(57)【要約】【解決手段】  皮膚処理剤を特性描写する方法において、複数の電極セット（５）を有する装置が皮膚に付される。電極セットは、相違する範囲の電界が生成され得るほどに相違する電極距離（Ｗ）を有している。逆プロファイリングが使用されて個々の皮膚層の誘電率を算出する。これは、次いで、皮膚中の水分運搬機構を観察することを可能にする。これらの運搬機構が使用されて皮膚に対する処理剤の影響を評価することが可能である。この方法を実現するための装置は電界生成のための共平面導波路を具備することが有利である。【選択図】      図７
2011524213.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
皮膚処理剤の皮膚に対する影響を特性描写する方法であって、
（ａ）皮膚領域に皮膚処理剤を塗布するステップと、
（ｂ）測定器を前記皮膚領域に付するステップであって、前記測定器は複数の電極セット（１、２、１ａ、１ｂ、２）を有し、各セットは少なくとも２つの電極を具備し、各電極セットの前記電極は相互距離Ｗｉを有し、相違する距離Ｗｉを有するＮ＞１セットが存在する、付するステップと、
（ｃ）前記相違する電極セットによって前記皮膚領域中に少なくともＮ個の電界を生成するステップであって、前記電界は前記皮膚領域への相違する侵入度を有する、生成するステップと、
（ｄ）少なくともＮ個の被測定パラメータｍｉを測定するステップであって、各被測定パラメータｍｉは前記Ｎ個の電界の別の１つによって観察される有効誘電率に依存する、測定するステップと、
（ｅ）前記被測定パラメータｍｉから、所与の深さについての前記皮膚領域の誘電率を記述する少なくとも１つの特性描写パラメータを算出するステップと、
を具備する方法。
【請求項２】
ステップ（ｅ）が、前記被測定パラメータｍｉから、前記皮膚領域の相違する深さについての複数の特性描写パラメータｐｉ、特にＮ個の特性描写パラメータｐｉを算出することをさらに具備する、
請求項１の方法、。
【請求項３】
各特性描写パラメータｐｉが、前記皮膚領域の１つの層ｉの誘電率εｉに依存する、
請求項２の方法。
【請求項４】
各特性描写パラメータｐｉが、前記皮膚領域の１つの層ｉの誘電率εｉである、
請求項２または３のうちのいずれか１項の方法。
【請求項５】
各特性描写パラメータｐｉが、前記皮膚領域の１つの層ｉの水分である、
請求項２または３のうちのいずれか１項の方法。
【請求項６】
前記測定器が、０．１ｍｍ以下の相互距離を有する少なくとも１つの電極セットを具備する、
請求項１乃至５のいずれか１項の方法。
【請求項７】
前記測定器が、少なくとも０．１ｍｍの相互距離を有する少なくとも１つの電極セットを具備する、
請求項１乃至６のいずれか１項の方法。
【請求項８】
前記測定器が、０．１ｍｍ乃至０．２ｍｍの相互距離を有する少なくとも１つの電極セットを具備する、
請求項７の方法。
【請求項９】
前記測定器が、少なくとも１ｍｍの相互距離を有する少なくとも１つの電極セットを具備する、
請求項１乃至８のいずれか１項の方法。
【請求項１０】
前記印加される電界が５０ＭＨｚ乃至１００ＧＨｚの周波数を有する、
請求項１乃至９のいずれか１項の方法。
【請求項１１】
前記皮膚処理剤の塗布後の相違する時刻において少なくとも１つの特性描写パラメータを繰り返し割り出すステップを具備する、
請求項１乃至１０のいずれか１項の方法。
【請求項１２】
前記皮膚領域の光の反射または透過を測定するステップを具備する、
請求項１乃至１１のいずれか１項の方法。
【請求項１３】
前記皮膚領域の温度を測定するステップを具備し、特に前記皮膚領域の層ｉの水分が前記層ｉの誘電率εｉおよび前記温度から算出される、
請求項１乃至１２のいずれか１項の方法。
【請求項１４】
１ＭＨｚ未満の周波数について前記皮膚領域の導電率を測定するステップを具備する、
請求項１乃至１３のいずれか１項の方法。
【請求項１５】
環境の空気湿度を測定するステップを具備する、
請求項１乃至１４のいずれか１項の方法。
【請求項１６】
前記皮膚領域からの蒸発を測定するステップを具備する、
請求項１乃至１５のいずれか１項の方法。
【請求項１７】
前記複数の電極セットが共平面導波路によって形成されている、
請求項１乃至１６のいずれか１項の方法。
【請求項１８】
前記特性描写パラメータから処理剤の塗布後に少なくとも１つの皮膚層中の時間の関数としての水濃度の変遷を割り出すステップを具備する、
請求項１乃至１７のいずれか１項の方法。
【請求項１９】
皮膚処理剤を特性描写するための装置、特に請求項１乃至１８のいずれか１項の方法を使用して皮膚処理剤を特性描写するための装置であって、
Ｎ＞１個の共平面導波路（５）であって、各共平面導波路は接地電極（２）相互間の中央帯状電極（１）を具備し、少なくとも前記共平面導波路（５）のうちのいくつかは、前記共面導波路（５）によって範囲が相違する電界を生成するための自身の中央帯状電極（１）と自身の接地電極（２）との間の間隔幅（Ｗ）が相違する、共平面導波路と、
少なくとも１つの交流信号を生成する信号発生器（６）であって、各共平面導波路の第１端は前記信号発生器に接続されている、信号発生器と、
測定ユニット（７、８）であって、各共平面導波路の第２端はＮ個の被測定パラメータｍｉを測定するために前記測定ユニット（７、８）に接続されている、測定ユニットと、
前記被測定パラメータｍｉのうちの少なくとも一部から少なくとも１つの特性描写パラメータを割り出すための制御ユニット（１０）と、
を具備する装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、石鹸またはクリームのような皮膚処理（treatment）剤（agent）が皮膚のある領域に対して有する影響、特に処理剤（the agent）がどのように様々な皮膚層における水分（humidity）および物理的性質に影響するかを特性描写する（特性を明らかにする、characterize）ための装置および方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
皮膚処理剤を特性描写することは、化粧品、洗浄、および製薬分野において特段の関心事である。人体に対するそのような処理剤の影響を評価するために、処理剤に対する人体の反応についての良好な知識が必要である。特段の関心事は、処理剤に対する皮膚の反応であり、最も顕著なのは、皮膚水分の反応がある。
【０００３】
したがって、皮膚処理剤を定量的に特性描写するための多くの方法および装置が提案されてきた。
【０００４】
米国特許第６４４２４０８号明細書は、例えば、ＮＩＲ光を使用した光学的方法を記述している。米国特許第６９６６８７７に記述されているような他の装置は、経皮水分損失を監視するための水分センサを使用する。特開昭５６−１１８６５４の要約書において記述さているもののようなさらに他の装置は、皮膚の水分を割り出すために電気的測定を使用する。
【発明の概要】
【０００５】
本発明は、皮膚への剤（処理剤、物質、agent）の影響についてのさらに詳しい情報を提供するこのタイプの方法を提供することを一般的な目的としている。
【０００６】
この目的は請求項１の方法によって達成される。したがって、方法は以下のステップを具備する：
（ａ）  皮膚処理剤が皮膚領域に塗布される。
【０００７】
（ｂ）  測定器が皮膚領域に付される。測定器は、複数の電極セットを有しており、各セットは少なくとも２つの電極を具備している。各セットの電極は相互距離（distance）Ｗｉを有しており、また相違する距離Ｗｉを有するＮ＞１個のセットが存在する。
【０００８】
（ｃ）  電極によって、皮膚領域中に少なくともＮ個の電界が生成される。これらの電界は皮膚領域への相違する侵入度を有している。
【０００９】
（ｄ）  Ｎ個の「測定された（被測定）パラメータ」ｍｉが割り出される。各被測定パラメータｍｉはＮ個の電界のうちの別の１つによって観察される有効誘電率に依存している。そのため、被測定パラメータは、皮膚の層の相違する侵入度を記述する。
【００１０】
