JP3365227B2 - 皮膚の表面状態の光学的特性の測定方法及び装置 - Google Patents
皮膚の表面状態の光学的特性の測定方法及び装置Info
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- Measurement Of The Respiration, Hearing Ability, Form, And Blood Characteristics Of Living Organisms (AREA)
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、皮膚表面から微小
循環系までの、ヘモグロビン、メラニン等の影響を受け
る領域の光学的特性を求め、それにより皮膚の表面状態
を測定する方法に関する。
循環系までの、ヘモグロビン、メラニン等の影響を受け
る領域の光学的特性を求め、それにより皮膚の表面状態
を測定する方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】従来、皮膚における色素沈着、くすみ等
を測定し、評価する方法としては、皮膚表面に特定波長
の光を入射させ、その反射光を受光して特定波長におけ
る皮膚の反射率を求め、これにより紅斑や色素沈着を評
価する方法が知られている（特開昭５８−３３１５３号
公報）。また、皮膚の色素沈着を測定するために、特定
の２つの波長での皮膚の反射率の比率を求めることによ
り、メラニン含量やヘモグロビン含量に関する指数を求
める方法も知られている（特開平５−１６１６０９号公
報）。
を測定し、評価する方法としては、皮膚表面に特定波長
の光を入射させ、その反射光を受光して特定波長におけ
る皮膚の反射率を求め、これにより紅斑や色素沈着を評
価する方法が知られている（特開昭５８−３３１５３号
公報）。また、皮膚の色素沈着を測定するために、特定
の２つの波長での皮膚の反射率の比率を求めることによ
り、メラニン含量やヘモグロビン含量に関する指数を求
める方法も知られている（特開平５−１６１６０９号公
報）。
【０００３】また、血液の影響を受けない表皮の色相を
測定する方法としては、皮膚表面を吸引して部分的に引
上げ、その部分に白色光を入射させ、表皮の透過光の分
光スペクトルを求める方法も知られている（特開平５−
８７７３０号公報）。
測定する方法としては、皮膚表面を吸引して部分的に引
上げ、その部分に白色光を入射させ、表皮の透過光の分
光スペクトルを求める方法も知られている（特開平５−
８７７３０号公報）。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上述の
皮膚の反射光を測定する方法では、受光する光に皮膚の
内部散乱光の他に表面散乱光が多く含まれるため、受光
した光の光路長にばらつきが多く、正確な分析ができな
いという問題がある。
皮膚の反射光を測定する方法では、受光する光に皮膚の
内部散乱光の他に表面散乱光が多く含まれるため、受光
した光の光路長にばらつきが多く、正確な分析ができな
いという問題がある。
【０００５】また、表皮の透過光を検出する方法では、
検出結果に血液の影響が排除されているため、血液の循
環が影響する皮膚の肌色度合いを評価することができな
いという問題がある。
検出結果に血液の影響が排除されているため、血液の循
環が影響する皮膚の肌色度合いを評価することができな
いという問題がある。
【０００６】本発明は以上のような従来技術の課題を解
決しようとするものであり、血液の微小循環状態とメラ
ニンによる色素沈着とが関与するくすみ、くま等の皮膚
の光学的特性を良好に評価できるようにすることを目的
とする。
決しようとするものであり、血液の微小循環状態とメラ
ニンによる色素沈着とが関与するくすみ、くま等の皮膚
の光学的特性を良好に評価できるようにすることを目的
とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】本発明者は、皮膚表面か
ら微小循環系までの領域を測定対象とし、皮膚の内部散
乱光を検出することにより上記の目的が達成できること
を見出し、本発明を完成させるに至った。
ら微小循環系までの領域を測定対象とし、皮膚の内部散
乱光を検出することにより上記の目的が達成できること
を見出し、本発明を完成させるに至った。
【０００８】すなわち、本発明は、皮膚に光を入射さ
せ、皮膚表面から微小循環系までの領域の内部散乱光を
検出し、光学的特性を求めることを特徴とする皮膚の表
面状態の光学的特性の測定方法を提供する。
せ、皮膚表面から微小循環系までの領域の内部散乱光を
検出し、光学的特性を求めることを特徴とする皮膚の表
面状態の光学的特性の測定方法を提供する。
【０００９】特に、波長４００〜１５００ｎｍの領域に
おいて互いに異なる３つ以上の波長域の光を入射させて
検出するか、又は波長４００〜５００ｎｍ、波長５００
〜６００ｎｍ、波長６００〜８００ｎｍの波長領域にそ
れぞれ属する３つの波長域の光を入射させて検出し、こ
れにより光学的特性を求める皮膚表面状態の測定方法を
提供する。
おいて互いに異なる３つ以上の波長域の光を入射させて
検出するか、又は波長４００〜５００ｎｍ、波長５００
〜６００ｎｍ、波長６００〜８００ｎｍの波長領域にそ
れぞれ属する３つの波長域の光を入射させて検出し、こ
れにより光学的特性を求める皮膚表面状態の測定方法を
提供する。
【００１０】また、これらの方法を実施する装置とし
て、皮膚に所定波長領域の光を入射させる投光手段、投
光手段から皮膚に入射した光の内部散乱光を受光する受
光手段、受光手段で受光された光の波長及び光量に基づ
き、皮膚表面から微小循環系までの領域の皮膚の光学的
特性を算出する演算手段を有し、該投光手段及び受光手
段の皮膚への対向面が高さ０．２〜０．８ｍｍの周壁で
囲まれている皮膚の表面状態の測定装置を提供する。
て、皮膚に所定波長領域の光を入射させる投光手段、投
光手段から皮膚に入射した光の内部散乱光を受光する受
