JP7597547B2

JP7597547B2 - スイープ超音波スキャン式ウイルス不活化装置

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Publication number: JP7597547B2
Application number: JP2020171686A
Authority: JP
Inventors: 仁志尾崎
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2020-10-12
Filing date: 2020-10-12
Publication date: 2024-12-10
Anticipated expiration: 2040-10-12
Also published as: JP2022063419A

Description

本発明は、人間に感染したウイルスを、感染患者の体表面にスイープ超音波発振スキャナーを走査することで、ウイルスを機能的に不活化（構造的には破壊）する装置である。

生物の定義は、その基本構造は細胞で、自己複製ができる、とされている（非特許文献１）。

ウイルスの基本的な構造は、核酸（ＲＮＡまたはＤＮＡ）と、それを包み込む蛋白質の殻（カプシド）で構成されている。さらに、その周りを脂質と蛋白質からできた被膜（エンベロープ）で覆われている種類もあり、また、被膜の表面に糖蛋白質の突起（スパイク）を有するウイルス（コロナウイルスなど）も存在する。

ウイルスは細胞よりもはるかに細かい固体微粒子である。ウイルスが増殖するためには、他生物の細胞に感染して核酸（複製情報の本体）を複製するしかほかに手段がない。したがって、細胞を構成せず、自己複製もできないウイルスは、生物の定義から外れる。

ウイルス感染症に対する現在のところの治療法は、予防としてのワクチン接種と、感染してからの抗ウイルス薬投与が一般的な選択肢であるが、これらはウイルスを生物もしくは準生物とみなした生化学的な治療戦略といえる。

しかし、ウイルスが感染して複製増殖しようとする患者（宿主）も生物であることから、生化学的戦略には宿主をも傷つけてしまう副作用（副反応）も多くみられ、かつウイルスは複製の度に変異を繰り返しているため、生化学的に開発されたワクチンや抗ウイルス薬が無効になるケースが多い。

本発明は、前述したようにウイルスを非生物の固体微粒子とみなし、生化学的な不活化以外の方略を求めたものである。

さて、あらゆる固体の物体には固有振動（共振振動あるいは共鳴ともいう）が存在している。固有振動とは、その物体が最も振動しやすい振動数で与えられた振動のことで、このときの振動数を固有振動数（共振振動数、固有周波数ともいう）という。この固有振動数に一致した振動を物体に与えると、物体は与えられた振動よりも大きな振幅で振動（共振振動）し、破壊されたり損壊されたりすることが知られている。固有振動（共振振動）による破壊で有名な例としては、人の声でワイングラスを割る実験がある。これはワイングラスの固有振動数に一致した周波数の音声をワイングラスの前で発声することにより、ワイングラスを共振（共鳴）させて割る（破壊する）ことができるのである。

ウイルスの大きさは種類によって異なるが、範囲で表すと数十ｎｍ～数百ｎｍで、これは生物細胞（数千ｎｍ～数万ｎｍ）の１００～１０００分の１ぐらいの大きさである（非特許文献２）。おもなウイルスの大きさと特徴は図２（非特許文献３）のとおりである。

図３にＳＡＲＳ－ＣоＶ－２（新型コロナウイルス）の電子顕微鏡写真（非特許文献４）を、図４にＳＡＲＳ－ＣоＶ－２（新型コロナウイルス）の構造（非特許文献５）を示す。

図２、図３、図４で、ウイルスのおおよその大きさと形状が把握できる。そこで、固体微粒子としてのウイルスの固有振動数（共振振動数）を求めるためにＭｉｎｎａｅｒｔの式（非特許文献６）を用いて計算したところ、図５のような共振振動数が得られた。

図２で示したように、例えばコロナウイルスの大きさは直径が８０～１２０ｎｍで、この大きさの固体微粒子の固有振動数（共振振動数）は、Ｍｉｎｎａｅｒｔの式から８２～５５ＭＨｚとなる（図５参照）。

