JP4324673B2 - ペルチェモジュールによる凍結治療装置 - Google Patents

Description

本発明は、ペルチェモジュールを用いて患部を急速冷却および急速加熱の温度制御をすることによって皮膚癌または疣、痣、シミ等の病変部を壊死させ切除する凍結治療装置に関する。

冷凍療法は、皮膚の種々の良性、悪性腫瘍、色素性病変に対して皮膚科外来で日常的に行われている治療である。冷凍療法は、患者に与える苦痛が少ない、液体窒素があれば容易に行えるなどの利点があるが、その反面、現在行われている冷凍療法は、外科的切除、レーザー療法と異なり、凍結範囲を３次元的に制御することは不可能で、もっぱら術者の経験と感により調節されている。従って、しばしば、不必要に周囲の正常組織を冷凍し結果的に水疱を形成して患者に苦痛を与えたり、また、治療が不十分で目的とする腫瘍の治療が不十分であったりする。そのため、この治療範囲を制御できる凍結療法の有用性は極めて大きい。

かかる問題を解決するために、ｐ型とｎ型の単体のペルチェ半導体と電極で構成されるペルチェ素子を用いた微小温度制御装置が開発され、皮膚科治療に用いられようとしている。例えば、特許文献１では、電極とヒートシンクを一体化することによりコンパクトな凍結治療装置が達成され、特許文献２では、ペルチェ素子を用いた凍結治療装置先端の形状を変えることによってより小さな領域の温度制御を可能としている。さらに、非特許文献１では、冷媒に固形二酸化炭素つまりドライアイスを用いて、ペルチェ素子を用いた凍結治療装置のヒートシンクを冷却している。

かかる技術では、微小領域の冷却制御が可能となったが、温度制御部にペルチェ半導体を組み込んだペルチェ素子を使用しているために、装置の製作が難しく、製品の価格も高い欠点があった。また、冷媒にドライアイス等を用いる場合、皮膚科の医院でドライアイスを保存するための経費がかかる欠点があった。
特開２００２−１７７２９６ 公報 特開２００４−２６１２１０ 公報 円山重直・武山誠・酒井清吾・藤間克己：非平衡ペルチェ素子を用いた凍結治療器の開発と伝熱制御、第40回日本伝熱シンポジウム、講演論文集２、広島、(2003-5)、555-556頁．

これまでの凍結療法は、綿球にしみこませた液体窒素、液体窒素で冷やした金属、あるいは、液体窒素のスプレーなどの凍結範囲を制御できない治療方法であった。そのため、過度な冷凍、また、不十分な冷凍による治療がしばしばなされている。また、術者の毎の個人差、また、同一術者でも治療毎の凍結強度の変化が避けられない。ペルチェ素子を用いた凍結装置は、電流の強さ、冷却時間を制御することにより凍結範囲を制御することが可能であり、また、この２つのパラメーターを一定にすることにより術者間の差、治療毎の差も生じない治療が可能となる。また、ペルチェ素子を用いた凍結治療装置は微小領域の冷凍治療には適しているが、装置の構造と製作が困難で装置価格が高価になる問題があった。

一方、皮膚科治療においては、直径５ｍｍ程度の領域以上の冷凍治療を行う必要があり、必ずしも、極微細領域の冷凍治療が必要でない。

本発明は、従来のペルチェ素子を用いる凍結治療装置を簡便化し、市販のペルチェモジュールを使用した実用性の高い皮膚治療を目的とする凍結治療装置を提供することを目的としている。

本発明によれば、少なくとも２面を持ち、一方の面が凍結治療対象物に接触する先端チップと、少なくとも２面を持つペルチェモジュールと、前記ペルチェモジュールを低温に保つヒートシンクと、液体窒素を入れて前記ヒートシンクを冷却する内筒と、前記先端チップ、前記ペルチェモジュール、前記ヒートシンクおよび前記内筒を収納する気密性のある外筒と、前記ペルチェモジュールの通電電流を逆転制御するパワーモジュールと、前記ペルチェモジュールの温度を制御する温度制御コンピュータとを有し、前記先端チップの他方の面と前記ペルチェモジュールの一方の面とが接触し、前記ペルチェモジュールの他方の面と前記ヒートシンクとが接触するよう配置され、前記先端チップ、前記ペルチェモジュール、前記ヒートシンクおよび前記内筒と、前記外筒との隙間に二酸化炭素ガスが充填されていることを、特徴とする凍結治療装置が得られる。

