JP2007504921A - 光活性殺菌方法 - Google Patents

Abstract

本発明は、光活性殺菌に関し、特に口腔内の光活性殺菌に関する。所定の波長および電力で光を発生する光源と、前記光を前記光源から歯の少なくとも１つの外側面に導く光伝送手段とを備えた歯科用装置が記載されている。好ましくは、前記光伝送手段は、少なくとも１つの光ガイドを含む。好適な実施形態では、前記光伝送手段は、ほぼ平行に延びる一対の光ガイドからなり、各光ガイドは光ガイドに沿った光伝送方向に対して４５°に傾斜した反射面を設けた先端部を有する。前記光ガイドの前記反射面は、各光ガイドから放射される光が平行であるが逆向きになるように対向している。好ましくは、前記光源は、１つの発光ダイオードまたは発光ダイオードのアレイであって、５５０〜６９０ｎｍ、より好ましくは６００〜６８０ｎｍ、さらに好ましくは６２５〜６６０ｎｍの波長を有する。

Description

本発明は、光活性殺菌方法に関し、特に口腔内の光活性殺菌方法に関する。

ＥＰ６３７９７６号は、レーザ光の照射によって口腔の病気に関わる細菌を殺菌するために感光性化合物を使用することを開示している。その方法は、治療部位に接近して、組織、損傷または病変に感光性化合物を接触させて、その感光性化合物によって吸収される波長でレーザ光を前記組織等に照射するものである。
ＥＰ６３７９７６号

例えば、この方法は、虫歯治療のための最小限の侵襲性の方法および装置を開示する、我々の先行する特許出願ＷＯ００／６２７０１号においてさらに展開されている。歯の外表面からカリエス病変部位に小さい穴を開ける。それから、ＥＰ６３７９７６号に開示されるような感光性化合物がカリエスの象牙質に埋め込まれる。そして、前記穴に光ファイバが挿入される。この光ファイバの基端部はレーザ光発生器に接続されている。光ファイバの先端部は、歯の空洞のほぼ全体に光を拡散するように形成されている。感光性化合物として、我々は、波長６３５ｎｍで電力約１００ｍＷのレーザ光で活性化するトルイジンブルーＯ（ＴＢＯ）の使用について言及した。

この方法は、高い効果が見出されている。しかしながら、適当なレーザ光の発生源が高価であり、治療部位に接近して光を照射する必要がある。本発明は、このような不都合に鑑みて考案されたものである。

１つの態様として、本発明は、所定の波長および電力で光を発生する光源と、この光源から歯の少なくとも１つの外部部位に光を導く光伝送手段とを備えた歯科用装置を提供する。

好ましくは、前記光伝送手段は、少なくとも１つの光ガイドを含む。

より好ましくは、前記光伝送手段は、歯の２つの外部部位に光を照射する一対の光ガイドを含む。

２つの外部表面に露光する場合、各光ガイドは、それぞれの光源から光を受け取ることが好ましい。しかしながら、別の実施形態では、複数の表面を照射するために、装置は、光源からの光を複数の光ガイドに分配する手段を有する単一の光源を備える。

好適な実施形態において、前記光伝送手段は、ほぼ平行に延伸する一対の光ガイドからなり、各光ガイドは、光ガイドに沿った光伝送方向に対して４５°に傾斜した反射面が設けられた先端部を有し、前記光ガイドの反射面は、各光ガイドから放出される光が平行であるが逆方向を向くように対向している。

前記光源は、フィルタがかけられた白光源であることが適している。好ましくは、前記光源は、１つの発光ダイオードまたは発光ダイオードのアレイである。好ましくは、前記光は、５５０〜６９０ｎｍ、より好ましくは６００〜６８０ｎｍ、さらに好ましくは６２５〜６６０ｎｍの波長を有する。