光手段、受光手段で受光された光の波長及び光量に基づ
き、皮膚表面から微小循環系までの領域の皮膚の光学的
特性を算出する演算手段を有し、該投光手段及び受光手
段の皮膚への対向面が高さ０．２〜０．８ｍｍの周壁で
囲まれている皮膚の表面状態の測定装置を提供する。
【００１１】本発明によれば、皮膚表面から微小循環系
までの領域の内部散乱光を検出するので、皮膚の角質層
に存在し、皮膚の色素沈着の原因であるメラニンや、微
小循環系のヘモグロビン等を良好に検出することができ
る。したがって、皮膚のくすみや血流の循環を反映した
皮膚の肌色度合い等の皮膚の表面状態を良好に評価する
ことが可能となる。
までの領域の内部散乱光を検出するので、皮膚の角質層
に存在し、皮膚の色素沈着の原因であるメラニンや、微
小循環系のヘモグロビン等を良好に検出することができ
る。したがって、皮膚のくすみや血流の循環を反映した
皮膚の肌色度合い等の皮膚の表面状態を良好に評価する
ことが可能となる。
【００１２】また、本発明によれば、表面散乱光ではな
く、内部散乱光を検出するので、検出する光の光路長の
ばらつきが比較的少なく、Ｓ／Ｎ比が向上する。
く、内部散乱光を検出するので、検出する光の光路長の
ばらつきが比較的少なく、Ｓ／Ｎ比が向上する。
【００１３】なお、本発明において、皮膚の微小循環系
とは、毛細血管と組織との境界領域の血流系であって、
全吸光度（組織の吸光度と毛細血管の静脈血の吸光度と
拍動を伴う動脈血の吸光度との合計）に対し、拍動を伴
う吸光度成分が５％以下の最小血流系をいう。
とは、毛細血管と組織との境界領域の血流系であって、
全吸光度（組織の吸光度と毛細血管の静脈血の吸光度と
拍動を伴う動脈血の吸光度との合計）に対し、拍動を伴
う吸光度成分が５％以下の最小血流系をいう。
【００１４】本発明のように、拍動を伴う吸光度成分が
５％以下の微小循環系を計測対象とすると、血液の循環
に影響される皮膚の肌色度合いを評価することが可能と
なる。これに対し、皮膚色に影響を与える極めて浅部に
位置している血流ではなく、拍動を伴う吸光度成分（動
脈血）を主な計測対象とすると、深部血液の光学的特性
を検出することとなるので、血液の循環に影響される皮
膚の色を測定できない。
５％以下の微小循環系を計測対象とすると、血液の循環
に影響される皮膚の肌色度合いを評価することが可能と
なる。これに対し、皮膚色に影響を与える極めて浅部に
位置している血流ではなく、拍動を伴う吸光度成分（動
脈血）を主な計測対象とすると、深部血液の光学的特性
を検出することとなるので、血液の循環に影響される皮
膚の色を測定できない。
【００１５】
【発明の実施の形態】以下、本発明の方法及び装置を図
面に基づいて詳細に説明する。なお、各図中、同一符号
は同一又は同等の構成要素を表している。
面に基づいて詳細に説明する。なお、各図中、同一符号
は同一又は同等の構成要素を表している。
【００１６】図１は、本発明の方法の測定原理の説明図
である。同図のように投光手段１から皮膚Ｓに光Ｌ0 を
入射させると、入射光Ｌ0 の表面散乱光Ｌs と皮膚Ｓの
内部に入射する光とに分かれ、皮膚内部に入射した光は
真皮方向へ透過する光Ｌt 、吸収される光Ｌa 、内部散
乱光として皮膚表面から射出する光Ｌi とに分かれる。
皮膚Ｓへの入射光Ｌ0 が可視光である場合、真皮以下の
組織への透過光Ｌt はわずかであり、透過光Ｌt は、表
面散乱光Ｌs や内部散乱光Ｌi や吸収光Ｌａの光量に比
して無視することができる。したがって、
である。同図のように投光手段１から皮膚Ｓに光Ｌ0 を
入射させると、入射光Ｌ0 の表面散乱光Ｌs と皮膚Ｓの
内部に入射する光とに分かれ、皮膚内部に入射した光は
真皮方向へ透過する光Ｌt 、吸収される光Ｌa 、内部散
乱光として皮膚表面から射出する光Ｌi とに分かれる。
皮膚Ｓへの入射光Ｌ0 が可視光である場合、真皮以下の
組織への透過光Ｌt はわずかであり、透過光Ｌt は、表
面散乱光Ｌs や内部散乱光Ｌi や吸収光Ｌａの光量に比
して無視することができる。したがって、
【００１７】
【数１】入射光光量＝表面散乱光光量＋内部散乱光光量
＋吸収光光量 と近似できる。
＋吸収光光量 と近似できる。
【００１８】一方、内部散乱光および吸収光は、皮膚内
部の色素の吸収波長と色素の濃度により波長分布と光量
が各々対応しつつ変化するので皮膚内部の色素に基づく
情報を有しているといえる。
部の色素の吸収波長と色素の濃度により波長分布と光量
が各々対応しつつ変化するので皮膚内部の色素に基づく
情報を有しているといえる。
【００１９】そこで、上述の式において表面散乱光を無
視できるように、あるいはノイズとして扱えるように測
定系をくむと、入射光光量と内部散乱光とにはＬａｍｂ
ｅｒｔ−ｂｅｅｒの法則を適用でき、次のように表すこ
とができる。
視できるように、あるいはノイズとして扱えるように測
定系をくむと、入射光光量と内部散乱光とにはＬａｍｂ
ｅｒｔ−ｂｅｅｒの法則を適用でき、次のように表すこ
とができる。
【００２０】
【数２】ｌｏｇ（Ｉ0 ／Ｉs ）＝εｃｌ
（式中、Ｉ0 ：入射光量、Ｉs ：内部散乱光光量、ε：
色素の吸光係数、ｃ：色素濃度、ｌ：光路長） ところで、内部散乱光に影響する皮膚内部の色素として
は、例えば、主に表皮に存在するメラニン、主に真皮に
存在するヘモグロビンをあげることができ、このうちヘ
モグロビンには酸化型（ＨｂＯ2 ）と還元型（Ｈｂ）と
が存在する。そしてこれらの色素は図２に示すように固
有の吸収スペクトルを有する。また、皮膚の細胞組織が
内部散乱光に与える影響は無視することができる。
色素の吸光係数、ｃ：色素濃度、ｌ：光路長） ところで、内部散乱光に影響する皮膚内部の色素として
は、例えば、主に表皮に存在するメラニン、主に真皮に
存在するヘモグロビンをあげることができ、このうちヘ
モグロビンには酸化型（ＨｂＯ2 ）と還元型（Ｈｂ）と
が存在する。そしてこれらの色素は図２に示すように固
有の吸収スペクトルを有する。また、皮膚の細胞組織が
