(57)【要約】【課題】特定のエクリン汗腺についての発汗量を高感度で測定できる発汗量測定方法および装置を提供する。【解決手段】本発明に係る発汗量測定方法は、被験者の手掌部に分布する特定のエクリン汗腺における発汗量を測定する方法であって、エクリン汗腺の汗孔が閉じた状態で汗腺内部に存在する発汗量を測定するステップを含む。このときエクリン汗腺のＯＣＴ画像を解析することにより発汗量を測定することが好ましい。これにより従来の発汗計では測定が難しい精神性発汗や味覚性発汗などに起因した発汗状態を広い測定レンジで測定できる。【選択図】図５
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
被験者の手掌部に分布する特定のエクリン汗腺における発汗量を測定する方法であって、
エクリン汗腺の汗孔が閉じた状態で汗腺内部に存在する発汗量を測定するステップを含むことを特徴とする発汗量測定方法。
【請求項２】
前記エクリン汗腺のＯＣＴ画像を解析することにより発汗量を測定することを特徴とする請求項１記載の発汗量測定方法。
【請求項３】
エクリン汗腺の汗孔が開いた状態で汗腺内部に存在する発汗量を測定するステップをさらに含むことを特徴とする請求項１記載の発汗量測定方法。
【請求項４】
汗腺内部および外部に存在する総発汗量を測定するステップをさらに含むことを特徴とする請求項１記載の発汗量測定方法。
【請求項５】
汗腺内部の発汗量は、特定のエクリン汗腺内に存在する水分の信号強度の積算値に基づいて測定することを特徴とする請求項１または３記載の発汗量測定方法。
【請求項６】
被験者に外部刺激を与えた時点からの発汗量の時間変化を計測することを特徴とする請求項１記載の発汗量測定方法。
【請求項７】
外部刺激は、音刺激または握力負荷などの精神性あるいは物理的ストレスであることを特徴とする請求項６記載の発汗量測定方法。
【請求項８】
被験者の手掌部に分布するエクリン汗腺における発汗量を測定する装置であって、
エクリン汗腺の汗孔が閉じた状態で汗腺内部に存在する発汗量を測定することを特徴とする発汗量測定装置。
【請求項９】
前記エクリン汗腺のＯＣＴ画像を解析することにより発汗量を測定することを特徴とする請求項８記載の発汗量測定装置。
【請求項１０】
エクリン汗腺の汗孔が開いた状態で汗腺内部に存在する発汗量を測定することを特徴とする請求項８記載の発汗量測定装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、被験者の手掌部に分布するエクリン汗腺の発汗量を高感度で測定する方法および装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来の発汗計は、所定面積の開口を有するカプセルを手掌や指先に密着させた状態で、乾燥空気をカプセル内部空間に供給し、発汗による相対湿度の増加を計測することによって、皮膚表面から外部に放出された発汗量を推定している（例えば、下記特許文献１，２）。カプセルの開口面積を１ｃｍ２に設定した場合、ここにヒト指先では数百のエクリン汗腺が包含されることになる。従って、得られる測定値は、各エクリン汗腺からの発汗量の合計値となる。
【０００３】
【特許文献１】特開平５−１９２３０１号公報
【特許文献２】特開２００１−６１７９１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
従来の発汗計では、汗腺の汗孔から外部に放出された水分量のみを測定対象としているため、発汗量の多い温熱性発汗についてはかなり精度よく測定できる。しかしながら、発汗量が極めて微量な精神性発汗や味覚性発汗については充分な感度が得られていない。
また、一定の開口面積に包含される多数の汗腺を合算して測定しているため、汗腺ごとの個体差に関する情報は全く得られない。
【０００５】
本発明の目的は、特定のエクリン汗腺についての発汗量を高感度で測定できる発汗量測定方法および装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記目的を達成するために、本発明に係る発汗量測定方法は、被験者の手掌部に分布する特定のエクリン汗腺における発汗量を測定する方法であって、
エクリン汗腺の汗孔が閉じた状態で汗腺内部に存在する発汗量を測定するステップを含むことを特徴とする。
