(57)【要約】  サンプル組織（４；４ａ、４ｂ）を非侵襲的な様態でキャラクタライズするための測定システム（１）は、サンプル組織（４；４ａ、４ｂ）の熱刺激のための刺激装置（３；３ａ、３ｂ；３ａ、３ｃ）と、サンプル組織（４）の少なくとも１つの温度プロフィールを取り込むための温度センサ（２；２ａ、２ｂ）と、温度センサ（２；２ａ、２ｂ）により送達されるデータを処理するために温度センサ（２；２ａ、２ｂ）に接続されるコンピューティングユニット（１１）を備える。熱刺激の結果として少なくとも測定領域（５）からサンプル組織（４；４ａ、４ｂ）により放射される熱放射を、サンプル組織（４；４ａ、４ｂ）の熱刺激中に温度センサ（２；２ａ、２ｂ）により検出可能である。刺激装置は、全測定期間中に接触領域（６）においてサンプル組織（４；４ａ、４ｂ）と連続的に接触する温度調整体（３；３ａ、３ｂ；３ａ、３ｃ）を備える。測定期間中に、温度調整体（３；３ａ、３ｂ；３ａ、３ｃ）は、サンプル組織（４；４ａ、４ｂ）とは異なる温度を有する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
サンプル組織（４；４ａ、４ｂ）を非侵襲的な様態でキャラクタライズするための測定システム（１）であって、
サンプル組織（４；４ａ、４ｂ）の熱刺激のための少なくとも１つの刺激装置（３；３ａ、３ｂ；３ａ、３ｃ）と、
前記サンプル組織（４）の少なくとも１つの温度プロフィールを取り込むための少なくとも１つの温度センサ（２；２ａ、２ｂ）と、
前記温度センサ（２；２ａ、２ｂ）により送達されるデータを処理するために前記温度センサ（２；２ａ、２ｂ）に接続されるコンピューティングユニット（１１）と、
を備え、
前記熱刺激の結果として少なくとも測定領域（５）から前記サンプル組織（４；４ａ、４ｂ）により放射される熱放射を、前記サンプル組織（４；４ａ、４ｂ）の熱刺激中に前記少なくとも１つの温度センサ（２；２ａ、２ｂ）により検出可能であり、
前記少なくとも１つの刺激装置が、全測定期間中に接触領域（６）において前記サンプル組織（４；４ａ、４ｂ）と連続的に接触する少なくとも１つの温度調整体（３；３ａ、３ｂ；３ａ、３ｃ）を備え、測定期間中に、前記温度調整体（３；３ａ、３ｂ；３ａ、３ｃ）が前記サンプル組織（４；４ａ、４ｂ）とは異なる温度を有する、
測定システム。
【請求項２】
前記少なくとも１つの温度センサ（２；２ａ、２ｂ）が、非接触式温度センサ、特に、サーモパイルセンサ又はサーモグラフィカメラであり、特に、前記サンプル組織（４；４ａ、４ｂ）の隣接する体積又は領域の又は異なる地点の温度を測定するための２つの温度センサが設けられる、請求項１に記載の測定システム。
【請求項３】
各温度センサ（２；２ａ、２ｂ）に属するレンズ（１４）及び／又はフィルタが、前記少なくとも１つの温度センサ（２；２ａ、２ｂ）と前記少なくとも１つの測定領域（５）との間に配置される、前記請求項のうちの一項に記載の測定システム。
【請求項４】
前記温度調整体（３；３ａ、３ｂ；３ａ、３ｃ）の温度をモニタリングするための補助温度センサ（１２）が設けられる、前記請求項のうちの一項に記載の測定システム。
【請求項５】
前記温度調整体（３；３ａ、３ｂ；３ａ、３ｃ）及び前記少なくとも１つの温度センサ（２；２ａ、２ｂ）は、前記接触領域（６）と前記測定領域（５）が隣接するように配置され、特に、前記接触領域（６）は前記測定領域（５）を取り囲まない又はその逆もまた同様である、前記請求項のうちの一項に記載の測定システム。
【請求項６】
１つの温度調整体（３）が用いられる場合に、前記温度調整体（３）及び前記少なくとも１つの温度センサ（２；２ａ、２ｂ）は、前記接触領域（６）と前記測定領域（５）が隣接するように配置され、特に、前記接触領域（６）は前記測定領域（５）を少なくとも部分的に取り囲む、請求項１〜請求項４のうちの一項に記載の測定システム。
【請求項７】
前記少なくとも１つの温度センサ（２；２ａ、２ｂ）の測定領域（５）が前記２つの温度調整体（３ａ、３ｂ；３ａ、３ｃ）間に存在するように、前記サンプル組織（４；４ａ、４ｂ）と接触する２つの温度調整体（３ａ、３ｂ；３ａ、３ｃ）が設けられる、請求項１〜請求項５のうちの一項に記載の測定システム。
【請求項８】
前記温度調整体（３）又は前記温度調整体（３ａ、３ｂ；３ａ、３ｃ）のうちの少なくとも１つが、それぞれ、前記サンプル組織（４；４ａ、４ｂ）と前記温度調整体（３）又は前記温度調整体（３ａ、３ｂ；３ａ、３ｃ）のうちの少なくとも１つとの間の伝熱を増加させるように適合された層又はコーティング（８）を備え、特に、前記層又はコーティング（８）が熱伝導性シリコーンで作製され、特に、前記層又はコーティング（８）の厚さが１００から１００００μｍまでの間である、前記請求項のうちの一項に記載の測定システム。
【請求項９】
前記温度調整体（３；３ａ、３ｂ；３ａ、３ｃ）が、冷却体であって前記冷却体（３；３ａ、３ｂ；３ａ、３ｃ）よりも高い熱容量を有し且つ前記冷却体（３；３ａ、３ｂ；３ａ、３ｃ）と接触する又は前記冷却体（３；３ａ、３ｂ；３ａ、３ｃ）内に一体化される蓄冷体（９）により冷却されるように適合された冷却体である、又は前記温度調整体（３；３ａ、３ｂ；３ａ、３ｃ）が、冷却装置により能動的に冷却されるように適合された冷却体である、前記請求項のうちの一項に記載の測定システム。
