JP2014528286A - 圧力波歯根管洗浄システム - Google Patents

Abstract

ターゲット領域を洗浄又は殺菌するシステム及び方法を提供する。複数の気泡を含む流体が、相互作用ゾーンに入れられる。相互作用ゾーンは、ターゲット領域内に延びるか又はターゲット領域に隣接する容積である。相互作用ゾーン内の流体は、流体により実質的に吸収される波長を有する電磁放射線に露出される。相互作用ゾーン内の流体は、電磁放射線を実質的に吸収して音響衝撃波及び圧力波を生じる。音響衝撃波及び圧力波は、ターゲット領域を洗浄又は殺菌するように構成された流体の移動及びキャビテーション効果を引き起こす。【選択図】 図２

Description

〔関連出願への相互参照〕
本出願は、２０１１年９月３０日出願の米国特許仮出願第６１／５４１，７４３号の優先権を主張する２０１２年１０月１日出願の米国特許出願第１３／６３２，６２８号の優先権を主張するものであり、その両方は、「炭酸飽和促進液洗浄システム」という名称であり、その全体は、引用により本明細書に組み込まれている。

本明細書に説明する技術は、一般的に電磁放射線放出デバイスに関し、より具体的には、腔、管、又は表面を洗浄又は殺菌する電磁放射線放出デバイスの使用に関する。

ヒトにおける感染、病気、及び死亡の主因は、不適切なバクテリア管理である。従って、人体の様々な組織のバクテリアを死滅させるか又は除去することは、多くの医療処置及び歯科処置の重要な部分である。例えば、根管処置中、根管は、残りのバクテリアの一部を死滅させるために管壁の機械的壊死組織切除及び管内の消毒剤物質の投与により洗浄される。しかし、歯科技術では、根管手術中に全てのバクテリアを完全に根絶することが困難であることが公知である。特に、根管は、バクテリアが留まって腐敗させる可能性がある不規則な側管及び微細管を含むので、歯の解剖学的構造組織により、全てのバクテリアを排除することが困難になる。他の医療処置及び歯科処置におけるバクテリア管理は、同じく困難であると分っており、これらの処置中にバクテリアを管理することができなければ、様々な健康上のかつ医学的な問題（例えば、血流内のバクテリアの存在、心臓、肺、腎臓、及び脾臓を含む器官の感染）が発生する可能性がある。

医療分野及び歯科分野の他に、様々な組織内のバクテリア又は他の異物（例えば、汚れ、粒子状物質、接着剤、生体物質、残留物、埃、汚れ）の管理も重要である。例えば、ヒトが接触する玩具、食器、及び他の物体の洗浄及び殺菌は、病気の広がりを低減する重要な方法である場合がある。更に、表面及び開口部の洗浄及びそこからの様々な物質の除去も、美観上の理由（例えば、美術品の復元）から求められる場合がある。

ターゲット領域を洗浄又は殺菌するシステム及び方法を提供する。ターゲット領域を洗浄又は殺菌する方法においては、複数の気泡を含む流体が、相互作用ゾーンに入れられる。相互作用ゾーンは、ターゲット領域内に延びるか又はターゲット領域に隣接する容積である。相互作用ゾーン内の流体は、その流体により実質的に吸収される波長を有する電磁放射線に露出される。相互作用ゾーン内の流体は、電磁放射線を実質的に吸収して音響衝撃波及び圧力波を生じる。音響衝撃波及び圧力波は、ターゲット領域を洗浄又は殺菌するように構成された流体の移動とキャビテーション効果とを引き起こすように構成される。

ターゲット領域を洗浄又は殺菌するシステムは、複数の気泡を有する流体を含む。流体は、ターゲット領域内に延びるか又はターゲット領域に隣接する容積である相互作用ゾーンに入れられる。システムはまた、流体により実質的に吸収される波長を有する電磁放射線を発生させるように構成された電磁エネルギ源を含む。電磁放射線は、相互作用ゾーン内の流体を露光するのに使用され、流体は、電磁放射線を実質的に吸収して音響衝撃波及び圧力波を生成し、音響衝撃波及び圧力波は、ターゲット領域を洗浄又は殺菌するように構成された流体の移動とキャビテーション効果とを引き起こす。

ターゲット領域を洗浄又は殺菌する例示的システムを示す図である。 ターゲット領域を洗浄又は殺菌する例示的システムを示す図である。 ターゲット領域を洗浄又は殺菌する例示的システムを示す図である。 ターゲット領域を洗浄又は殺菌する例示的システムを示す図である。 電磁エネルギ源を利用してターゲット領域を洗浄又は殺菌する例示的システムのブロック図である。 光ファイバ先端が管に対して異なる位置に置かれる例示的な液体洗浄システムを示す図である。 管内又は管の入口近くで光ファイバ先端を中心に置くために使用される自動調心光ファイバ先端システムを示す図である。 ターゲット領域を複数の気泡を含む流体で洗浄又は殺菌する方法の態様を示す例示的タイミング図である。 管内殺菌又は洗浄に向けて歯の根管に挿入された光ファイバケーブルを示す図である。 研削材を利用して洗浄を助けるターゲット領域を洗浄する例示的方法を示す図である。 ターゲット領域を洗浄又は殺菌する例示的方法を示す流れ図である。