内部散乱光に与える影響は無視することができる。
【００２１】したがって、皮膚の内部散乱光を検出する
ことにより、皮膚内部のヘモグロビン、メラニン等の色
素の濃度を求めることができる。
ことにより、皮膚内部のヘモグロビン、メラニン等の色
素の濃度を求めることができる。
【００２２】例えば、図２において、波長５６５ｎｍ
（Ｇ）と波長８３０ｎｍ（ＩＲ）では酸化型ヘモグロビ
ンと還元型ヘモグロビンの吸光係数が等しいので、検出
光の吸光度から各色素濃度を求める計算を簡略化するこ
とができる。また、波長６６０ｎｍ（Ｒ）では、酸化型
ヘモグロビン（ＨｂＯ2 ）と還元型ヘモグロビン（Ｈ
ｂ）の吸光係数相互の比率が最大であることから、上述
の酸化型ヘモグロビンと還元型ヘモグロビンの吸光係数
が等しい波長（５６５ｎｍ，８３０ｎｍ）での吸光度と
の比較によりヘモグロビンの酸素飽和度を算出できる。
そこで、波長５６５ｎｍ（Ｇ）、８３０ｎｍ（ＩＲ）、
６６０ｎｍ（Ｒ）の３種の波長での吸光度をＡG 、
ＡIR、ＡR とし、これらの３種の波長の吸光度に対する
各色素の関与を考え、各色素の濃度を求める。
（Ｇ）と波長８３０ｎｍ（ＩＲ）では酸化型ヘモグロビ
ンと還元型ヘモグロビンの吸光係数が等しいので、検出
光の吸光度から各色素濃度を求める計算を簡略化するこ
とができる。また、波長６６０ｎｍ（Ｒ）では、酸化型
ヘモグロビン（ＨｂＯ2 ）と還元型ヘモグロビン（Ｈ
ｂ）の吸光係数相互の比率が最大であることから、上述
の酸化型ヘモグロビンと還元型ヘモグロビンの吸光係数
が等しい波長（５６５ｎｍ，８３０ｎｍ）での吸光度と
の比較によりヘモグロビンの酸素飽和度を算出できる。
そこで、波長５６５ｎｍ（Ｇ）、８３０ｎｍ（ＩＲ）、
６６０ｎｍ（Ｒ）の３種の波長での吸光度をＡG 、
ＡIR、ＡR とし、これらの３種の波長の吸光度に対する
各色素の関与を考え、各色素の濃度を求める。
【００２３】この場合、メラニン、ヘモグロビンがそれ
ぞれ表皮と真皮に存在し、表皮の厚さがｄD 、真皮の厚
さがｄE であって、
ぞれ表皮と真皮に存在し、表皮の厚さがｄD 、真皮の厚
さがｄE であって、
【００２４】
【数３】ｄD ＝ｋｄE （式中、ｋは係数）
とする。
【００２５】また、波長Ｇ、ＩＲ、Ｒによる透過深度の
違いにより
違いにより
【００２６】
【数４】
ｄ(R) ＝ｍ・ｄ(G) 、 ｄ(IR)＝ｎ・ｄ(G)
とあわらわすことができる。この関係は、添字D で表す
真皮と、添字E で表す表皮においてもなりたつ。
真皮と、添字E で表す表皮においてもなりたつ。
【００２７】したがって、上述の３つの吸光度ＡG 、Ａ
IR、ＡR は、それぞれ次式（１）〜（３）のように表さ
れる。式中、εX(Y)はＹ波長でのＸの吸光係数を表し、
ＣXはＸの濃度を表している。
IR、ＡR は、それぞれ次式（１）〜（３）のように表さ
れる。式中、εX(Y)はＹ波長でのＸの吸光係数を表し、
ＣXはＸの濃度を表している。
【００２８】
【数５】
【００２９】
【数６】
【００３０】
【数７】
【００３１】したがって、式（１）〜（３）から、酸化
型ヘモグロビン濃度ＣHbO2、還元型ヘモグロビン濃度Ｃ
Hb、メラニン濃度ＣM につき、次式（４）〜（６）のよ
うにあらわすことができる。
型ヘモグロビン濃度ＣHbO2、還元型ヘモグロビン濃度Ｃ
Hb、メラニン濃度ＣM につき、次式（４）〜（６）のよ
うにあらわすことができる。
【００３２】
【数８】
【００３３】
【数９】
【００３４】
【数１０】
【００３５】よって、吸光度ＡG 、ＡIR、ＡR を求める
ことにより、酸化型ヘモグロビン濃度ＣHbO2、還元型ヘ
モグロビン濃度ＣHb、メラニン濃度ＣM を算出できるこ
とがわかる。
ことにより、酸化型ヘモグロビン濃度ＣHbO2、還元型ヘ
モグロビン濃度ＣHb、メラニン濃度ＣM を算出できるこ
とがわかる。
【００３６】このように本発明によれば、血流中の酸化
型ヘモグロビン濃度ＣHbO2、還元型ヘモグロビン濃度Ｃ
Hb、及び酸化型ヘモグロビン濃度ＣHbO2と還元型ヘモグ
ロビン濃度ＣHbとの比率を求めることができるので、血
流が皮膚の肌色に及ぼす影響をより詳細に評価すること
ができる。ここで、酸化型ヘモグロビン（ＨｂＯ2 ）濃
度と還元型ヘモグロビン（Ｈｂ）濃度との比率は、酸素
飽和度、即ち、ヘモグロビンが酸素と結合している割合
である。また、メラニンによる色素沈着の状態も正しく
評価することができる。
型ヘモグロビン濃度ＣHbO2、還元型ヘモグロビン濃度Ｃ
Hb、及び酸化型ヘモグロビン濃度ＣHbO2と還元型ヘモグ
ロビン濃度ＣHbとの比率を求めることができるので、血
流が皮膚の肌色に及ぼす影響をより詳細に評価すること
ができる。ここで、酸化型ヘモグロビン（ＨｂＯ2 ）濃
度と還元型ヘモグロビン（Ｈｂ）濃度との比率は、酸素
飽和度、即ち、ヘモグロビンが酸素と結合している割合
である。また、メラニンによる色素沈着の状態も正しく
評価することができる。
【００３７】図３は、被験者（年齢２０〜５０歳代、３
０名）の皮膚の肌色について、専門パネルの目視により
くすみ有り（Ｎ＝１７）とくすみ無し（Ｎ＝１４）に分
類し、くすみの有無（即ち、肌色悩みの有無）と被験者
の皮膚の吸光度の分光特性とをまとめた肌色悩みの色分
光特性図である。同図に示すように、波長５００〜６０
０ｎｍ（Ｒ）付近にある吸収ピークの大きさによって、
肌色悩みの評価が分かれることがわかる。これは、血液
中の総ヘモグロビンが多い人は血行がよく、赤みのある
健康な肌色をしているが、総ヘモグロビンが少ない人は
血行が悪く、青みをおびた肌色となるためと考えられ
る。
０名）の皮膚の肌色について、専門パネルの目視により
くすみ有り（Ｎ＝１７）とくすみ無し（Ｎ＝１４）に分
類し、くすみの有無（即ち、肌色悩みの有無）と被験者
の皮膚の吸光度の分光特性とをまとめた肌色悩みの色分
光特性図である。同図に示すように、波長５００〜６０
０ｎｍ（Ｒ）付近にある吸収ピークの大きさによって、
肌色悩みの評価が分かれることがわかる。これは、血液
中の総ヘモグロビンが多い人は血行がよく、赤みのある