【請求項１０】
前記温度調整体（３；３ａ、３ｂ；３ａ、３ｃ）が、加熱体であって前記加熱体（３；３ａ、３ｂ；３ａ、３ｃ）よりも高い熱容量を有し且つ前記加熱体（３；３ａ、３ｂ；３ａ、３ｃ）と接触する又は前記加熱体（３；３ａ、３ｂ；３ａ、３ｃ）内に一体化される蓄熱体（９）により加熱されるように適合された加熱体である、又は前記温度調整体（３；３ａ、３ｂ；３ａ、３ｃ）が、ヒータにより能動的に加熱されるように適合された加熱体である、請求項１〜請求項７のうちの一項に記載の測定システム。
【請求項１１】
サンプル組織（４）の少なくとも１つの温度プロフィールを取り込むための１つの温度センサ（２ａ）と、組織の異なる深さのパラメータを得るために又は前記測定領域の表面の反射率を測定するために前記温度センサ（２ｂ）がカバーする波長とは異なる波長スペクトルで取り込むための電磁放射センサ（２ｃ）とを備える、前記請求項のうちの一項に記載の測定システム。
【請求項１２】
前記請求項のうちの一項に記載の測定システム（１）によりサンプル組織を非侵襲的な様態でキャラクタライズするための方法であって、
最初の刺激温度と最初の組織温度との最初の温度差がゼロよりも大きいように、温度調整体（９）とサンプル組織（４；４ａ、４ｂ）との最初の接触に対応する、少なくとも１つの温度調整体（３；３ａ、３ｂ；３ａ、３ｃ）の所望の最初の刺激温度を設定するステップと、
前記測定領域（５）に隣接する前記接触領域（６）において前記少なくとも１つの温度調整体（３；３ａ、３ｂ；３ａ、３ｃ）を前記サンプル組織（４；４ａ、４ｂ）上に接触するように配置するステップと、
前記温度センサ（２；２ａ、２ｂ）を前記測定領域（５）から或る距離に配置するステップであって、
前記距離は、前記温度センサ（２；２ａ、２ｂ）により実質的に前記測定領域（５）全体をモニタリングすることができるように選択される、前記温度センサを配置するステップと、
前記温度センサ（２；２ａ、２ｂ）による前記サンプル組織の温度変化の取り込みをトリガし、前記取り込みは所定の時間間隔で行われ、各取り込みに関する対応する取り込んだ温度プロフィールを前記コンピューティングユニット（１１）へ転送するステップと、
前記コンピューティングユニット（１１）により前記取り込んだ温度プロフィールのうちの少なくとも１つに基づいて少なくとも１つの組織キャラクタライズパラメータを計算し、計算結果を出力するステップと、
を含む、方法。
【請求項１３】
前記温度変化の取り込みが、所定のタイムスパンが経過した場合又は現在の刺激温度と現在の組織温度との現在の温度差が所定の閾値温度差に達した場合のいずれかにおいて終了する、請求項１２に記載の方法。
【請求項１４】
前記少なくとも１つの温度調整体（３；３ａ、３ｂ；３ａ、３ｃ）の最初の刺激温度が、これと前記最初の組織温度との最初の温度差が前記温度センサ（２；２ａ、２ｂ）の温度分解能よりも大きいように選択され、特に、前記最初の刺激温度は、前記最初の温度差が前記温度センサ（２；２ａ、２ｂ）の温度分解能よりも少なくとも１０倍大きい、特に、最初の温度差が少なくとも０．５℃であるように選択される、請求項１０〜請求項１３のうちの一項に記載の方法。
【請求項１５】
前記１つ又は複数の組織キャラクタライズパラメータが、前記サンプル組織（４；４ａ、４ｂ）の熱容量、前記サンプル組織（４；４ａ、４ｂ）の熱伝導率、組織密度、前記測定領域（５）又は組織層（４；４ａ、４ｂ）の温度分布の急変の空間的位置のうちの１つ又は組み合わせとなるように選択される、請求項１０〜請求項１４のうちの一項に記載の方法。
【請求項１６】
２つの温度調整体（３ａ、３ｂ；３ａ、３ｃ）が用いられる場合に、前記サンプル組織（４；４ａ、４ｂ）の熱伝導率が、前記温度調整体（３ａ、３ｂ；３ａ、３ｃ）の最初の刺激温度を、前記最初の組織温度の値が前記２つの温度調整体（３ａ、３ｂ；３ａ、３ｃ）の最初の刺激温度の間にある、特に、前記２つの最初の刺激温度の中間にあるように調節することにより判定される、請求項１５に記載の方法。
【請求項１７】
前記キャラクタライズパラメータが、熱方程式を解くことにより前記コンピューティングユニット（１１）により計算され、特に、前記サンプル組織（４）が１つよりも多い層を備える場合に、前記サンプル組織（４）の前記層（４ａ、４ｂ）のうちの少なくとも１つの厚さ及び／又は含水量が計算される、請求項１０〜請求項１６のうちの一項に記載の方法。
【請求項１８】
皮膚（４；４ａ、４ｂ）の１つ又は複数の層、特に、表面層（４ａ）及び／又は表面層（４ａ）の下にある層（４ｂ）をキャラクタライズするための、特に、皮膚（４）の老化度が、前記少なくとも１つの組織キャラクタライズからの導出により皮膚の含水量及び皮膚の表面層としての前記表皮（４ａ）の厚さを測定することにより判定される、請求項１〜請求項１１のうちの一項に記載の測定装置の使用。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、それぞれの独立請求項に係る、有機組織をキャラクタライズするための測定システム及び方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