（ｅ）  少なくとも１つの「特性描写パラメータ」が被測定パラメータｍｉから導出される。特性描写パラメータは、所与の深さについての皮膚領域の電気的誘電率を記述している。
【００１１】
特性描写パラメータは例えば１つの皮膚層のみの誘電率に依存する、ということが可能である。すなわち、特性描写パラメータは複数層の誘電率に依存しない。あるいは、特性描写パラメータはある特定の深さまでの平均誘電率であり得、その場合、いくつかのそのような複数特性描写パラメータ同士を比較することが適当である。
【００１２】
本発明は、皮膚処理剤の影響をより完全に評価するためには、皮膚の最上部分の水分について知っているだけでなく（それは従来の装置によって測定されるからである）、皮膚表面の下方の十分に定義された１または複数の深さでの水分（moisture）について知っていることが有用であるという理解に基づいている。
【００１３】
概して、本発明の有利な実施形態は、皮膚の相違する複数層についての複数の特性描写パラメータを算出することを含んでいる。このことは、相違する諸深さでの水分（amount of water）を評価することを可能にし、それによって、皮膚の水分構造についてのより詳細な知識を獲得する。
【００１４】
用語「皮膚処理剤」は広く理解されるべきであり、皮膚と接触することが予想され得かつ皮膚の誘電特性に対する影響を有し得るあらゆる物質を含んでいる。例えば、石鹸および洗剤、塗料、化粧に使用される物質、化粧用クリーム、ゲル、乳液（エマルジョン）およびローション、脱臭剤、油、ヘアスプレー、シャンプー、日焼け止め、または治療薬である。
【００１５】
本発明の方法は、化粧用クリーム、ゲル、石鹸、ボディーペイント、水化剤など（上記のリストを参照されたい）のような非治療薬を特性描写することに適している。また、本発明の方法は医薬クリームのような治療薬を特性描写することに適している。
【００１６】
特に、本発明は非治療用皮膚処理剤を特性描写する方法に関する。
【００１７】
本発明は、例えばそのような処理剤を理解および改善することまたは非互換性を検出するために使用されることが可能である。
【００１８】
また、本発明は、独立形式の装置請求項に従った皮膚処理剤を特性描写する方法として使用されるための装置に関する。この装置は、上記の方法において使用される電界を生成するための相違する複数の間隔幅（電極距離）を有する複数の共平面導波路を具備している。
【００１９】
本願は、人間および一般に哺乳動物の皮膚に対する処理剤の影響を特性描写することに特に適している。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
以下の詳細な記述を考慮すれば、本発明は一層よく理解され、また、上記の目的以外の目的が明らかになるだろう。そのような記述は以下のような添付図面に言及している。
【図１】共平面導波路の断面図。
【図２】裏面導体型共平面導波路の断面図。
【図３】ＣＢＣＰＷに基づいた測定システムの図的表現を示している。
【図４】パラメータを測定するための装置のブロック図。
【図５】サンプルに面する側面から観察された、２つのＣＰＷを有する装置。
【図６】代替的なＣＰＷジオメトリ。
【図７】装置を、その上方の層の皮膚領域とともに示している。
【図８】第１剤を使用した第１試験測定を示している。
【図９】第２剤を使用した第２試験測定を示している。
【発明を実施するための形態】
【００２１】
発明を実施するためのモード
１．  導入
１．１．  人間の皮膚組織
皮膚は基本的に２つの主要部分に分割されることが可能である。表皮（外皮）は角質層、顆粒層、および有棘層を具備し、人体表面を覆う防水の保護ラップを形成する。表皮は血管を含んでおらず、真皮（より下の皮膚層）からの拡散によって栄養分を供給される。より下の真皮は、結合組織から構成され、応力および歪みから人体を緩和する皮膚の層である。真皮は、基底膜によって表皮にしっかりと接続されている。また、真皮は、接触および熱の検出を提供する多くの神経終末を保護する。真皮は毛嚢、汗腺、皮脂腺、アポクリン腺、および血管を含んでいる。真皮中の血管は、表皮の基底層と同様に栄養および自身の細胞相互間の廃物の除去をもたらす。電磁気シミュレーション用の人間の皮膚のモデルは、次の章において詳細に記述されている。
【００２２】
１．１．１．  皮膚組織およびそのＥＭモデル化
表１は上腕の皮膚を例とした誘電性のモデルを要約している。このモデルのパラメータは静的な直流電流の条件のみについて与えられている。これは実際の誘電性の振る舞いには相当しないが、初期デザインのための最初の推定を提供する。各層の厚さが人体の観測地点に強く依存することが注目されねばならない。
【表１】
2011524213.tif 000003
【００２３】
皮膚の皮脂層は、皮脂腺によって分泌された物質を説明している。皮脂層は、脂肪および死んだ脂肪生産細胞の残骸から主として構成される。皮脂は、髪および皮膚を保護および防水し、また、それらが乾燥したり、脆くなったり、割れたりしないようにする。電磁気シミュレーションについては、皮脂層は約２５の誘電率を有するものとモデル化される。
【００２４】
厳密に言えば、角質層は皮膚の表皮層の一部である。しかしながら、角質層は電磁気的視点から見ると、わずかに異なる特性を有している。導電率が相違するので、角質層は付加的な層としてモデル化され得る。生理学用語では、角質層は表皮の最外層である。角質層は、主として死んだ細胞からできている。これらの死んだ細胞が剥がれ落ちるとともに、角質層はそれより下の層からの新しい細胞と次々と置き換わる。角質層の細胞はケラチン（水分蒸発を防ぐことによって皮膚を水和しておくのを支援するタンパク質）を含んでいる。また、これらの細胞は、水を吸収することも可能であって、さらに水和を援助する。この層の誘電率および導電率は、不定であり、また皮膚が濡れていることに依存すると想定される。
【００２５】
蛋白質繊維が高濃度であるので、真皮層は、〜１１０の非常に高い誘電率を有しており、他方、血液と間質液の存在は、真皮層の導電率を周囲の組織と比較して大きなものとしている。
【００２６】
より深い層（これらは大きな電極間隔（gap）を有するセンサを開発するためには検討される必要がある）は、脂肪および筋肉区画である。脂肪は皮下組織（角皮下層とも呼ばれる）の主成分である。筋組織は、これが比較的大きな値の厚さ（２０ｍｍ）および導電率（０．７Ｓ／ｍ）を有すると想定されるので、ＥＭモデルについての境界であると設定されている。
【００２７】
１．２．  層モデル
本発明の有利な実施形態では、検査対象の皮膚領域（skin region to be tested）が均質な複数層ｉを有する積層構造から構成されていると想定されている。ここで、ｉ＝１〜ＮおよびＮ＞１であり、層Ｎは最上層、すなわち皮膚の最外層の１または複数の層を具備する層である。個々の層は厚さｈｉを有する。ｈ１は無限であると想定されている。他の厚さｈ２…ｈＮは、相互に等しくてもよいし、等しくなくてもよい。
【００２８】
各層の印加された電界への線形応答は、その誘電率εｉによって記述される。概して、誘電率εｉは、実数部ε’ｉおよび虚数部ε”ｉを有する複素数である。単純なモデルでは、虚数部ε”ｉは０（無損失の場合、導電率０）と想定されることが可能であり、他方正確なモデルは、非０の虚数部ε”ｉを考慮に入れることが可能である。そのような多層システムによって電界がどのように影響されるか、および特に電界がどのような有効誘電率εｅｆｆを経験するかを算出する方法は当業者に知られている。
【００２９】
２．  センサ実現形態
２．１．  導入
本発明は、章１．２において記述されている構造を有する皮膚領域上で、深さにより解かれる（depth-resolved）測定を実行することが可能なセンサ装置を使用することに依拠している。有利な実施形態では、このセンサは章２．２において記述されているような１または複数の共平面導波路を具備している。
【００３０】