健康な肌色をしているが、総ヘモグロビンが少ない人は
血行が悪く、青みをおびた肌色となるためと考えられ
る。
【００３８】そこで、本発明によれば、ヘモグロビンと
関連づけられる肌色度合いを、より簡便な評価指数であ
る「肌色指数」で評価することが可能となる。即ち、肌
色指数は、図３中、斜線の面積に相当するものであり、
次式で表される。
関連づけられる肌色度合いを、より簡便な評価指数であ
る「肌色指数」で評価することが可能となる。即ち、肌
色指数は、図３中、斜線の面積に相当するものであり、
次式で表される。
【００３９】
【数１１】肌色指数＝ 1/2×（Ｂの吸光度(470nm) ＋Ｇ
の吸光度(565nm) ）×（565−470)＋ 1/2×（Ｇの吸光
度(565nm) ＋Ｒの吸光度(660nm) ）×(660-565）− 1/2
×（Ｂの吸光度(470nm) ＋Ｒの吸光度(660nm) ）×(660
-470）＝95/2×（Ｂの吸光度(470nm) −2×Ｇの吸光度
(565nm) ＋Ｒの吸光度(660nm))
の吸光度(565nm) ）×（565−470)＋ 1/2×（Ｇの吸光
度(565nm) ＋Ｒの吸光度(660nm) ）×(660-565）− 1/2
×（Ｂの吸光度(470nm) ＋Ｒの吸光度(660nm) ）×(660
-470）＝95/2×（Ｂの吸光度(470nm) −2×Ｇの吸光度
(565nm) ＋Ｒの吸光度(660nm))
【００４０】この肌色指数を用いて皮膚の肌色度合いを
評価する方法も本発明は包含する。
評価する方法も本発明は包含する。
【００４１】以上、３つの波長を用いて皮膚の内部散乱
光を受光し、評価する方法を述べたが、本発明はこれに
限られない。検出波長は、光源、受光センサー等に応じ
て適宜設定することができる。例えば、波長４００〜１
５００ｎｍの任意の波長を使用することができ、また、
酸化型ヘモグロビンと還元型ヘモグロビンの吸光係数の
等しい波長を含む４００〜５００ｎｍのＢ領域の波長、
酸化型ヘモグロビンと還元型ヘモグロビンの感度が最大
となる５００〜６００ｎｍのＧ領域の波長、酸化型ヘモ
グロビンと還元型ヘモグロビンの吸光係数の等しい波長
を含む６００〜８００ｎｍのＲ領域の波長、波長８００
〜１５００ｎｍのＩＲ領域の波長のいずれを使用しても
よい。
光を受光し、評価する方法を述べたが、本発明はこれに
限られない。検出波長は、光源、受光センサー等に応じ
て適宜設定することができる。例えば、波長４００〜１
５００ｎｍの任意の波長を使用することができ、また、
酸化型ヘモグロビンと還元型ヘモグロビンの吸光係数の
等しい波長を含む４００〜５００ｎｍのＢ領域の波長、
酸化型ヘモグロビンと還元型ヘモグロビンの感度が最大
となる５００〜６００ｎｍのＧ領域の波長、酸化型ヘモ
グロビンと還元型ヘモグロビンの吸光係数の等しい波長
を含む６００〜８００ｎｍのＲ領域の波長、波長８００
〜１５００ｎｍのＩＲ領域の波長のいずれを使用しても
よい。
【００４２】ただし、検出する波長に３種の色素の寄与
がある場合には、上記各波長領域から３つ以上を適宜選
択することが好ましい。
がある場合には、上記各波長領域から３つ以上を適宜選
択することが好ましい。
【００４３】図４は、皮膚表面から微小循環系までの領
域の内部散乱光を検出し、光学的特性を求める本発明の
装置例の概略構成図（同図（ａ））及びその投光・受光
プローブの底面図である（同図（ｂ））。
域の内部散乱光を検出し、光学的特性を求める本発明の
装置例の概略構成図（同図（ａ））及びその投光・受光
プローブの底面図である（同図（ｂ））。
【００４４】同図の装置は、皮膚Ｓに密着して所定波長
の光を入射させる投光手段１と、投光手段１から皮膚Ｓ
に入射した光の内部拡散光を受光する受光手段２とが一
体に組み込まれた投光・受光プローブ３、受光手段２で
受光した光の検出信号を増幅するアンプ４及び検出した
光の波長と光量とからその皮膚Ｓの光学的特性を算出す
るコンピュータ５からなっている。この装置では、投光
・受光プローブ３において、投光手段１の皮膚への対向
面１ａ及び受光手段２の皮膚Ｓへの対向面２ａが、投光
・受光プローブ３の外筒の延長として形成されている高
さ０．２〜０．８ｍｍの周壁３ａで囲まれていることが
特徴となっている。したがって、この装置によれば、後
述するように測定時に投光・受光プローブ３の周壁３ａ
の縁辺３ｂを皮膚Ｓに密着させても、皮膚Ｓの測定部位
が投光手段１や受光手段２で圧迫されてその部位の微小
循環系の血液が排除されることはなく、したがってヘモ
グロビンの寄与による吸収の低下が測定時に引き起こさ
れることも防止できる。これに対して図５のように、投
光手段１の皮膚への対向面１ａ及び受光手段２の皮膚Ｓ
への対向面２ａが、投光・受光プローブ３の外筒の縁辺
３ｂと同一平面上に形成されていると、投光・受光プロ
ーブ３を皮膚Ｓに密着させたときに測定部位の皮膚Ｓが
圧迫され、その部位の微小循環系の血液が排除され、皮
膚本来の状態を正確に測定することができないので好ま
しくない。
の光を入射させる投光手段１と、投光手段１から皮膚Ｓ
に入射した光の内部拡散光を受光する受光手段２とが一
体に組み込まれた投光・受光プローブ３、受光手段２で
受光した光の検出信号を増幅するアンプ４及び検出した
光の波長と光量とからその皮膚Ｓの光学的特性を算出す
るコンピュータ５からなっている。この装置では、投光
・受光プローブ３において、投光手段１の皮膚への対向
面１ａ及び受光手段２の皮膚Ｓへの対向面２ａが、投光
・受光プローブ３の外筒の延長として形成されている高
さ０．２〜０．８ｍｍの周壁３ａで囲まれていることが
特徴となっている。したがって、この装置によれば、後
述するように測定時に投光・受光プローブ３の周壁３ａ
の縁辺３ｂを皮膚Ｓに密着させても、皮膚Ｓの測定部位
が投光手段１や受光手段２で圧迫されてその部位の微小
循環系の血液が排除されることはなく、したがってヘモ
グロビンの寄与による吸収の低下が測定時に引き起こさ
れることも防止できる。これに対して図５のように、投