組織をキャラクタライズするための方法が、いくつかの技術分野で公知である。例えば、このような方法は、病変を検出するための皮膚組織のキャラクタライゼーションに用いられる。これらの方法のほとんどは、皮膚の目視検査に基づいている。この手法は、主観的であり、その後の皮膚の目視でのキャラクタライゼーションは、それぞれの医師の経験に強く依存する。
【０００３】
したがって、このキャラクタライゼーションを簡易化し、より良好な精度を可能にするために、いくつかの装置及び検査方法が開発されている。このような装置の科学的根拠となるのはアクティブサーモグラフィである。
【０００４】
アクティブサーモグラフィは、病変を含んでいる可能性がある組織領域の加熱又は冷却と、その後の組織の表面温度の記録を用いる。或るタイプの皮膚の病変は、健康な皮膚とは異なる熱物理特性を有する。特に、癌病変の場合、より高い代謝発熱及びより高い血液灌流速度が予期される。
【０００５】
組織の加熱又は冷却は、組織に非定常温度勾配を生じ、これは表面温度の分布に影響を及ぼす。組織の或る領域が、特に下にある組織層においてその環境と比べて異なる熱物理特性、例えば、異なる密度、熱容量、熱伝導率などを有する場合、この領域は、伝熱に影響を及ぼし、その結果、時間に依存した組織の表面温度にも影響を及ぼす。したがって、時間に依存した表面温度をモニタリングすることにより、表面よりも下の異なる熱物理特性を有する領域を検出することが可能である。アクティブサーモグラフィの場合、組織は、伝導、対流、又は吸収により加熱され、伝導又は対流により冷却される。エネルギーの供給は、連続的又は周期的とすることができる。
【０００６】
アクティブサーモグラフィの原理は、例えば、文書「Ｉｎｆｒａｒｅｄ  ｔｈｅｒｍａｌ  ｉｍａｇｉｎｇ」、Ｍ．Ｖｏｌｌｍｅｒ  ｕｎｄ  Ｋ．Ｐ．Ｍｏｅｌｌｍａｎｎ，Ｗｉｌｅｙ−ＶＣＨ，２０１０で見出すことができる。
【０００７】
論文「Ｔｈｅｒｍａｌ  ｔｒａｎｓｐｏｒｔ  ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓ  ｏｆ  ｈｕｍａｎ  ｍｅａｓｕｒｅｄ  ｉｎ  ｖｉｖｏ  ｕｓｉｎｇ  ｕｌｔｒａｔｈｉｎ  ｃｏｎｆｏｒｍａｌ  ａｒｒａｙｓ  ｏｆ  ｔｈｅｒｍａｌ  ｓｅｎｓｏｒｓ  ａｎｄ  ａｃｔｕａｔｏｒｓ」、Ｗｅｂｂ，Ｐｉｅｌａｋ  ｅｔ．ａｌ．，２０１５年２月６日発行が、皮膚の熱伝導率と熱拡散係数との両方の非侵襲的な様態での迅速な定量的なインビボ判定を提供するべく皮膚上に貼り付けるサーマルアクチュエータ及びセンサの機械的に柔らかいアレイを用いるヒトでの臨床研究を説明している。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
要約すると、組織の目視でのキャラクタライゼーションは主観的であり、不正確である。いくつかの利用可能なシステムは、最初に刺激を用い、その後の発熱を測定し、これもまた比較的不正確である。他のシステムは、連続的又は周期的な刺激を用い、刺激中の組織の温度変化を検出する。これらのシステムは正確であるが、それらは装置の数が多くなることと、刺激ユニットをデータ取得ユニットと同期することの複雑さに起因して高価である。
【０００９】
本発明の目的は、上記の欠点を低減することである。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
この目的は、本発明の第１の態様において、有機組織をキャラクタライズするための測定システムにより達成される。サンプル組織を非侵襲的な様態でキャラクタライズするための測定システムは、サンプル組織の熱刺激のための少なくとも１つの刺激装置と、サンプル組織の少なくとも１つの温度プロフィールを取り込むための少なくとも１つの温度センサと、温度センサにより送達されるデータを処理するために温度センサに接続されるコンピューティングユニットを備える。熱刺激の結果として測定領域からサンプル組織により放射される熱放射を、サンプル組織の熱刺激中に少なくとも１つの温度センサにより検出可能である。少なくとも１つの刺激装置は、全測定期間中に接触領域においてサンプル組織と連続的に接触する少なくとも１つの温度調整体を備える。測定期間中に、温度調整体は、サンプル組織とは異なる温度を有する。
【００１１】
さらに、この目的は、組織をキャラクタライズするための方法により達成される。サンプル組織を非侵襲的な様態でキャラクタライズするための方法が、本発明の第１の態様に係る測定システムにより実施される。この方法は、
最初の刺激温度と最初の組織温度との最初の温度差がゼロよりも大きいように、温度調整体とサンプル組織との最初の接触に対応する、少なくとも１つの温度調整体の所望の最初の刺激温度を設定するステップと、
測定領域に隣接する接触領域において少なくとも１つの温度調整体をサンプル組織上に接触するように配置するステップと、
温度センサを測定領域から或る距離に配置するステップであって、距離は、温度センサにより実質的に測定領域全体をモニタリングすることができるように選択される、温度センサを配置するステップと、