しかしながら、本発明が他の電極ジオメトリ（geometry、幾何学的形状・配置）、例えば国際公開第２００５／１２０３３２号パンフレット（その開示、特に電極ジオメトリおよび評価回路に関するものは参照によって本明細書に取り入れられる）に示されている装置とともに実行されることが可能であることが、注目されなければならない。
【００３１】
概して、そのようなセンサは、少なくともＮセットを形成するために使用されることが可能な複数電極を有する。共平面導波路の例では、下に記述されているように、各共平面導波路がそのような１つの電極セットを形成している。各セットの電極間の距離Ｗｉは相異する。
【００３２】
センサ装置は検査対象の皮膚領域に付され、このとき電極は皮膚の最上層に近いところにある。次に、電極セットが使用されて皮膚領域中に少なくともＮ個の電界を生成する。これらの電界は皮膚領域へ相違する侵入度を有している。相違する電界が連続して印加されるということが可能である。または、（電極間のクロストークを無視することが可能であるか補償される場合は）複数電界が同時に印加されることが可能である。
【００３３】
諸電界の特徴は相違する有効誘電率εｅｆｆの関数であり、電界が皮膚／組織中でどれくらい遠くまで侵入するかに依存する。これらの有効誘電率は、組織の電界に対する線形応答（分極）を記述している。
【００３４】
各電界または使用された電極セットについて、「測定された（被測定）パラメータ）」ｍｉが測定される。このパラメータは、例えば、対応する電極セットの電気的インピーダンスＺまたはキャパシタンスＣ、あるいは電極セットを通過する信号についての位相シフトまたは、減衰係数であり得、また、このパラメータは、電極セットによって経験された有効誘電率に依存する。
【００３５】
例えば下に記述されているような技術を使用すると、被測定パラメータｍｉは適切な計算によって、１または複数の「特性描写パラメータ」ｐｉに変換されることが可能である。特に各特性描写パラメータｉは、例えば１つの層ｉの誘電率εｉのみに依存する。特性描写パラメータｉは、例えば誘電率εｉ（またはその実数部または虚数部）あるいは層ｉ中の水分濃度の推定値と等しいものであり得る。
【００３６】
２．２．  共平面導波路伝送線路
２．２．１．  定義
この文章および請求項中で使用されている用語「共平面導波路」（ＣＰＷ）は、２つの接地電極間でそれらから距離を有する細長い中央の帯状電極の配置として解釈されることになっている。信号電極は、幅よりもはるかに長い。信号電極および接地電極は非導電性のサポート（支持材）の同じ面に取り付けられている。随意的に、さらなる接地電極が、サポートの反対側に位置していてもよい（「裏面導体型（conductor-backed）共平面導波路」（ＣＢＣＰＷ）と呼ばれる配置）。電極は直線に沿って伸びていてもよいし、または曲げられていても（例えばスパイラル形状）よいし、多角形でもよい（例えばＬまたはＵ字形状）。
【００３７】
接地電極は信号電極よりはるかに広いことが有利である。なぜなら、このデザインがより良い電界定位を提供し、モデル化するのがより簡単だからである。
【００３８】
さらに、諸電極の幅がそれらの長手方向の長さにおいて一定であること、および接地ジオメトリがＣＰＷに沿って不変であることが有利である。なぜなら、このデザインがモデル化するのが最も簡単だからである。しかしながら、これらのパラメータがＣＰＷに沿って違っている、例えば信号電極の幅を周期的に変えることによって違っていることも可能であり得る。
【００３９】
２．２．２．  例
共平面導波路を有する装置は、本発明の情況の中で使用されるのに特に適している。図１に示されているように、誘電体基板上のＣＰＷの実施形態は、一方の側の上において中央帯状電極１導電体および（理想的に）半無限大の接地電極２を具備している。中央帯状電極１および接地電極２は誘電体サポート３上に配置されている。この構造は、伝搬の準ＴＥＭモードをサポートする。共平面導波路５は、従来のマイクロストリップ線路に対するいくつかの長所を提供する。まず、共平面導波路５は、製造を簡略化する。次に、共平面導波路５は、容易な分流、および能動ならびに受動装置を連ねて面実装することを円滑にする。第３に、共平面導波路５は、ラップアラウンド（wraparound）およびビア・ホールの必要性を無くす。そして第４に、共平面導波路５は放射損失を減じる。さらに、特性インピーダンスは比ａ／ｂによって割り出され、したがって、微細化が限界無しで可能であり、唯一の不利な点は大きな損失である。また、接地平面が隣接するあらゆる２本の線の間に存在し、そのため隣接する線路同士の間のクロストーク効果は非常に弱い。
【００４０】
ＣＰＷ５上の伝搬の準ＴＥＭモードは、分散が低く、そのため広帯域回路および要素を構築するための可能性をもたらす。
【００４１】
共平面導波路は広く以下のように分類されることが可能である。
【００４２】
・従来のＣＰＷ
・裏面導体型ＣＰＷ
・微小ＣＰＷ
従来のＣＰＷでは、接地平面は一方の側の上で半無限大に広がっている。しかしながら、実際の回路では、接地電極は有限の広がりで作成されている。裏面導体型ＣＰＷは、図２に示されているように、基板３の電極１および２の反対の表面でさらなる下端接地電極４を有する。この下端接地電極は基板についての機械的なサポートをもたらすだけでなく、能動素子を有する回路のためのヒートシンクとして働く。また、下端接地電極は、サポート３の下方のあらゆる回路のための電気的遮蔽をもたらす。裏面導体型ＣＰＷは、このように使用されることが有利である。
【００４３】
図１中の点線において示されるように、電極１および２は、既知の厚さおよび既知の誘電特性の非導電性カバー層１１によって随意的に覆われていてもよい。そのようなカバー層は、電極でのあらゆる起こり得る電気化学的影響を回避するために使用されることが可能であり、また、電界の組織中への実効的な侵入度を変えるために使用されることが可能である。
【００４４】
２．３．  裏面導体型ＣＰＷ（ＣＢＣＰＷ）についての順問題
以下では、図２のＣＢＣＰＷ５が検討されている。信号線路は幅Ｓを有し、また信号電極と接地電極との間の間隔幅はＷである。注釈Ｓ＝２ａおよびＳ＋２Ｗ＝２ｂも使用される。
【００４５】
まず、伝送線路の順問題が解決されなければならない。すなわち図２に描かれているシステムの有効誘電率εｅｆｆが算出される。通常、示されている構成は、高周波システム（εｒ１＝１）において上面上に空気（大気）がある状態で使用される。測定適用（応用）形態（application）では、誘電率εｘの検査対象材料（ＭＵＴ）が伝送線路の上面上に置かれる（εｒ１＝εｘ）。
【００４６】
ＣＰＷについてのいくつかの単純な関係を分析的に述べることが可能であるためには、数の仮定および近似が形成されなければならない。主な仮定は、準ＴＥＭ波（電磁気横波）の伝播が伝送線路上で支配的であるということである。この仮定は、金属ストリップおよび誘電体材料の損失が低いことを示唆している。これはもちろん、ヒト組織については当てはまらない。しかしながら、この分析的表現は、正確なコンピュータ支援全波解析に移る前に素早くセンサ機能を分析することを可能にする。
【００４７】
この近似に基づいて、Wen［１］の解析は、Gevorgian［２］によって提案されている手順を使用して、検討中の構造にまで拡張されることが可能である。図２中の伝送線路によって観察される有効誘電率は、
【数１】
2011524213.tif 000004
【００４８】
によって表現されることが可能である。ここでεｒは、サポート３の誘電率であり、
【数２】
2011524213.tif 000005
【００４９】
である。
【００５０】
式２．２および２．３中の関数Ｋ（ｘ）は、第１種完全楕円積分である。式２．２および２．３を再整理すると、システムの有効誘電率は次のように示されることが可能である。
【数３】
2011524213.tif 000006
【００５１】
である。
【００５２】
パラメータｋiは構造ジオメトリに依存し、以下のように定義される。
【数４】
2011524213.tif 000007
【００５３】
また、
【数５】
2011524213.tif 000008
【００５４】
である。
【００５５】