本発明によれば、前記温度制御コンピュータが前記パワーモジュールの通電電流逆転制御を複数回可逆的に制御できるよう構成したことを特徴とする凍結治療装置が得られる。

本発明によれば、前記温度制御コンピュータは、前記パワーモジュールの通電電流逆転制御を与えられたシークエンスに従って自動的に制御可能であることを、特徴とする凍結治療装置が得られる。

本発明によれば、前記内筒は弾性を有するベローズまたはフレキシブルチューブから成り、前記内筒の弾性により前記ペルチェモジュールと前記先端チップとが圧着されていることを、特徴とする凍結治療装置が得られる。

本発明によれば、製作の難しいペルチェ素子に比べて製作が容易で安価な市販のペルチェモジュールを使用するので製作が容易で冷却面積が比較的大きい凍結治療装置が達成され、有効に皮膚の凍結治療を行うことが出来るという効果が得られる。また、凍結患部を解凍したり、再凍結を繰り返したりすることにより、標的病変における細胞壊死率を向上させることが可能となる。

また、ヒートシンクを液体窒素で冷却することによって、ペルチェモジュールの冷却速度を向上させるとともに、二重容器隙間部に充填させた二酸化炭素を昇華させ真空断熱効果を得ることが出来、断熱厚さを減少できる効果がある。

以下、本発明の実施の形態について図面を参照しながら説明する。
図１は本発明に関し、通常断熱材を用いた凍結治療装置の概略構成を示す図である。図１を参照すると、ペルチェモジュール１が熱伝導生の良いアルミニウムや銅などで製作される先端チップ２と熱伝導の良い金属で製作されたヒートシンク５に挟まれている。ヒートシンク５は、液体窒素９を収納する内筒６にハンダ等で接着されている。ペルチェモジュール１と先端チップ２やヒートシンク５はシリコーンゴム接着剤や熱伝導性グリースなどで接着され、熱応力がかからない構造となっている。

ペルチェモジュール１は一辺が６ｍｍから５０ｍｍの正方形または長方形であり、先端チップ２の皮膚と接触する被温度制御面３は直径３ｍｍから５０ｍｍである。前記先端チップ２は少なくとも２面（第１１面および第１２面、不図示）を持ち、前記被温度制御面３は第１１面に相当し、凍結治療対象物と接触する。またペルチェモジュール１も少なくとも２面（第２１面および第２２面、不図示）を持ち、前記第１２面と前記第２１面が接触する。そして、前記２２面と前記ヒートシンク５とが接触する構造となっている。

これらの装置は金属またはプラスチック製の外筒７に覆われており、内筒６と外筒７の間を発泡ポリウレタンや発泡ポリスチレン等の断熱材１０が充填されている。その断熱層厚さは、大略１０ｍｍから３０ｍｍ程度である。

先端チップ２の被温度制御面３近傍に温度センサー４が装着され、温度制御コンピュータ１２ならびにパワーモジュール１３を介してペルチェモジュール１の温度制御を行う。

まず内筒６に液体窒素９を入れてヒートシンク５を冷却するとき、ペルチェモジュール１は加熱モードで作動し、先端チップ２の温度を大略体温程度に保っている。凍結治療装置を皮膚腫瘍、色素性病変の患部に接触させてからペルチェモジュール１の電流を逆転させ急速冷却を行う。その時、温度センサー４の温度をモニターすることによって、皮膚組織の過冷却解除を関知し患部の組織の凍結開始をモニターし、冷却時間とペルチェモジュール１の通電電流を制御することにより、患部の凍結深さを制御し、皮下組織１６などの健康部位の凍結を防止する。

さらに、ペルチェモジュール１の電流を逆転することにより、凍結患部を解凍し、患部の細胞壊死率を高めることも可能である。この制御を与えられたシークエンスに従って自動的に制御することも可能である。温度制御コンピュータ１２とパワーモジュール１３は一体化して装置に組み込むことも可能である。

また、本発明に関し、温度制御法は、ペルチェモジュールを用いる本凍結治療装置に限定されるものではなく、ペルチェ素子を用いた温度制御法にも適用できる。本発明に関し、ペルチェ素子を用いた凍結治療装置は図１あるいは図２においてペルチェモジュール４をペルチェ素子に置き代えたもので特に図示しない。ペルチェ素子を用いた凍結治療装置においても前記先端チップ２は少なくとも２面（第３１１面および第３１２面、不図示）を持ち、前記被温度制御面３は第３１１面に相当し、凍結治療対象物と接触する。またペルチェ素子１も少なくとも２面（第３２１面および第３２２面、不図示）を持ち、前記第３１２面と前記第３２１面が接触する。そして、前記３２２面と前記ヒートシンク５とが接触する構造となっている。