１つの実施形態において、前記装置は、補助光源と補助光伝送手段とをさらに有し、前記補助光伝送手段は歯の空洞内に挿入可能な形状および寸法をなしている。

また、本発明は、口腔または口腔内の損傷または病変の殺菌方法を提供するもので、この方法は、組織、損傷または病変(tissues, wound or lesion)に感光性化合物を接触させ、前記組織、損傷または病変に前記感光性化合物に吸収される波長の光を照射するものである。

前記方法は、光源が１つの発光ダイオードまたは発光ダイオードのアレイであることを特徴とする。

好ましくは、前記組織、損傷または病変は上述した装置を用いて照射される。

好ましくは、前記感光性化合物は、トルイジンブルーＯ、メチレンブルー、ジメチレンブルーまたは瑠璃色塩化物(azure blue chloride)から選択される少なくとも１つの感光性物質を含む。より好ましくは、前記感光性化合物は、トルイジンブルーＯである。最も好ましくは、前記感光性物質は、純度および異性体比率が維持されているＴＢＯの医薬グレード(pharmaceutical grade)である「トロニウム塩化物(tolonium chloride)」の形態のトルイジンブルーＯである。

好ましくは、前記光は、５５０〜６９０ｎｍ、より好ましくは６００〜６８０ｎｍ、さらに好ましくは６２５〜６６０ｎｍの波長を有する。最も好ましくは、前記波長は約６６０ｎｍまたは約６２５ｎｍである。

好ましくは、前記感光性物質の濃度は、１〜２００μｇ／ｍｌの範囲である。

本発明の前記および他の態様は、添付図面を参照して、単なる例示の方法でより詳細に後述される。

本発明において、我々は、コンパクトで安価な光源であることから、発光ダイオード（ＬＥＤ）を使用することを探求した。発光ダイオードは、実質的な出力電力を有する、一般に６００個以上からなる複合アレイとして利用可能である。出力波長の広がりは、レーザと比較して狭くはないが、歯の硬質および軟質組織伝達におけるトルイジンブルーＯまたは他の変形例の吸収特性のような重要ないかなるパラメータよりも実質的にさらに狭い。

本発明は、感光性化合物としてのＴＢＯの溶液(solution)の使用について説明されているが、ここに示される原理は他の感光性化合物についても等しく適用可能である。

トロニウム塩化物の濃度は、特定の適用と選択された波長とに依存する。我々は、１２μｇ／ｍｌのカリエスには６３５ｎｍが最適であると判断した。より長い波長と、活発な希釈が起こり得る特に歯周病などの他の適用は、より高い濃度を必要とする一方、より短い波長はより低い濃度を必要としてもよい。したがって、濃度は、１〜２００μｇ／ｍｌの範囲全体に収まることが好ましい。

光源波長をＴＢＯ吸収曲線の最大値に合致させるには、従来の溶液を活性化させるために使用されるレーザでは６３５ｎｍが選択される。これは、光源が必要とする電力を最小限にすることが従来から知られている。本発明では、約６６０ｎｍよりも長い波長、および約６２５ｎｍよりも短い波長のいずれもが選択される。６６０ｎｍより長い波長では、ＴＢＯの特定の濃度は、６３５ｎｍの吸収率の約３分の１の吸収率を有する。このような波長選択の第１の理由は、高出力装置の利用可能性である。第２に、この波長では、歯の硬質組織を通っての伝達を改善でき（５ないし１０％増加）、特に歯周病の治療では歯肉の非常に血管化した(vascularised)軟質組織を通っての伝達を改善できる（約２０ないし２５％増加）ことが利点である。

一方、約６２０ｎｍのより短い波長は、トロニウム塩化物の吸収の第２の最大値に合致させるのに使用され、通常の組織伝達が重要な要因ではない表面の病気の治療では特定の値にできる。また、この短い波長帯では高出力装置も使用可能になる。