次に、伝送線路の特性インピーダンスは次のように算出されることが可能である。
【数６】
2011524213.tif 000009
【００５６】
２．４．  ＣＰＷ線を使用した誘電率測定
サイズ、形状（平面性）、動作帯域幅、簡略性、非侵入性のようないくつかの周辺条件に起因して、本伝送線路技術がここで使用されている。この技術は、線路に沿った波の伝播が線路をサポートする誘電材料の誘電率によって強く影響されるという事実に基づいている。材料を特性描写するためのこの方法の利用の様々な側面を記述する逆問題の理論的な考察［４、５］から実際的なセンサ実現形態［６〜８］までの多くの出版物が存在する。
【００５７】
式（２．４）を使用すると、誘電率εｒ１＝εｘの決定の逆問題は、以下の等式を使用して解決されることが可能である。
【数７】
2011524213.tif 000010
【００５８】
ここで、ｑ１およびｑ２は、それぞれ式（２．２）および（２．３）によって定義されている。
【００５９】
２．４．１．  センサ動作の理論
測定システムの未知の有効誘電率εｅｆｆは実験的に割り出されなければならない。このサブセクションの序文において記述されているように、そうするための様々な方法が存在する。図３は有利な方法を図式的に示している。生成器６は正弦曲線ＲＦ信号を提供し、この信号は中央帯状電極１の入力に印加されている。中央帯状電極１の出力における電圧Ｖ（ｌ）が測定される。伝搬する波は減衰し、また、その速度は空間と比べて媒体のより高い誘電率によって減じられる。以下の等式は、伝送線路に沿った電圧変動を記述している。
【数８】
2011524213.tif 000011
【００６０】
ここで、Ｖｐ（ｚ）およびＶｒ（ｚ）は、線路に沿って前方および後方に伝搬する信号の振幅である。特性（specific）インピーダンス（通常５０Ω）の線路終端の場合、反射波の振幅Ｖｒ（ｚ）は消える。そして、終端における電圧は、
【数９】
2011524213.tif 000012
【００６１】
として示されることが可能である。
【００６２】
すると、伝送線路の伝達関数は、
【数１０】
2011524213.tif 000013
【００６３】
である。
【００６４】
伝達関数を前方伝達係数Ｓ２１＝｜Ｓ２１｜・ｅ−ｊφと比較すると、減衰についての以下の関係およびＣＰＷ出力での被測定信号の位相は、
【数１１】
2011524213.tif 000014
【００６５】
と定義されることが可能である。
【００６６】
この時点で測定された（被測定）位相遅れφｍが測定伝送線路の非理想的な整合が原因で式（２．１７）において算出された値より通常高いことが注目されなければならない。
【００６７】
式（２．１１）と（２．１７）とを組み合わせると、検査対象の材料の未知の誘電率εｘは、
【数１２】
2011524213.tif 000015
【００６８】
として定義されることが可能である。ここで、φｍは度数によるセンサ・ハードウェアによる被測定位相遅れであり、これは伝送線路上の位相遅れとは異なる。基礎位相シフトφ０はセンサ・ハードウェアによって定まっている定数である。基礎位相シフトφ０は、後述のような較正手順によって割り出されなければならない。
【００６９】
２．４．２．  センサ・ハードウェア
図４は、測定システムの基本ブロック図を示している。マイクロ波信号が交流信号生成器６によって提供され、次いでカップリング（coupling）構造５の信号線１の第１端（入力端）に印加される。カップリング構造は、生きている人間または人類以外の哺乳動物の皮膚に付される。カップリング構造５は、ＣＰＷ、特に上記のＣＢＣＰＷであり、図３に示されているように信号を印加されている。
【００７０】
図４は、そのようなカップリング構造が複数あり得ることを概略的に示している。カップリング構造５の中央帯状電極１の第２端（出力端）の電圧は、大きさ／位相検出器７に供給される。本実施形態では、この回路は、中央帯状電極１の入力信号と出力信号とを比較し、１つまたは２つのＤＣ信号を生成する。ＤＣ信号の電圧は、それらの間の大きさ比および／または位相差に比例する。マイクロコントローラ８は測定された（被測定）データをディジタル化し且つ格納する。次に、被測定データは測定対象の測定量の算出のための基礎として使用されることが可能である。このセンサ・システムは、基本的に、前方伝達係数Ｓ２１の大きさおよび位相を測定する基板上の簡略化されたＶＮＡ（ベクトル・ネットワーク・アナライザ）である。検出器７およびマイクロコントローラ８は、総体で、各ＣＰＷの「被測定パラメータ」ｍｉを測定するための測定ユニットを形成する。
【００７１】
さらに、制御ユニット１０は、被測定パラメータｍｉを処理し、それから特性描写パラメータｍｉを算出するために提供されている。制御装置１０は、マイクロコントローラ８の一部、または外部コンピュータのように個別のユニットとして実現され得る。
【００７２】
複数のＣＰＷがセンサ装置の一部である場合、図５に示されている１つの信号発生器６は、全てのＣＰＷが同時に動作するようにそれらの全てに共通の信号を与えるために使用されることが可能である。あるいは、信号発生器６は、ＣＰＷが順番に動作されるように、ＣＰＷの各々に順次信号を与え、それによってクロストークを最小化するように適合されていてもよい。同様に、複数の大きさ／位相検出器７を有する測定ユニットが提供され得る。すなわち、各ＣＰＷについての１つの検出器７、または１つの大きさ／位相検出器７が、順次それらの全てからの信号を測定するために複数ＣＰＷの出力端同士の間で切り替えられるということが可能である。
【００７３】
２．５．  電極ジオメトリ
装置が直線のＣＰＷの使用に制限されないことは、前に述べられた。また、明白な理由により、無限長のＣＰＷを使用することも可能でない。図５は、１つのサポート上で相違するジオメトリの２つのＣＰＷを有する有利な装置のデザインを示している。この図において、斜線部分は、中央帯状電極１および接地電極２によって覆われている領域を表わしている。
【００７４】
図５の装置は、相違する間隔幅Ｗを有し、したがって測定されるサンプル中で侵入度が相違する電界を生成する２つのＣＰＷ５ａ、５ｂを伴っている。ＣＰＷ５ａはＣＰＷ５ｂより大きな間隔幅Ｗを有している。
【００７５】
図から分かるように、接地電極２は単一の加工された金属電極から形成されており、各中央帯状電極１はこの金属電極の開口９内に配置されている。
【００７６】
言及されたように、ＣＰＷは必ずしも直線に沿って伸びている必要はなく、曲がっていてもよい。螺旋の形態を有するＣＰＷの一例は、図６に示されている。
【００７７】
しかしながら、概して、（図１および図２に示されているような）ＣＰＷの断面は、インピーダンスＺが延びｚに沿って変わらないように、中央帯状電極の延びｚに沿って不変量であるべきである。そうでない場合、より複雑なモデルがシステムのモデル化のために必要である。
【００７８】
３．  ＣＢＣＰＷについての逆問題
この章は、ＣＰＷに基づいた装置を使用して、ＭＵＴ（検査対象材料）誘電率の未知の値を算出するために導出された詳細な手順を記述している。まず、較正手順が記述される。この手順は測定システムの未知のパラメータ、または未知であると意図的に考えられているパラメータを算出するために設計された。次に、数学的記述が定義される。これはＭＵＴの未知の誘電率の算出を目指している。最後に、２層システムが研究される。いくつかの近似を使用して、両方の未知の誘電率値が測定結果から算出される（「逆プロファイリング」）。
【００７９】
提案されているセンサ構造を利用して誘電率の測定値を分析的に記述することができるためには、いくつかの仮定がなされなければならない。
【００８０】
・準ＴＥＭ波の伝播は、章２．２において記述されている通りである。
【００８１】
・放射状信号の接合（すなわち中央帯状電極１の両端の接合）によって導入された容量値は伝送線路の付加的な長さによって補償されることが可能である。すなわち、ｌｅｆｆ＞ｌの理想的なＣＰＷが伝送線路の振る舞いを記述する。これは非常に有効な仮定である。なぜなら、位相遅れがオープンな同軸キャパシタンス・モデルによって後に容易に補償されることが可能だからである。
