(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
外部刺激に対する皮膚表層の毛細血管の応答を顕微観察する方法であって、
撮影台の被写体配置部に、流体を注入するための流体注入部及び開口部を備えたスペーサーを設置する工程、
被験者の身体部位を、前記スペーサーの開口部を覆うように前記スペーサーに接触させ
る工程、
前記流体注入部を介してスペーサー開口部内に流体を注入する工程、及び
スペーサー開口部に呈示された皮膚表面の毛細血管を顕微鏡システムにより観察する工程、を含む毛細血管の観察方法。
【請求項２】
流体が１種以上の化学物質を溶解した溶液である請求項１記載の方法。
【請求項３】
流体が温水又は冷水である請求項１記載の方法。
【請求項４】
スペーサーの開口部内の面積が１〜９００ｍｍ２である請求項１〜３のいずれか１項記載の方法。
【請求項５】
スペーサーの厚さが０．１〜６．０ｍｍである請求項１〜４のいずれか１項記載の方法。
【請求項６】
スペーサーの素材がシリコンゴムである請求項１〜５のいずれか１項記載の方法。
【請求項７】
毛細血管の数、形状又は分布を解析する、請求項１〜６のいずれか１項記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、皮膚表層の毛細血管を観察する方法、詳細には外部刺激に対する皮膚表面の毛細血管の応答を観察する方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
ヒトの皮膚は、表皮、真皮およびその付属器官（汗腺等）より構成されている。表皮は最表層に位置する厚さ１００〜２００μｍ程度の組織であり、体内側より順に、基底層・有棘層・顆粒層・角層の４層より構成されている。最も上層に位置する角層は、外界からの刺激に対する防御の最前線であり、生体の恒常性を維持する上で重要な役割を担っている。また角層は美容的にも重要な部位である。即ち、いわゆる肌荒れや化粧のりといった現象は、角層構造の乱れや角層組成の変化等と密接に関連する。従って健康な肌や、美しい肌を実現するには、角層を良い状態に維持する必要がある。
【０００３】
基底層で作られたケラチノサイトが角化し、有棘層、顆粒層を経て扁平な角層細胞に分化することによって角層は形成される。表皮（基底層・有棘層・顆粒層・角層）には毛細血管が存在しないため、ケラチノサイトの代謝・分化に必要な酸素や栄養素は、表皮下にある真皮の血管系より供給される。具体的には、表皮・真皮境界にある乳頭構造中の毛細血管や、乳頭外にある表皮近傍の毛細血管が、供給の最終段の役割を担っている。
【０００４】
これらの毛細血管には、常に血液が流れているわけではない。皮膚の状況に応じて、毛細血管に流れる血液量は制御されていると考えられている。例えば、表皮代謝が活発な部位では、毛細血管に流れる血液量が大きくなっていると考えられる。
【０００５】
このように表皮近傍の毛細血管における血流挙動は、１）表皮におけるケラチノサイトの代謝や分化に直接的な影響を及ぼす因子であり、２）角層の状態に間接的に寄与する因子であり、３）最終的には、健康で美しい肌の実現に寄与する因子であると考えられている。従って、皮膚表層における毛細血管での血流状態を把握することは、皮膚の健康状態の把握、肌荒れ等の皮膚トラブルの原因の究明の他、皮膚の状態を改善する物質や物理的作用の評価に有用である。
【０００６】
既存の代表的な皮膚表層の血流評価法としては、レーザードップラー法やレーザースペックル法（非特許文献１）、及び光学顕微鏡観察（非特許文献２，非特許文献３）が挙げられる。皮膚にレーザー光を照射し、流れている赤血球の表面で光が反射する際の、反射光のドップラーシフト（レーザードップラー法）や、反射光強度の時間変動（レーザースペックル法）から血流を評価する場合、一般的には深さ１ｍｍ程度までの平均的な血流情報を取得する。それに対して、表皮の代謝・分化に直接寄与する上述の毛細血管は、皮膚表面からおよそ４００μｍ程度の範囲に存在する。従ってレーザードップラー法やレーザースペックル法では、皮膚表層の毛細血管のみの情報を取得することができない。
【０００７】
また、特許文献１には、測定部位に圧迫を加えない非接触型のプローブを採用した皮下組織の血流変化を検査する血流検査用プローブが開示され、プローブを皮膚に接着固定した状態で当該皮膚を薬浴に浸け、その血流変化を測定することが記載されている。しかしながら、当該プローブもレーザー光を照射して血流を評価するものであり、毛細血管のみの情報を取得するものではない。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特開２００３−７９５８９号公報
【非特許文献】
【０００９】
【非特許文献１】"Reproducibility of Non-Invasive Assessment of Skin Endothelial Function Using Laser Doppler Flowmetry and Laser Speckle Contrast Imaging" Puissant, C. et al., PLoS ONE 2013, 8, 4, e61320.
