(57)【要約】【課題】誘電体バリア放電等を利用したグロー状プラズマを活用したマイルドなプラズマデバイスを適用することで、低温度なプラズマで熱負荷が極めて少なく、操作性、安全性、生体への負荷低減を図ることができるプラズマ照射装置を提供する。【解決手段】ガスを供給する誘電体などの１本以上の絶縁物管、誘電体などの絶縁物に被覆された電力を供給する電極、前記１本以上の管及び前記電極を取り付けるための誘電体で形成された放電室からなり、放電室のガス導入口にガスを拡散させるための機構を設け、前記放電室の外部に接地電極を取り付け、放電室内に滞留したガスを放電させプラズマを生成し、放電室に取り付けられたノズルからプラズマを噴出させるプラズマ照射装置において、放電室内にて一度ガス及びプラズマを滞留させてからプラズマを噴射することを特徴としたプラズマ照射装置。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ガスを供給する誘電体などの１本以上の絶縁物管、誘電体などの絶縁物に被覆された電力を供給する電極、前記１本以上の管及び前記電極を取り付けるための誘電体で形成された放電室からなり、放電室のガス導入口にガスを拡散させるための機構を設け、前記放電室の外部に接地電極を取り付け、放電室内に滞留したガスを放電させプラズマを生成し、放電室に取り付けられたノズルからプラズマを噴出させるプラズマ照射装置において、放電室内にて一度ガス及びプラズマを滞留させてからプラズマを噴射することを特徴とするプラズマ照射装置。
【請求項２】
請求項１記載のプラズマ照射装置において、放電室の外部に接地電極を取り付けずに、放電室内に滞留したガスを放電させプラズマを生成することを特徴とするプラズマ照射装置。
【請求項３】
前記放電室に取り付けられたノズルは、放電室に複数の平行に取り付けられたノズルであることを特徴とする請求項１記載のプラズマ照射装置。
【請求項４】
前記放電室に取り付けられたノズルは、放電室に複数取り付けられたノズルの先端が１点に集まるように配置され、１点にプラズマを集束させて噴出させることを特徴とする請求項１記載のプラズマ照射装置。
【請求項５】
ガスを供給する誘電体などの１本以上の絶縁物管、誘電体などの絶縁物に覆われた電力が供給される電極板、前記電極板と対をなすように配置された誘電体で覆われた接地電極から構成され、放電室内に滞留したガスを放電させプラズマを生成し、放電室に取り付けられたノズルからプラズマを噴出させるプラズマ照射装置において、放電室内にて一度ガス及びプラズマを滞留させてからプラズマを噴射することを特徴とするプラズマ照射装置。
【請求項６】
前記接地電極は、傾斜を持たせて配置されたこと特徴とする請求項５記載のプラズマ照射装置。
【請求項７】
請求項６記載のプラズマ照射装置において、ノズル先端部にプラズマの回りからガスを供給するガス導入口を有していることを特徴とするプラズマ照射装置。
【請求項８】
請求項７記載のプラズマ照射装置において、装置各部を奥行き方向に伸長させ、シート状のプラズマジェットを形成させることを特徴とするプラズマ照射装置。
【請求項９】
請求項５記載のプラズマ照射装置において、ノズル先端部に誘電体で覆われた電極を配置し、正もしくは負に印加することで、ラジカルを含む電子もしくはイオンを放電部から引き出すことを特徴とするプラズマ照射装置。
【請求項１０】
請求項５記載のプラズマ照射装置において、誘電体に覆われた高圧側の電極を円弧状に形成し、誘電体に覆われた複数の接地電極が高圧側の電極と対をなすように円弧状に配置され、ノズルから噴出した各プラズマが１点に集束することを特徴とするプラズマ照射装置。
【請求項１１】
請求項５記載のプラズマ照射装置において、誘電体に覆われた高圧側の電極と対をなすように配置された誘電体に覆われた複数の接地電極との間で放電を行いプラズマを生成し、プラズマを多孔の複数箇所からシャワー状に取り出することを特徴とするプラズマ照射装置。
【請求項１２】
請求項７記載のプラズマ照射装置において、照射装置の外部を接地された金属で覆ったことを特徴とするプラズマ照射装置。
【請求項１３】
請求項１，２，３，４，５，９，１０，１１，１２のいずれか１項に記載のプラズマ照射装置において、装置各部を奥行き方向に伸長させ、シート状のプラズマジェットを形成させることを特徴とするプラズマ照射装置。
【請求項１４】
請求項１，３，４，５，８，９，１０，１１のいずれか１項に記載のプラズマ照射装置において、照射装置の外部を接地された金属で覆ったことを特徴とするプラズマ照射装置。