実験結果は、予想通りに、最適なＴＢＯ濃度を使用したときに高いバクテリア殺菌効果を得るにはエネルギー依存性があることを立証した。すなわち、殺菌レベルは、所定時間内に放出された電力によって表される吸収エネルギーに直線的に関係する。直接的に調べられてはいないが、治療面積および放射部(emitter)の大きさや形状の幾何学的な知識が与えられれば、重要なパラメータすなわち吸収エネルギー密度（ＡＥＤ）を推定することが可能である。すなわち、我々は、円柱状放射部（図１参照）から放射される６３５ｎｍの光によって歯根管内の９９．９％殺菌を達成できるＡＥＤを知っている。

また、我々は、ＴＢＯの最適濃度が立証されていることも知っている。ＴＢＯ濃度が最適値を越えて増加するにつれて効力が減少するのは、治療箇所を通る光伝達を制限する吸収が付随的に増加するためと考えられる。

この知識を用いて、本発明での状況を推定するのに計算を行うことができる。

図１は、ＷＯ００／６２７０１に開示された構成についての吸収エネルギー密度の簡単な計算のために用いられるモデルの概略図である。光は、レーザ（図示せず）から光ファイバ１０を介して放射部１１に伝送される。歯根管が１３が穿設されている歯が符号１２で表されている。放射部１１は、準備された歯根管１３にほぼ合致する円柱状である。歯根管１３の平均直径は０．８ｍｍで、その長さは約１５ｍｍである。したがって、治療面積は、面積＝πｄＬ＝０．４ｃｍ^２である。

（いくらかの象牙質内への貫通を含む）歯根管の内面にＴＢＯを使用してのこの幾何学形状での高い殺菌効果は、１００ｍＷの電力で１２０秒間の露光で達成される。この場合の総放出エネルギーは、
（６３５ｎｍでの）放出エネルギー＝電力×時間
＝０．１×１２０
＝１２ジュール

そのとき、ＡＥＤは、単純化すれば、露光された面積全体への放出エネルギーであるから、ＡＥＤ＝３０Ｊ／ｃｍ^２となる。

ＴＢＯの吸収が６３５ｎｍにおける値の３分の１である約６６０ｎｍの波長に変更すると、同じ効力を得るには、他の全てのパラメータが同一であれば、ＡＥＤを９０Ｊ／ｃｍ^２と３倍にする必要がある。しかし、低吸収の波長での作動は、ＴＢＯ濃度の均衡のとれた増加(balancing increase in TBO concentration)を可能にする。もし、この変化が起きれば、ＡＥＤ（６７０）はＡＥＤ（６３５）と同じになる。これは目的遂行のための１つの好ましい例であるが、これに限定されない。基本的には、治療時間を延長することで、放出される投与量を常に達成することができる。操作者の観点からすると、ＡＥＤを３０Ｊ／ｃｍ^２に維持することがより好ましい。

我々の調査では、ＴＢＯ濃度の調整によって同一のＡＥＤを維持しながら６３５ｎｍに代えて約６６０ｎｍの波長を用いることができることが判明した。

研究所では、サンプルバクテリア「連鎖球菌変種」のプランクトン溶液内でＡＥＤレベルを決定するための研究を行った。この研究は、６３５ｎｍでのＡＥＤは上述した計算結果よりも低かったが、１５Ｊ／ｃｍ^２で７ないし８次数の大きさ(7 to 8 orders of magnitude)の高い殺菌効果が得られることを示した。また、前記研究は、感光性物質吸収が効力を制限しない薄層では、感光性物質濃度を増加させてもＡＥＤが減少しないという証拠を提供する。予備的結果の概要が図４のグラフに示される。図４のグラフは、トロニウム塩化物の（１０〜５０μｇ／ｍｌの間の）３つの異なる濃度でのバクテリア殺菌を（大きさの次数で）表す。この全ての場合において、エネルギー投与量は、１５Ｊ／ｃｍ^２とした。

