DE102007048514B4

DE102007048514B4 - Methode zur Bestimmung der elastischen und viscoelastischen Eigenschaften der Haut

Info

Publication number: DE102007048514B4
Application number: DE102007048514.1A
Authority: DE
Inventors: Di Qu; Paul S. Seehra; Christopher J. Massotti
Original assignee: Access Business Group International LLC
Current assignee: Access Business Group International LLC
Priority date: 2006-10-11
Filing date: 2007-10-10
Publication date: 2016-07-21
Anticipated expiration: 2027-10-11
Also published as: DE102007048514A1

Abstract

Verfahren zur Bestimmung eines Hautelastizitätswertes für die Haut eines Individuums, das die folgenden Schritte umfasst: Anwendung eines negativen Drucks an eine Hautprobe einer Person und nachfolgende Freigabe des Drucks; Gewinnung einer Deformations- und einer Relaxationskurve von der Anwendung des negativen Drucks; Identifizierung eines Wendepunktes auf der Relaxationskurve; Identifizierung einer Fläche, die einer absoluten Erholung zugeordnet ist; Definierung einer Fläche, die der elastischen Erholung oberhalb des Wendepunktes und zeitlich später entlang der Relaxationskurve zugeordnet ist; Definierung einer Fläche, die der viskoelastischen Erholung unterhalb des Wendepunktes und zeitlich später entlang der Erholungskurve zugeordnet ist; und Berechnung eines Wertes, der einer elastischen Erholung oder einer viskoelastischen Erholung oder beiden zugeordnet ist.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Bestimmung eines Hautelastizitätswirtes für die Haut eines Individuums.
Insbesondere bezieht sich die Erfindung auf Verfahren zur Messung der gesamten Elastizität der Haut und Bestimmung des durch elastische Eigenschaften bedingten Teils der gesamten Elastizität und des durch viskoelastischen Eigenschaften der Haut bedingten Teils der gesamten Elastizität, und Korrelation der Messergebnisse mit dem zeitlichen Alter einer Person und insbesondere auch Verfahren zur Messung der Verbesserungen in der Hautgesundheit einer Person durch Elastizitätsmessung, während und nach menschlichen klinischen Versuchen von topischen und/oder oralen Behandlungsrezepturen.
Die in vivo Bestimmung der Hautelastizität ist erschwert durch morphologische Problemgrößen wie subdermales Fett- und Bindegewebe. Es bestehen außerdem analytischen Problemgrößen aufgrund der viskoelastischen Natur der Haut. Es sind einige Einrichtungen bekannt, die für die Analyse der physikalischen Eigenschaften der Haut brauchbar sind. Es wird z. B. ein Cutometer häufig zu diesem Zweck benutzt. Die viskoelastischen Eigenschaften der Haut können jedoch eine genaue Messung der Hautelastizität mittels einer Strommessung, wie beim Cutometer üblicherweise empfohlen, nicht ermöglichen.
Die Cutometer Software ist eingerichtet, die gesamte Elastizität, die reine Elastizität und ein viskoelastisches Verhältnis basierend auf linearen Parametern der Kurve zu berechnen. Während der Analyse der Haut einer Person, wird ein Vakuum (ein negativer Druck) an der Haut nur für kurze Zeit (z. B. eine Sekunde) angewendet, um eine Dehnung der Haut zu erzielen. Das Vakuum wird dann abgeschaltet und die Haut fängt an, sich in einer anschließenden Zeitspanne, die als Relaxationszeit bekannt ist, von der Deformation zu erholen. Es wird eine 1 ähnliche Kurve aufgezeichnet, die die Deformationsstrecke der Haut in Millimetern (mm) entlang der vertikalen Achse und horizontal über der Zeit in Sekunden darstellt.
Nach den gegenwärtigen Regeln wird die Gesamtelastizität dadurch berechnet, dass Ua durch Uf geteilt wird (Ua/Uf), wobei Ua eine lineare Vermessung von einem Niveau des in der Dehnungskurve auftretenden Deformationsmaximums bis zu einem Niveau der Erholung am Ende der Relaxations- oder Erholungskurve ist. Uf ist die maximale während der Untersuchung auftretende Hautdeformation.