【請求項１５】
請求項１〜１４のいずれか１項に記載のプラズマ照射装置において、照射装置の最外部を誘電体等の絶縁物で覆っていることを特徴とするプラズマ照射装置。
【請求項１６】
請求項１〜１５のいずれか１項に記載のプラズマ照射装置に、セラミックメスを併設したことを特徴とするプラズマ照射装置。
【請求項１７】
請求項１〜１６のいずれか１項に記載のプラズマ照射装置に、止血補助剤噴射器を併設したことを特徴とするプラズマ照射装置。
【請求項１８】
請求項１〜１７のいずれか１項に記載のプラズマ照射装置において、圧電素子を用いた高周波電源から電力を供給することを特徴とするプラズマ照射装置。
【請求項１９】
請求項１〜１８のいずれかに１項に記載のプラズマ照射装置を用いて、プラズマジェットを被照射物に照射することを特徴とするプラズマ照射方法。
【請求項２０】
請求項１〜１８のいずれかに１項に記載のプラズマ照射装置を用いて、止血補助剤が塗布された被照射物にプラズマ照射することを特徴とするプラズマ照射方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、医療用のプラズマ装置に関し、特に、ハンド操作型止血装置（血管破断時の出血コントロールと止血、ならびに神経組織手術時の出血コントロールと止血用途）に関するものであり、内視鏡搭載型として内視鏡手術時における止血および剥離域のマーキング装置、生体の特定部位を対象とした減菌装置としても利用できる。
【背景技術】
【０００２】
バイオ応用を目指した大気圧環境下でのプラズマ研究がなされるようになり、例えば、非特許文献１に、ＲＦ帯域の電源を利用したアーク放電型を利用した内視鏡搭載型アルゴンプラズマ止血装置が、非特許文献２に、誘電体バリア放電を直接利用した止血装置が知られている。また、医療用に適用が可能と考えられる材料生成用若しくは材料への照射用放電装置として、特許文献１に、誘電体バリア放電を利用したジェット型の装置が、特許文献２に、グロー状の放電を利用したプラズマジェット型の装置がそれぞれ知られている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】国際公開ＷＯ２００５／１２５２８６号公報
【特許文献２】特開２０００−２８２２４３号公報
【非特許文献】
【０００４】
【非特許文献１】K. E. Grund et al., Endoscope Surgery 2 (1994) 42.
【非特許文献２】Sameer U. Kalghatgi, et al., IEEE TRANSACTIONS ON PLASMA SCIENCE 35, No. 5 (2007) 1559-1565.
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
従来のＲＦ電源を用いたアーク放電型の内視鏡搭載プラズマ装置（非特許文献１）は、人体へ電流を流し抵抗加熱による熱凝固を誘発しているため、使用方法によっては組織障害をきたす場合がある。しかも、従来のものは電気抵抗の少ない箇所へプラズマが移動するため操作性と安全性に難点があり、そのため、マイルドなプラズマ装置であってより安全で操作性の良い装置が求められている。そこで、誘電体バリア放電等を利用したグロー放電型プラズマを活用したプラズマデバイスを適用することが考えられている。この場合、特徴としては、低温度（常温程度）のプラズマであるため熱負荷が極めて少なく、熱以外の新たな凝固作用原理による止血方法となる。従って、操作性、安全性、生体への負荷低減等の利点がある。
【０００６】
しかしながら、従来の誘電体バリア放電を用いたグロー型プラズマを用いた装置（非特許文献２参照）は、比較的大きく操作性に難があること、人体を接地電極として扱い大気中で放電を行い、人体に電流が流れ易い、ストリーマー放電を生じ易いという問題があった。また、誘電体バリア放電を用いたジェット吹き出し型のプラズマ装置（特許文献１参照）は、生成されたプラズマを直接大気中に放出させるタイプであり、主に材料生成や材料の表面処理に用いることを主眼としており、条件によってはストリーマー放電等が生じることがあり、照射条件が変化するなど問題点があった。さらに、特許文献２では、比較的均質なグロー放電を生成してストリーマー放電の生成を抑えることができて被処理物の損傷を少なくすることができるようにしたものであるが、ガスを軸に沿って流すため、放電空間で十分な反応を生じさせることが困難であること、ジェット長が比較的短く被照射物に対する操作性が悪い、という問題点があった。