光手段１の皮膚への対向面１ａ及び受光手段２の皮膚Ｓ
への対向面２ａが、投光・受光プローブ３の外筒の縁辺
３ｂと同一平面上に形成されていると、投光・受光プロ
ーブ３を皮膚Ｓに密着させたときに測定部位の皮膚Ｓが
圧迫され、その部位の微小循環系の血液が排除され、皮
膚本来の状態を正確に測定することができないので好ま
しくない。
【００４５】図４の装置において、投光手段１は、４種
の発光波長の発光ダイオード（Ｂ(470nm),Ｇ(565nm),Ｒ
(660nm),ＩＲ(830nm) ）からなり、これらは受光手段２
の周囲に同心円状に配されている。投光方向による誤差
を低減させるため、各色の発光ダイオードは２個以上設
けることが好ましい。
の発光波長の発光ダイオード（Ｂ(470nm),Ｇ(565nm),Ｒ
(660nm),ＩＲ(830nm) ）からなり、これらは受光手段２
の周囲に同心円状に配されている。投光方向による誤差
を低減させるため、各色の発光ダイオードは２個以上設
けることが好ましい。
【００４６】受光手段２は、フォトダイオードからなっ
ている。なお、同図の受光手段２は単一のフォトダイオ
ードからなっているが、検出精度を向上させるため、必
要に応じて複数のフォトダイオードを用いてもよい。
ている。なお、同図の受光手段２は単一のフォトダイオ
ードからなっているが、検出精度を向上させるため、必
要に応じて複数のフォトダイオードを用いてもよい。
【００４７】また、この投光手段１と受光手段２とのそ
れぞれの中心間の距離Ｌは、測定対象領域を皮膚の表面
から微小循環系までとするため、通常１〜３ｍｍ程度と
する。
れぞれの中心間の距離Ｌは、測定対象領域を皮膚の表面
から微小循環系までとするため、通常１〜３ｍｍ程度と
する。
【００４８】この装置により皮膚Ｓの光学的特性を測定
する時には、投光・受光プローブ３の外筒の縁辺３ｂを
皮膚Ｓに密着させ、投光・受光プローブ３の内側に形成
されている投光手段１の対向面１ａと受光手段２の対向
面２ａとを皮膚Ｓに当接させる。このように対向面１ａ
を皮膚に当接させて投光手段１から皮膚Ｓに投光するこ
とにより、皮膚Ｓに投光した光の皮膚表面凹凸による散
乱光が受光手段２で受光されることを防止でき、また、
投光手段１から皮膚Ｓ内部への入射光量を増加させるこ
とができ、投光角度による入射光量のばらつきも抑制す
ることができる。また、受光手段２の対向面２ａを皮膚
Ｓに当接させることによっても皮膚の表面散乱光が受光
されることを防止できる。したがって、この装置による
と、投光手段１から皮膚Ｓに入射した光のうち、皮膚の
表面散乱光を受光することなく内部散乱光のみを受光で
きるので、皮膚表面から微小循環系までの領域のメラニ
ンやヘモグロビン等の含有量に基づく所定波長の光量を
検出するにあたり、Ｓ／Ｎを向上させることができる。
する時には、投光・受光プローブ３の外筒の縁辺３ｂを
皮膚Ｓに密着させ、投光・受光プローブ３の内側に形成
されている投光手段１の対向面１ａと受光手段２の対向
面２ａとを皮膚Ｓに当接させる。このように対向面１ａ
を皮膚に当接させて投光手段１から皮膚Ｓに投光するこ
とにより、皮膚Ｓに投光した光の皮膚表面凹凸による散
乱光が受光手段２で受光されることを防止でき、また、
投光手段１から皮膚Ｓ内部への入射光量を増加させるこ
とができ、投光角度による入射光量のばらつきも抑制す
ることができる。また、受光手段２の対向面２ａを皮膚
Ｓに当接させることによっても皮膚の表面散乱光が受光
されることを防止できる。したがって、この装置による
と、投光手段１から皮膚Ｓに入射した光のうち、皮膚の
表面散乱光を受光することなく内部散乱光のみを受光で
きるので、皮膚表面から微小循環系までの領域のメラニ
ンやヘモグロビン等の含有量に基づく所定波長の光量を
検出するにあたり、Ｓ／Ｎを向上させることができる。
【００４９】さらに、前述のように、測定時に投光・受
光プローブ３の縁辺３ｂを皮膚Ｓに密着させた場合に、
投光手段１の皮膚Ｓへの対向面１ａや受光手段２の皮膚
Ｓへの対向面２ａは、投光・受光プローブ３の周壁３ａ
で囲まれており、その縁辺３ｂから０．２〜０．８ｍｍ
くぼんでいるので、皮膚Ｓの測定部位が投光手段１や受
光手段２で圧迫されてその部位の微小循環系の血液が排
除されることはなく、微小循環系の影響を反映した皮膚
Ｓの光学的特性を正確に測定することができる。
光プローブ３の縁辺３ｂを皮膚Ｓに密着させた場合に、
投光手段１の皮膚Ｓへの対向面１ａや受光手段２の皮膚
Ｓへの対向面２ａは、投光・受光プローブ３の周壁３ａ
で囲まれており、その縁辺３ｂから０．２〜０．８ｍｍ
くぼんでいるので、皮膚Ｓの測定部位が投光手段１や受
光手段２で圧迫されてその部位の微小循環系の血液が排
除されることはなく、微小循環系の影響を反映した皮膚
Ｓの光学的特性を正確に測定することができる。
【００５０】
【実施例】以下、本発明を実施例に基づいて具体的に説
明する。
明する。
【００５１】比較例１、実施例１
皮膚に即時黒化を引き起こすＵＶＢ（波長２９０〜３２
０ｎｍ）を、前腕内側に、照射量を６段階に変えて照射
することにより色素沈着を誘導し（分光型色差計（ミノ
ルタ社製、ＣＭ−１０００）による明度指数の測色値Ｌ
* ＝62.383, 61.348, 61.05, 58.853, 57.183, 56.89
2）、各照射量段階で測定を行い、メラニン指数を求め
た。
０ｎｍ）を、前腕内側に、照射量を６段階に変えて照射
することにより色素沈着を誘導し（分光型色差計（ミノ
ルタ社製、ＣＭ−１０００）による明度指数の測色値Ｌ
* ＝62.383, 61.348, 61.05, 58.853, 57.183, 56.89
2）、各照射量段階で測定を行い、メラニン指数を求め
た。
【００５２】この場合、比較例１では、反射光を受光す
る測定機として、ＭＥＸＡＭＥＴＥＲ ＭＸ−１６，
Ｃｏｕｒａｇｅ ＆ Ｋｎａｚａｋａ社製を用いた。こ
の比較例１で用いた測定機は、発光ダイオードＬＥＤを
光源とし、波長５６８ｎｍ、６６０ｎｍ、８８０ｎｍの