Die reine Elastizität wird berechnet, indem Ur durch Ue geteilt wird (Ur/Ue), wobei Ur die steilste Steigung auf der Erholungsseite ist, die durch die Cutometer- Einstellung bestimmt wird. In der gegenwärtigen Praxis werden für die Ur-Messung in der Zeit zwischen 1 und 1.1 Sekunden durch die Hersteller Cutometer empfohlen. Ue ist eine Vordeformation der Haut, die, wie im Allgemeinen geglaubt wird, mit der Hautelastizität korreliert. Nach dem Hook'schen Elastizitätsgesetzt, ist Ue zum angewendeten negativen Druck direkt proportional, was auf die Flexibilität der Haut hindeutet.
Das viskoelastische Verhältnis wird dadurch berechnet, dass Uv durch Ue geteilt wird (Uv/Ue), wobei Uv gleich Uf minus Ue ist.
Es gibt zweierlei Beschränkungen, wenn man sich auf die linearen Parameter als Zeichen für die Elastizität verlässt. Erstens gibt es eine ungenaue Beschreibung der elastischen Eigenschaften der Haut. Der zweite Nachteil besteht darin, dass die viskosen Eigenschaften der Haut auch falsch berechnet werden. Zur Beseitigung dieser Nachteile identifizieren die hierin beschriebenen Verfahren einen tatsächlichen Wendepunkt, statt sich auf einen eingestellten, durch die Software der Messvorrichtung bestimmten Wendepunkt zu verlassen, und verwenden für die Berechnung der Hauteigenschaften eine durch die Kurve definierte Fläche, statt einer linearen Vermessung der Kurve.
Im Stand der Technik sind Messgeräte und Verfahren zur Bestimmung bestimmter mechanischer Eigenschaften einer Haut bekannt (etwa DE 102 26 708 A1 ), bei der mittels Unterdruck eine ausgewählter Bereich der Haut gespannt bzw. entspannt wird. Nach einem weiteren bekannten Verfahren zur Messung der elastischen und viskoelastischen Formbarkeit der Haut wird die Hautoberfläche in einem Messsondenkanal mit einem Druck beaufschlagt, wobei im Bereich des messenden Kanals eine Lichtschranke angeordnet ist, deren Messstrecke quer zum Messsondenkanal im Bereich seiner Austrittsöffnung verläuft. Die Änderung der Lichtintensität dient hierbei als Maß für die Deformation der Hautoberfläche (vgl. DE 38 32 690 C1 ).
Aufgabe der Erfindung ist es ein Verfahren zu schaffen, mit dem in einfacher und verlässlicher Weise ein Hautelastizitätswert für die Haut bestimmt werden kann.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die im Anspruch 1 genannten Merkmale gelöst, wobei zweckmäßige Weiterbildungen des Verfahrens durch die in den Unteransprüchen enthaltenen Merkmale gekennzeichnet sind.
Die vorliegende Erfindung beschreibt ein Verfahren zur Bestimmung der Hautelastizität mit den Schritten der Anwendung eines negativen Drucks um die Haut zu deformieren und nachfolgenden Freigabe des Drucks, um eine Deformations-/Relaxationskurve zu erhalten, wie sie durch Cutometer-Anzeigen erzeugt werden, anschließenden Identifizierung eines Wendepunktes auf der Relaxationskurve und einer der absoluten Erholung zugeordneten Fläche. Das Verfahren umfasst die Definierung einer Fläche, die der elastischen Erholung oberhalb des Wendepunktes und zeitlich später entlang der Relaxationskurve zugeordnet ist, und die Definierung einer Fläche, die der viskoelastischen Erholung unterhalb des Wendepunktes und zeitlich später entlang der Erholungskurve zugeordnet ist. Die Berechnung eines Elastizitätswertes der Haut oder des Anteils der Elastizität aufgrund der Viskoelastizität erfolgt durch Manipulation der innerhalb der Kurve definierten Flächen.
Eine weitere Ausführungsform der Erfindung umfasst die Schritte des Vergleichens eines Elastizitätswertes mit einer Datenbank bekannter Elastizitätswerte im Vergleich zum Alter einer Person und der Bestimmung des Alters der Person.