温度センサによるサンプル組織の温度変化の取り込みをトリガし、取り込みは所定の時間間隔で行われ、各取り込みに関する対応する取り込んだ温度プロフィールをコンピューティングユニットへ転送するステップと、
コンピューティングユニットにより取り込んだ温度プロフィールのうちの少なくとも１つに基づいて少なくとも１つの組織キャラクタライズパラメータを計算し、計算結果を出力するステップと、
を含む。
【００１２】
本発明に係る測定システム及び方法は、組織をキャラクタライズする、特に、隣接する組織領域とは異なる組織領域を識別する正確且つ立証可能な手段を可能にする。さらに、刺激装置は温度調整体であるため、前述の温度調整体の単純な構造に起因してコストが低減される。
【００１３】
以下では、本発明の実施形態が図面により説明される。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】本発明に係る測定システムの第１の実施形態を示す図である。
【図２】本発明に係る測定システムの第２の実施形態を示す図である。
【図３】本発明に係る測定システムの第３の実施形態を示す図である。
【図４】本発明に係る測定システムの第４の実施形態を示す図である。
【図５】本発明に係る測定システムの第５の実施形態を示す図である。
【図６】本発明に係る測定システムの第６の実施形態を示す図である。
【図７】本発明に係る測定システムの第７の実施形態を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
「測定領域」という用語は、１つの温度センサに面し、該温度センサにより測定されるサンプル組織の表面全体として理解される。この用語は、この文脈では、サンプル組織の表面よりも下の測定も包含するものとして理解されるべきである。
【００１６】
「測定システム」という用語は、１つの装置又は互いに結合される複数の装置として理解される。これはデータの処理及び提示も含意し得る。
【００１７】
本明細書で用いられる場合のサンプル又はパラメータに関連した「キャラクタライズする」という用語は、サンプルの物理的特性を示す１つ以上のパラメータの判定として理解される。判定は、測定を含意するが、測定値に基づく計算も包含し得る。この文脈では、本発明に係る方法により判定される「キャラクタライズパラメータ」は、前述の物理的特性が組織構造における異常を示し得るので、サンプルがヒト又は動物の組織（例えば皮膚）である場合に診断する目的で医師により用いられ得ることが言及される。
【００１８】
測定装置１は、インビトロ並びにインビボでサンプル組織をキャラクタライズするのに用いることができる。
【００１９】
測定システムは、インビボ測定に用いられる場合に固定要素（図示せず）を備え得ることが理解される。言い換えれば、検査される皮膚を動かないように保つための固定要素、例えば、被検者の腕を固定するための固定要素が設けられる。これらの固定要素は、代替的に又は加えて、温度調整体３を実質的に同じ接触領域上に固定する、したがって、温度調整体３が皮膚上でずれることを回避するための要素を備え得る。このようにして、誤った測定結果が回避される。
【００２０】
本明細書の文脈での「隣接する」という用語は、関連する隣接する表面又は領域の横並びの構成並びに同軸の構成を包含すると理解される。
【００２１】
図１は、本発明に係るサンプル組織４を非侵襲的な様態でキャラクタライズするための測定システム１の第１の実施形態を示す。測定システム１は、サンプル組織４の熱刺激のための１つの刺激装置３と、サンプル組織４の少なくとも１つの温度プロフィールを取り込むための１つの温度センサ２と、温度センサ２により送達されるデータを処理するために温度センサ２に接続されるコンピューティングユニット１１を備える。刺激装置は、全測定期間中に接触領域６においてサンプル組織４と連続的に接触する、サンプル組織４上に配置される温度調整体３である。温度センサ２は、線７により図面に概略的に例示的に示される、サンプル組織４の表面上の測定領域５をカバーする。もちろん、測定領域の前述の範囲は、図面に示されるものとは異なっていてもよい。
【００２２】
測定期間中に、温度調整体３は、サンプル組織４とは異なる温度を有する。このようにして、測定期間中に温度調整体３とサンプル組織４との間に確実に熱伝達が起こるようにされる。
【００２３】
温度調整体３による熱刺激の結果として測定領域５からサンプル組織４により放射される熱放射を、サンプル組織４の熱刺激中に温度センサ２により検出可能である。言い換えれば、測定は、刺激の後ではなく刺激と同時に実施される。このようにして、順次の測定プロセスの場合に生じることになる放射損失を回避することに起因して、測定結果はより正確である。
【００２４】
温度センサ２は、好ましくは、非接触式温度センサである。いくつかの実施形態では、温度センサは、サーモパイルセンサ又はサーモグラフィカメラである。これらのタイプのセンサは公知であり、したがって、ここではより詳しく説明しない。このような装置は、１／１００摂氏度の精度を有し得る。このようなセンサの１つの製造業者は、ドイツの会社のＭＥＡＳ  Ｄｅｕｔｓｃｈｌａｎｄ  ＧｍｂＨである。サーモパイルセンサ２の精度がより高ければ、測定はより精密である。より高い精度はまた、刺激装置３とサンプル組織４との間のより小さい温度勾配が依然として良好な測定結果をもたらすことができることを意味する。