各波長を皮膚に非接触で投光し、受光手段は、投光手段
から試料に投光された光の表面反射光と内部拡散光とを
併せて検出するものとなっている。
る測定機として、ＭＥＸＡＭＥＴＥＲ ＭＸ−１６，
Ｃｏｕｒａｇｅ ＆ Ｋｎａｚａｋａ社製を用いた。こ
の比較例１で用いた測定機は、発光ダイオードＬＥＤを
光源とし、波長５６８ｎｍ、６６０ｎｍ、８８０ｎｍの
各波長を皮膚に非接触で投光し、受光手段は、投光手段
から試料に投光された光の表面反射光と内部拡散光とを
併せて検出するものとなっている。
【００５３】また、実施例１の測定機としては、図４に
示した装置を用いた。ただしこの場合、投光手段１から
投光する光は、波長Ｇ(660nm) 及びＲ(830nm) とした。
示した装置を用いた。ただしこの場合、投光手段１から
投光する光は、波長Ｇ(660nm) 及びＲ(830nm) とした。
【００５４】また、メラニン指数は、ＭＸ−１６でのメ
ラニン指数の算出法に基づき、次式にしたがって求め
た。
ラニン指数の算出法に基づき、次式にしたがって求め
た。
【００５５】
【数１２】メラニン指数＝ Log５×［Log(Ｒ／Ｇ) ＋ L
og５］×５００ （式中、Ｒ及びＧは、それぞれ受光された波長Ｇ(660n
m) 及びＲ(830nm) の光強度である。） これらの結果を図６（実施例１）及び図７（比較例１）
に示す。
og５］×５００ （式中、Ｒ及びＧは、それぞれ受光された波長Ｇ(660n
m) 及びＲ(830nm) の光強度である。） これらの結果を図６（実施例１）及び図７（比較例１）
に示す。
【００５６】図６においても図７においても、ＵＶＢの
照射量が多い程色素沈着が強くなり、分光型測色機によ
る明度の測色値Ｌ* が小さくなっているが、内部散乱光
を検出する実施例１の図６の結果の方が相関係数Ｒが高
く、一次回帰式の傾きも大きいことがわかる。したがっ
て、内部散乱光を検出する実施例１の測定の方が表面反
射光を検出する比較例１の測定よりも測定精度も感度も
良好であることがわかる。
照射量が多い程色素沈着が強くなり、分光型測色機によ
る明度の測色値Ｌ* が小さくなっているが、内部散乱光
を検出する実施例１の図６の結果の方が相関係数Ｒが高
く、一次回帰式の傾きも大きいことがわかる。したがっ
て、内部散乱光を検出する実施例１の測定の方が表面反
射光を検出する比較例１の測定よりも測定精度も感度も
良好であることがわかる。
【００５７】実施例２
最大血圧（２２０ｍｍＨｇ）以上で上腕を圧迫したとき
の圧迫時間と血液の状態の変化について調べた。
の圧迫時間と血液の状態の変化について調べた。
【００５８】この場合、５６０ｎｍ、６６０ｎｍ、８３
０ｎｍの３波長を検出波長とし、式（４）及び式（５）
に基づいて酸化ヘモグロビン濃度及び還元ヘモグロビン
濃度を算出し、総ヘモグロビン濃度とヘモグロビンの酸
素飽和度とを求めた。
０ｎｍの３波長を検出波長とし、式（４）及び式（５）
に基づいて酸化ヘモグロビン濃度及び還元ヘモグロビン
濃度を算出し、総ヘモグロビン濃度とヘモグロビンの酸
素飽和度とを求めた。
【００５９】光の到達深度に関する係数については、本
例ではｍ＝１．７、ｎ＝３．２とした（なお、これらの
値は部位差、個人差により変化するものであり、本例で
の値に限定されるものではない）。また、分光型色差計
（ミノルタ社製、ＣＭ−１０００）にて明度Ｌ* を測定
した。この結果を図８及び表１に示す。なお、図８にお
いて、横軸は圧迫時間を表し、縦軸は総ヘモグロビン濃
度とヘモグロビンの酸素飽和度のそれぞれについて、圧
迫開始時を１としたときの相対値を表している。
例ではｍ＝１．７、ｎ＝３．２とした（なお、これらの
値は部位差、個人差により変化するものであり、本例で
の値に限定されるものではない）。また、分光型色差計
（ミノルタ社製、ＣＭ−１０００）にて明度Ｌ* を測定
した。この結果を図８及び表１に示す。なお、図８にお
いて、横軸は圧迫時間を表し、縦軸は総ヘモグロビン濃
度とヘモグロビンの酸素飽和度のそれぞれについて、圧
迫開始時を１としたときの相対値を表している。
【００６０】
【表１】圧迫時間（分） 明度Ｌ*
０ ６１．９
１ ６１．４
２ ６１．０
３ ６０．７
【００６１】図８から、総ヘモグロビン濃度の経時的変
化が少ないのに対し、酸素飽和度は経時的に大きく低下
していることがわかる。これは、動脈及び静脈の双方の
血流が止まり、血液量が不変である状態で酸素が消費さ
れていくためである。この際、肌色の明度にも顕著な低
下が見られる。したがって、皮膚の微小循環系における
血液状態の皮膚色への寄与をより詳細に評価していくた
めには、総ヘモグロビン濃度の計測ばかりでなく、酸素
飽和度も求めることが重要であることがわかる。
化が少ないのに対し、酸素飽和度は経時的に大きく低下
していることがわかる。これは、動脈及び静脈の双方の
血流が止まり、血液量が不変である状態で酸素が消費さ
れていくためである。この際、肌色の明度にも顕著な低
下が見られる。したがって、皮膚の微小循環系における
血液状態の皮膚色への寄与をより詳細に評価していくた
めには、総ヘモグロビン濃度の計測ばかりでなく、酸素
飽和度も求めることが重要であることがわかる。
【００６２】なお、検出波長を２波長とした場合には、
酸化型ヘモグロビンと還元型ヘモグロビンの吸光係数が
等しいヘモグロビンの等吸収点を用いることにより、総
ヘモグロビン濃度を求めることはできるが、酸素飽和度
は、等吸収点以外の波長の吸光度も参照しなくては理論
的に算出できない。このため、酸素飽和度を求める場合
には、この実施例のように少なくとも３波長以上を検出
波長とする。
酸化型ヘモグロビンと還元型ヘモグロビンの吸光係数が
等しいヘモグロビンの等吸収点を用いることにより、総
ヘモグロビン濃度を求めることはできるが、酸素飽和度
は、等吸収点以外の波長の吸光度も参照しなくては理論
的に算出できない。このため、酸素飽和度を求める場合
には、この実施例のように少なくとも３波長以上を検出
波長とする。
【００６３】実施例３
