除去効果がみられる。驚くべきことに４つの超音波処理（１）〜（４）では有意なバイオフィルムと細菌の除去効果がみられた。図３を参照すると、超音波処理以外の処理前後でバイオフィルムの厚さに変化は見られなかったが、４つの超音波処理では劇的で有意なバイオフィルムの除去効果がみられた。すなわち、比較例の処理では、バイオフィルム又は病原体を形成抑制、除去、又は殺菌するための処理として不十分であるといえる。他方、４つの超音波処理では、電子顕微鏡画像にてバイオフィルムが除去されたことを確認した。すなわち、４つの超音波処理では、バイオフィルム又は病原体を形成抑制、除去、又は殺菌するための処理が十分になされたといえる。
以上より、適切な周波数及び照射強度により超音波照射を行うことで、医療機器の表面上に形成されたバイオフィルム又は病原体を形成抑制、除去、又は殺菌できることが判明した。
【００４２】
図４に示すように、バイオフィルムを形成した金属プレートを未処理のままマウスの体内に移植すると、光強度が、感染の目安である４０００ＰＩを大幅に上回る値を示し、感染症が成立する。これに対し、バイオフィルムを形成した金属プレートを超音波処理した後で洗浄することなくマウスの体内に移植した実施例２では、光強度は３０００以下を示し増加せず、従って、感染症が成立していない。
以上より、表面にバイオフィルムが形成された医療機器に対して超音波照射することによって、感染症の予防が行えることが判明した。
【００４３】
金属製インプラント上のバイオフィルムのみでなく、マウス大腿骨に形成したバイオフィルム（図６（ａ））も同様に超音波照射処理により図６（ｂ）に示すように、バイオフィルムを除去できることが判明した。以上のように、マウス大腿骨にバイオフィルムが形成されたということは、過去の報告通り生体組織上にもバイオフィルム又は病原体が形成され得ることを示し、さらには生体組織上のバイオフィルム又は病原体においても、インプラントと同様に超音波処理によりその表面のバイオフィルム又は病原体の形成抑制、除去、又は殺菌の処理が可能であることを示している。
【符号の説明】
【００４４】
１    超音波照射装置
２    超音波発生部
３    制御部
４    操作部
５    電源部
６    筐体
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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