【００２５】
温度調整体３及び温度センサ２は、接触領域６と測定領域５が隣接するように配置される。特に、接触領域６は測定領域５を取り囲まない又はその逆もまた同様である。温度調整体３及び温度センサ２をこのように配置することにより、記録される温度プロフィールは、温度センサ２がカバーしていない領域でのサンプル組織の放射に起因する損失による影響が可能な限り確実に小さいものとなる。
【００２６】
測定システム１は、ユーザによる要望に応じて、冷却効果並びに加熱効果に基づいて動作することができるように適合される。その結果、温度調整体３は、どのようなタイプのサンプル組織がキャラクタライズされなければならないかに応じて、冷却体又は加熱体であり得る。サンプル組織として皮膚をキャラクタライズすることを目的とする、測定システム１の１つの主な用途では、温度調整体は、記載する理由に起因して冷却体であることが好ましい。温度調整体３と組織との間に自然な温度勾配が存在するので、すなわち、皮膚表面での皮膚温度は、通常、３３℃又は３４℃のあたりであり、測定環境における周囲温度は、普通は室温、例えば２０℃であるので、測定システム１は単純である。したがって、温度調整体が、その温度を周囲温度、例えば２０℃に安定化させるのに十分に長く周囲温度に曝されている場合、測定に必要な、それ自体と皮膚との間に必要な温度勾配を生み出すためのさらなるステップは必要とされない。したがって、測定のセットアップがかなり簡易化されるだけでなく、クーラなどの追加の装置のコストも節約される。別の理由は、この選択肢が、測定がインビボで行われる場合に温度調整体が皮膚を火傷させるリスクをもたらさないことである。
【００２７】
測定システムはまた、温度調整体３の温度をモニタリングするために設けられる随意的な補助温度センサ１２を備える。１つよりも多い温度調整体が用いられる場合（例えば図５又は図６）、随意的に、温度調整体３ａ、３ｂ、３ｃの各々のための補助温度センサ１２を設けることが可能である。１つ又は複数の補助温度センサは、温度調整体３からの温度データ読取値を送るためにコンピューティングユニット１１に接続される。このようにして、有利には、前記調整体３の温度変化をモニタリングすることが可能である。例えば、温度調整体のトリガ温度又は温度調整体とサンプル組織との間のトリガ温度勾配を定めることが可能であり、サンプル組織温度が温度センサ２により判定される。このトリガ温度又は温度勾配は、測定プロセスをいつ終えるかを決定するのに用いられてよい。このタスクに関して、前述の温度勾配は、温度調整体３とサンプル組織４との相互作用に関する情報を提供するので最も好ましい。温度勾配が低すぎる場合、これは低減した温度伝達を示す。この場合、ユーザは、測定の終了を検討することができる。別のケースでは、温度勾配が実質的にゼロに等しい場合、サンプル組織４にさらなる温度変化が起こることが予期されないので、自動的に測定を終えてもよい。
【００２８】
本明細書の目的上、刺激装置３は、それ自身の温度を変化させるための手段を有さないので、受動調整要素と考えられる。しかしながら、代替的に又は加えて、能動温度調整を用いることも可能である。刺激装置３が温度調整体３の能動温度調整に基づいている場合には、したがって、温度調整体３を冷却又は加熱するための手段１３も備え、温度調整体３を冷却又は加熱するための手段を制御するのに必要な温度データを提供するのに補助温度センサ１２も用いられ得る。
【００２９】
温度調整体３を冷却又は加熱するための手段１３は、当業者には公知であり、本明細書で詳細に説明しない。このような手段はまた、後の実施形態と併せて用いることができることに留意されたい。特に、１つよりも多い、例えば図５及び図６に係る実施形態では各温度調整体３ａ、３ｂ、３ｃにつき１つの、このような手段１３が設けられ得る。
【００３０】
以下では、本発明に係る測定システムの他の実施形態が説明される。簡単にするために、前述の実施形態との違いだけが説明される。
【００３１】
図２は、本発明に係る測定システムの第２の実施形態を示す。この実施形態は、温度調整体が、サンプル組織４と温度調整体３との間の伝熱を増加させるように適合された層又はコーティング８を備えるという点で、図１に係る実施形態とは異なる。確かに、複数の温度調整体が用いられる場合（図５又は図６の説明参照）、このようなコーティング又は層は、両方の温度調整体に又はそれらのうちの１つにのみ適用されてよい。このようなコーティング８は、例えば１００から１００００μｍまでの間の厚さを有する熱伝導性シリコーン層であってよい。このコーティング又は層８の目的は、サンプル組織の接触領域表面に合致させ、接触領域６に存在し得る空隙を埋めることにより伝熱を強化することであり、空隙は、そうしなければ、断熱材として作用し、温度調整体３とサンプル組織４との間の良好な伝熱を妨げることになる。したがって、より効率的な伝熱が達成される。
【００３２】