【００８２】
・２層ＭＵＴの場合、より短い（短い方の）Ｗ＝ΔＧＳ距離を有する伝送線路によって誘導された電磁界はほとんどが第１層内に制限される、すなわち、第２（より深い）層内の誘電率変動は、伝送線路の伝搬特性に影響しない。この条件は数学的考察の第１段階において仮定されることが可能である。侵入度は非常に重要な値である。なぜなら、侵入度は材料パラメータ、センサ・ジオメトリ、および動作周波数に依存するからである。
【００８３】
上記の仮定がシステムの分析的な解析を簡略化することが注目されなければならない。しかしながら、本発明は必ずしもそれらに基づくものではない。仮定が満たされない場合、分析的な記述が導出されることが可能でないのであれば、システムは今まで通り例えば数的にモデル化されることが可能である。
【００８４】
３．１．  較正手順
以下では、図２（ＣＢＣＰＷ）に示されているジオメトリについての較正手順の一例が記述されている。この手順は、銅電極、銅のビア（リード・スルー）およびRogers社製のRO4350bサポート（εｒ＝３．６６）を有する装置に対して試験された。装置は、相違する幅Ｗを有する２つのＣＰＷを有していた。
【００８５】
式（２．１８）が（３．１）として下に繰り返される。この関係は、センサ・システムによって被測定位相遅れφｍから未知の誘電率を定義する。
【数１３】
2011524213.tif 000016
【００８６】
上記の等式では、ｑ１およびｑ２は、基板および未知の材料のいわゆる「充填率」をそれぞれ表わしている。値φ０は、システムによって定まっている（一定周波数および線路寸法についての）一定の基礎位相シフトであり、ｆは動作周波数であり、μ０およびε０はそれぞれ空間の絶対透磁率および誘電率についての物理定数である。最後に、ｌｅｆｆは測定伝送線路の有効長さ（effective length）である。この長さは理想的なＣＰＷの場合はジオメトリ（幾何学的）長さｌと等しい。実際のセンサ・システムの本ケースの場合、被測定位相遅れは理論上期待される位相遅れよりもわずかに大きい。この影響は、上に詳述されているように、有効長さｌｅｆｆによって補償されると想定されている。
【００８７】
固定値の寸法および周波数については、式（３．１）は以下の形態で書き直されることが可能である。
【数１４】
2011524213.tif 000017
【００８８】
３つの未知の定数Ｃ１、Ｃ２、およびφ０はセンサ・ジオメトリおよび動作周波数にのみ依存する。これらは少なくとも３つの測定が（ＭＵＴの代わりに）誘電率が既知の材料に対して実行されれば容易に見つけられることが可能である。既知の較正材料がε１、ε２、およびε３の誘電率値を有し、対応する測定された（被測定）位相値がそれぞれφ１、φ２、およびφ３であるとすると、較正定数は以下のように定義されることが可能である。
【数１５】
2011524213.tif 000018
【００８９】
導出された較正手順は各１つのセンサについて１度だけ実行されればよい。ハードウェア（電子回路またはカップリング構造のいずれか）が変更された場合は、繰り返されればよい。見つけられた較正定数を使用すれば、未知の材料の誘電率は容易に算出されることが可能である。
【００９０】
例
間隔幅が０．１ｍｍおよび０．２ｍｍであり、長さが２５ｍｍの２つのＣＰＷを有する伝送線路センサが、空気（ε＝１）、エタノール（ε＝１６．３４）、および蒸留水（ε＝７９．００）を使用して、０．８ＧＨｚの周波数において較正された。上記の等式（３．３）〜（３．５）を使用して、パラメータφ０、Ｃ１、Ｃ２について以下の結果が得られた。
【００９１】
・Ｗ＝０．１ｍｍのＣＰＷ：φ０＝１５８．３、Ｃ１＝−４．１０４、Ｃ２＝０．００３５５
・Ｗ＝０．２ｍｍのＣＰＷ：φ０＝１５６．３、Ｃ１＝−５．８５９、Ｃ２＝０．００２６６。
【００９２】
３．２．  ２層問題についての「逆プロファイリング」
図７は、２層１および２の誘電率値を割り出すための構成を示している。この問題に取り組むために、少なくとも２つの測定が実行されなければならない。この作業における出発点は、接地・信号間距離Ｗの相違する値を有する少なくとも２つのＣＰＷを使用することである。図７の実施形態では、第１ＣＰＷは中央帯状電極１ａを有し、第２ＣＰＷは中央帯状電極１ｂを有し、対応する間隔距離はそれぞれＷ１およびＷ２である。
【００９３】
さらに、簡略化のため、有利には、本章の初めに定義済みのさらなる条件が満たされるべきである。より短いＷ＝ΔＧＳ距離（すなわち「短い」）を有する伝送線路によって誘導された電界は層２内に制限される、すなわち、より深い層１内の誘電率変動は、より小さなＷを有する伝送線路の伝搬特性に影響しない。以下のサブセクションでは、所望の未知事項を算出することを可能にする手順が記述されている。
【００９４】
３．２．１．  ２層ＭＵＴを有するＣＢＣＰＷの順問題
まず、順問題（すなわち記述されている構造の有効比誘電率εｅｆｆの算出）が解決される。これは有限のＣＰＷについてVeyresおよびHannna［９］によって定義されかつ多層構造についてBedairおよびWolff［４］によって修正された等角写像技術を使用して実行される。サポート材の誘電率が未知の誘電率より低い場合（生物組織が該当する）にのみ、記述されている考察は有効である。
【００９５】
図７に描かれている構造の有効比誘電率は、式（２．１）と同様に、次のように示されることが可能である。
【数１６】
2011524213.tif 000019
【００９６】
ここでも、ｑ１、ｑ２、ｑ３は、それぞれ、層１〜３についての充填率である。このアプローチは、特性インピーダンスについての正確な表現
【数１７】
2011524213.tif 000020
【００９７】
を使用している。ここで、ｃ０＝２．９９７９・１０８ｍ／ｓは光速であり、Ｃａｌは、空気（大気）で満たされたキャパシタが検討される場合（ε１＝ε２＝ε３＝ｌ）の単位面積当たりのキャパシタンスである。次に、検討された伝送線路の特性インピーダンスは次のように示されることが可能である。
【数１８】
2011524213.tif 000021
【００９８】
空気で満たされたキャパシタは、次のように定義されることが可能である。
【数１９】
2011524213.tif 000022
【００９９】
ここで、Ｋ（ｋｉ）およびＫ（ｋｉ’）は、式（２．２）および（２．７）および（２．９）に類似の第１種の場合の完全楕円積分である。我々の具体的な事例では、ｋｉは以下のように定義されることが可能である。
【数２０】
2011524213.tif 000023
【０１００】
以下の値が、VeyresおよびHanna［９］によって作成されたジオメトリと仮定から割り出されることが可能である
【数２１】
2011524213.tif 000024
【０１０１】
上記の表現を使用すると、図７に描かれている順問題は、
【数２２】
2011524213.tif 000025
【０１０２】
に帰する。
【０１０３】
３．２．２．  逆問題の解決のための方法
以下では、逆問題のための解法が示されている。これは、説明の最中に定義される、いくつかの仮定に基づいている。使用されるカップリング構造は、図７に示されている２つの裏面導体型共平面導波路から構成されている。記述されている解法は以下のステップを具備している。
【０１０４】
両センサ構成の較正
これは章３．１に述べられている手順に従って実行されなければならない。例えば、較正材料は、空気（ε１＝ｌ）、エタノール（ε２）、および蒸留水（ε３）である。式（３．３）〜（３．５）を使用すると、各周波数値についての較正定数の以下の２組が定義されることが可能である。
【０１０５】
「短い」ＣＰＷ（Ｗｓｍａｌｌ）についてのφ０ｓ、Ｃ２ｓ、Ｃ１ｓ、および
「長い」ＣＰＷ（Ｗｌａｒｇｅ）についてのφ０ｌ、Ｃ２ｌ、Ｃ１ｌ
層２の誘電率
「短い」ＣＰＷ（＝小さい方の間隔幅Ｗを有するＣＰＷ）によって誘起された電界が層２内に制限されるとの上記の仮定の下では、この層の誘電率は、