【非特許文献２】"The effects of aging on the cutaneous microvasculature" Kelly, R.I. et al., J Am Acad Dermatol 1995, 33, 5, 749-756.
【非特許文献３】"Geometrical capillary network analysis" Sainthillier, J.-M., et al., Skin Res Technol 2003, 9, 4, 312-320.
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
本発明は、皮膚の任意の局所部位に化学的又は物理的な外部刺激を与えながら、当該部位の毛細血管の応答を直接的に観察する手法及びそれに用いる装置を提供することに関する。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
すなわち、本発明は、以下の１）〜２）に係るものである。
１）外部刺激に対する皮膚表層の毛細血管の応答を顕微観察する方法であって、
撮影台の被写体配置部に、流体を注入するための流体注入部及び開口部を備えたスペーサーを設置する工程、
被験者の身体部位を前記スペーサーの開口部を覆うように、スペーサーに接触させる工程、
前記流体注入部を介してスペーサー開口部内に流体を注入する工程、及び
スペーサー開口部に呈示された皮膚表面の毛細血管を顕微鏡システムにより観察する工程、を含む毛細血管の観察方法。
２）上記１）の方法に用いられる装置であって、
被写体配置部を備えた撮影台と、前記被写体配置部を介して被写体と反対側に配置された顕微鏡システム、画像データを表示する画像表示部、及び画像データを処理する画像処理部を備え、前記被写体配置部の表面に、流体を注入するための流体注入部及び開口部を備えたスペーサーが設置された、毛細血管の観察装置。
【発明の効果】
【００１２】
本発明の方法によれば、化学的又は物理的な外部刺激に対する毛細血管の動態を直接的且つ連続的に可視化することができる。これにより、毛細血管の状態に変化を与える外的要因の評価、例えば皮膚の状態を改善する物質他、皮膚に対して何からの影響を与える物質や物理的刺激の評価や、皮膚の健康状態の把握、肌荒れ等の皮膚トラブルの原因の究明を行うことが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】毛細血管観察装置の全体構成図。
【図２】スペーサー部分の断面模式図。
【図３】スペーサー部分の断面模式図。
【図４】前腕内側部の毛細血管観察の外観図。
【図５】炭酸水注入後の顕微画像（左：炭酸水注入直後、右：炭酸水注入２分後）。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
本発明の毛細血管の観察方法は、被験者の身体部位の皮膚表面に外部刺激を与えながら、皮膚表層の毛細血管の応答を顕微観察するものであり、以下の工程を含むものである。
（１）撮影台の被写体配置部に、流体を注入するための流体注入部及び開口部を備えたスペーサーを設置する工程、
（２）被験者の身体部位を前記スペーサーに接触させる工程、
（３）前記流体注入部を介してスペーサー開口部内に流体を注入する工程、及び
（４）スペーサー開口部に呈示された皮膚表面の毛細血管を顕微鏡システムにより観察する工程
【００１５】
本発明において、身体部位としては、毛細血管の状態を観察する必要のあるヒトの身体外部が挙げられ、具体的には手、足、腕、脚、胴体、顔等が挙げられる。
図１に本発明の毛細血管の観察方法を実施するための一実施形態である装置の全体構成図を示す。以下、これを参照して説明する。
【００１６】
本発明の方法を実施するための装置は、被写体配置部１を備えた撮影台２と、前記被写体配置部を介して被写体と反対側に配置された顕微鏡システム３を備える。