図３は、本発明に係る測定システム１の第３の実施形態を示す。この実施形態は、サンプル組織４の隣接する体積又は領域の若しくは異なる地点の温度を測定するために２つの温度センサ２ａ、２ｂが設けられるという点で、既に説明した実施形態とは異なる。このタイプのセットアップは、単一の温度センサでカバーすることができない大きいサンプル組織を測定しなければならない場合に有利であり得る。これに関連して、１つの単一センサ装置に集結される複数のセンサユニットを含む温度センサのアレイが代替的に用いられ得ることに留意されたい。
【００３３】
図４は、本発明に係る測定システム１の第４の実施形態を示す。この実施形態は、図３の温度センサ２ｂが電磁放射センサ２ｃに置き換えられているという点でのみ図３の実施形態とは異なる。この実施形態は、例えば測定領域の表面の反射率を測定することにより組織の異なる深さのパラメータを得るために温度センサ２ｂの波長とは異なる波長スペクトルにおける検出に有利である。組織への赤外光の侵入は、用いられる赤外光の波長に高く依存する。
【００３４】
図５は、本発明に係る測定システム１の第５の実施形態を示す。この実施形態は、２つの温度調整体３ａ、３ｂ間に温度センサ２の測定領域５が存在するように、サンプル組織４と接触する２つの温度調整体３ａ、３ｂが設けられるという点で、既に説明した実施形態とは異なる。したがって、温度調整体３ａ、３ｂのうちの１つにそれぞれ属する、２つの接触領域６ａ、６ｂが提供される。好ましくは、２つの温度調整体は、測定が開始されるときに実質的に同じ最初の温度を有する。このセットアップは、有利には、測定領域５の表面全体でより均一な温度分布が達成されるように、測定領域５の２つの側部からサンプル組織４に同じ温度が及ぼされることを可能にする。これとは対照的に、単一の温度調整体３の使用は、温度調整体の近傍の測定領域５の温度と温度調整体の位置に関してその反対側の測定領域５の温度との間のゼロでない測定領域温度勾配につながり得る。もちろん、このような実施形態も良好な結果をもたらすが、前述の測定領域温度勾配を考慮に入れるのにより多くの計算量が必要とされる。
【００３５】
図６は、本発明に係る測定システム１の第６の実施形態を示す。第５の実施形態と同様に、この場合も、温度センサ２の測定領域が２つの温度調整体３ａ、３ｂ間に存在するようにサンプル組織４と接触する、サンプル組織４上に設けられる２つの温度調整体３ａ、３ｂが存在する。この実施形態は図５の実施形態と構造的に同一であるにもかかわらず、ここでは、その付加的な又は代替的な測定タイプに起因して、独立した実施形態として言及される。この測定タイプは、２つの接触領域６ａ、６ｂ間の熱伝導率の測定に関する。このケースでは、測定セッションの開始時に２つの温度調整体が異なる最初の温度を有することが好ましい場合があり、例えば、温度調整体のうちの一方はヒータとして作用し、他方はクーラとして作用することもでき、又は両方とも同じように、しかし異なる最初の温度で作用してよく、これらの最初の温度は両方とも、最初のサンプル組織温度より低い又はより高い。この測定タイプは、有利には、組織の不整が存在し得ることを示唆する伝熱障壁として作用する組織部分が皮膚の内部に存在するかどうかを検出するのに用いられ得る。キャラクタライゼーション中に、通常の水中の熱放射の伝達速度を考慮に入れることにより、測定領域５にわたる熱伝達速度から皮膚の湿度を導出することがさらに可能である。
【００３６】
図７は、本発明に係る測定システムの第７の実施形態を示す。この実施形態は、レンズ１４及び蓄積体９を備えるという点で図１の実施形態とは異なる。前述の新しい要素は、互いに独立しており、他の上述の実施形態で用いられてもよく、それらは、簡単にするために前述の実施形態の図面には示されていないことに留意されたい。
【００３７】
この実施形態では、上述の２つのタイプの温度調整体（ヒータ、クーラ）による２つの可能な構成も存在する。第１のケースでは、温度調整体３は、冷却体３よりも高い熱容量を有する蓄冷体９により冷却されるように適合された冷却体である。
【００３８】
蓄冷体９は、冷却体３と接触する。これはまた、図面により提案されるように冷却体３内に一体化されてよい。第２のケースでは、温度調整体３は、加熱体３よりも高い熱容量を有し且つ加熱体３と接触する蓄熱体９により加熱されるように適合された、加熱体である。これはまた、加熱体３内に一体化されてよい。有利には、蓄熱体／蓄冷体を用いることにより、続けて数回測定するために及び温度調整体の温度を安定して保つために、言い換えれば周囲温度にあまり影響されないように、温度調整体とサンプル組織との温度差を十分に高く保つことが可能である。
【００３９】
両方のケースにおいて、最初の蓄積体の温度と最初の温度調整体の温度との間にゼロでない蓄積体温度勾配が存在する。両方のケースにおいて、蓄積体は、それぞれ冷却体又は加熱体との補助接触面１０を有し、そこで双方の間の伝熱が起こる。もちろん、図２に関連して説明したように層又はコーティングの適用により伝熱を強化する原理は、この蓄積体接触面又は面１０にもあてはまる。蓄積体の形状は、好ましくは、所与の寸法の温度調整体３内の最大蓄積体接触面１０が達成されるように選択される。
【００４０】
図面に示される場合の蓄積体９は、受動型と考えられ、すなわち、測定中にその温度を変えるための手段を備えていない。しかしながら、図１に係る手段１３による蓄積体の能動温度調整が用いられてもよい。
【００４１】