【数２３】
2011524213.tif 000026
【０１０６】
と算出されることが可能である。ここで、φｍｓは、未知の材料（ＭＵＴ）に付された「短い」ＣＰＷにわたって測定された位相遅れ値である。
【０１０７】
「長い」ＣＰＷによって「観察される」有効誘電率
以下のステップは、「長い」ＣＰＷ（＝大きい方の間隔幅Ｗを有するＣＰＷ）によって「観察される」有効誘電率の算出である。広い接地・信号間距離を有する伝送線路の伝搬特性を定義するのは、層１と層２との間の仮説的な材料混合（hypothetical material mixture）の誘電特性である。この材料混合の比誘電率は式（３．２０）によって算出されることが可能である。
【数２４】
2011524213.tif 000027
【０１０８】
ここでφｍｌは、（ＭＵＴ）に付された「長い」ＣＰＷにわたってセンサによって確認された位相遅れ値である。
【０１０９】
想定されている材料混合の有効誘電率を定義することが可能であるために、層１および２が組み合せられるていると想定し、無限の厚さおよび比誘電率εｌを有する材料層を記述する。１層のＭＵＴを有するこの新しい２層システムについては、有効誘電率は次のように記載されることが可能である。
【数２５】
2011524213.tif 000028
【０１１０】
εｌは、（３．２０）において定義されており、ε３はサポート基板の比誘電率であり、充填パラメータｑ２ｌ２およびｑ３ｌ２は、それぞれ式（３．１６）および（３．１５）によって算出されることが可能である。楕円積分の決定のための対応するパラメータが割り出され得る。
【数２６】
2011524213.tif 000029
【０１１１】
ａｌおよびｂｌは「長い」ＣＰＷのジオメトリ・パラメータである。
【０１１２】
２層ＭＵＴの逆プロファイリング
次に、図７に描かれている本来の測定問題について考える。誘電率値εｌは式（３．１８）から算出されることが可能である。
【数２７】
2011524213.tif 000030
【０１１３】
ｑ３ｌ＝ｑ３ｌ２であることを考慮するとともに式（３．２１）を使用すると、式（３．２５）は
【数２８】
2011524213.tif 000031
【０１１４】
に帰する。
【０１１５】
式（３．１０）〜（３．１３）および（３．１６）に従うと、ｑ２ｌは以下のように定義される。
【数２９】
2011524213.tif 000032
【０１１６】
ここで、パラメータｋiおよびｋｉ’は、以下のように得られる。
【数３０】
2011524213.tif 000033
【０１１７】
この時点では、ｈ２の値は未知であると言わざるをえない。ここでは、このパラメータは「短い」伝送線路によって誘起された電磁界の「侵入」度を記述すると想定されているのみである。概して、この値は、伝送線路の寸法、未知の材料のパラメータ、および動作周波数に依存する。
【０１１８】
３．２．３．  要約
導出された手順は、相違する接地・信号間距離寸法を有する２つの伝送線路を有するＣＰＷセンサを使用した検査対象の２層材料についての２つの未知の誘電率値を算出することを可能にする。本手順は以下のステップを具備している。  
（ａ）空気、エタノール、および蒸留水のような既知の物質の１層システムを有する試験測定の実行によって、装置を較正すること。これは、大きい方の間隔幅Ｗを有するＣＰＷについての較正定数φ０ｓ、Ｃ２ｓ、Ｃ１ｓを提供し、小さい方の間隔幅Ｗを有するＣＰＷについての較正定数φ０ｌ、Ｃ２ｌ、Ｃ１ｌを提供する。この較正はすべてのハードウェア構成について１回だけ実行されればよい。  
（ｂ）  装置を未知の２層システムの表面に付すること。式（３．１９）を使用して層２の誘電率ε２を算出し、等式（３．２６）および（３．２０）を使用して層１の誘電率ε１を算出する。
【０１１９】
４．  適用（応用）形態（application）
４．１．  試験測定
様々な試験測定が相違する被験者に対して実行された。使用された手順は、検査装置を使用した一連の測定を具備していた。検査装置は０．８ＧＨｚの周波数で動作され、図７に示されている２つの裏面導体型ＣＰＷ導波路を有していた。それは、間隔幅Ｗ＝０．１ｍｍを有する第１ＣＰＷおよび間隔幅Ｗ＝０．２ｍｍを有する第２ＣＰＷを有していた。
【０１２０】
試験手順は、最初に、装置が（皮膚にではなく）空気に晒された状態での第１参照測定および２分後に装置が検査対象の皮膚領域に付された状態での第１測定、３分後の３分間の皮膚領域への処理剤の塗布、および続く皮膚領域に再度装置を付することによっての様々な時刻での測定を具備していた。処理剤の塗布後の第１測定の前に、残っている処理剤は、柔らかいティッシュを使用して皮膚からそっとぬぐい去られた。各測定の継続時間は５秒であって、そこで装置が皮膚から取り除かれた。毎回、測定は、皮膚が覆われていると発生する経表皮水分喪失の減少によって引き起こされる変化による吸蔵効果を回避するために、測定同士の間に１０秒の休憩を取りながら５回繰り返された。
【０１２１】
章３．２．２で述べられている技術を使用して、２層の誘電率ε１およびε２が被測定パラメータから算出された。電界の皮膚領域の侵入度が、使用されている２つのＣＰＷの間隔幅Ｗとおよそ等しいと想定された。したがって、最上層（層２）は０．１ｍｍの厚さを有し（したがって角質層に相当する）、他方、中間層（層１）が表皮に基本的に相当すると想定された。換言すると、０．１ｍｍの厚さの最上層を有する２層システムによって皮膚がモデル化されることが可能であると想定された。
【０１２２】
図８および図９は、２つの試験物質に対する試験の間の誘電率値εｉの時間依存を示している。図８中で使用されている試験物質は、Galderma社（スイス）によるNutra-Plus水和ローションであった。図９中で使用されている試験物質は、ドイツのHernial社によるBasodexanクリームであった。
【０１２３】
最初は、いずれのクリームの塗布も層の誘電率に対して同じ効果を有する。すなわち、値は上昇して水分量が増加してから指数関数的に減っていくのみであることを示している。NutraPlus lotionローションについては、層の水分は約２０分後に初期値に戻る。水分量は１時間超後には、それよりもわずかに下回りさえし、皮膚が以前よりも乾燥しているという事実を示し、したがって繰り返しローションを塗布することを要求する。この振る舞いとは対照的に、Basodexanクリームによって覆われた皮膚の誘電率は、約４５分後に最小に達した後に再度上昇する。この影響は、Basodexanの有効処理物質（agent）が尿素（これは角質層中の防水バリアを強化するのを支援する）であることを考えると、論理的に見える。そして、真皮からの水分は表面において蒸発することを妨げられる。
【０１２４】
表皮誘電率についての興味深い振る舞いが観察されることが可能である。表皮誘電率は、クリーム塗布後に非常に素早く上昇し、約１５分後に単に同じレベルに戻る。水分が表皮に非常に素早く拡散するということが起こりにくいので、初期の上昇が皮膚表面でのクリーム薄膜（これは時間とともに蒸発する）に起因すると想定されることが可能である。２本のＣＰＷ線を有するこの例の中で使用されている逆プロファイリング手順は、２層材料を記述するのみであり、３層（クリーム膜、層、表皮）を補償しない。
【０１２５】
１５分後、NutraPlusローションを伴った皮膚の誘電率は測定の終了まで同じレベルのままである。対照的に、Basodexanクリームは、約４０分後に表皮誘電率の増加を引き起こし、他方、層の誘電率は依然減少している。表皮の増加した比誘電率ひいてはその水分レベルは、クリーム塗布後の２時間超にわたって測定終了まで増加した値にとどまる。
【０１２６】
この解析が示すように、測定された誘電率は、皮膚に対する皮膚処理剤の影響を特性描写することを可能にして、したがって皮膚中の水分運搬機構の相当詳細な解釈を可能にする。
【０１２７】
４．２．  特性描写パラメータ