図１Ａ、図１Ｂ、図１Ｃ、及び図１Ｄは、ターゲット領域１０２を洗浄又は殺菌する例示的システムを示している。図１Ａは、第１の期間１００中の例示的システムを示している。図１Ａでは、複数の気泡１０６を含む流体１０４が、ターゲット領域１０２内に入れられる。流体１０４は、炭酸ガスを含む流体（例えば、ソーダ水、炭酸入り清涼飲料、ビール、シャンパン、又は類似の濃度の気泡を含む別の流体）、窒素化された流体、水素化された流体、又は別の組成の気泡（例えば、薬剤又はヨウ素のような殺菌物質を含む気泡）を含む流体とすることができる。このような流体は、１リットルにつき約１０００から１００，０００，０００泡の泡濃度を有する。気泡１０６は、約０．１μｍから５００μｍ範囲の直径を有し、かつミクロ気泡（直径０．１μｍから５μｍ）及びマクロ気泡（直径５μｍから５００μｍ）として識別することができる。流体１０４は、例えば、水溶液又は生理食塩水溶液とすることができる。通常の流体と図１Ａ、図１Ｂ、図１Ｃ、及び図１Ｄの例に使用されるような流体１０４との差は、ミクロ気泡の濃度であり、流体１０４におけるミクロ気泡の濃度は、通常の流体に対して数桁高い。流体１０４では、ミクロ気泡は、他のミクロ気泡と結合してマクロ気泡を形成することができる。ターゲット領域１０２は、洗浄又は殺菌される腔、管、通路、開口部、又は表面である（例えば、根管から除去されるバクテリア又は他の物質を含む根管）。

図１Ｂは、第２の期間１２０中の例示的システムを示している。第２の期間１４０中、光ファイバ先端１４６が、ターゲット領域１０２に位置決めされる。光ファイバ先端は、電磁放射線放出光ファイバ先端であり、かつ電磁エネルギ源に光ファイバケーブルを通じて接続される。電磁エネルギ源は、光ファイバケーブルに沿って経路指定されて光ファイバ先端１４６によって放出される電磁放射線１４４を発生させる。光ファイバ先端１４６によって放出された電磁放射線１４４は、流体１０４により実質的に吸収される波長を有する。光ファイバ先端１４６は、様々な異なる形状（例えば、円錐、傾斜、面取り、両面取り）、サイズ、設計（例えば、側面発射、前方発射）、及び材料（例えば、ガラス、サファイア、水晶、中空導波管、液体コア、石英シリカ、酸化ゲルマニウム）とすることができる。一例では、光ファイバ先端１４６は、４００μｍの直径を有する無水石英ガラス材料で製造される。更に、図１Ａ、図１Ｂ、図１Ｃ、及び図１Ｄのシステムは、システムの発光要素として光ファイバ先端１４６の使用を示すが、他の例では、様々な導波管、発光要素（例えば、発光ナノ粒子及びナノ構造）、又はミラーと、レンズと、他の光学構成要素とを含むデバイスを発光に向けて光ファイバ先端１４６の代わりに使用することができる。

以下でより詳細に説明するように、光ファイバ先端１４６によって放出される電磁放射線１４４は、流体１０４により吸収され、それによって音響衝撃波及び圧力波が流体１０４中に生成される。これらの波は、ターゲット領域１０２を洗浄又は殺菌するのに使用される流体１０４の移動（すなわち、高速流体運動）を生成する。音響衝撃波は、非線形の機械的効果（例えば、キャビテーション、乱流、及びマイクロジェット）に関して有効な破壊的かつ洗浄作用を引き起こすことができる。流体１０４のミクロ気泡は、処理の効率を増幅する。第２の期間１２０中、音響衝撃波は、少量の液体中の急速なエネルギ吸収により生成される。少量の液体中の急速なエネルギ吸収は、巨大な熱弾性応力を生成し、流体１０４の容積中に広がって、ターゲット領域１０２と破壊的に相互作用する音響衝撃波の生成を引き起こす。これらの波は、バクテリアを死滅させてターゲット領域１０２の表面からあらゆる汚染物質を除去することができる。音響衝撃波は、数マイクロ秒の固有時間を有することができる。

第３の期間１４０中、蒸気泡１４２が、流体１０４中に生成される。蒸気泡１４２は、流体１０４により実質的に吸収される波長での電磁放射線１４４への流体１０４の露出により生成される。流体１０４中の電磁放射線１４４の高い吸収のために、蒸気泡１４２は、光ファイバ先端１４６の端部の近くに形成される。蒸気泡１４２の膨張及び崩壊によって生成された圧力波は、泡１０６の圧縮及び変形、及びターゲット領域の１０２の更なる洗浄又は殺菌に寄与する流体１０４の付加的な移動を引き起こす。圧力波は、蒸気泡１４２の膨張及び崩壊により誘起される液体変位に関連し、かつ約１００マイクロ秒の固有時間を有する。

上述したように、流体１０４は、電磁放射線１４４を実質的に吸収するように構成される。図１Ｂ及び図１Ｃでは、流体１０４は、水性であり、電磁放射線は、水性流体１０４中で実質的に吸収される約１．８μｍから１０．６μｍ又は０．１５７μｍから３００μｍの範囲の波長を有する。一例では、電磁放射線１４４は、約１．８μｍから１０．６μｍ又は０．１５７μｍから３００μｍの範囲の波長，０．５μｓから１０ｍｓの範囲のパルス持続時間、２０ｍＪのパルスエネルギ、及び２００Ｗの平均パルス電力を有する光のパルスとして流体１０４に送出される。