Eine andere Ausführungsform des Verfahrens umfasst die Schritte zur Bestimmung des Alters der Person durch einen Datenbankvergleich, der vor und dann nach Behandlung mit einem topisch oder oral verabreichten Mittel zur Verbesserung der Hautgesundheit durchgeführt wird.
Ferner umfasst das Verfahren die der absoluten Erholung zugeordnete Fläche, als die Fläche, die auf der linken Seite durch eine vertikale Entsprechung der maximalen Hautdeformation begrenzt ist; die von oben durch eine horizontale Entsprechung der maximalen Hautdeformation begrenzt ist; und die von unten durch einen horizontalen Bezugspunkt zur Lage der Haut vor Deformation begrenzt ist.
Nachfolgend wird die Erfindung anhand der Figuren beschrieben
Hierbei zeigen
1 eine Cutometer-Anzeige nach dem Stand der Technik, die Deformations- und Relaxationskurven einer Hautprobe mit den angezeigten linearen Parametern darstellt.
2 einen Cutometergraphen der Deformation-/Relaxation eines Silikongummi-Standardmaterials.
3 einen Cutometergraphen der Deformation-/Relaxation eines Silikongummi-Standardmaterials, wobei die Flächen unter den Kurven dargestellt sind.
4 einen Cutometergraphen der Deformation-/Relaxation des Silikongummi-Standardmaterials für unterschiedliche Harten.
5 einen Graphen mit den Federkonstanten des Silikonstandards aus 4.
6 einen Graphen mit dem Vergleich der Federkonstante der Silikonmaterialien mit linearer Steigung der Deformations- und Relaxationskurven für jedes Material.
7 einen Graphen mit dem Vergleich der Federkonstante der Silikonmaterialien mit der Fläche unter der Deformationskurve für jedes Material.
8 einen Cutometergraphen der Deformation-/Relaxation einer Hautprobe mit den angegebenen linearen Parametern.
9 einen Cutometergraphen der Deformation-/Relaxation einer Hautprobe aus 8, der die Flächen angibt, die der elastischen Deformation und der viskoelastischen Deformation entsprechen.
10 einen Cutometergraphen der Deformation-/Relaxation, der die gesetzten Wendepunkte angibt.
11 einen Cutometergraphen der Deformation-/Relaxation eines Silikonstandards, der die absolute Erholung eines Materials darstellt.
12 einen Cutometergraphen der Deformation-/Relaxation einer menschlichen Hautprobe, der die der gesamten Elastizität zugeordnete Flächen und die elastischen und viskoelastischen Anteile der Fläche darstellt.
13 einen Cutometergraphen der Deformation-/Relaxation, der eine lineare Regressionslinie der elastischen Erholung und eine Schwellengerade darstellt.
14 einen Graphen, der den Zusammenhang der durch die Flächenanalyse berechneten Elastizität und dem Alter darstellt.
15 einen Graphen, der dieselben in 14 dargestellten Daten mit der durch Vergleich der linearen Parameter mit dem Alter berechneten Elastizität darstellt.
16 einen Graphen, der die Verteilung der während der Untersuchung der menschlichen Haut bestimmten Wendepunkte darstellt.
17 einen Graphen, der die Abnahme der viskoelastischen Erholung R/R₀ mit steigendem Alter darstellt.
18 einen Graphen, der die lineare Abnahme der elastischen Erholung R_E/R₀ mit dem Alter darstellt.
19 einen Graphen, der die Änderung der viskosen Komponente der Haut R_V/R₀ mit steigendem Alter darstellt.
20 eine graphische Darstellung von R/R₀ (viskoelastische Erholung) und von R_E/R₀ (elastische Erholung) in Abhängigkeit vom Alter.
21 eine graphische Darstellung der elastischen Eigenschaften der Haut nach sechs Wochen Behandlung mit der Rezeptur F#9295-04.
22 eine graphische Darstellung der elastischen Eigenschaften der Haut nach sechs Wochen Behandlung mit der Rezeptur F#9295-05.
