(57)【要約】【課題】皮膚表面に電極を接触させ、単一の交流信号による通電電気特性を測定して角質層水分量とする測定方法に関しては、同一の角質層水分量の状況で、電極表面に接する皮膚表面の電解質成分の影響により、通電電気特性に差異が生じ、正確性を欠く。被験者に負担を与えることなく、精度良く、簡単かつ容易に短時間で、前記を測定する低価格な装置を課題とする。【解決手段】皮膚表面に電極を接触させ、複数の交流信号による通電電気特性を測定し、電極表面に接する皮膚表面の電解質成分に影響されない角質層水分量と電極表面に接する皮膚表面の電解質成分による電導度の影響度合いとしての有効接触係数と皮膚表面から皮膚内部の高水分域までの距離を皮膚層の通電電気的特性の差を基に演算して測定することを特徴とする装置とした。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
皮膚表面に電極を接触させ、複数の交流信号による通電電気特性を測定し、電極表面に接する皮膚表面の電解質成分に影響されない角質層水分量を皮膚層の通電電気的特性の差を基に演算して測定することを特徴とする装置。
【請求項２】
皮膚表面に電極を接触させ、複数の交流信号による通電電気特性を測定し、電極表面に接する皮膚表面の電解質成分に影響されない角質層水分量と角質層バリア機能の指標となる電極表面に接する皮膚表面の電解質成分による電導度の影響度合いとしての有効接触係数を皮膚層の通電電気的特性の差を基に演算して測定する請求項１記載の装置。
【請求項３】
皮膚表面に電極を接触させ、複数の交流信号による通電電気特性を測定し、電極表面に接する皮膚表面の電解質成分に影響されない角質層水分量と角質層バリア機能の指標となる電極表面に接する皮膚表面の電解質成分による電導度の影響度合いとしての有効接触係数と皮膚表面から皮膚内部の高水分域までの距離を皮膚層の通電電気的特性の差を基に演算して測定する請求項１記載の装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、角質層水分量と角質層バリア機能の指標となる皮膚表面の電解質成分による有効接触係数と皮膚表面から皮膚内部の高水分域までの距離を測定する装置に関するもので、特に電気信号より測定する装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、皮膚の炎症、肌荒れが問題視されるようになり、層状に形成されている皮膚表皮組織の角質層水分量及び角質層バリア機能の研究や診断が必要とされている。
【０００３】
従来の角質層水分量の測定方法には、皮膚表面に電極を接触させ、単一の交流信号による通電電気特性を測定して角質層水分量としていた。
【０００４】
従来の角質層バリア機能の指標となる測定方法には、湿度センサおよび温度センサを使用し、皮膚表面から蒸散する水分損失量を測定し、角質層バリア機能の指標とする方法があった。
【０００５】
従来の皮膚表面から皮膚内部の高水分域までの距離の測定方法には、皮膚表皮組織を切開し顕微鏡で観察し測定する方法と、レーザ共焦点顕微鏡等の光学計測により非侵襲的に測定する方法とがあった。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、以上の従来技術によれば、以下の問題点が指摘されていた。
【０００７】
皮膚表面に電極を接触させ、単一の交流信号による通電電気特性を測定して角質層水分量とする測定方法に関しては、同一の角質層水分量の状況で、電極表面に接する皮膚表面の電解質成分の影響により、通電電気特性に差異が生じ、正確性を欠く。
【０００８】
角質層バリア機能の指標としての皮膚表面の水分蒸散量を測定する方法においては、外気の影響を受け安定性が悪い。またプロ−ブを垂直に配置する必要があり被験者に負担が掛かるし、測定に時間を要するものであった。
【０００９】
皮膚表面から皮膚内部の高水分域までの距離の測定方法に関しては、皮膚組織を切開して皮膚切片を顕微鏡で観察する方法においては、皮膚に対し侵襲的で同一部位を二度と測定する事ができない。また被験者の皮膚を切開するので被験者に対して負担が掛かるし、測定に時間を要するものであった。レーザ共焦点顕微鏡による測定方法では、測定プローブを皮膚に当てるだけでよいので切開は不要であるが、ある程度の測定時間が必要で各部位を順次速やかに測定することは出来なかった。また装置も大きく高価である割には、測定精度が良くなかった。