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明のプラズマ照射装置は、ガスを供給する誘電体などの１本以上の絶縁物管、誘電体などの絶縁物に被覆された電力を供給する電極、前記１本以上の管及び前記電極を取り付けるための誘電体で形成された放電室からなり、放電室のガス導入口にガスを拡散させるため機構を設け、前記放電室の外部に接地電極を取り付け、放電室内に滞留したガスを放電させプラズマを生成し、放電室に取り付けられたノズルからプラズマを噴出させるプラズマ照射装置において、放電室内にて一度ガス及びプラズマを滞留させてからプラズマを噴射することを特徴とする。
また、本発明は、上記プラズマ照射装置において、放電室の外部に接地電極を取り付けずに、放電室内に滞留したガスを放電させプラズマを生成することを特徴とする。
また、本発明は、さらに、上記放電室に取り付けられたノズルは、放電室に複数の平行に取り付けられたノズルであることを特徴とする。
また、本発明は、さらに、上記放電室に取り付けられたノズルは、放電室に複数取り付けられたノズルの先端が１点に集まるように配置され、１点にプラズマを集束させて噴出させることを特徴とする。
また、本発明のプラズマ照射装置は、ガスを供給する誘電体などの１本以上の絶縁物管、誘電体などの絶縁物に覆われた電力が供給される電極板、前記電極板と対をなすように配置された誘電体で覆われた接地電極から構成され、放電室内に滞留したガスを放電させプラズマを生成し、放電室に取り付けられたノズルからプラズマを噴出させるプラズマ照射装置において、放電室内にて一度ガス及びプラズマを滞留させてからプラズマを噴射することを特徴とする。
また、本発明は、さらに、上記接地電極は、傾斜を持たせて配置されたこと特徴とする。
また、本発明は、上記プラズマ照射装置において、ノズル先端部にプラズマの回りからガスを供給するガス導入口を有していることを特徴とする。
また、本発明は、上記プラズマ照射装置において、装置各部を奥行き方向に伸長させ、シート状のプラズマジェットを形成させることを特徴とする。
また、本発明は、上記プラズマ照射装置において、ノズル先端部に誘電体で覆われた電極を配置し、正もしくは負に印加することで、ラジカルを含む電子もしくはイオンを放電部から引き出すことを特徴とする。
また、本発明は、上記プラズマ照射装置において、誘電体に覆われた高圧側の電極を円弧状に形成し、誘電体に覆われた複数の接地電極が高圧側の電極と対をなすように円弧状に配置され、ノズルから噴出した各プラズマが１点に集束することを特徴とする。
また、本発明は、上記プラズマ照射装置において、誘電体に覆われた高圧側の電極と対をなすように配置された誘電体に覆われた複数の接地電極との間で放電を行いプラズマを生成し、プラズマを多孔の複数箇所からシャワー状に取り出することを特徴とする。
また、本発明は、上記プラズマ照射装置において、照射装置の外部を接地された金属で覆ったことを特徴とする。
また、本発明は、上記プラズマ照射装置において、装置各部を奥行き方向に伸長させ、シート状のプラズマジェットを形成させることを特徴とする。
また、本発明は、上記プラズマ照射装置において、照射装置の最外部を誘電体等の絶縁物で覆っていることを特徴とする。
また、本発明は、上記プラズマ照射装置において、セラミックメスを併設したことを特徴とする。
また、本発明は、上記プラズマ照射装置において、止血補助剤噴射器を併設したことを特徴とする。
また、本発明は、上記プラズマ照射装置において、圧電素子を用いた高周波電源から電力を供給することを特徴とする。
また、本発明は、上記プラズマ照射装置を用いて、プラズマジェットを被照射物に照射することを特徴とするプラズマ照射方法。
また、本発明は、上記プラズマ照射装置を用いて、止血補助剤が塗布された被照射物にプラズマ照射することを特徴とするプラズマ照射方法。
【発明の効果】
【０００８】