上記の章４．１の試験測定において使用されている特性描写パラメータｐｉは、２層モデルの層の誘電率ε１、ε２であった。代わりに、皮膚層の水分の推定値が算出されることが可能である。水が組織の誘電率値に主な貢献をなすので、組織の相違する層の誘電率値についての知識は、所与の層についての水分の推定値を提供することを可能にする。単純なモデルでは、Kraszewski混合公式（mixture formula）［１０］に基づいて、材料、組織、または乳濁液中の水の体積比率ｐｉが、測定された誘電率εｉおよび（実数部の）水の誘電率（ε１）ならびに乾燥体の誘電率（ε２）の関数として表現されることが可能であると想定されることが可能である。
【数３１】
2011524213.tif 000034
【０１２８】
記述されているセンサおよび手順のさらなる能力は、必ずしも表面上に置かれていない相違する層の中の水分（あるいは誘電率が既知の他の物質の含有量）を決定することである。すなわち、記述されているシステムを使用して、２つの材料または２つの材料グループからなると想定される調査対象材料の深さプロファイリングを作成することが可能である。
【０１２９】
概して、各特性描写パラメータは、調査されている皮膚領域の１つの皮膚層ｉの誘電率εｉに依存する。すなわち、章３．２に記述されている技術は、電界によって観察される様々な層の有効誘電率への貢献を分離するために使用される。
【０１３０】
特性描写パラメータｐｉは、処理剤の塗布後の相違する時刻に、繰り返し割り出されることが有利である。このことは、特に相違する時刻におけるおよび／または相違する層ｉについての記録された特性パラメータｐｉを比較することによって、章４．１に示されているように水分運搬機構に関するより詳細な情報を提供する。
【０１３１】
４．３．  周波数
ここで記述されている測定値の重要なパラメータは印加された電界の周波数である。概して、ここで記述されているような、透過の形で動作されているＣＰＷ型センサは、約５０ＭＨｚ〜１００ＧＨｚの範囲での測定に特に適している。低すぎる周波数については、線の必要長さはあまりにも長いものになるだろう。装置は複数の周波数で同時にまたは順番に測定を実行することが可能である。
【０１３２】
４．４．  電極セット寸法
電極セットの生体組織中への電界の範囲を決定する主要要素は、その間隔幅Ｗである。十分に大きな範囲を有する電極距離の電極セットが、関心対象の（of interest）誘電特性を有する各皮膚層の空間により解かれる（spatially resolved）測定値を得るための装置に組み入れられるべきである。
【０１３３】
具体的には、少なくとも１つの電極セットは、角質層に特定の測定値を得るために１００μｍ以下の電極距離を有するべきである。
【０１３４】
同様に、少なくとも１つの他の電極セットは、表皮または真皮の特性を示す測定値を得るために少なくとも０．１ｍｍの間隔幅Ｗを有しているべきである。具体的には、この電極セットの間隔幅は０．１ｍｍから０．２ｍｍの範囲内にあるべきである。なぜなら、より大きな間隔幅を有する電極セットは真皮に達する電界を作成する傾向があるからである。真皮についての特性描写パラメータが必要な場合、少なくとも１ｍｍの相互距離を有する１セットの電極が設けられるべきである。
【０１３５】
４．５．  他の特性描写方法との組合せ
皮膚処理剤の影響についての理解をより良くするために、上記のように得られる特性描写パラメータｐｉがさらなる特性描写方法と組み合わせられることが可能である。そのような方法の例は、以下に記述されている。
【０１３６】
・皮膚領域の光の反射または透過の測定。光波が皮膚領域上に向けられ、反射光の量または透過光の量が皮膚の状態の評価のために使用される。適切な方法は例えば米国特許第６０７００９２号明細書に記述されている。これらの測定の結果は、例えば皮膚が剤（処理剤、物質、agent)を検査するのに適切な状態であるかを決定するために使用されることが可能である。また、光（特に近赤外線）の透過および反射を測定することは、米国特許第６４４２４０８号明細書に記述されているように、皮膚の水分量を検知することを可能にする。
【０１３７】
・皮膚領域の温度の測定。装置は、例えば皮膚領域の温度を測定するための温度センサとともに構成されることが可能である。この温度は重要なパラメータである。なぜなら、水の誘電率が温度とともに変化するからである。したがって、温度が、所与の層ｉの水分をその誘電率εｉおよび測定された温度から例えば式（４．１）のパラメータｐｉ０およびｐｉ１を温度の関数として変えることによって算出するために、使用されることが可能である。温度センサは、従来の接触型温度センサとすることができ、または赤外線放射測定に基づくことが可能であり、または米国特許出願公開第２００４／０２４０５１２号明細書に記述されているような誘電率測定を使用することが可能である。
【０１３８】
・１ＭＨｚ未満の周波数についての前記皮膚領域の導電率の測定。そのような低い周波数での皮膚領域の導電率が主として表面の水分、特に汗によって定まることが分かった。したがって、この導電率の測定によって、皮膚の状態がより詳細に評価されることが可能である。例えば、所与の閾値を超える低周波数導電率を有する皮膚領域が、処理剤を特性描写するのに適さないと決定されることが可能である。
【０１３９】
・環境の空気湿度の測定。環境の空気湿度は、最上の皮膚層中の水分運搬に影響する重要なパラメータである。そのため、環境の空気湿度を測定することによって、例えば湿度が所与の範囲内にある場合のみ検査を行なうことによって、特性描写測定が類似の条件下で実行されることを保証することが可能になる。
【０１４０】
・皮膚領域からの蒸発の測定。皮膚蒸発を測定するための様々な方法が、例えば米国特許第６９６６８７７号明細書に記述されているように、知られている。皮膚蒸発速度についての知識は、最上の皮膚層の水分運搬機構についてのさらなる見識を提供することが可能である。上記の方法体系は皮膚層中の所定の時刻における水分を評価することを可能にしている一方、水分流量については間接的な見識を提供するに過ぎない。皮膚蒸発速度を測定することによって、最上層から周囲の大気中への運搬速度の直接的な測定量が得られる。このことは、次いで、２つの個々の皮膚層間の流量を評価することを可能にする。
【０１４１】
４．６．  概論
本発明が上に定義されているような「特性描写パラメータ」を算出するための多くのステップをもたらすことが注目されなければならない。特性描写パラメータは算出されることが可能な量的値である。それらは、次いで、処理剤の特性描写のために使用される必要がある。この特性描写はさらなる手順を必要とする。これは、より質的、解釈的な性質のものであり、必要な特性描写のタイプに依存する。そのようなさらなる解釈ステップの一例は章４．１に挙げられているが、これらのステップは特性描写によって解かれる問題に依存して様々なものであるだろう。例えば、脱臭剤はそれがどのように汗の生成を抑えるかに関して調べられ得る。他方、潤い付与（保湿）クリームの特性描写は、皮膚層中の水分がどのように増加するかあるいは石鹸または洗浄剤の使用による皮膚の乾燥に焦点を当てるだろう。
【０１４２】
主要な適用形態は、処理剤の塗布後の１または複数の皮膚層の時間の関数としての（特性描写パラメータから決定されるような）水濃度の変遷についての観察による処理剤の特性描写である。
【０１４３】
どの特性描写が必要かに依存して、例えば、当業者は１層または複数層中の水分推移に興味を持つだろう。当業者は自身が答えを必要とする問題に依存して、質を解釈するステップを容易に決定することができるだろう。
【０１４４】
４．７．  概論
相違する間隔幅Ｗを有するＣＰＷの数Ｎは、観察される組織層の数に依存する。深さにより解かれる測定については、いずれも、Ｎは１より大きくなければならない。上記の例において、２つのＣＰＷが使用された。しかし、数Ｎはより大きな値（例えば４以上）に容易に増加されることが可能である。その場合、逆プロファイリング法はＮ層を有する材料の深さプロファイルを作成するために一般化されることが可能である。これらの層も仮想的なものでかつ理論的な深さだけを有する、ということが可能である。２層超についてのプロファイリングを実行するために、以下のように進行することが可能である（１は最も内側であり、Ｎは最上層である）。  