しかし、この計算結果は、あくまでも理想値であって、ウイルスの大きさは均一ではなく、内部構造も一様ではないため、戦略上の概数とみなさなければならない。

本発明装置の外観と使用方法は、既存の超音波診断装置（特許文献１）に似ている。

本発明装置と超音波診断装置の相違点は以下の２つである。（ａ）超音波診断装置のプローブ（探触子）は、超音波信号を体表面から体内に発振し、体内からの反射波（エコー）を画像化するための、送受信器と画像モニターを備えている。一方、本発明装置のスキャナー（超音波診断装置のプローブに相当する）は、感染患者の体表面から超音波振動を送振する送振器のみで、受信器やモニターは必要がない。（ｂ）超音波診断装置の目的は、体内情報を画像化するためであることから、発振超音波の周波数は２～１０ＭＨｚで、どの周波数を選択するかは、得られる解像度（画質）と超音波の深達度（目標臓器の体表面からの深さ）で決められる。一方、本発明装置が使用する超音波の発振周波数は、Ｍｉｎｎａｅｒｔの式から得られたウイルスの固有振動数に合わせるため、５０～１００ＭＨzが選ばれる。

特開昭53-142072 実全昭47-024042

バイオのプロが解説ウイルスとは？―生き物との違いとコロナウイルスの増殖機構―。ちとせグループホームぺージ＜URL: https://modia.chitose-bio.com/articles/virus_01/＞今さら聞けない「ウイルスと細菌と真菌の違い」。近畿大学病院ホームページ＜URL:https://www.med.kindai.ac.jp/transfusion/ketsuekigakuwomanabou-252.pdf＞ウイルスの一般的特徴。佐賀大学医学部病因病態学講座生体防御学分野ホームページ。＜URL: http://www.microbio.med.saga-u.ac.jp/Lecture/kohashi-inf1/part8/1.html＞２０１９－ｎＣоＶの電子顕微鏡写真。国立感染症研究所ホームページ＜URL:https://www.niid.go.jp/niid/ja/multimedia/9368-2019-ncov.html＞ AC Walls et al. セル181, 281（2020）. Natureホームページ＜URL:https://www.nature.com/articles/d41586-020-01444-z＞石原謙. BME, vol.6, No.1, 1992, p.47. 日本超音波医学会機器及び安全に関する委員会（翻訳）。診断用超音波の安全な使用（Gail ter Haar編）。2012。日本超音波医学会ホームページ＜URL:https://www.jsum.or.jp/committee/uesc/pdf/download.PDF＞

上記００１２から、直径が８０～１２０ｎｍのウイルスなら、超音波の周波数が５５～８２ＭＨｚで、ウイルスの固有振動により共振振動することが求められたが、ターゲットとするウイルスを不活化（破壊）するためには、１固体ずつのウイルスの固有振動数に一致した周波数で超音波を発振しなければならない。しかし、前述したようにウイルスの直径はすべてが均一ではなく、同じ種類のウイルスでも直径は異なっており、当然、ウイルスの直径から求められる固有振動数にも幅が生じてしまう。

また、人体内に発振された超音波は、人体の深部に入れば入るほど、発振周波数が高くなればなるほど、そのエネルギーが減衰してしまう（非特許文献７）。

図１に、本発明装置全体の概略を示す。１は本体（スイープ超音波発信装置）、８は感染患者の体表面から体内に超音波を送振するスキャナー、７は本体装置とスキャナーを結ぶケーブルである。９は患者（ベッド上で伏臥位または仰臥位）、１０はスキャナーによる感染患者の体表面での超音波照射の軌跡である。

上記００１８の問題は、発振する超音波の周波数をスイープ（掃引）することで解決できる。周波数スイープの一例としてオーディオチェック用の信号がある。これは、オーディオアンプやスピーカーのチェックに使われる音源信号で、人間の可聴域である２０Ｈｚからスタートして連続的に２００００Ｈｚまで出力し、機器の異常を調べる方法で、オーディオマニアのあいだでは一般的である。

スイープ信号の発振と制御についての知財情報は、特許文献２などを参考することができる。図６、図７に、２つの異なるスイープ周波数幅とスイープ周期で出力したときの波形イメージのグラフを示す。

上記００１９の問題は、スイープ周波数の変動（高低の移動）に合わせて出力を増減することで解決できる。つまり、出力は一定ではなく、発振周波数が低ければ小出力、発振周波数が高ければ大出力になるよう制御する。深達度による減衰は、安全性を加味した最大出力で解決する。

本発明は、人間に感染したウイルスの固有振動数を、前述したＭｉｎｎａｅｒｔの式から求め、その固有振動数に合わせた超音波振動を本装置によって発振し、体表面から超音波をスキャンして、体内のウイルスを不活化（破壊）するという、従来にはなかった発想から生まれた。本発明は、これまでの生化学的治療法（ワクチンや抗ウイルス薬）よりも圧倒的に安価かつ安全で簡便、しかもウイルスの変異にも影響を受けないという利点がある。そのため、医療経済面でも有利であり、本治療法が定着すれば、これまでのウイルス治療とは一線を画することが期待できる。