蓄積体は、好ましくは、例えば冷蔵庫に容易に入れることができるように、温度調整体から取り外し可能である。
【００４２】
さらに、温度センサ２に属するレンズ１４が、前記温度センサ２と前記測定領域５との間に配置される。代替的に又は加えて、フィルタが、温度センサ２と測定領域５との間の測定経路７内に配置されてよい。
【００４３】
レンズは、温度放射線を温度センサへ集中させることにより、サンプル組織からの信号を温度センサ上で増幅するのに用いられてよい。
【００４４】
フィルタは、測定に関係しない誤った測定結果をもたらす可能性があり得る波長での放射を除去するのに用いられてよい。フィルタは、組織層の特定のパラメータを検出するのに用いられる、すなわち、サンプル組織の侵入の深さは、放射の波長に応じて変化する。フィルタにより、特定の信号を分離することができる。
【００４５】
以下では、温度調整体の特定の態様並びに代替的な実施形態が説明される。
【００４６】
温度調整体は、例えば、本発明のすべての実施形態においてアルミニウム又はスチール体であり得る。上述の材料要件を満たす他の材料が代替的に用いられ得る。
【００４７】
図１〜図７の既に説明した実施形態では、温度調整体は、１つ又は複数の温度センサの側部上に配置されるブロック又は中空体とみなされる。しかしながら、温度調整体は、その両方の前面上で開口しているチューブ、特に、チューブの軸線の周りに実質的に中央開口部を有する円筒形チューブであることが好ましい場合がある。簡単にするために、この温度調整体の実施形態を説明するべく図面のうちのいくつかが再び、しかし異なる解釈で参照され、その図面は図１〜図４及び図７である。この実施形態によれば、前述の図面のそれぞれに描かれた温度調整体は、チューブの壁を通る一方の側部での断面図として解釈される。したがって、いくつかの図面は、温度調整体が１つ又は複数の温度センサを取り囲むように解釈される。その結果、接触領域と測定領域も隣接するが、接触領域６は、測定領域５を少なくとも部分的に取り囲む。
【００４８】
どのタイプの温度調整体が選択されるかは、セットアップ及び環境に依存する。温度センサと横並びの構成は、実質的に一定とみなされる環境の温度が、温度センサとサンプル組織との間の気柱の温度でもあるという利点を有し、ゆえに、その測定に対する影響を無視することができる。これとは対照的に、温度調整体が温度センサを取り囲むとき、温度調整体の温度の変化に伴い同じく変化する「微気候」がチューブの内部に生み出される。一方では、チューブ構成は、測定領域６のすべての側部からの均一な様態での冷却／加熱に適している。これは、測定領域のより正確なキャラクタライゼーションを可能にする。他方では、２つの温度調整体を有する構成は、より大きい測定領域の温度プロフィールを測定するのに適しているが、場合によっては、初めに言及したように例えば病変に起因する温度分布の空間的変化を判定するのに適している。
【００４９】
したがって、サンプル組織の温度勾配は、用いられるセットアップに応じて変化する。
【００５０】
以下では、前述の測定システムによりサンプル組織を非侵襲的な様態でキャラクタライズするための方法が説明される。この方法は、以下に記載のステップを含む。
【００５１】
第１のステップでは、温度調整体３の所望の最初の刺激温度が設定される。この最初の温度は、サンプル組織とのその最初の接触時の刺激装置３の温度であり、前記最初の刺激温度と最初の組織温度との最初の温度差がゼロよりも大きいように選択される。単純な温度調整体３を用いる利点はこの文脈で明らかとなる：温度調整体が冷却体である場合に、必要であれば温度調整体３を冷蔵庫に単純に入れる又は十分な時間にわたって周囲温度（室温）におくこと、又は温度調整体が加熱体である場合に、温度調整体３をオーブンに単純に入れることにより、この最初の温度を設定するのが非常に容易である。
【００５２】
第２のステップでは、測定領域５に隣接する接触領域６において刺激装置がサンプル組織上に接触するように配置される。このステップは、初めに言及した固定要素によって刺激装置をサンプル組織上に締結することも含んでもよい。
【００５３】
第３のステップでは、温度センサ２が測定領域５から或る距離に配置される。この距離は、温度センサ２により実質的に測定領域５全体をモニタリングすることができるように選択される。このステップはまた、第２の温度センサを同じ様態で配置すること（図３、図４参照）も含意し得る。
【００５４】
第４のステップでは、温度センサによるサンプル組織の温度変化の取り込みがコンピューティング装置１１によりトリガされる。取り込みは、所定の時間間隔で行われる。サブステップは、各取り込みに関する対応する取り込んだ温度プロフィールをコンピューティングユニット１１へ転送することにある。
【００５５】
第５のステップでは、コンピューティングユニット１１により取り込んだ温度プロフィールのうちの少なくとも１つに基づいて少なくとも１つの組織キャラクタライズパラメータが計算される。最後に、計算結果がユーザによる解釈に適した様態で出力される。１つ又は複数の組織キャラクタライズパラメータは、好ましくは、サンプル組織の熱容量、サンプル組織の熱伝導率、組織密度、測定領域又は組織層の温度分布の急変の空間的位置のうちの１つ又は組み合わせとなるように選択される。