【０００７】
本発明において、前記エクリン汗腺のＯＣＴ画像を解析することにより発汗量を測定することが好ましい。
【０００８】
本発明において、エクリン汗腺の汗孔が開いた状態で汗腺内部に存在する発汗量を測定するステップをさらに含むことが好ましい。
【０００９】
本発明において、汗腺内部および外部に存在する総発汗量を測定するステップをさらに含むことが好ましい。
【００１０】
本発明において、汗腺内部の発汗量は、特定のエクリン汗腺内に存在する水分の信号強度の積算値に基づいて測定することが好ましい。
【００１１】
本発明において、被験者に外部刺激を与えた時点からの発汗量の時間変化を計測することが好ましい。
【００１２】
本発明において、外部刺激は、音刺激または握力負荷などの精神性あるいは物理的ストレスであることが好ましい。
【００１３】
また本発明に係る発汗量測定装置は、被験者の手掌部に分布するエクリン汗腺における発汗量を測定する装置であって、
エクリン汗腺の汗孔が閉じた状態で汗腺内部に存在する発汗量を測定することを特徴とする。
【００１４】
本発明において、前記エクリン汗腺のＯＣＴ画像を解析することにより発汗量を測定することが好ましい。
【００１５】
本発明において、エクリン汗腺の汗孔が開いた状態で汗腺内部に存在する発汗量を測定することが好ましい。
【発明の効果】
【００１６】
本発明によれば、特定のエクリン汗腺についての発汗量を高感度で測定できることができる。そのため、従来の発汗計では測定が難しい精神性発汗や味覚性発汗などに起因した発汗状態を広い測定レンジで測定できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
図１は、ＯＣＴ計測を用いた発汗量測定装置の一例を示す構成図である。ＯＣＴ計測部１０は、低コヒーレンス光源を用いたマイケルソン干渉計として構成され、スーパールミネッセントダイオード(ＳＬＤ：Super-luminescent diode)光源１１と、単一モードの光ファイバカプラ１２と、光位相変調器１３，１６と、照射部１４と、参照光ミラー１７と、光検出器１８と、単一モードの光ファイバからなる光路Ｌ１，Ｌ２，Ｌ３，Ｌ４などを備える。
【００１８】
ＳＬＤ光源１１は、例えば、中心波長が１．３μｍ、発振スペクトル幅が約５０ｎｍの低コヒーレンス光を発生する。ＳＬＤ光源１１からの光は、光路Ｌ１を通って光ファイバカプラ１２に到達する。光ファイバカプラ１２は、光路Ｌ１からの光を光路Ｌ２，Ｌ３に向けて所定の比率で分岐する。光路Ｌ２に分岐された光は、照射部１４へ到達する。
【００１９】
照射部１４は、集光用のレンズ、走査用のガルバノミラー５１などを備え、光路Ｌ２からの光を被験者の皮膚（例えば、指の掌面）に向けて照射する。皮膚の内部構造に応じて反射した信号光が、照射部１４に再び入射し、光路Ｌ２を逆行して光ファイバカプラ１２に戻る。
【００２０】
一方、光ファイバカプラ１２によって光路Ｌ３に分岐された光は、参照光ミラー１７で反射すると、光路Ｌ３を逆行して光ファイバカプラ１２に戻る。
【００２１】
光路Ｌ２の途中には光位相変調器１３が設けられ、光路Ｌ３の途中には光位相変調器１６が設けられ、タイムドメインＯＣＴ（ＴＤ―ＯＣＴ）光学系を構成している。光位相変調器１３，１６は、印加電圧に応じて光路長を変化させて、光の位相を変調する機能を有し、例えば、円筒状（例えば、外径５０ｍｍ、高さ４０ｍｍ）の圧電アクチュエータの外周に光ファイバを約２０ｍ巻回して構成される。圧電アクチュエータの両端には、ファンクションジェネレータ２５からの駆動電圧Ｖ１，Ｖ２が印加される。駆動電圧Ｖ１，Ｖ２は、例えば、最大値が＋２５０Ｖ、最小値が−２５０Ｖの三角波電圧で、互いに逆相の関係にある。従って、光位相変調器１３，１６は、互いに逆相で動作するプッシュプル方式で駆動される。光位相変調器１３，１６を±２５０Ｖの三角波電圧で駆動した場合、光軸方向（生体の深さ方向）の走査距離は約２．５ｍｍである。
【００２２】
光路Ｌ２，Ｌ３をそれぞれ逆行した光は、光ファイバカプラ１２で混合されて干渉光を発生する。干渉光は、光路Ｌ４を通って光検出器１８に到達する。光検出器１８は、例えば、インジウムガリウムヒ素（ＩｎＧａＡｓ）のＰＩＮダイオードで構成され、干渉光の強度に応じた電圧をヘテロダインビート信号として出力する。