第４の期間１８０中、蒸気泡１４２は、最大直径に到達した後に、内向きの矢印１８２によって示すように崩壊する。蒸気泡１４２の崩壊は、急速な内破を含み、内破は、圧力波を流体１０４中で生成する。圧力波は、高速流体運動１８４を流体１０４中に生成する。流体１０４のガスマクロ気泡１０６に入射する圧力波は、ガスマクロ気泡１０６の少なくとも一部を圧縮し、圧縮に続いて、図１Ｃに示すように、ガスマクロ気泡１０６は膨張する。特に、気泡１０６は、爆発性蒸気泡１４２により生成される圧力波が、蒸気泡１４２自体の近くだけではなくターゲット領域１０２の全体を通してより大きな効果を有することができるように流体１０４の圧縮性を増大させる。ガスマクロ気泡１０６を欠くシステムでは、流体１０４は、均一かつ圧縮性が劣る流体であり、爆発性蒸気泡１４２により生成される圧力波は、蒸気泡１４２からの距離が増加するにつれてターゲット領域１０２において効果が少なくなる。すなわち、ガスマクロ気泡１０６を有する流体１０４の使用は、ターゲット領域１０２内のより深くではなく、光ファイバ先端１４６がターゲット領域１０２の上部の近くで置かれ、光ファイバ先端１４６がターゲット領域１０２において破断するのを防止しやすくすることができ、また流体運動効果の達成を可能にすることができる。

ターゲット領域１０２内の流体１０４中の気泡１０６の使用は、音響衝撃波の生成に必要とされるエネルギの閾値量を低減し、ターゲット領域１０２との破壊的な相互作用効率を増大させる。圧力波の作用中の気泡１０６の変形も、ターゲット領域１０２から汚染物質を流動させて除去する流体１０４の特性を改善する。

音響衝撃波及び爆発性蒸気泡によって発生される流体１０４中の高速流体運動１８４は、ターゲット領域１０２の洗浄又は殺菌に関わっているキャビテーション、乱流、マイクロジェット、及び内破を生成する。例示的システムは、圧力波及び気泡１０６の圧縮及び膨張により生成される高速流体運動１８４が、バクテリアをターゲット領域１０２内から除去するか又は死滅させるように使用される。別の例では、高速流体運動１８４により生成されるキャビテーション及び内破は、細胞の膜を断裂して細胞を歯の象牙質マトリックスから引き抜くことができる。このような細胞及びバクテリアは、気泡１０６と同様に、音響衝撃波及び圧力波に反応する場合があり、かつ圧縮及び膨張する場合がある。一部の例では、圧力波の力による圧縮及び膨張又は衝撃は、細胞及びバクテリアを死滅させるのに十分であると考えられる。従って、音響衝撃波、圧力波、及び高速流体運動１８４は、管内バクテリア又はターゲット領域１０２の表面上に常在するバクテリアを破壊するか又は死滅させる歯内治療学的処置の一部として使用することができる。

ターゲット領域１０２は、小さいサイズ（例えば、光ファイバ先端１４６のオーダーのサイズ）である場合があり、更には、人体の腔、管、通路、開口部、又は表面（例えば、根管通路、歯の細管、虫歯、血管）とすることができる。従って、電磁エネルギ源を使用してターゲット領域１０２を洗浄又は殺菌する図１Ａ、図１Ｂ、図１Ｃ、及び図１Ｄのシステムは、様々な医療処置又は歯科処置（例えば、組織治療、表面からの堆積物及び汚れの除去、バクテリア除去又は死滅）との関連で使用することができる。例えば、図１Ａ、図１Ｂ、図１Ｃ、及び図１Ｄのシステムは、根管治療処置の一部として使用することができ、高速流体運動１８４は、根管洗浄、根管内のバクテリア除去又は死滅、又は治療を根管に適用するのに使用される。図１Ａ、図１Ｂ、図１Ｃ、及び図１Ｄのシステムの歯以外の用途は、導管（例えば、血管）のような人体通路又は硬又は軟組織内の開口部、腔又は内腔内の処置（例えば、塞いだ動脈又は壊死の骨の治療）を含む。図１Ａ、図１Ｂ、図１Ｃ、及び図１Ｄのシステムの別の使用は、皮膚（例えば、にきび症状を有する皮膚）の表面の症状の治療にある。

図２は、電磁エネルギ源２０２を利用してターゲット領域２１０を洗浄又は殺菌する例示的システム２００のブロック図を示している。図２のシステム２００では、電磁エネルギ源２０２は、システム２００に使用される流体によってよく吸収される特定の波長で電磁放射線を発生させるように構成される。図１Ｂ、図１Ｃ、及び図１Ｄを参照すると、特定の波長での電磁放射線は、流体１０４を露光してターゲット領域１０２を洗浄又は殺菌する音響衝撃及び圧力波を生じるために使用される。電磁エネルギ源２０２は、電磁放射線送出システム２０４及びコントローラ２１２に接続される。電磁放射線送出システム２０４は、特定の波長で電磁エネルギを放出するように構成される。電磁放射線送出システム２０４は、相互作用ゾーン２０８に接続（例えば、相互作用ゾーン２０８に位置決め）され、かつ特定の波長での電磁放射線のピーク集中を相互作用ゾーン２０８内の流体上へ集束させるか又はそこに置く。例示的システムでは、電磁放射線送出システム２０４は、光ファイバケーブル及び光ファイバ先端を含む。このシステムでは、光ファイバケーブルは、電磁エネルギ源２０２によって発生された電磁放射線を相互作用ゾーン２０８への放出に向けて光ファイバ先端に経路指定する。別の例示的システムでは、光ファイバ先端及び光ファイバケーブルは使用されず、相互作用ゾーン２０８内の流体は、別の手段（例えば、導波管、発光ナノ粒子又はナノ構造、量子ドット、又はミラーと、レンズと、他の光学構成要素とを含むデバイス）を通じて電磁放射線に露出される。相互作用ゾーン２０８は、ターゲット領域２１０内に延びるか又はターゲット領域２１０に隣接する容積である。更に、図１Ｂ、図１Ｃ、及び図１Ｄを参照すると、相互作用ゾーン２０８は、電磁放射線送出システム２０４から放出された電磁放射線と流体とが音響衝撃及び圧力波を流体中に形成するために相互作用する区域を含む。