被写体配置部１は、被写体である身体部位を配置する撮影台の部位であり、被写体と反対側に設置される顕微鏡システム３により被写体を観察可能であれば、その部材は特に限定されないが、通常ガラス板を用いるのが好ましい。
撮影台２は、前記被写体配置部１を備え、被写体配置部を介して被写体と反対側に顕微鏡システム３を配置することができればその形状や構成は特に限定されない。例えば、面の１つに被写体配置部が配置され、顕微鏡システムを内部に配置可能な大きさの直方体、立方体、円筒等の形状の筐体や、被写体配置部を含む平板を支柱で支持した構造を使用できる。
【００１７】
顕微鏡システム３は、皮膚表層の毛細血管を所定の空間分解能で観察可能なレンズ３ａと、観察対象に照明光を照射する照明手段（光源）３ｂと、観察像を撮像するためのカメラ３ｃを具備するものであればその種類は限定されず、実体顕微鏡、偏光顕微鏡等を用いることができる。
また、顕微鏡システム３は、スペーサー６の開口部内に露出した被写体を観察可能であれば位置が固定されていてもよいが、顕微鏡システム３と被写体との距離や観察視野を調整できるような可動式のステージやジャッキ等の位置調整機構と接続され、位置を調整可能とされていてもよい。
【００１８】
レンズは、毛細血管を判別できる程度の空間分解能を有するものである。レンズの空間分解能は２０μｍ以下、且つ好ましくは１０μｍ以下、より好ましくは５μｍ以下である。
【００１９】
光源としては、通常可視光が用いられるが、波長８００〜１８００ｎｍ程度の近赤外光を用いてもよい。
【００２０】
可視光としては、３６０ｎｍ以上８００ｎｍ未満の波長の光を含むものであればよく、白色光の他、青色光、赤色光、緑色光などを用いることができるが、波長の異なる可視光が混在する白色光を用いるのが好ましい。例えば、白色ＬＥＤ光源、ハロゲンランプ等を使用することができる。
【００２１】
カメラとしては、顕微鏡の観察画像を動画又は静止画で撮像可能なものであれば限定されないが、例えばＣＣＤ、ＣＭＯＳ等の撮像素子を採用するデジタルカメラ等が挙げられる。
【００２２】
本発明の方法においては、測定対象となる被験者の身体部位が、スペーサー６を介して撮影台２の被写体配置部１に配され、当該身体部位の皮膚表面が被写体配置部上に接触しないようにして顕微観察が行われる。
図２にスペーサー部分の断面模式図を示す。被験者の身体部位がスペーサー６に押し当てられた際、スペーサーの開口部において被写体配置部１に接することなく保持される。
【００２３】
スペーサー６は、測定対象となる被験者の身体部位をセットした場合に、測定対象となる皮膚表面が顕微観察されるように開口部を有し、且つ一定の厚さを有する部材である。
ここで、開口部の形状は、矩形でも円形でも、その他の形状でもよい。すなわち、スペーサーの形状は、円形或いは四角形等のリング状である。開口部のサイズは、観察する視野の大きさ及び皮膚表面の平坦性を勘案して適宜選択することができ、開口部の内部面積が、好ましくは１ｍｍ２以上、より好ましくは２２５ｍｍ２以上で、好ましくは９００ｍｍ２以下、より好ましくは６２５ｍｍ２以下である。また、好ましくは１ｍｍ２〜９００ｍｍ２、より好ましくは２２５ｍｍ２〜６２５ｍｍ２である。
例えば、矩形とする場合には、その内周は、好ましくは１〜１００ｍｍ×１〜１００ｍｍ、より好ましくは５〜５０ｍｍ×５〜５０ｍｍ、より好ましくは１０〜２５ｍｍ×１０〜２５ｍｍが挙げられ、更には１０ｍｍ×１０ｍｍ、１５ｍｍ×１５ｍｍが挙げられる。
【００２４】
スペーサーの厚さ（被写体配置部からの高さ）は、被験者の身体部位を押し当てた際に、スペーサーの開口内で皮膚表面が突出して、被写体配置部に接しないようにするのが好ましい。この点を考慮すると、スペーサーの厚さは、好ましくは０．１ｍｍ以上、より好ましくは０．５ｍｍ以上であり、且つ好ましくは６ｍｍ以下、より好ましくは１ｍｍ以下である。また、好ましくは０．１〜６ｍｍ、より好ましくは２〜５ｍｍである。
【００２５】