本発明のプラズマ装置の効果を調べるために、イソフルランによる麻酔下でマウスの大腿大動脈を破断させて出血させ、同血管破断部にヘリウムプラズマジェットを照射した。照射直後から数秒以内で、血液凝固が生じて出血部を塞ぎ、これによって出血は停止した。病理組織学的には、熱による組織挫滅が観察されず、かわりにプラズマ照射によって生じた血餅が血管破断部を閉塞して、止血している事が確認された。更に、血管破断部を中心にプラズマジェットを集中できたので、指向性が良く操作性に優れていることが確認された。更に、間欠的にグロー状のプラズマが吹き出されるため、直流電流が原理的に流れにくい。病理検査により、プラズマの被照射部となった大腿動脈周囲の筋肉繊維組織は、表層より数十μｍまで細胞凝固が観察された。この結果から、本発明の装置が出血を効率良くコントロールしつつ、極めて軽度な組織侵襲しか与えない新規デバイスであることを示すと判断される。本発明は、従来技術（非特許文献１）に比べてより安全で医用適合性が高い装置と捉えられる。
また、本発明によるプラズマの止血作用は、レーザーメスや電気メスを使用した際に通常観察されるような、熱焼による組織挫滅で血管の破断部が塞がれることで止血させる機器とは原理が異なると考えられる。本発明によるプラズマの止血は熱が発生しないため、レーザー照射や電気通電によって発生した熱による組織破損を伴うタンパク質凝固に起因した止血ではなく、照射されたプラズマによって惹起された非加熱性の細胞組織タンパク質凝固変性（組織損傷を伴わずに凝固を促進する生理的現象）によるもので、病理組織学的には凝固壊死に類似する変化と考えられる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】図１は本発明の実施例を示した説明図である。
【図２】図２は本発明の変形例を示した説明図である。
【図３】図３は本発明の変形例を示した説明図である。
【図４】図４は本発明の変形例を示した説明図である。
【図５】図５は図４の変形例を示した説明図である。
【図６】図６は図５の変形例を示した説明図である。
【図７】図７は図４の変形例を示した説明図である。
【図８】図８は図４の変形例を示した説明図である。
【図９】図９は図４の変形例を示した説明図である。
【図１０】図１０は図５の変形例を示した説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
止血を行うための装置としては、絶縁を兼ねた放電室に対して、誘電体等の絶縁物で覆われた電極が放電室の内部に設置され、もう一方の電極（通常は接地電極）が放電室の外側に筒状に設置される。放電室に不活性ガス、もしくは不活性ガスと反応ガスの混合気体を側面に設けられた一カ所の導入口から導入する、または、不活性ガスと反応ガスをそれぞれ別の導入口から同時に導入する。その際、ガス導入部にガス拡散板を設けてガスを乱流状態にして各種ガスの混合を促進する機構を設けているので、従来のガスを軸に沿って流すものに比べて放電室内で十分な反応を生じさせることができ、軸方向の長さも短くすることができる。そして、内部電極と外部電極の間に交流電界を印加することにより大気圧下で誘電体バリア放電を利用したグロー状の放電を発生させる。放電室からプラズマジェットを吹き出すようにノズルが取り付けられたプラズマ照射装置に関する。外側の電極がない場合で放電を行う形態もある。
【００１１】
使用する電圧の周波数としては、１ｋＨｚから１０ＧＨｚ程度であり、後述する実施例では、２０ｋＨｚを用いた。ガスは、不活性ガスを主に用いるが、活性ガスとの混合ガス、もしくは、不活性ガスと活性ガス等を同時に別の導入口から用いても良い。絶縁物としての誘電体は、誘電率２０００以下が好ましく、通常は、シリコン、石英、アルミナ等を用いる。ノズル先端部の口径は直径約１ｍｍ程度である。
【実施例】
【００１２】
以下、本発明を実施例によって具体的に説明する。
図１は本発明の一実施例を示した図であり、図１に示すように、内部電極は銅線等で形成され、シリコン等の絶縁物で覆われている。放電室は、石英、アルミナ、塩化ビニール等の絶縁物で形成されており、外部電極は接地される。内部電極に印加される交流電圧の周波数は、２０ｋＨｚ、印加電圧は±１０ｋＶであり（昇圧トランスを利用）、ガス供給管から、希ガス、ここではヘリウムガスを流量を２Ｌ／ｍｉｎで、放電室の側面より放電室内へ導入し、放電を行い、ノズルからプラズマを噴出させて、プラズマジェットを発生させた。本実施例では、ガス供給管から放電室の側面より放電室内へガスを導入し、さらに、ガス導入部にガス拡散板を設けてガスを乱流状態にして放電室内で十分な反応を生じさせて放電を行うので、従来の軸に沿ってガスを導入する場合に比べてガス及びプラズマが放電室内に滞留して放電室内で十分な反応を生じさせることができる、また、放電室の軸方向の長さを短くすることもできる。
【００１３】