相互作用ゾーン２０８は、流体を相互作用ゾーン２０８に供給するように構成された流体送出システム２０６にも接続される。流体送出システム２０６は、流体源２０３からの流体を受け入れる。一例では、流体送出システム２０６は、相互作用ゾーン２０８を含む容積を流体で満たすように構成される。相互作用ゾーン２０８は、腔、開口部、管、又は通路の一部である場合があり、流体送出システム２０６は、腔、開口部、管、又は通路の一部を流体で満たすように構成することができる。流体は、二酸化炭素気泡を含む炭酸入り流体（例えば、ソーダ水、炭酸入り清涼飲料、ビール、シャンパン、又は類似の濃度の気泡を含む別の流体）とすることができ、又は複数の窒素気泡又は別の組成の気泡（例えば、薬剤又はヨウ素のような殺菌物質を含む気泡）を含む炭酸なしの流体とすることができる。

コントローラ２１２は、電磁エネルギ源２０２と、流体源２０３と、流体送出システム２０６とに接続され、かつ相互作用ゾーン２０８への電磁放射線送出及び流体送出を同期させるために使用される。流体は、電磁放射線送出前に相互作用ゾーン２０８に送出することができ、又は放射線と同時に送出することができる。コントローラ２１２は、相互作用ゾーン２０８への電磁放射線送出及び流体送出を同期させるだけではなく、電磁エネルギ源２０２、流体源２０３、及び流体送出システム２０６の様々な作動パラメータを制御する。例示的システムでは、電磁エネルギ源２０２は、１つ又はそれよりも多くの可変波長光源を含み、コントローラ２１２により、ユーザは、電磁放射線送出システム２０４によって放出される光の特定の波長を変えるように１つ又はそれよりも多くの可変波長光源を制御することができる。ユーザは、放出される波長を使用される特定の流体の吸収特性に調節するために、電磁放射線送出システム２０４によって放出される特定の波長を変えることができる。別の例示的システムでは、電磁エネルギ源２０２は、複数の光源を含む。この例では、システム２００は、より様々な流体と協働するように装備され、ユーザは、コントローラ２１２を通じて、複数の光源のうちのどれが使用されるかを選択する。

電磁エネルギ源２０２は、様々な異なるレーザ、レーザダイオード、又は他の光源を含むことができる。電磁エネルギ源２０２は、約２．７０から２．８０μｍの範囲の波長を有する光を発生させるエルビウム、クロム、イットリウム、スカンジウム、ガリウムガーネット（Ｅｒ、Ｃｒ：ＹＳＧＧ）固体レーザを使用することができる。他の例に使用されるレーザシステムは、２．９４μｍの波長を有する光を発生させるエルビウム、イットリウム、アルミニウムガーネット（Ｅｒ：ＹＡＧ）固体レーザ、２．６９μｍの波長を有する光を発生させるクロム、ツリウム、エルビウム、イットリウム、アルミニウムガーネット（ＣＴＥ：ＹＡＧ）固体レーザ、約２．７１から２．８６μｍの範囲の波長を有する光を発生させるエルビウム、オルトアルミン酸イットリウム（Ｅｒ：ＹＡＬ０３）固体レーザ、２．１０μｍの波長を有する光を発生させるホルミウム、イットリウム、アルミニウムガーネット（Ｈｏ：ＹＡＧ）固体レーザ、２６６ｎｍの波長を有する光を発生させる４倍ネオジム、イットリウム、アルミニウムガーネット（４倍Ｎｄ：ＹＡＧ）固体レーザ、１９３ｎｍの波長を有する光を発生させるフッ化アルゴン（ＡｒＦ）エキシマレーザ、３０８ｎｍの波長を有する光を発生させる塩化キセノン（ＸｅＣｌ）エキシマレーザ、２４８ｎｍの波長を有する光を発生させるフッ化クリプトン（ＫｒＦ）エキシマレーザ、及び約９．０から１０．６μｍの範囲の波長を有する光を発生させる二酸化炭素（ＣＯ２）レーザを含む。

図３は、光ファイバ先端３０４が管３０２に対して異なる位置に置かれた例示的な液体洗浄システム３００、３２０、３４０、３６０を示している。管３０２は、上部（例えば、歯内の管髄腔）でのより広い開口部を含み、かつ底の近くでのより短い直径に漸減する。例示的システム３００、３２０、３４０、３６０の各々では、気泡を含む流体３０６が、管３０２内に入れられる。光ファイバ先端３０４は、電磁放射線のピーク集中を流体３０６上へ集束させるか又は置くように構成され、電磁放射線は、流体３０６により実質的に吸収される波長を有する。流体３０６は、電磁放射線を吸収して、管３０２を洗浄するか又は管３０２内のバクテリアを死滅させるように構成された流体３０６の高速運動を引き起こす圧力波を生じる。