スペーサーの素材は、皮膚を傷つけないよう適度な柔らかさと、皮膚・ガラス面に密着するよう形状に追随するような適度な弾力を有する素材であるのが好ましい。斯かる素材としては、例えば、シリコンゴム、天然ゴム、アクリルゴム、ウレタンゴム等が挙げられるが、耐水性、耐油性、無臭、無毒性の点から、シリコンゴムを用いるのが好ましい。
また、当該素材は任意の色であり得るが、スペーサー外からの光の遮断を抑える観点から、無色透明又は白色半透明であるのが好ましい。
【００２６】
斯様に、スペーサーを介し、被験者の皮膚表面が被写体配置部と接触しないようにして顕微観察することより、測定箇所が圧迫されることによる血流低下を防止でき、正確な毛細血管の状態が計測できる。
【００２７】
また、スペーサー６には、流体を注入するための流体注入部７が接続されている。
流体注入部７は、スペーサーの開口部内に流体を注入、或いはスペーサー開口部内部から流体を排出するための流路であり、軟質塩化ビニル、シリコンゴム、等の可撓性を有する樹脂材料、ステンレス等の金属材料等により形成される管状の部材である。
流体注入部７は、スペーサーの側面（上側面、中側面、下側面；例えば、図２）や上面（例えば、図３）に、１箇所以上接続させることができる。
流体注入部７の一端には、例えばシリンジまたは各種ポンプの如く、流体注入部に対して流体を供給するための装置が装着され、流体の注入・排出が行われる。
流体注入部７は注入用のものが一つ以上あればその数や注入・排出の割り当ては限定されない。例えば、一つ以上の流体注入部７を注入のみに用いて排出用を設けなくてもよいし、同一の流体注入部７を注入と排出の両方に用いてもよい。また、複数の流体注入部７を注入用と排出用に分けて用いてもよい。
【００２８】
本発明において、上記スペーサー開口部内に注入される流体としては、皮膚表面の毛細血管に対して化学的又は物理的な刺激となり得る液体が挙げられるが、その種類は特に限定されるものではない。例えば、１種類以上の溶媒に、１種以上の化学物質を溶解した溶液、温水、冷水等が挙げられ、化学物質としては、炭酸、ニコチン酸メチル、カプサイシン等の如く皮膚表面の毛細血管に対して何らかの影響を与える物質等が挙げられる。
【００２９】
この場合において、毛細血管のより明瞭な顕微画像を得るためには、角層（屈折率約１．５）と空気（屈折率約１．０）の界面における光の反射を低減することが有効であることから、上記流体は、無色透明であるのが好ましく、また、屈折率が約１．３〜１．５５のもの、または、複数の屈折率の異なる流体を混合して屈折率を約１．３〜１．５５に調整したものであるのが好ましい。
ここで、屈折率はＪＩＳ  Ｋ  ７１４２に準拠し２３℃においてアッベ屈折計により測定することができ、また文献値（化学便覧（日本化学会編）等）をもとに計算して求めることもできる。
【００３０】
斯くして、流体による外部刺激が付与された状態で、上記顕微鏡システムにより、スペーサー開口部内に呈示された皮膚表面の毛細血管の顕微画像（動画及び／又は静止画）が撮像される。例えば、流体注入直後及び一定時間経過後の静止画像、流体注入直後から一定時間内の動画が撮像される。画像データはテレビモニター等の画像表示部５により表示され、人により毛細血管の状態が観察され、さらには画像処理部４（コンピュータ）を用いて毛細血管の状態が分析・解析される。
ここで、毛細血管の状態とは、毛細血管の数、分布（均一・不均一）、形状等が挙げられる。
【００３１】
上述した実施形態に関し、本発明においてはさらに以下の態様が開示される。
＜１＞外部刺激に対する皮膚表層の毛細血管の応答を顕微観察する方法であって、
撮影台の被写体配置部に、流体を注入するための流体注入部及び開口部を備えたスペーサーを設置する工程、
被験者の身体部位を前記スペーサーに接触させる工程、
前記流体注入部を介してスペーサー開口部内に流体を注入する工程、及び