ＷＯ００／６２７０１によって開示される方法では、治療領域すなわちカリエス病変に直に接触する等方性の光放射部１４を用いる。病変１５を内部から治療するものとして考えられている。ＴＢＯを先に適用すると、原因となるバクテリアを含む残りの組織がバクテリアを殺す(took it up)ことが確実になる。図２は、内面からの放射方向距離との関係においてＴＢＯおよび光強度の両方が同じような分布になるようにしたカリエス病変モデルを用いた状況を示す。歯科医は標準的大きさの歯根管を準備し、これにより計算がより正確になるので、ＡＥＤの計算に歯根管モデルを用いた。より短い露光時間を用いた臨床効果の立証によって明らかになったように幾分小さい平均ＡＥＤをカリエスモデルに適用した。

図２から、「内部露光」は、臨床的に効果が見込めるものであっても、局部的光強度およびＴＢＯ濃度の両方における同時低下という１つの特徴があることは明らかである。したがって、光強度およびＴＢＯ濃度をより均一な値にできることから、病変に外部から光照射する本発明による方法には明白なる利点がある。このことは、効果的に殺菌され得る部分的に病変した組織の深さを著しく増加させるものである。

最終的に、我々は、歯の中心にある病変においてＡＥＤを実現するために歯の外部においてどのくらいの電力が必要になるかを計算する。本発明にかかる光放射装置の実施形態を図３に示す。これはまた、露光される歯も示しており、必要な計算を容易にするものである。

ＬＥＤアレイ２０からの光は、一般には正方形、矩形または円形などの適当な断面を有する２つの光ガイド２１の基端部に直に連結されている。これらの光ガイド２１は、一般にガラス製で、ＬＥＤの発光領域にほぼ合致する約５ｍｍの横幅を有するのが好ましい。その末端部には、各ガイドから光が放射されるように４５°に傾斜した反射面または鏡面２２が設けられている。２つのガイド２１は、使用時に歯２３の両側に配置される。

光は歯２３に進入し、そこで光線２４は伝達および拡散して歯の中心に到達する。拡散率は波長約６６０ｎｍで吸収率を上回り、これにより観察者は病変２５ですべての方向からの光を見ることができる。内部エネルギー密度の計算は複雑であるが、歯を「取り除く」ことによって純粋な拡散を仮定して病変部での拡張したビーム面積を計算することによって簡単な推定が可能である。

ここで、中心に病変がある直径１０ｍｍの大きな歯であって各放射面が病変から５ｍｍに位置すると仮定すると、病変での照射有効面積は２．２５ｃｍ^２となる。３０Ｊ／ｃｍ^２の最大推定ＡＥＤを実現するには、総計で６７．５ジュールを放出する必要がある。歯を通過するときの吸収による７５％の伝達低下を見込むと、この数字が約２８０Ｊまたは１つの光ガイドあたり１４０Ｊとなる。最大値として１２０秒間照射し続けると、市販のＬＥＤアレイから得られる約１ワットの光量に等しくなる。

明らかに、これは、表面カリエスの治療に必要な量を遙かに越えている。したがって、本発明は、約６２５ｎｍまたは約６６０ｎｍの光源を使用する場合により便利でより適切な装置を提供する。

歯周病を効果的に治療するために、装置は、図３に示すように、伸張することができる。正方形の一辺が０．５ｍｍと小さくされたガイド先端傾斜部を使用すれば、ガイドを歯周ポケットに直接挿入することが可能になる。波長６６０ｎｍで軟質組織を通っての適度な伝達が実現されるとすると、前記ポケットの外側からの照射も可能である。いずれの場合でも、（従来技術の点状の光源に対して）広い面積の放射特性が利点である。

歯根管を効果的に治療するためには、図３に示す装置と、傾斜部を介して小径ファイバに連結されたより小さい第３のＬＥＤとを組み合わせた放射装置が必要である。本質的に効率がよいものではないが、外部照射があまり効果的ではない歯根管の頂部(apex)に光を放出することができる。