管３０２に対して異なる位置での光ファイバ先端３０４の配置は、流体３０６の高速運動の特性及び管３０２の洗浄の特性に影響を与える場合がある。システム３００では、光ファイバ先端３０４は、管３０２の上部でより広い開口部の近くに置かれ、かつこのより広い開口部内に中心が置かれる。システム３２０では、光ファイバ先端３０４は、同様に管３０２内に中心が置かれるが、管３０２のより広い開口部内でより深い位置に位置決めされる。システム３４０では、光ファイバ先端３０４は、特定の距離（例えば、２ミリメートル）で管３０２の本体の内側に位置決めされ、システム３６０では、光ファイバ先端３０４は、より深い距離（例えば、３ミリメートル）で管３０４の本体の内側に位置決めされる。例示的システム３００、３２０、３４０、３６０の各々では、光ファイバ先端３０４は、管３０４の深さ全体にわたって挿入されず、これは、光ファイバ先端３０４又は光ファイバ先端３０４に接続された光ファイバケーブルが管３０２内で破断するのを防止しやすくすることができる。システム３００、３２０、３４０、３６０の各々では、管３０２は、光ファイバ先端３０４のサイズのオーダーの寸法を有する。

図４は、管内４０２又は管４０２の入口の近くで光ファイバ先端４０３を中心に置くために使用される自動調心光ファイバ先端システム４００、４４４０を示している。上述の図で示したターゲット領域を洗浄又は殺菌するシステムは、光ファイバ先端を腔、開口部、通路、又は管内でその中心に置くか、又は光ファイバ先端を腔、開口部、通路、又は管の入口の近くでその中心に置くことが望しいであろう。光ファイバ先端をこれらのシステムにおいて調心することで、腔、開口部、通路、又は管を洗浄又は殺菌する最適な流体運動を生成することができる。図４の自動調心光ファイバ先端システム４００、４４０は、光ファイバ先端４０３のこの調心を達成するために使用される。

自動調心光ファイバ先端システム４００、４４０は、光ファイバ先端４０３の一部分にわたって装着されたクラッド層４０４、４４４を利用して、先端４０３を管４０２内又は管４０２の入口の近くでその中心に置くことを可能にする。システム４００、４４０間のクラッド層４０４、４４４の様々な厚みにより、光ファイバ先端４０３は、管４０２に対して異なる位置でその中心に置かれる。具体的には、システム４００のクラッド層４０４により、先端４０３を管４０２内でその中心に置くことができ、システム４４０のクラッド層４４４により、先端４０３を管４０２の入口の近くでその中心を置くことができる。他の設計を利用して、類似の自動調心光ファイバ先端システムを生成することができる。一例では、自動調心光ファイバ先端システムは、光ファイバ先端４０３周りに装着されて図４のクラッド層４０４、４４４と同様の目的に機能する取外し可能なバンドを含む。

図５は、ターゲット領域を複数の気泡を含む流体で洗浄又は殺菌する方法の態様を示す例示的タイミング図５００、５４０を示している。タイミング図５００は、時間５０４の単位を表すＸ軸と、放出された放射線５０２のピーク電力をワットで表すＹ軸とを有するグラフである。図１Ｃを参照すると、タイミング図５００は、蒸気泡１４２を流体１０４中で生成するために使用される電磁放射線１４４の送出に関連する態様を示している。１ｍｓの時点で、電磁放射線のパルス５０６が、光ファイバ先端によって放出される。パルス５０６は、流体（例えば、図１Ｂの流体１０４）によってよく吸収されて、蒸気泡が流体中に形成されることを可能にする。図５のタイミング図５００では、パルス５０６は、１００μｓの幅と、２０ｍＪのパルスエネルギと、２００Ｗのピーク電力とを有する。図５は、１０１ｍｓの時点での電磁放射線の第２のパルス５０８を示し、第１の波長での電磁放射線のパルスが、１０Ｈｚの周波数で出力される（すなわち、パルス間の周期は１００ｍｓとなる）ように構成されることを示している。例示的システムでは、パルス５０６、５０８は、ターゲット領域を洗浄又は殺菌する最大量の高速流体運動が流体中に生成されるように液体洗浄システムの共振周波数に適合する周波数で送出される。この例では、共振周波数は、他の変数の中でも、システムに使用される流体、電磁エネルギ源の特性、及びターゲット領域の寸法の関数とすることができる。

タイミング図５４０は、時間５４４の単位を表すＸ軸と、蒸気泡５４２の直径をミリメートルで表すＹ軸とを有するグラフである。図１Ｂを参照すると、タイミング図５４０は、流体１０４が電磁放射線１４４により励起された後に形成された蒸気泡１４２の泡サイクルの態様を示している。１ｍｓの時点で、流体を励起するのに使用されるパルス５０６に応答して、蒸気泡５４６が流体中に生成される。図５のタイミング図５４０では、蒸気泡５４６は、１ｍｍのピーク最大直径と、約１ｍｓの泡サイクルとを有する。グラフ５４０に示すように、流体は、パルス５０６により電磁放射線に露出された状態で、蒸気泡５４６を形成し始める。蒸気泡５４６は、最大直径に到達するまで直径が増加し、その後に、約１ｍｓの泡サイクルの経過に伴って崩壊する（すなわち、急速に爆裂する）。第２の泡５４８が、第２のパルス５０８の結果として流体中に形成され、かつ第１の泡５４６と同様の特性を有する。蒸気泡５４６、５４８の膨張及び崩壊は、圧力波を流体中に生成し、圧力波は、ターゲット領域の区域を洗浄又は殺菌するのに使用される流体の移動（すなわち、高速運動）を引き起こす。