図２は、本発明の実施の形態による、二酸化炭素充填層を用いた凍結治療装置の概略構成を示す図である。図２を参照すると、内筒１７はベローズやフレキブルチューブで製作され、ヒートシンク５とハンダ等で接合されている。装置１，２，５，１７は気密性のある外筒１８に収納され、その隙間に大略大気圧程度の二酸化炭素ガスが充填されている。内筒１７と外筒１８はＯリング２０を介して接合され、内筒１７と外筒１８の隙間の気密を保っている。温度センサー４やペルチェモジュール１の導線は気密コネクタ２１を介して接続されている。本発明の形態によると、フレキシブルチューブの弾性で、ペルチェモジュール１と先端チップ２を圧着しているため、液体窒素９を入れたときに容器が温度収縮してもペルチェモジュール１に適当な圧着力が作用する利点がある。

本装置が作動していないとき、二酸化炭素１９は単なるガス層として熱を伝えるが、装置動作時に液体窒素９を内筒１７に充填すると内筒１７が極低温になり二酸化炭素１９がドライアイスとして内筒１７外壁に昇華付着する。この作用によって、隙間が真空状態となり、高性能断熱が達成される。

本発明の作用によって、薄い断熱層厚さで液体窒素９の断熱が可能となるので、装置がコンパクトになり医師の治療がしやすくなる。従来の真空断熱を使った極低温プローブは、高度な真空容器にしたり、常に真空ポンプで吸引したりして使用していた。本発明の断熱層によれば、装置を使用しないときは、この隙間は大気圧となっているので、高度な真空容器が必要とならない。この、真空断熱機構は、液体窒素９等の極低温冷媒を使用する全ての真空断熱層に適用されるもので、本凍結治療装置に限定されるものではない。

本発明に係るペルチェモジュールによる凍結治療装置は、各種皮膚腫瘍、色素性病変等冷凍凍結削除や、その他の人体部位の部分凍結や加熱を行う医療の様々な分野に広く適用できる。

特に、皮膚の疾患部位を、健常部位を切除することなく正確に取り除くことが出来る。また、冷凍治療は治癒後の組織快復が良好なので医療および美容外科等に広く用いることが出来る。

本発明に関し、通常断熱材を用いた凍結治療装置の断面図である。 本発明の実施の形態による、二酸化炭素充填層を用いた凍結治療装置の断面図である。

１ ペルチェモジュール
２ 先端チップ
３ 被温度制御面
４ 温度センサー
５ ヒートシンク
６ 内筒
７ 外筒
８ スペーサー
９ 液体窒素
１０ 断熱材
１１ ふた
１２ 温度制御コンピュータ
１３ パワーモジュール
１４ 表皮
１５ 真皮
１６ 皮下組織
１７ フレキシブルチューブ製内筒
１８ 気密外筒
２０ Ｏリング
２１ 気密コネクタ

Claims (4)

1. 少なくとも２面を持ち、一方の面が凍結治療対象物に接触する先端チップと、
   少なくとも２面を持つペルチェモジュールと、
   前記ペルチェモジュールを低温に保つヒートシンクと、
   液体窒素を入れて前記ヒートシンクを冷却する内筒と、
   前記先端チップ、前記ペルチェモジュール、前記ヒートシンクおよび前記内筒を収納する気密性のある外筒と、
   前記ペルチェモジュールの通電電流を逆転制御するパワーモジュールと、
   前記ペルチェモジュールの温度を制御する温度制御コンピュータとを有し、
   前記先端チップの他方の面と前記ペルチェモジュールの一方の面とが接触し、前記ペルチェモジュールの他方の面と前記ヒートシンクとが接触するよう配置され、前記先端チップ、前記ペルチェモジュール、前記ヒートシンクおよび前記内筒と、前記外筒との隙間に二酸化炭素ガスが充填されていることを、
   特徴とする凍結治療装置。
2. 前記温度制御コンピュータが前記パワーモジュールの通電電流逆転制御を複数回可逆的に制御できるよう構成したことを特徴とする請求項１記載の凍結治療装置。
3. 前記温度制御コンピュータは、前記パワーモジュールの通電電流逆転制御を与えられたシークエンスに従って自動的に制御可能であることを、特徴とする請求項１または２記載の凍結治療装置。
4. 前記内筒は弾性を有するベローズまたはフレキシブルチューブから成り、前記内筒の弾性により前記ペルチェモジュールと前記先端チップとが圧着されていることを、特徴とする請求項１、２または３記載の凍結治療装置。