23 einen Graphen, der darstellt, wie die Cutometer-Messungen vor und nach der Behandlung mit einer Hautpflegezusammensetzung für die Feststellung der Vorteile der Anwendung der Zusammensetzung verwendet werden können.
24 ein Balkendiagramm der Verteilung der scheinbaren Altersabnahme, die anhand der Veränderung der viskoelastischen Erholung R/R₀ nach einer sechswöchigen Behandlung mit der Rezeptur F#9295-05 gemessen wurde.
25 ein Balkendiagramm der Verteilung der Altersabnahme, die durch Veränderung der elastischen Erholung R_E/R₀ nach einer sechswöchigen Behandlung mit der Rezeptur F#9295-05 gemessen wurde.
Üblicherweise wurden, Einrichtungen wie ein Cutometer, für die Messung der Elastizität der Haut verwendet. Das Cutometer dient zur Kurvengenerierung und die hier besprochenen Ergebnisse wurden mit einem Cutometer gewonnen, mit der Modellnummer 575, hergestellt durch Courage und Khazaka Electronic GmbH und erhältlich bei ACADERM, Menlo Park, CA.
1 zeigt die zur Berechnung der Elastizität und des viskoelastischen Verhältnisses verwendeten linearen Parameter. Die Beschränkungen des Vertrauens auf linearen Parameter als ein Hinweis für die Elastizität bestehen in den ungenauen Darstellungen der elastischen viskosen Eigenschaften der Haut.
2–7 und die entsprechende Diskussion demonstrieren die Begrenzung der Verwendung linearer Parameter für die Messung der elastischen Eigenschaften von Materialien. In 2 sind die linearen Parameter eines Silikongummi-Standardmaterials dargestellt. Silikonstandards sind über einem Rex Durometers Testblockbausatz (Test Block Kit) der Rex Gauge Company, Inc., Buffalo Grove, IL, erhältlich. Silikon als ein ideales elastisches Material anerkannt, weshalb zu erwarten ist, dass die gesamte Deformation mit den elastischen Materialeigenschaften anstatt teilweise mit irgendwelchen viskosen Eigenschaften zusammenzuhängen, die ein Material aufweisen könnte. Demzufolge ist Ue, der Anteil der Kurve, der als elastitztätsbedingte Deformation anerkannt ist. gleich Uf, der totalen Deformationsstrecke, die während der Deformationsphase der Analyse erreicht wird. Während der Erholungs- oder Relaxationszeit kommt das Material zu seiner ursprünglichen Position (vor der Derformation) zurück. Dann ist die reine Elastizität Ur/Ue gleich 1,0.
Da die Messung jedoch während eines Zeitabschnitts erfasst wird, stellen die Steigungen der Dehnungs- oder Deformationskurve und der Erholungs- oder Relaxationskurve eine Defomationsrate und eine Relaxationsrate dar. Diese Deformationsraten der Deformation und Relaxationsraten hängen von der Harte des Materials ab. Das Silikon erreicht die maximale Deformation nicht verzögert. Ebenso erfolgt die vollständige Erholung des Materials nicht unverzögert. Für ein ideales Material gilt die unebene Steigung als eine Messgrenze der Testeinrichtung. Theoretisch soll die Kurve glatte Linien zeigen. Die Verwendung eines einfachen Dreiecks hilft, die Berechnungen zu vereinfachen und die Abschätzung der idealen Eigenschaften des Materials zu erleichtern, wie in 3 zu sehen ist. Wenn die Fläche unter der Deformationskurve, gekennzeichnet als A in 3, und die Fläche, unter der Erholungskurve, gekennzeichnet als B in 3, verglichen werden, ist das resultierende Verhältnis von B/A gleich 1,015, was sich vom linearen Vergleich Ur/Ue, der 1,0 ergab, unterscheidet.