スペーサー開口部に呈示された皮膚表面の毛細血管を顕微鏡システムにより観察する工程、を含む毛細血管の観察方法。
＜２＞流体が１種以上の化学物質を溶解した溶液である＜１＞の方法。
＜３＞流体が温水又は冷水である＜１＞の方法。
＜４＞スペーサーの開口部内の面積が１〜９００ｍｍ２である＜１＞〜＜３＞のいずれかの方法。
＜５＞スペーサーの厚さが０．１〜６．０ｍｍである＜１＞〜＜４＞のいずれかの方法。
＜６＞スペーサーの素材がシリコンゴムである＜１＞〜＜４＞のいずれかの方法。
＜７＞毛細血管の数、形状又は分布を解析する、＜１＞〜＜６＞のいずれかの方法。
＜８＞＜１＞〜＜７＞のいずれかの方法に用いられる装置であって、
被写体配置部を備えた撮影台と、前記被写体配置部を介して被写体と反対側に配置された顕微鏡システム、画像データを表示する画像表示部、及び画像データを処理する画像処理部を備え、前記被写体配置部の表面に、流体を注入するための流体注入部及び開口部を備えたスペーサーが設置された、毛細血管の観察装置。
【００３２】
＜９＞上記＜１＞又は＜８＞において、スペーサーの開口部内の面積は、好ましくは１ｍｍ２以上、より好ましくは２２５ｍｍ２以上で、好ましくは９００ｍｍ２以下、より好ましくは６２５ｍｍ２以下である。また、好ましくは１ｍｍ２〜９００ｍｍ２、より好ましくは２２５ｍｍ２〜６２５ｍｍ２である。
＜１０＞上記＜１＞又は＜８＞において、スペーサーの厚さは、好ましくは０．１ｍｍ以上、より好ましくは０．５ｍｍ以上であり、且つ好ましくは６ｍｍ以下、より好ましくは１ｍｍ以下である。また、好ましくは０．１〜６ｍｍ、より好ましくは２〜５ｍｍである。
【実施例】
【００３３】
CMOSカメラ(EO-5012 カラー、Edmund Optics)に作動距離44 mm、倍率2倍のレンズ(INFINISTIXマクロレンズ、Infinity Photo-Optical)を接続した。カメラはXY軸ステージ(TSD-602C、シグマ光機株式会社)とZ軸ステージ(B33-60KGA、駿河精機株式会社)を組み合わせたXYZ軸ステージと接続し、皮膚表面との距離や視野を調整可能とした。皮膚への光照射は、円筒形のレンズの外周に配置したリング状の白色LED光源(LDR2-50NW32-CR25FT、シーシーエス株式会社)を用いて行った。レンズを上向きに配置し、レンズの焦点位置に皮膚表面が位置するよう、レンズに近い方から１）カバーグラス、２）スペーサー(厚さ5 mm、外周が一辺25 mmの正方形で、一辺15 mmの開口部を有するシリコンゴムシート)、３）皮膚（前腕内側部）の順に配置した。内径1 mm、外径3 mmのシリコンゴムチューブの一端をスペーサーの開口内に入れ、開口内に流体を注入する注入部とした（図４）。
室温にて二酸化炭素を水道水に5分間バブリングし、炭酸水(屈折率約１．３)を調製した。この炭酸水を、シリンジを用いてチューブのもう一端に流し込むことで、開口内に炭酸水を注入した。
前腕内側部をスペーサー上に載せ動画を撮影した。スペーサー開口部内に炭酸水を注入し、スペーサーと上腕の隙間から空気を排出することでスペーサー開口内部に炭酸水を満たした状態で、観察を開始し２分間動画を取得した。
その結果、炭酸水注入直後に比べて、炭酸水注入２分後には血管が明瞭に観察された(図５)。本結果より、炭酸水の刺激による毛細血管の状態の変化を連続的に観察できることが示された。
【符号の説明】
【００３４】
１  被写体配置部
２  撮影台
３  顕微鏡システム
３ａ  レンズ
３ｂ  光源
３ｃ  カメラ
４  画像処理部
５  画像表示部
６  スペーサー
７  流体注入部
８  身体部位
９  支柱
１０  シリンジ
１１  XYZ軸ステージ
【図１】
0006688164.tif 000002
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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