図６は、管内殺菌又は洗浄のために歯６０６の根管６０４に挿入された光ファイバケーブル６０２を示している。光ファイバケーブル６０２は、電磁放射線を電磁エネルギ源６０８から図６の例では管６０４内に実質的な距離を延びるケーブル６０２の光ファイバ先端まで経路指定する。他の例では、光ファイバケーブル６０２は、管６０４内に実質的な距離で挿入されるのではなく、光ファイバ先端は、その代わりに管６０４に入口の近くに位置決めされ、又は管６０４内により短い距離で挿入される（例えば、図３及び図４に示すように）。

光ファイバケーブル６０２は、歯６０６の各部を洗浄又は殺菌するか又は歯６０６からバクテリアを除去するために、前出図に説明したシステム及び方法と共に使用することができる。上述のシステム及び方法を実施するために、管６０４は、複数の気泡を含む流体（例えば、炭酸入り流体、窒素気泡を含む流体、又は別の組成の気泡を含む流体）で満たされ、ケーブル６０２の光ファイバ先端は、圧力波及び関連の高速流体運動を生成するために流体を電磁放射線に露出するのに使用される。図６では、高速流体運動を通じて洗浄されるターゲット領域は、管６０４の長さ内に様々な領域を含む。他の例では、光ファイバケーブル６０２は、虫歯又は人体の他の腔、開口部、又は通路に挿入することができる。このような腔、開口部、及び通路は、約光ファイバケーブル６０２のサイズの寸法を有することができる。

光ファイバケーブル６０２及び関連付けられた光ファイバ先端の特性は、ターゲット領域の洗浄又は殺菌をもたらすために変えることができる。例えば、ファイバ６０２は、様々な設計（例えば、放射放出先端、側面発射先端、前方発射先端、面取り先端、円錐先端、傾斜先端）の単一ファイバ又はマルチファイバ束を含むことができる。更に、光ファイバケーブル６０２の直径は、変えることができ、ケーブルは、ファイバ直径がケーブルの長さにわたって増加又は低減するテーパ形状の設計を有することができる。光ファイバケーブル６０２の光ファイバ先端は、洗浄されるターゲット領域から様々な距離に位置決めすることができる。特定の例では、光ファイバケーブル６０２の光ファイバ先端は、ターゲット領域から数ミリメートルに位置決めされ（例えば、管の底から数ミリメートル離れて位置決めされ、管の底がターゲット領域である）、他の例では、光ファイバ先端は、ターゲット領域と直接に接触して（すなわち、ターゲット領域の近くに）位置決めすることができる。

図７は、洗浄を補助するために研磨材７４７を利用するターゲット領域７０２を洗浄する例示的方法を示している。図７のターゲット領域７０２は、死滅又は除去されるバクテリア又は除去される他のデブリ７０４を含む容積である。ターゲット領域７０２は、ヒト又は動物の体の腔、開口部、通路、管、又は表面（例えば、ヒト又は動物の根管又は血管）である場合があり、ターゲット領域７０２は、殺菌又は洗浄を必要とするあらゆるタイプの腔、開口部、通路、管、又は表面である場合もある。一例では、ターゲット領域７０２は、デバイス使用後に殺菌又は洗浄を必要とする医療又は歯科デバイスの一部分である。別の例では、ターゲット領域７０２は、デバイス製造中に洗浄を必要とするマイクロ電子デバイス又は機械式デバイスの一部分である。

第１の期間７００中、ターゲット領域７０２は、バクテリア又はデブリ７０４を含む。デブリは、様々な堆積物（例えば、歯垢、結石、汚れ、粒子状物質、接着剤、生体物質、洗浄処理からの残留物、埃、汚れ）を含む場合がある。バクテリア又はデブリ７０４がターゲット領域７０２の表面上にのみ位置するように示されているが、他の例では、バクテリア又はデブリは、ターゲット領域自体の内側容積内に位置する場合がある（例えば、ターゲット領域７０２を満たす気体又は液体内に浮遊する）。

バクテリア又はデブリ７０４をターゲット領域７０２から除去するために、第２の期間７４０中、複数の気泡７４４を含む液体７４２が、ターゲット領域７０２に入れられる。気泡７４４は、二酸化炭素気泡、窒素気泡、又は別の組成の気泡とすることができる。別の組成の気泡は、ターゲット領域７０２からバクテリア又はデブリ７０４を除去するように特別に設計された組成の気泡を含むことができる。例えば、ヨウ素気泡は、バクテリアを死滅させるためにターゲット領域７０２に入れることができる。他の組成の気泡７４４は、抗生物質、ステロイド、麻酔薬、抗炎症治療薬、消毒剤、殺菌剤、アドレナリン、エピネフリン、アストリンゼン、ビタミン、薬草、及び鉱物のような薬剤を含む気泡を含むことができる。気泡７４４は、例えば、約０．１μｍから５００μｍの範囲の直径を有することができる。

流体７４２は、気泡７４４に加えて、研磨材７４７も含む。研磨材７４７は、流体７４２をターゲット領域７０２に入れる前又は後に流体７４２と結合される。他の例示的システムでは、研磨材７４７を使用する代わりに、流体７４２に組み合わせる他の付加的な材料は、薬剤、生物活性粒子、ナノ粒子、殺菌剤、又は抗生物質を含む。研磨材７４７は、バクテリア又はデブリ７０４をターゲット領域７０２から除去する際に気泡７４４と協働するように構成される。一例では、研磨材７４７は、約１μｍから５０μｍの範囲の直径を有する酸化アルミニウム粒子を有する酸化アルミニウム粉体を含む。