被照射物であるイソフルラン麻酔下のマウスを絶縁された台の上に置き、図１の装置で段落００１２に記載の条件のプラズマを、大腿動脈破断させて出血させた領域に照射した。大腿動脈から流れ出る血液は、数秒〜10秒内で止血された。
【００１４】
以下に、本発明の変形例を説明する。
【００１５】
（変形例１）
図２は、図１に記載の本発明のプラズマ照射装置において、プラズマを吹き出すノズル部分を２カ所以上に変形し、かつ、ノズルを平行に並べたプラズマ照射装置。
【００１６】
（変形例２）
図３は、図１に記載の本発明のプラズマ照射装置において、プラズマを吹き出すノズル部分を２カ所以上に変形し、かつ、１点にプラズマを集束させるようにノズルを配置したプラズマ照射装置。
また、ノズルを２カ所以上に変形する代わりに、図１に記載の本発明のプラズマ照射装置を複数台利用し、プラズマジェットを１点に集束させてもよい。
また、ノズル部に、カテーテル等のチューブを取り付け、カテーテル等のチューブ先端からプラズマジェットを照射してもよい。
また、本発明のプラズマ照射装置に、セラミックメスを併設してもよい。
また、本発明のプラズマ照射装置に、止血補助剤噴射器を併設してもよい。そして、止血補助剤を塗布した被照射物にプラズマを照射すれば止血がより効果的に行える。
【００１７】
（変形例３）
図４は、ガスを側面から導入する導入口を有し、電圧印可側の電極を円形状等に大きくし、それと対をなす様に接地電極を配置し、それら電極の回りを絶縁物で覆うことで放電室を形成し、誘電体バリア放電を生じさせ、プラズマを穴（ノズル）から噴出させることを特徴とするプラズマ照射装置である。この変形例においても、ガス及びプラズマは放電室内に滞留し、放電室内で十分な反応を生じさせることができるし、また、放電室の軸方向の長さを短くすることもできる。
【００１８】
（変形例４）
図５は、図４に示したプラズマ照射装置をさらに改良したものであり、ガスを側面から導入する導入口を有し、電圧印可側の電極を円形状等に大きくし、それと対をなすと共に傾斜を持たせた接地電極を配置し、それら電極の回りを絶縁物で覆うことで放電室を形成し、誘電体バリア放電を生じさせ、プラズマを穴（ノズル）から噴出させることを特徴とするプラズマ照射装置である。さらに、不活性ガスをプラズマ流に対して外から平行に流すことで、酸素等との反応によるプラズマジェットの減衰を抑制する。または、反応ガスや粒子等を混入し、反応させることもできる。
【００１９】
（変形例５）
図６は、図５に示したプラズマ照射装置に対して、装置各部を奥行き方向に伸長させ、シート状のプラズマジェットを形成させることを特徴とするプラズマ照射装置である。
【００２０】
（変形例６）
図７は、図４に示したプラズマ照射装置に対して、ノズル部に電極を配置し（誘電体等の絶縁物に完全に覆われている場合を含む）、正もしくは負に印加することで、ラジカルを含む電子もしくはイオンを引き出すことが可能なプラズマ照射装置である。
【００２１】
（変形例７）
図８は、図４に示したプラズマ照射装置に対して、高圧側の電極を円弧状にし、誘電体に覆われた複数の電極（接地）が対をなすように配置し、プラズマジェットが１点に集束することを特徴としたプラズマ照射装置である。
【００２２】
（変形例８）
図９は、図４に示したプラズマ照射装置に対して、誘電体に覆われた複数の電極（接地）が対をなすように配置され、プラズマを複数箇所から取り出することを特徴としたプラズマ照射装置である。
【００２３】
（変形例９）
図１０は、図５に示したプラズマ照射装置に対して、安全性を強化するために装置の外側を金属等（接地）で覆ったこと特徴としたプラズマ照射装置。
【産業上の利用可能性】
【００２４】
本装置は、医療用の止血装置や滅菌装置としての使用を念頭においているが、プラズマジェットを各種材料へ照射して機能修飾を行うことや、反応ガス等と組み合わせることでクリーニング・エッチング等の目的にも使用可能であることから、工業用の用途などにも適用できる。
【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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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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