我々は、ここにおいて、光活性殺菌方法を実現できる新しい手段を提案する。この新しい手段は、新規なものであり、先に考案されたものとは全く異なる物理的な手法である。

３つの区別のつく新規な特徴は、次の通りである。
i. レーザではなくて、フィルタがかけられた白光源またはＬＥＤ（発光ダイオード）光源の使用。
象牙質およびエナメル質の両方を通過しての伝達を改善するために約６６０ｎｍのより長い波長、表面の病気のために約６２５ｎｍのより短い波長を用いるとともに、高出力装置の有用性を活用する。
ii. 小径ファイバとの連結を回避するために、歯に外部から光を照射する。
iii. より長い波長光の照射と、活発な希釈化が起こり得る部位への適用とを考慮して、感光性物質の濃度を（２００μｇ／ｍｌまで）高めて使用する。

吸収されるエネルギー密度の計算のために使用されるモデルの概略図。 従来のＷＯ００／６２７０１の装置および方法を図解する概略図。 本発明の装置の概略図。 本発明の装置を用いてのバクテリア殺菌を示すグラフ。

符号の説明

１０…光ファイバ
１１…放射部
１２…歯
１３…歯根管
２０…ＬＥＤアレイ
２１…光ガイド
２２…反射面または鏡面
２３…歯
２４…光線
２５…病変

Claims (12)

1. 所定の波長および電力で光を発生する光源と、使用時に前記光を前記光源から歯の少なくとも１つの外側面に導く光伝送手段とを備えた歯科用装置。
2. 前記光源は、１つの発光ダイオード、または、発光ダイオードのアレイを含むことを特徴とする請求項１に記載の装置。
3. 前記光は、５５０〜６９０ｎｍ、より好ましくは６００〜６８０ｎｍ、さらに好ましくは６２５〜６６０ｎｍの波長を有することを特徴とする請求項１または２に記載の装置。
4. 前記光伝送手段は、少なくとも１つの光ガイドを含むことを特徴とする請求項１ないし３のいずれかに記載の装置。
5. 前記光伝送手段は、使用時に歯の２つの外側面に光を照射する一対の光ガイドを含むことを特徴とする請求項４に記載の装置。
6. 単一の光源を備えるとともに、前記光源からの光を前記一対の光ガイドに分配する光分配手段をさらに備えることを特徴とする請求項５に記載の装置。
7. 前記光伝送手段はほぼ平行に延びる一対の光ガイドからなり、各光ガイドは前記光ガイドに沿った光伝送方向に対して４５°に傾斜した反射面を設けた末端部を有し、前記光ガイドの前記反射面は、各光ガイドから放射された光が平行であるが逆向きになるように対向していることを特徴とする請求項５または６に記載の装置。
8. 補助光源と補助光伝送手段とをさらに備え、前記補助光伝送手段は歯の穴に挿入可能な形状および寸法に形成されていることを特徴とする請求項１ないし７のいずれかに記載の装置。
9. 組織、損傷または病変に感光性化合物を接触させ、前記組織、損傷または病変に前記感光性化合物で吸収される波長の光を照射する、口腔または口腔内の損傷もしくは病変を殺菌する方法において、
   前記光は、１つの発光ダイオード、または、発光ダイオードのアレイを含む光源によって生成されることを特徴とする方法。
10. 前記光源は、請求項１ないし８のいずれかに記載の装置に含まれるものであることを特徴とする請求項９に記載の方法。
11. 前記感光性化合物は、トルイジンブルーＯ、メチレンブルー、ジメチレンブルー、または、瑠璃色塩化物から選択される少なくとも１つの感光性物質であることを特徴とする請求項９または１０に記載の方法。
12. 前記感光性物質はトルイジンブルーＯであることを特徴とする請求項１１に記載の方法。

Images