１．  （やはり複数層から構成されている）２層から構成されている材料全体を検討する。例えば、４つのＣＰＷを有する測定システムを使用して４層システムのプロファイリングを開始するために、対応するＣＰＷ（例えば４と３）に対する測定を使用して層４および３についての２層問題を解決する。  
２．  次のステップで、層２のパラメータが、ＣＰＷ３および２に対する測定を使用して算出されることが可能である。この場合、層４および３は１つの仮想層３＊であると見なされる。  
３．  必要なパラメータが全て算出されるまで続行する。
【０１４５】
本発明の現在の好ましい実施形態が示され記述されている一方、本発明がこれらに制限されず、そうではなく以下の請求項の範囲内で種々に具体化および実行され得ることが明確に理解されるべきである。
【０１４６】
参考文献
［１］  C.P. Wen, "Coplanar Waveguide: A Surface Strip Transmission Line Suitable for Nonreciprocal Gyromagnetic Device Applications," in IEEE Trans Microwave Theory Techn., Dec 1969, pp. 1087-1090
［２］  S. Gevorgian, L.J.P. Linner, E.L. Kollberg, "CAD Models for Shielded Multilayered CPW," in IEEE Trans Microwave Theory Techn., April 1995, pp. 772-779
［３］ J. Baker-Jarvis, M.D. Janezic, B.F. Riddle, R.T. Johnk, P. Kabos, Ch.L.  Holloway, R.G. Geyer, and Ch.A. Grosvenor, Measuring the Permittivity and Permeability of Lossy Materials: Solids, Liquids, Building Materials, and Negative-Index Materials. NIST Technical Note 1536, Boulder, CO: NIST, 2005
［４］ S.S. Bedair and I. Wolff, "Fast, Accurate and Simple Analytic Formulas for Calculating the Parameters of Supported Coplanar Waveguides for (M)MICs," in IEEE Trans. Microwave Theory Techn, vol. 40, Jan. 1992, pp. 41-48
［５］  M.D. Janezic, D.F. Williams, "Permittivivty Characterization from Transmission-Line Measurements," in IEEE MTT-S Int Microwave Symposium Dig., June 197, pp. 1343-1346
［６］  S. S. Stuchly and CE. Bassey, "Microwave coplanar sensors for dielectric measurements," in Meas Sci Technol., 1998, pp. 1324-1329
［７］  A. Raj, W.S. Holmes, and S.R. Judah, "Wide Bandwidth Measurement of Complex Permittivity of Liquids using Coplanar Lines," in IEE Trans. Instr. Meas., vol. 50, Aug. 2001
［８］  B. Kang, J. Cho, Ch. Cheon, Y. Kwon, "Nondestructive Measurements of Complex Permittivity and Permeability Using Multilayered Coplanar Waveguide Structures," in IEEE Microwave Wireless Comp. Lett., vol. 15, May 2005
［９］  C. Veyres and V.F. Hanna, "Extension of the application of conformal mapping techniques to coplanar lines with finite dimensions," in Int. J. Electron., vol. 48, pp. 47-56, 1980
［１０］  A. Kraszewski, S. Kulinski, and M. Matuszewski, "Dielectric properties and a model of biphase water suspension at 9.4 GHz," Journal of Applied Physics 47, no. 4 (April, 1976): 1275-1277
【符号の説明】
【０１４７】
１、１ａ、１ｂ…中央帯状電極、
２…接地電極、
３…サポート、
４…下端接地電極、
５、５ａ、５ｂ…共平面導波路、
６…信号発生器、
７…大きさ／位相検出器、
８…マイクロコントローラ、
９…開口、
１０…制御ユニット、
１１…カバー層、
ａ…信号線幅の半分、
ｂ…接地電極距離幅の半分、
ａｌ、ｂｌ…「長い」ＣＰＷのジオメトリ・パラメータ、
ｃ０…光速、
Ｃ１、Ｃ２…装置ジオメトリ定数（式３．２を参照されたい）、
ＣＩ、ＣＩＩ、ＣＩＩＩ…空気で満たされたキャパシタンス（式３．１０を参照されたい）、
Ｃａｌ…空気で満たされたキャパシタについての単位キャパシタンス（式３．１０を参照されたい）、
ｆ…周波数、
ｈ、ｈ３…サポートの高さ、
ｈ１、ｈ２…２層システム（図７）の層の高さ、
Ｈ…伝達関数（式２．１４）、
Ｋ（ｘ）…完全楕円積分関数、
ｋ０、ｋ’０、ｋ、ｋ、ｋＩ、ｋＩＩ、ｋＩＩＩ…構造パラメータ、式２．６ｆｆ、３．１ｆｆ、
ｌ…長さ、
ｌｅｆｆ…信号接合の効果を考慮に入れた有効長さ、
ｍｉ…層ｉについての測定されたパラメータ、
Ｎ…層数、
Ｐ、ｐｉ…特性描写パラメータ、
ｑ１、ｑ２、ｑ３…充填率（式２．２、２．３、および３．７を参照されたい）、
Ｓ…信号線の幅、
Ｓ１２…前方伝達係数、
Ｗ、Ｗ１、Ｗ２、Ｗｉ…信号線・接地間の間隔幅、電極セットの距離、
Ｖ（ｚ）、Ｖｐ（ｚ）、Ｖｒ（ｚ）…信号線に沿った電圧（式２．１２）、
ｚ…中央帯状電極に沿った位置、
Ｚ０…特性インピーダンス、
ＺＬ…線路インピーダンス、
ΔＧＳ…＝Ｗ（上記を参照されたい）、
ε０…絶対透磁率、
ε１、ε２、およびε３…較正媒体の誘電率、
εｅｆｆ…有効誘電率、
εｒ…サポートの誘電率、
εｒ１…ＣＰＷ上方の空間の誘電率、
εｘ…未知の誘電率、
φ…位相シフト、
φｍ…測定された位相シフト、
φ０…基礎位相シフト、
φ１、φ２、およびφ３…較正媒体についての測定された位相シフト値、
γ…減衰率、
μ０…絶対透磁率。
【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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【図８】
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【図９】
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【国際調査報告】
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