【００２３】
光検出器１８からの信号は、増幅器２０を経由してフィルタ２１に入力される。フィルタ２１は、所要の周波数帯域の信号のみを透過するバンドパスフィルタとして構成され、ノイズを除去する機能を有する。フィルタ２１からの信号は、広帯域増幅器２２を経由してＡ／Ｄ変換器２３に入力される。Ａ／Ｄ変換器２３は、入力信号を、例えば、１２ビットのデジタル信号へ変換して、信号処理部５０へ出力する。
【００２４】
信号処理部５０は、例えば、パーソナルコンピュータで構成され、Ａ／Ｄ変換器２３からのデジタル信号を保存して各種の演算処理を実行するとともに、ファンクションジェネレータ２５の動作、照射部１４におけるガルバノミラーの動作、装置全体の動作などを制御する。
【００２５】
照射部１４には、ＯＣＴ光学系の光軸に介在するビームスプリッタ３０と、撮像素子３１とが設けられる。撮像素子３１は、例えば、ＣＣＤカメラで構成され、ＯＣＴ走査領域を含む汗腺画像を取得する。撮像素子３１からの映像信号は、画像モニター３２に送られ、スクリーン上に汗腺画像として表示されるとともに、フレームグラバー３３に保存される。保存された画像データは、必要に応じて信号処理部５０へ伝送される。
【００２６】
撮像素子３１が装着された照射部１４は、光学系の光軸方向の位置を調整するためのｚステージ４４と、光軸方向に垂直な方向の位置を調整するためのｘｙステージ４３に搭載されている。一方、照射部１４の下方には、被験者の指を保持するためのサンプルホルダ４７と、サンプルホルダ４７の光軸回り角度を調整するためのθステージ４６と、θステージ４６を戴置する固定台４８とが設置される。ｘｙステージ４３、ｚステージ４４およびθステージ４６は、ステージドライバー４２に電気接続されており、Ｄ／Ａ変換器４１を介して信号処理部５０によって制御される。
【００２７】
図２は、測定部位を示す説明図である。図２（ａ）に示すように、指の掌面には指紋と汗孔が分布しており、この汗孔に通ずる汗腺ダクトが表皮から真皮まで延びている。図２（ｂ）は、汗孔を通る断面に沿ったＯＣＴ画像である。横方向が皮膚の深さ方向を示しており、縦に延びる皮膚から汗腺ダクトがスパイラル状に延びて、汗腺ダクト内に存在する水分の反射画像がスパイラル状に現れている。汗腺ダクトの末端より下方には、コラーゲンの反射像が分布している。
【００２８】
皮膚組織の屈折率は約１．４であるのに対して、水の屈折率は１．３３であるため、光が皮膚の深さ方向に進行すると、両者の屈折率差による界面反射が生ずる。ＴＤ−ＯＣＴでは、信号光および参照光の位相変調によって深さ方向に沿った断層画像が得られる。汗腺の水分量が多くなると、信号強度もほぼ比例して増加することから、汗孔付近および汗腺ダクト内部に存在する画像のみを抽出し、その信号強度を積分することにより、特定の汗腺における発汗量を正確に見積もることができる。
【００２９】
本実施形態では、被験部位である指先汗腺のダイナミックＯＣＴ画像を取得している。測定条件として、１枚のＯＣＴデータ取得時間は０．２秒、イメージサイズは１ｍｍ×１ｍｍ、フレーム間隔は１秒、約５分間（３００秒）連続的に汗腺のＯＣＴ画像を取得する。精神性発汗のストレスとして刺激音を聞かせ、皮膚交感神経に関わる発汗を促進し、ダイナミックＯＣＴで観察する。刺激音として、被験者に、例えば、ガラスが割れたときの不快音（音量９０ｄＢ、持続時間０．５秒）を聞かせた場合、この音に反応して指先の発汗が促進される。交感神経が正常である場合、音刺激を与えると発汗が促され、ＯＣＴ画像上で汗腺の信号強度が大きく増大する。なお、音刺激の代わりに握力負荷を与えるようにしても構わない。
【００３０】
指の先端部では、エクリン汗腺が４００〜６００個／ｃｍ２の密度で分布し、指紋の山に沿って並んでいる。撮像素子３１を使用することにより、この汗腺の中から対象とする能動汗腺を特定し、同一汗腺についてダイナミックＯＣＴ測定を行うことが可能である。
【００３１】
次に、測定手順について説明する。最初に、指先をサンプルホルダ４７に固定し、指紋部にある汗腺の表面像を撮像素子３１で撮影し、画像モニター３２に表示する。表示エリアは５×５ｍｍ２で、指紋の頂点部が中心になるように固定する。ＯＣＴ走査範囲を画像モニター３２に表示した後、信号処理部５０の操作によりｘｙステージ４３およびθステージ４６を移動して、所望の汗腺を断層画像の走査ラインの中心部に位置決めする。そして、被験者に外部負荷をかけて汗腺からの発汗を促すとともに、特定した能動汗腺のダイナミックＯＣＴ測定を行い、発汗量を測定する。