本発明装置のシステム概要と実施イメージおもなウイルスの種類と大きさ（抜粋）ＳＡＲＳ－ＣоＶ－２（新型コロナウイルス）の電子顕微鏡写真ＳＡＲＳ－ＣоＶ－２（新型コロナウイルス）のイラスト。突起（スパイク）は宿主細胞に侵入するときのカギとなるが、図３の電子顕微鏡写真やこのイラストで判断する限り、ウイルスに振動を与えれば容易に剥脱しそうであるＭｉｎｎａｅｒｔの式とそこから求められる共振振動数スイープ信号の設定例１：スイープ周波数幅を３０～１００ＭＨｚ、スイープ周期を２サイクル／ｓで設定したときの波形イメージスイープ信号の設定例２：スイープ周波数幅を４０～８０ＭＨｚ、スイープ周期を７サイクル／ｓで設定したときの波形イメージ

本発明装置の構造と使用方法は、既存の超音波診断装置のそれと比較して単純であるが、相手が感染性のウイルスであることから、その使用にあたっては十分な配慮と対策が必要である。施術者（医師または技師）は感染防御対策を徹底し、日本医師会のガイドラインなどを参考にして、治療にあたることが望ましい。

しかし、ウイルスは本発明装置で不活化（破壊）できるため、万が一、医療者が感染しても本発明装置で治療すれば治癒可能となり、免疫力も獲得することが期待できる。したがって、感染が広がって治療を受ける患者が増えれば増えるほど、地域全体が集団免疫状態となり、感染治癒が優勢となる。楽観視はできないが、麻疹ウイルスと同じレベルで扱えることも考えられる。

本発明装置は、構造的に超音波診断装置よりも低コストで製作でき、需要は全世界であることから、必要数を以下のように試算してみた。

必要数を、人口１０００人に１台として、わが国（人口１．３億人）では１３万台、全世界（７０億人）では７０万台、となる。ちなみに、ＡＥＤ（自動体外式除細動器）は、わが国での累計販売台数（２０１７年時点）は約１００万台で、人口１３０人に１台という計算になる。

１本体装置（スイープ超音波発信装置）。
２周波数・出力値入力装置。スイープ周波数の幅と周期、出力値を入力する。
３演算装置。周波数の高低に合わせて出力値を補正し、超音波の減衰を防ぐ。
４周波数制御装置。スイープ信号の制御。
５出力制御装置。出力値の制御。
６超音波発信器。４と５を統合してスイープ超音波を発信させる。
７１と８を結ぶケーブル。
８体表面から体内にスイープ超音波を発振するスキャナー。
９患者はベッド上で、伏臥位または仰臥位で治療を受ける。
１０スキャナーで体表面を走査したときの超音波の軌跡。
１１スイープ周波数幅を３０～１００ＭＨｚ、スイープ周期を２サイクル／ｓに設定したときの出力波形イメージ。
１２スイープ周波数幅を４０～８０ＭＨｚ、スイープ周期を７サイクル／ｓで設定したときの波形イメージ。

Claims

人間に感染したウイルスを、ウイルスの固有振動数に一致させた周波数の超音波によって、前記ウイルスの固有振動を惹起してウイルスを振動させ、その固有振動によってウイルスを破壊することで、ウイルスを患者体内で不活化する装置であって、
前記固有振動を惹起する発振周波数をＭｉｎｎａｅｒｔの式から求めるが、人間に感染したウイルスすべての大きさが均一ではないために、発振超音波をスイープ信号とすることで、
前記感染したウイルスすべての固有振動数に一致したスイープ超音波を発信する本体装置（１）を備え、
前記本体装置の内部は、前記Ｍｉｎｎａｅｒｔの式から求められた発振周波数および出力値を、周波数・出力値入力装置（２）に入力する構成を備え、周波数の高低に合わせた出力値になるように補正する演算装置（３）を備え、周波数の制御装置（４）と、出力値の制御装置（５）を備え、周波数と出力値を統合したスイープ超音波を超音波発信器（６）から発信し、
ケーブル（７）を介してスキャナー（８）でスイープ超音波を発振し、
そのスイープ超音波を患者の体表面に照射（１０）すると、患者に感染したウイルスは固有振動を惹起されて共振し、
その結果として、ウイルスを体内で破壊して不活化させる特徴を有するウイルス不活化装置。