被験者として、２０歳〜７０歳代の女性１０３名の頬の
肌色指数を、Ｂ（４００〜５００ｎｍ）、Ｇ（５００〜
６００ｎｍ）、Ｒ（６００〜８００ｎｍ）の３波長の内
部散乱光に基づく吸光度測定から求めた。また、９名の
専門パネラーによりこれら各試料の肌色状態を１（不
良）〜９（良好）に９段階に官能評価し、官能評価結果
と肌色指数との関係をプロットした。この結果を図９に
示す。
肌色指数を、Ｂ（４００〜５００ｎｍ）、Ｇ（５００〜
６００ｎｍ）、Ｒ（６００〜８００ｎｍ）の３波長の内
部散乱光に基づく吸光度測定から求めた。また、９名の
専門パネラーによりこれら各試料の肌色状態を１（不
良）〜９（良好）に９段階に官能評価し、官能評価結果
と肌色指数との関係をプロットした。この結果を図９に
示す。
【００６４】図９から、本発明の肌色指数と専門パネラ
ーによる官能評価結果とは良好な相関を有していること
がわかる。
ーによる官能評価結果とは良好な相関を有していること
がわかる。
【００６５】
【発明の効果】本発明によれば、血液の循環に影響され
る皮膚の肌色度合いや、しみ、くすみ等の光学的特性を
良好に評価することが可能となる。
る皮膚の肌色度合いや、しみ、くすみ等の光学的特性を
良好に評価することが可能となる。
【図１】本発明の方法の測定原理の説明図である。
【図２】メラニン、酸化型ヘモグロビン（ＨｂＯ2 ）及
び還元型ヘモグロビン（Ｈｂ）の吸収スペクトル図であ
る。
び還元型ヘモグロビン（Ｈｂ）の吸収スペクトル図であ
る。
【図３】肌色悩みの色分光特性図である。
【図４】本発明の装置例の概略構成図（同図（ａ））及
びその投光・受光プローブの底面図である（同図
（ｂ））。
びその投光・受光プローブの底面図である（同図
（ｂ））。
【図５】本発明と異なる装置例の使用状態の説明図であ
る。
る。
【図６】実施例における明度指数Ｌ* とメラニン指数と
の関係図である。
の関係図である。
【図７】比較例における明度指数Ｌ* とメラニン指数と
の関係図である。
の関係図である。
【図８】圧迫時間と総ヘモグロビン濃度又は酸素飽和度
との関係図である。
との関係図である。
【図９】官能評価スコアと実施例による肌色指数との関
係図である。
係図である。
１ 投光手段
１ａ 投光手段の皮膚への対向面
２ 受光手段
２ａ 受光手段の皮膚への対向面
３ 投光・受光プローブ
３ａ 周壁
３ｂ 縁辺
Ｌ0 入射光
Ｌa 吸収光
Ｌi 内部散乱光
Ｌs 表面散乱光
Ｌt 真皮方向への透過光
Ｓ 皮膚
─────────────────────────────────────────────────────
フロントページの続き
(56)参考文献 特開 平７−19839（ＪＰ，Ａ)
特開 平５−161609（ＪＰ，Ａ)
特開 平８−10244（ＪＰ，Ａ)
特開 昭57−93035（ＪＰ，Ａ)
(58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名)
A61B 5/00
A61B 5/107
Claims (7)
- 【請求項１】 皮膚に所定波長領域の光を入射させる投
光手段の皮膚への対向面と、投光手段から皮膚に入射し
た光の内部散乱光を受光する受光手段の皮膚への対向面
とが、高さ０．２〜０．８ｍｍの周壁で囲まれている投
光・受光プローブの該投光手段の皮膚への対向面を皮膚
に当接させることにより皮膚に所定波長領域の光を入射
させ、該受光手段の皮膚への対向面を皮膚に当接させる
ことにより、皮膚表面から微小循環系までの領域に存在
する酸化型ヘモグロビン、還元型ヘモグロビン又はメラ
ニンの含有量に基づく内部散乱光を検出し、その光量を
求めることを特徴とする皮膚の表面状態の光学的特性の
測定方法。 - 【請求項２】 波長４００〜１５００ｎｍの領域におい
て互いに異なる３つ以上の波長域の光を入射させ、検出
する請求項１記載の測定方法。 - 【請求項３】 波長４００〜５００ｎｍのＢ領域の光、
波長５００〜６００ｎｍのＧ領域の光、波長６００〜８
００ｎｍのＲ領域の光、及び波長８００〜１５００ｎｍ
のＩＲ領域の光から選ばれる３つ以上の光を入射させ、
検出する請求項２記載の測定方法。 - 【請求項４】 波長４００〜５００ｎｍのＢ領域の光、
波長５００〜６００ｎｍのＧ領域の光、及び波長６００
〜８００ｎｍのＲ領域の光を入射させて検出し、各波長
域の光の吸光度を求め、波長と吸光度との関係図におい
て、Ｂ領域の光の吸光度とＲ領域の光の吸光度を結ぶ線
をベースとする、Ｇ領域の光の吸光度のピーク面積を、
肌色度合の評価指数である肌色指数として求める請求項
１記載の測定方法。 - 【請求項５】 皮膚に所定波長領域の光を入射させる投
光手段、投光手段から皮膚に入射した光の内部散乱光を
受光する受光手段、受光手段で受光された光の光量を算
出する演算手段を有し、該投光手段及び受光手段の皮膚
への対向面が高さ０．２〜０．８ｍｍの周壁で囲まれ、
前記光量として、皮膚表面から微小循環系までの領域に
存在する酸化型ヘモグロビン、還元型ヘモグロビン又は
メラニンの含有量に基づく内部散乱光の光量を求められ
るようにしたことを特徴とする請求項１〜４のいずれか
の方法を実施する皮膚の表面状態の測定装置。 - 【請求項６】 投光手段が、波長４００〜１５００ｎｍ
の領域において互い に異なる３つ以上の波長領域の光を
入射させることができる請求項５記載の測定装置。 - 【請求項７】 投光手段と受光手段の中心間の距離が１
〜３ｍｍである請求項５記載の測定装置。
Priority Applications (5)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP30127796A JP3365227B2 (ja) | 1996-10-25 | 1996-10-25 | 皮膚の表面状態の光学的特性の測定方法及び装置 |
| TW086115792A TW335343B (en) | 1996-10-25 | 1997-10-24 | An optic testing method for skin surface |