【００３２】
次に、汗腺の内部発汗と外部発汗について説明する。本発明者は、皮膚表面の汗孔が開かない精神性発汗現象を発見し、これを「内部発汗」と名付けた。内部発汗は、真皮（皮膚の深部）から螺旋状の汗腺ダクトに吸い上げられる汗の量が少なく、皮膚表面に汗滴（汗の粒）が放出されない発汗である。これに対して、皮膚表面に裂け目（汗孔）が生じ、汗滴が皮膚表面に放出されるものを「外部発汗」という。この外部発汗は通常見られる発汗現象であり、既存の「発汗計」で皮膚表面の湿度変化を測定することによって検出できる。
【００３３】
本実施形態に係るＯＣＴ装置の特徴は、上記の外部発汗と内部発汗を識別して、両者の発汗量を定量測定できることにある。特に、発汗量が少なく、既存の発汗計では検出不可能な内部発汗を高感度に検出することが可能になる。なお、汗腺の汗孔が閉じた状態で汗腺内部に存在する発汗量を測定する手法と、汗孔が開いた状態で汗腺内部に存在する発汗量を測定する手法とは同じである。
【００３４】
図３は、発汗量の測定手法の一例を示す説明図である。例えば、被験者が右手で棒を強く握ると、脳の神経中枢および交感神経を通じて、左手指先の発汗が促進される。これを握力負荷という。図３（ｄ）のグラフは、測定対象の指とは反対の手で棒を１０秒間強く握ったときの瞬時発汗量を示す。この瞬時発汗量は、次の画像処理によって測定することができる。
（ａ）一定のフレーム間隔で汗腺ダクトのＯＣＴ画像を時系列に取得する。
（ｂ）ＯＣＴ画像において皮膚表面を示す輝線を削除する。
（ｃ）螺旋状汗腺の背景ノイズとなる画素の中で、反射光強度が最大値となる画素を抽出し、この値を閾値として設定し、閾値以下の値を持つ画素の反射光強度をゼロにする（これを「閾値処理」という）。さらに、表皮と真皮の境界にある明るい部分（コラーゲン層）を回避するように、関心領域（ＲＯＩ：Region of interest）を設定する。
（ｄ）ＲＯＩに含まれる螺旋状汗腺を構成する全ての画素の反射光強度を積算する。この積算値が「汗腺に蓄えられる瞬時発汗量」に対応する。
【００３５】
図４は、特定のエクリン汗腺についての発汗状態の時間変化を示す説明図である。ここでは、計測開始から５０秒経過した時点で１０秒間握力負荷をかけて、５０秒後からフレーム間隔１秒で時系列にＯＣＴ画像を取得している。６２秒後に、皮膚表面に汗孔が開き始めた様子が読み取れる。汗孔が開いてからの発汗量は従来の発汗計でも測定可能であったが、汗孔が閉じた状態でも汗腺内部に水分が存在していることがＯＣＴ計測により初めて明らかになった。握力負荷がかかってからは、安静状態の画像とは異なり、信号強度が強くなり、精神性発汗が促進されていることが判る。汗孔が閉じた状態における内部発汗量を測定することにより、外部発汗に至らない発汗量を測定できるので、精神性発汗発汗現象を高感度に測定することができる。
【００３６】
図５は、内部発汗の様子を示すもので、図５（ａ）はＯＣＴ画像の時間変化を示し、図５（ｂ）は内部発汗量の時間変化を示すグラフであり、図５（ｃ）は従来の発汗計で計測した発汗量の時間変化を示すグラフである。
【００３７】
図５（ｂ）において、縦軸は汗腺ダクト内部の信号強度を積分した値（内部発汗量）を瞬時発汗量（リニア表示、任意単位）として示している。横軸は経過時間（秒）を示す。測定開始から５０秒で被験者に音刺激を与えると、発汗が促され、信号強度が大きく増大し、約６０〜７０秒でピークに達し、その後、発汗が減少し、約２００秒経過すると、安静状態と同様な状態に戻ることが判る。
【００３８】
図５（ａ）の１枚目の画像は測定開始から３８秒（刺激前）のもので、汗腺ダクト内には水分が殆ど存在していない。２枚目の画像は測定開始から６５秒のもので、汗腺ダクト内に水分が充満しているが、汗孔は閉じたままである（内部発汗）。３枚目の画像は測定開始から１１０秒のもので、汗腺ダクト内に排出された水分が組織に徐々に吸収されている。
【００３９】