第３の期間７８０中、流体７４２は、流体７４２により実質的に吸収される波長を有する電磁放射線７８２に露出される。電磁放射線７８２は、電磁エネルギ源７８１によって発生される。図１Ｃに示すように、電磁エネルギ源７８１は、ターゲット領域７０２内の流体７４２の露光をもたらすために光ファイバケーブル及び光ファイバ先端に結合することができる。代替的に、電磁放射線７８２は、光ファイバケーブル及び光ファイバ先端を伴わない異なる方法で流体７４２に送出することができる。電磁放射線７８２を流体７４２に送出するこのような代替方法は、電磁放射線７８２のピーク集中をターゲット領域７０２内の流体７４２上へ集束させるか又は置くあらゆるシステムを含むことができる。一例では、光を集束させるように構成された標準的な光学レンズが、流体７４２を電磁放射線７８２のピーク集中に露出するのに使用される。電磁放射線７８２の供給源７８１は、レーザ、レーザダイオード、ランプ、又は流体７４２中で実質的に吸収される波長を有する電磁放射線７８２を生成するように構成されたあらゆる他の光源とすることができる。

流体７４２による電磁放射線７８２の吸収は、圧力波を流体７４２内に生成する。圧力波は、デブリ７０４を除去し、かつバクテリア７０４を死滅させるか又はターゲット領域７０２から除去するように構成された流体及び気泡７８４の高速運動を引き起こす。流体及び気泡７８４の高速運動は、強力な集中した力をデブリ及びバクテリア７０４へ与えることによってデブリ７０４を分解し、バクテリア７０４を死滅させるか又は除去する。一例では（例えば、図１Ｃ及びＩＤに示すように）、流体７４２による電磁放射線７８２の吸収は、その後に圧力波を流体７４２中に生成する爆発性蒸気泡を生成する。圧力波は、圧縮及び膨張を少なくとも流体７４２の気泡７４４の一部において引き起こす。圧力波による気泡７４４の圧縮及び膨張は、同じくターゲット領域７０２を通して高速流体運動７８４に寄与する乱流及びマイクロジェットを流体７４２中に生成する。研磨材７４７は、圧力波によって影響を受け、高速流体運動７８４は、力をバクテリア及びデブリ７０４に与えてターゲット領域７０２からバクテリア及びデブリ７０４を除去するのに使用される。

図８は、ターゲット領域を洗浄又は殺菌する例示的方法を示す流れ図８００である。８０２で、複数の気泡を含む流体を相互作用ゾーンに入れる。相互作用ゾーンは、ターゲット領域内に延びるか又はターゲット領域に隣接する容積である。８０４で、相互作用ゾーン内の流体が、流体により実質的に吸収される波長を有する電磁放射線に露出される。８０６で、相互作用ゾーン内の流体は、電磁放射線を実質的に吸収して音響衝撃波及び圧力波を生じる。音響衝撃波及び圧力波は、ターゲット領域を洗浄又は殺菌するように構成された流体の移動を引き起こす。

本発明の開示を詳細にかつ特定の実施形態を参照して説明したが、実施形態の精神及び範囲から逸脱することなく様々な変形及び修正を行うことができることは当業者には明らかであろう。すなわち、本発明の開示は、特許請求の範囲及び均等物の範囲に留まることを条件として本発明の開示の修正及び変形を包含するように意図している。

本明細書の説明で及び特許請求の範囲を通して用いる時の「ａ」、「ａｎ」、及び「ｔｈｅ」の意味は、前後の関連により明確な特に断らない限り、複数の参照を含むことを理解しなければならない。また、本明細書の説明で及び特許請求の範囲を通して用いる時の「ｉｎ」の意味は、前後の関連により明確な特に断らない限り、「ｉｎ」及び「ｏｎ」を含む。更に、本明細書の説明で及び特許請求の範囲を通して用いる時の「各々」の意味は、前後の関連により明確な特に断らない限り、「各々かつ全て」を必要としない。最後に、本明細書の説明で及び特許請求の範囲を通して用いる時の「及び」及び「又は」の意味は、前後の関連により明確な特に断らない限り、接続語及び離接語の両方を含み、かつ交換可能に使用することができ、語句「を除き」は、離接的意味だけが適用される場合がある状況を示すために使用することができる。

２００ 例示的システム
２０４ 電磁放射線送出システム
２０６ 流体送出システム
２０８ 相互作用ゾーン
２１０ ターゲット領域

Claims (25)