そこで、この発明は、電気的に測定することにより非浸襲的にかつ精度良く電極表面に接する皮膚表面の電解質成分に影響されない角質層水分量と角質層バリア機能の指標となる電極表面に接する皮膚表面の電解質成分による電導度の影響度合いとしての有効接触係数と皮膚表面から高水分域層までの距離を同時に測定することを課題とする。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
以上の課題を解決するために、請求項１と請求項２と請求項３の発明は、皮膚表面に電極を接触させ、複数の通電電気特性を測定し、電極表面に接する皮膚表面の電解質成分に影響されない角質層水分量と角質層バリア機能の指標となる電極表面に接する皮膚表面の電解質成分による電導度の影響度合いとしての有効接触係数と皮膚表面から皮膚内部の高水分域層までの距離を、皮膚層の通電電気的特性の差異を基に演算して測定することを特徴とする装置である。
【００１１】
【発明の実施の形態】
この発明の一実施形態の構成図を、図１に示す。信号発生器１より発生された電気信号を印加電極２により皮膚表面７に接触させ、皮膚を通過した前記信号を皮膚に接触させた検出電極３を介し検出器４にて検出しする。演算器５は、検出された信号値を皮膚層の電気的特性の差に基づき演算処理をおこない、角質層水分量と皮膚表面の電解質成分による有効接触係数と皮膚表面から皮膚内部の高水分域層までの距離を算出して表示器６に表示する装置である。
皮膚はその通電電気的特性から分類すると、電極表面に接する皮膚表面の電解質成分と容量性の性質を多く持つ角質層８と、それより内部に位置する低抵抗値特性を有する高水分域層９とに大別される。事前にこのような各皮膚層の電気的特性の違いを解析して演算処理方法を導きだして有るので、本装置は、速やかに電極表面に接する皮膚表面の電解質成分に影響されない角質層水分量と角質層バリア機能の指標となる電極表面に接する皮膚表面の電解質成分による電導度の影響度合いとしての有効接触係数と皮膚表面から皮膚内部の高水分域層までの距離を測定することができる。
【００１２】
演算器５の演算処理方法は、以下に示す原理に従う。皮膚層の通電電気的特性を解析調査すると、皮膚表面の抵抗は非常に大きく有意に絶縁状態に考えられることに対して、角質層８の内部と高水分域層９は皮膚表面に比べて有意に水分量が多く、明らかに異なった通電電気的特性を示すため、皮膚層の電導度は静電容量に依存する。また、皮膚層の電気的等価回路は電極表面と接する皮膚表面の電解質成分による電導度の影響度合いとしての有効接触係数と角質層水分量に依存するコンデンサ素子と高水分域の低抵抗素子との構成になることも確認されている。さらに、同一の角質層水分量の部位において電導度は、皮膚表面の電解質成分の変動により、低い周波数の交流信号では電導度の変動率が大きくなるのに対して、高い周波数の交流信号では電導度の変動率は小さくなり、この特性が電極表面と接する皮膚表面の電解質成分による電導度の影響度合いとしての有効接触係数の特性となる。一方、同一の電極表面と接する皮膚表面の電解質成分の部位において、角質層水分量の変動による電導度の変動率は、低い周波数の交流信号での電導度の変動率と高い周波数の交流信号での電導度の変動率とは、ほぼ同一である。尚、電極間隔を離しても、いずれの周波数の電導度も変化しないため高水分域の低抵抗素子は定数と考えて無視できる。従って、電導度は有効接触係数と角質層水分量の２つの要素より成り立っているため、印加電極２に２種類の異なる周波数の交流電圧を印加することにより、請求項１と請求項２の角質層水分量と有効接触係数を求めることができる。
また、通常の皮膚は外気にさらされているため、皮膚表面は乾燥し、内部に行くに従い指数関数的に水分量が上昇し、高水分域に達すると飽和すると考えられる。さらに、電極間隔を変化させても電導度の変化が無いことより有効分極深度は皮膚表面から高水分域層までの距離となる。従って、皮膚表面の水分量の誘電率を定数とし、皮膚内部の水分量の誘電率に指数関数を適用して、皮膚表面から有効分極深度までの静電容量を数学的に求めると角質層水分量に相関するとともに、有効分極深度の逆数となることより、請求項３の皮膚表面から皮膚内部の高水分域層までの距離を求めることができる。