【００５６】
言い換えれば、最初に、温度調整体及び温度センサを備える測定ヘッドが組織上に配置され、これにより、組織の温度刺激をトリガする。これは結果的に、温度調整体とサンプル組織との間の横方向の熱輸送をもたらす。好ましくは、温度調整体３の最初の刺激温度は、これと最初の組織温度との最初の温度差が温度センサの温度分解能よりも大きいように選択される。例えば、上記の１／１００摂氏度の分解能を有するサーモパイルセンサが選択されるケースでは、最初の温度差は、１／１００摂氏度よりも大きい、好ましくは、前記温度センサの温度分解能よりも少なくとも１０倍大きいように選択される。最初の温度差は少なくとも０．５℃であることが好ましい。
【００５７】
その後、測定領域５に関する時間に依存した温度経過が測定され、最後に、数式又はアルゴリズムを解くことにより物理的キャラクタライズパラメータが抽出される。
【００５８】
温度調整体が１つ又は複数の温度センサを取り囲む実施形態に関して、方法は同じである。唯一の違いは、温度センサ及び温度調整体の最初の位置である。
【００５９】
好ましくは、生体熱方程式又はＰｅｎｎｅｓの式を解くことにより、コンピューティングユニットによりキャラクタライズパラメータが計算される：
【数１】
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式中、ρは、サンプル組織の密度であり、ｃは、サンプル組織の蓄熱容量をモデル化する定数であり、Ｔは、時刻ｔでの位置ｒ、ｚにおけるサンプル組織の温度であり、ｋは、サンプル組織の温度伝導率である。ρｂは、血液密度であり、ｃｂは、血液の蓄熱容量をモデル化する定数であり、ωｂは、組織灌流であり、Ｔｂは、血液温度であり、Ｑは、組織代謝熱である。上記の式は、簡単にするために円柱座標ｒ、ｚで表されることが言及される。次いで、適切な境界条件を有する上記の式を解くのにラプラス変換及びハンケル変換を用いることができる。
【００６０】
温度変化の取り込みは、所定のタイムスパンが経過した場合又は現在の刺激温度と現在の組織温度との現在の温度差が所定の閾値温度差に達した場合のいずれかにおいて終了する。前述のように、後者の基準は、例えば、図１に関連して言及した補助温度センサ１２を用いることによりモニタリングされてよい。
【００６１】
方法の好ましい実施形態では、同種であることが分かっているキャラクタライズされるべきサンプル組織タイプの参照サンプル組織を用いて参照温度プロフィールが事前に記録されてよい。この措置は、参照温度プロフィールと測定した温度プロフィールとの比較によりキャラクタライゼーションを容易にし得る。
【００６２】
サンプル組織は、例えば皮膚に典型的な、複数の層を備え得る。本発明の方策は、サンプル組織の上層又は表面だけでなくサンプル組織のより深い層をキャラクタライズすることを可能にする。これは、層間の境界を識別することによりなされる。各層は、通常、熱伝導率などの異なる物理的特性を有するので、刺激装置と組織との間の伝熱は異なる層において異なり、これにより、２つの層間の境界の両側の温度プロフィールを比較することによりそれぞれの層を認識できることになる。サンプル組織が１つよりも多い層を備える場合、層のうちの少なくとも１つの厚さ及び／又は含水量が計算され得る。その結果、本発明に係る測定装置は、好ましくは、皮膚の１つ又は複数の層、特に、表面層及び／又は表面層の下にある層をキャラクタライズするのに用いられる。有利には、上記の式に従って取得したパラメータからこれらのパラメータを導出することにより、皮膚の含水量及び皮膚の表面層としての表皮の厚さを測定することにより、皮膚の老化度を判定することができる。
【００６３】
２つの温度調整体を有する実施形態では、温度調整体の最初の刺激温度を、最初の組織温度の値が２つの温度調整体の最初の刺激温度の間にある、好ましくは２つの最初の刺激温度の中間にあるように調節することにより、サンプル組織の熱伝導率が判定される。
【００６４】
本発明は、測定が正確であり、目標の結果をもたらすという既知の方策を上回るいくつかの利点を有する。単純な刺激体を用いることにより、複雑さが実質的に低減される。連続的又は周期的な刺激の使用と、刺激中の組織の温度変動の検出が、測定の精度を高める。
【００６５】
本発明の現在のところ好ましい実施形態が本明細書で示され説明されるが、本発明はそれに限定されず、以下の請求項の範囲内で他の様態で具体化及び実施され得ることが明白に理解される。したがって、「好ましい」又は「特に（ｉｎ  ｐａｒｔｉｃｕｌａｒ）」又は「特に（ｐａｒｔｉｃｕｌａｒｌｙ）」又は「有利には」などの用語は、単に随意的な及び例示的な実施形態を意味する。
【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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【図７】
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【国際調査報告】
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