1. ターゲット領域を洗浄又は殺菌する方法であって、
   複数の気泡を含む流体を前記ターゲット領域内に延びるか又は該ターゲット領域に隣接する容積である相互作用ゾーンに入れる段階と、
   前記相互作用ゾーン内の前記流体を該流体により実質的に吸収される波長を有する電磁放射線に露出する段階と、
   を含み、
   前記相互作用ゾーン内の前記流体は、前記電磁放射線を実質的に吸収し、前記ターゲット領域を洗浄又は殺菌するように構成された該流体の移動及びキャビテーション効果を引き起こす音響衝撃波及び圧力波を生じる、
   ことを特徴とする方法。
2. 前記電磁放射線の吸収は、膨張及び崩壊する爆発性蒸気泡を前記流体中に生成し、
   前記爆発性蒸気泡の膨張及び崩壊は、前記圧力波を発生させる、
   ことを特徴とする請求項１に記載の方法。
3. 前記圧力波は、前記気泡のマクロ気泡の圧縮及び膨張を引き起こし、該マクロ気泡の圧縮及び膨張と該圧力波とは、前記ターゲット領域を洗浄又は殺菌するように構成された前記流体の前記移動と前記キャビテーション効果とを引き起こし、
   前記マクロ気泡は、約５μｍから５００μｍの範囲の直径を有する、
   ことを特徴とする請求項１に記載の方法。
4. 前記音響衝撃波は、前記複数の前記気泡のミクロ気泡によって増幅され、
   前記ミクロ気泡は、約０．１μｍから５μｍの範囲の直径を有する、
   ことを特徴とする請求項１に記載の方法。
5. 前記電磁放射線を放出して前記相互作用ゾーン内の前記流体の該電磁放射線への露出を実行するように構成された電磁放射線放出光ファイバ先端を該相互作用ゾーン内に位置決めする段階、
   を更に含むことを特徴とする請求項１に記載の方法。
6. 前記ターゲット領域は、前記光ファイバ先端の寸法とサイズが類似の寸法を有する腔、開口部、通路、又は管であることを特徴とする請求項５に記載の方法。
7. 前記光ファイバ先端は、該光ファイバ先端を前記腔、開口部、通路、又は管に入れることにより、又は該光ファイバ先端を該腔、開口部、通過、又は管の入口の近くに位置決めすることにより前記相互作用ゾーン内に位置決めされることを特徴とする請求項６に記載の方法。
8. 前記光ファイバ先端は、前記腔、開口部、通路、又は管内にその中心に置かれるか、又は該腔、開口部、通路、又は管への前記入口の中心区域の近くに位置決めされることを特徴とする請求項７に記載の方法。
9. 前記腔、開口部、通路、又は管内に前記光ファイバ先端を置く際に、該光ファイバ先端は、該腔、開口部、通路、又は管の深さ全体に挿入されないことを特徴とする請求項７に記載の方法。
10. 医療又は歯科処置に適用されることを特徴とする請求項１に記載の方法。
11. 前記ターゲット領域の前記洗浄又は前記殺菌は、該ターゲット領域内又は該ターゲット領域の表面上のバクテリアの死滅又は除去を含むことを特徴とする請求項１に記載の方法。
12. 前記ターゲット領域は、歯根管通路、歯の細管、歯腔、歯の表面、又は血管であることを特徴とする請求項１に記載の方法。
13. 前記流体は、水性であり、
    前記波長は、約１．８μｍから１０．６μｍ又は０．１５７μｍから３００μｍの範囲内である、
    ことを特徴とする請求項１に記載の方法。
14. 前記相互作用ゾーンに前記流体を露出する段階は、前記電磁放射線のパルスに該流体を露出する段階を含むことを特徴とする請求項１に記載の方法。
15. 前記電磁放射線の前記パルスに前記流体を露出する段階は、該電磁放射線の複数の該パルスに該流体を露出する段階を含み、
    前記複数の前記パルスは、前記流体と前記ターゲット領域とを含むシステムの共振周波数に適合する周波数で送出される、
    ことを特徴とする請求項１４に記載の方法。
16. 前記電磁放射線の前記パルスは、約０．５μｓから１０ｍｓの範囲内のパルス幅を有することを特徴とする請求項１４に記載の方法。
17. 前記電磁放射線の前記パルスは、約１ｍＪから２５０ｍＪの範囲内のパルスエネルギを有することを特徴とする請求項１４に記載の方法。
18. 前記流体の前記気泡は、二酸化炭素気泡、窒素気泡、又は別の組成の気泡であることを特徴とする請求項１に記載の方法。
19. 前記別の組成の気泡は、薬剤又はヨウ素を含む気泡であることを特徴とする請求項１８に記載の方法。
20. 前記流体の前記気泡は、約０．１μｍから２０００μｍの範囲の直径を有することを特徴とする請求項１に記載の方法。
21. 前記流体の前記気泡は、約０．１μｍから３００μｍの範囲の直径を有することを特徴とする請求項１に記載の方法。
22. 前記ターゲット領域を洗浄し、該ターゲット領域のバクテリアを除去するか又は死滅させ、該ターゲット領域を殺菌し、又は該ターゲット領域に医療処置を適用するように構成された研磨材、ナノ粒子、薬剤、生物活性粒子、殺菌剤、又は抗生物質を前記流体と組み合わせる段階、
    を更に含むことを特徴とする請求項１に記載の方法。
23. 前記研磨材は、直径が約１μｍから５０μｍの範囲の酸化アルミニウム粒子を有する酸化アルミニウム粉体であることを特徴とする請求項２２に記載の方法。
24. 前記相互作用ゾーンに前記流体を露出する段階は、約２．７９μｍの波長を有するエルビウム、クロム、イットリウムスカンジウムガリウムガーネット（Ｅｒ、Ｃｒ：ＹＳＳＧ）レーザからの出力に該流体を露出する段階を含むことを特徴とする請求項１に記載の方法。
25. ターゲット領域を洗浄又は殺菌するためのシステムであって、
    複数の気泡を含み、前記ターゲット領域内に延びるか又は該ターゲット領域に隣接する容積である相互作用ゾーンに入れられる流体と、
    前記流体により実質的に吸収される波長を有する電磁放射線を生成するように構成された電磁エネルギ源であって、該電磁放射線が、前記相互作用ゾーンで該流体を露光し、該相互作用ゾーン内の該流体が、該電磁放射線を実質的に吸収して、前記ターゲット領域を洗浄又は殺菌するように構成された該流体の移動及びキャビテーション効果を引き起こす音響衝撃波及び圧力波を生じる前記電磁エネルギ源と、
    を含むことを特徴とするシステム。

Images