【００１３】
信号発生器１は皮膚に印加する電気信号を発生させるものであるが、演算処理が容易になるような信号を発生させると無駄が少ない。また、演算器５は、信号発生器１の信号の波高値、波形、周波数等を制御可能とすることにより、演算に必要な測定値を速やかに得ることができ、演算処理の効率及び測定精度が向上する。  信号発生器１による電気信号は交流信号を用いたが、パルス信号や変調波信号でも良い。いくつかの特定の周波数の交流信号を用いる方法、周波数を順次変化させてスキャンする方法、複数の周波数を加算して印加する方法があるが、演算処理の処理内容によるので何れの方法でも良い。
皮膚層の通電電気的特性を測定する上で、信号の遅延時間あるいは位相差を測定すると、より詳しい皮膚層の通電電気的特性の測定が可能である。この場合に、信号発生器１の信号を演算器５で読み取るようにすると、測定精度が向上する。
【００１４】
演算器５には、マイクロコンピュータを使用し演算処理等をプログラムにて行うものとしたが、アナログ回路にて構成することも可能である。しかし、測定精度や回路の簡素化等を考えるとマイクロコンピュータの方が実現が容易である。検出器４は信号検出に加え、過電流過電圧保護、ノイズ成分除去、演算器へのインターフェイスの機能を有するものである。
表示器６は、数値表示が主であるが、皮膚の状態を示すものとすれば皮膚の状態が容易に理解できるようになる。
印加電極２と検出電極３とは、皮膚表面に直接に接触させるものであっても、薄い絶縁体を解して電気的に非接触としても良い。後者の場合には、信号発生器１にて変調された交流信号を発生させると有効であることが判っている。
【００１５】
本装置開発過程において皮膚表面に様々な周波数の交流信号を印加して通電電気特性を測定する実験を行った結果、低い周波数の交流信号と高い周波数の交流信号により通電電気量を測定すると、比較的簡単な演算にて精度良く電極表面に接する皮膚表面の電解質成分に影響されない角質層水分量と角質層バリア機能の指標となる電極表面に接する皮膚表面の電解質成分による電導度の影響度合いとしての有効接触係数と皮膚表面から皮膚内部の高水分域層までの距離を測定可能であることが確認された。
高い周波数と低い周波数の交流信号は、加算して測定すると非常に短時間で測定が出来るが、短い時間間隔にて周波数を切り替えても良い。加えて中程度の周波数の交流信号による測定も行うことで測定精度が向上することも確認されている。なお測定時間を長くすると皮膚に接触させた電極の影響にて電導度が増加するので、短時間での測定が望ましい。
また、交流信号の周波数を順次変化させてスキャンする方法を採ると、非常に測定精度が向上することも確認されている。
【００１６】
【実施形態の効果】
この実施形態によれば、皮膚表面に電極を接触させるだけで簡単かつ短時間で、電極表面に接する皮膚表面の電解質成分に影響されない角質層水分量を測定することができた。また電極表面に接する皮膚表面の電解質成分による電導度の影響度合いとしての有効接触係数により皮膚バリア機能の指標となった。さらに皮膚表面から皮膚内部の高水分域層までの距離を測定することができ、電気的に測定するので皮膚組織の切開も不要であり、また低価格で実現できた。
測定に用いられる電気信号は、微弱であるために、被験者に全く負担がかからない。
【００１７】
【他の実施形態】
図１の実施形態では、印加電極２と検出電極３の二つの電極にて測定を行うが、前記二つの電極以外に第三の電極を設けても良い。第三の電極にノイズの影響を減少させる回路を接続すれば、ノイズによる測定誤差を非常に少なくできる。なお、前述回路は、信号発生器１や検出器４の一部とも言える。
【００１８】