| CNB971227969A CN1161073C (zh) | 1996-10-25 | 1997-10-25 | 皮肤表面状态的光学特性测定方法及其装置 |
| US09/176,026 US6070092A (en) | 1996-10-25 | 1998-10-21 | Method and apparatus for measuring optical properties of surface state of skin |
| HK98111696.7A HK1010476B (en) | 1996-10-25 | 1998-11-02 | Method and apparatus for measuring the optical characteristics of the skin surface state |
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP30127796A JP3365227B2 (ja) | 1996-10-25 | 1996-10-25 | 皮膚の表面状態の光学的特性の測定方法及び装置 |
| US09/176,026 US6070092A (en) | 1996-10-25 | 1998-10-21 | Method and apparatus for measuring optical properties of surface state of skin |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH10127585A JPH10127585A (ja) | 1998-05-19 |
| JP3365227B2 true JP3365227B2 (ja) | 2003-01-08 |
Family
ID=26562630
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP30127796A Expired - Fee Related JP3365227B2 (ja) | 1996-10-25 | 1996-10-25 | 皮膚の表面状態の光学的特性の測定方法及び装置 |
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| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US6070092A (ja) |
| JP (1) | JP3365227B2 (ja) |
| CN (1) | CN1161073C (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US8849380B2 (en) | 2007-11-26 | 2014-09-30 | Canfield Scientific Inc. | Multi-spectral tissue imaging |
Families Citing this family (74)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US8182473B2 (en) | 1999-01-08 | 2012-05-22 | Palomar Medical Technologies | Cooling system for a photocosmetic device |
| US6517532B1 (en) | 1997-05-15 | 2003-02-11 | Palomar Medical Technologies, Inc. | Light energy delivery head |
| DE69825447T2 (de) | 1997-05-15 | 2005-09-15 | Palomar Medical Technologies, Inc., Burlington | Gerät zur dermatologischen behandlung |
| DE19721902A1 (de) * | 1997-05-26 | 1998-12-03 | Boehringer Mannheim Gmbh | Verfahren und Vorrichtung zur in-vivo-Detektion der Richtung von Langer-Linien in der Haut |
| US7890158B2 (en) * | 2001-06-05 | 2011-02-15 | Lumidigm, Inc. | Apparatus and method of biometric determination using specialized optical spectroscopy systems |
| ES2245506T3 (es) | 1998-03-12 | 2006-01-01 | Palomar Medical Technologies, Inc. | Sistema de aplicacion de radiacion electromagnetica sobre la piel. |
| ATE404110T1 (de) * | 1998-11-18 | 2008-08-15 | Lea Medizintechnik Gmbh | Vorrichtung zur nichtinvasiven bestimmung des sauerstoffumsatzes in geweben |
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| US20040111031A1 (en) * | 1999-07-22 | 2004-06-10 | Alfano Robert R. | Spectral polarizing tomographic dermatoscope |
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