一方、図５（ｃ）において、縦軸は発汗計で測定した発汗量、横軸は経過時間（秒）であり、音刺激の前後に渡って数値が殆ど変化していない。このことは、従来の発汗計では内部発汗の測定が原理的に不可能であることを示している。
【００４０】
図６は、外部発汗の様子を示すもので、図６（ａ）はＯＣＴ画像の時間変化を示し、図６（ｂ）は総発汗量の時間変化を示すグラフであり、図６（ｃ）は汗孔の直径の時間変化を示すグラフであり、図６（ｄ）は従来の発汗計で計測した発汗量の時間変化を示すグラフである。外部発汗では、音刺激の代わりに握力負荷を用いている。
【００４１】
図６（ｂ）において、縦軸は汗腺ダクト内部および外部の信号強度を積分した値（総発汗量）を瞬時発汗量（リニア表示、任意単位）として示している。横軸は経過時間（秒）を示す。測定開始から５０秒で被験者に握力負荷を与えると、発汗が促され、信号強度が大きく増大し、約６０〜７０秒でピークに達し、その後、いったん発汗が減少し、約９０秒で再び増加して、約１１０〜１２０秒でピークに達し、その後、発汗が減少し、約２５０秒経過すると、安静状態と同様な状態に戻ることが判る。
【００４２】
図６（ａ）の１枚目の画像は測定開始から４７秒（刺激前）のもので、汗腺ダクト内には水分が殆ど存在していない。２枚目の画像は測定開始から５３秒のもので、汗腺ダクト内に水分が充満し始めており、汗孔も開きつつある（外部発汗）。３枚目の画像は測定開始から６２秒のもので、汗腺ダクト内に充満する水分量が増大するとともに、汗孔が大きく開いている。４枚目の画像は測定開始から９４秒のもので、汗腺ダクト内での水分量はあまり減少していない。
【００４３】
図６（ｃ）において、縦軸は汗孔の直径（μｍ）で、横軸は経過時間（秒）である。汗孔の直径は、縦に延びる皮膚表面の画像に対して閾値処理を施すことによって容易に計測できる。汗孔は、測定開始から約６３秒〜約１００秒の期間だけ開いて、その前後では閉じていることが判る。
【００４４】
一方、図６（ｄ）では、握力負荷の時点から発汗量が増加し始めて、約６０〜７０秒でピークに達し、その後、発汗が減少し、約１２０秒経過すると、安静状態と同様な状態に戻ることが判る。図６（ｄ）のグラフは、図６（ｂ）と比べると、ノイズが少なく、２回目のピークも現れていない。これは、従来の発汗計ではカプセルの開口面積に包含される多数の汗腺を合算して測定していることに起因している。これに対してＯＣＴ計測では、特定の汗腺に関する反応を観測できるため、個々の汗腺ごとに詳細な情報を取得できるという利点がある。
【００４５】
なお、以上の説明では、ＯＣＴ計測としてタイムドメイン(ＴＤ：Time domain)方式ＯＣＴ計測を用いた場合を例示したが、その他のＯＣＴ計測、例えば、フーリエドメイン(ＦＤ：Fourie domain)方式ＯＣＴや超高速光コムＯＣＴなどでも本発明は適用可能である。
【００４６】
また、被験者の測定部位として指の掌面を例示したが、その他の部位、例えば、手掌や手背、足底などでも本発明は適用可能である。
【産業上の利用可能性】
【００４７】
本発明は、被験者の皮膚に分布するエクリン汗腺の発汗量を高感度で測定できる点で、産業上極めて有用である。
【図面の簡単な説明】
【００４８】
【図１】ＯＣＴ計測を用いた発汗量測定装置の一例を示す構成図である。
【図２】測定部位を示す説明図である。
【図３】発汗量の測定手法の一例を示す説明図である。
【図４】特定の汗腺についての発汗状態の時間変化を示す説明図である。
【図５】内部発汗の様子を示す説明図である。
【図６】外部発汗の様子を示す説明図である。
【符号の説明】
【００４９】
１０  ＯＣＴ計測部
１１  ＳＬＤ光源
１２  光ファイバカプラ
１３，１６  光位相変調器
１４  照射部
１７  参照光ミラー
１８  光検出器
２１  フィルタ
２３  Ａ／Ｄ変換器
２５  ファンクションジェネレータ
３１  撮像素子
３２  画像モニター
３３  フレームグラバー
４１  Ｄ／Ａ変換器
４２  ステージドライバー
４３  ｘｙステージ
４４  ｚステージ
４６  θステージ
５０  信号処理部
５１  ガルバノミラー
Ｌ１，Ｌ２，Ｌ３，Ｌ４  光路
【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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