図１の実施形態では、２種類の周波数の交流信号を電極に印加して測定を行うが、１種類の周波数の交流信号である場合においては、電導度ベクトルを２種類以上のベクトルに分解すると、それぞれのベクトルの大きさが電極表面に接する皮膚表面の電解質成分による電導度の影響度合いとしての有効接触係数により異なる特性を示す。一方、前記それぞれのベクトルの大きさは、角質層水分量により、ほぼ同様の特性を示す。従って、この特性により、請求項１と請求項２と請求項３の電極表面に接する皮膚表面の電解質成分に影響されない角質層水分量と角質層バリア機能の指標となる電極表面に接する皮膚表面の電解質成分による電導度の影響度合いとしての有効接触係数と皮膚表面から皮膚内部の高水分域層までの距離を求めることもできる。
【００１９】
図１の実施形態では、表示機６にて測定値を表示しているが、本装置に通信機能を加えて、他の機器に測定値を送信するもので有っても良い。このようにした場合に、パソコン等に測定値を受け渡すことが可能となり、測定値データの集計や分析に役立つ。
【００２０】
図１の実施形態では、印加電極２を皮膚表面に接触させるものであるが、特に印加する信号が高い周波数の交流信号である場合には、電気的に非接触としても良い。加えて、非常に高い交流信号にて解析する場合には、生体から離れた位置にアンテナ等を設置して電磁波信号を照射する方法としても良い。また、印加信号によっては、生体の全く別な部位例えば手足等に握り棒状等の電極あるいは導電ジェリ−付きの電極を接触させる方法にて電気信号を印加するとしても良い。
印加電極２と検出電極３は、その両者または何れかを針状の形状として、皮膚に挿入する方法を採っても良い。この場合には、皮膚層の通電電気的特性を観測しながら針状の電極を皮膚に徐々に挿入し、挿入値も演算処理に含ませる方法としても良い。
【００２１】
印加電極２と検出電極３は複数個配置しても、あるいは信号の種類に応じて複数個配置しても良い。
印加電極２と検出電極３は、その両者または何れかを電極距離間隔を変化させるようにしても、あるいは複数個配置して切り替えて測定しても良い。配置は一列でも平面状でも良く、後者の場合には、皮膚のある範囲の二次元平面の測定が可能であり、測定値の分布図が速やかに求まる。なお二次元平面と測定値の距離にて三次元図にすることは容易である。このとき、生体において皮膚は完全な平面部位は無いので、フレキシブルな電極材料を使用する必要がある。
【００２２】
この発明は、装置の形状に関するものでは無いが、印加電極２と検出電極３とを一つにまとめてプローブとすると、測定作業が容易となる。あるいは全てを小型化しプローブ内に収める方法を採っても良い。
印加電極２と検出電極３とを一つにまとめてプローブとする方法に於いては、信号発生器１内の出力回路部分と検出器４の初段回路とを前記電極と共にプローブ内に設置すれば、ノイズ等の影響を受けにくいものとなる。
【００２３】
【発明の効果】
以上説明したように、この発明によれば、皮膚表面に電極を接触させるだけで簡単かつ短時間で、電極表面に接する皮膚表面の電解質成分に影響されない角質層水分量を測定することができた。
また、請求項２の発明によれば、電極表面に接する皮膚表面の電解質成分による電導度の影響度合いとしての有効接触係数により皮膚バリア機能の指標となった。
さらに、請求項３の発明によれば、皮膚表面から皮膚内部の高水分域層までの距離を測定することができ、電気的に測定するので皮膚組織の切開も不要であり、また低価格で実現できた。
また、皮膚と同等に、爪表面に電極を接触させるだけで簡単かつ短時間で、電極表面に接する爪表面の電解質成分に影響されない爪水分量と電極表面に接する爪表面の電解質成分による電導度の影響度合いとしての有効接触係数と爪表面から爪内部の高水分域層までの距離を測定することができた。
また、測定の全てを電気的な信号処理にて行うので、非常に低価格に実現できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明の一実施形態の構成図である。
【符号の説明】
１  信号発生器                        ２  印加電極
３  検出電極                          ４  検出器
５  演算器                            ６  表示器
７  皮膚表面                          ８  角質層
９  高水分域層
【図１】
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