4 zeigt ferner, welche Rolle die Härte eines Materials bei der Bestimmung der Elastizität des Testmaterials spielen kann. Die Unterschiede in den Deformations- und Relaxationssteigungen, verglichen zwischen Silikonstandards mit unterschiedlicher Härte, können nach Sichtprüfung erkannt werden. Nach dem Hook'schen Elastizitätsgesetz kann die Federkonstante k von jeden Silikongummimaterialien ermittelt werden, indem jedes Material unterschiedlichen Stärken negativen Drucks mit dem Cutometer aussetzt wird. Ergebnisse einer solchen Analyse sind in 5 dargestellt. Die Federkonstante k ist abgeleitet von der Gleichung σ = Eε, wobei σ die Zugspannung ist, E eine Proportionalitätskonstante und ε die Dehnung darstellt. In einer vereinfachten Form kann die Gleichung als F = –kx ausgedrückt werden, wo F die Kraft, x die Federausdehnung und k die Federkonstante ist. Die Federkonstanten für die Materialien aus 5 liegen bei 2179 (hart), 1774 (mittel) und 1326 (weich).
Wenn die Steigungen der linearen Deformations- und Erholungskurven gegen die Federkonstanten für jedes der Silikonstandards variierender Härte aufgetragen wird, werden starke Korrelationen beobachtet. In 6, auf der Dehnungskurve zeigte ein hartes Material einen kleineren Wert der Steigung, weil für eine Dehnung in der vorgegebenen Zeit schwieriger zu erreichen ist. Auf der Relaxationskurve war der Absolutwert der Steigung auch kleiner, aber dies wurde von einer größeren Anzahl gezeigt, was auf die Abwärtsrichtung der Steigung zurückzuführen ist. Einfach gesagt, hat die Dehnungskurve eine positive Steigung und die Relaxationskurve zeigt eine negative Steigung. Der absolute Wert legt fest, ob eine große oder kleine.
Wenn die Steigerungen mit dem Maximum der Dehnung für jeden Gummistandard normalisiert werden, wird eine Funktion zwischen Federkonstante und dem Grad der elastischen Erhöhung erhalten. Intuitiv sollte sich ein hartes Material schneller zurückziehen und daher auch einen größeren Absolutwert der Steigung (steilere Steigung in negativer Richtung) aufweisen. 6 zeigte jedoch das Gegenteil. Der Grund dafür war, dass das härtere Material einen kleineren Uf-Wert als Anfangswert hatte. Wenn man die Relaxationssteigung durch Uf dividiert, bringt man alle Steigungen auf eine Maßeinheit Deformationsdehnung. Die Folge davon ist, die Steigung zu normalisieren, um zwischen den Gummistandards mit unterschiedlicher Härte vergleichen zu können. Nach dieser Normalisierung zeigte das harte Material eine vollständigere Erholung als das weiche Material, was mit unserer Intuition übereinstimmt. Diese Funktion deutet darauf hin, dass der Grad der elastischen Erholung um so größer ist, je höher die Federkonstante ist, wie in 7 zu sehen ist. Die Elastizitätsberechnungen mit linearen Parametern beinhalten keine Variation zwischen den elastischen Eigenschaften des Silikonmaterialstandards.
8 und 9 und die entsprechende Diskussion zeigen die Grenzen der Verwendung der linearen Parameter für die Messungen der viskosen Eigenschaften von Materialien. Wie bereits erörtert, ist das gegenwärtige Verfahren für die Berechnung des viskoelastischen Verhältnisses bei der Verwendung linearer Parameter durch Uv/Ue gegeben. Für die Hautprobe von 8 ist das viskoelastische Verhältnis 0,439. Wenn die Form der Kurve in 9 unterhalb der Deformationskurve betrachtet wird und die Fläche am Wendepunkt horizontal geteilt wird, repräsentiert die Fläche unter der Deformationskurve und unterhalb des Wendepunktes (gekennzeichnet als Fläche E in 9) die Deformation aufgrund der elastischen Eigenschaften der Haut. Die Fläche unter der Derformationskurve, aber oberhalb des Wendepunktes (gekennzeichnet als Fläche V in 9) repräsentiert die Deformation aufgrund der viskosen Eigenschaften der Haut. Die Vordeformation in der Haut oder im Material ist bedingt durch elastische Eigenschaften, während die später auftretende Deformation durch die viskosen Eigenschaften der Haut oder des Materials bedingt ist. Das Verhältnis von V/E ist gleich 0,377. V/E ist ein Flächenverhältnis, das dem linearen Verhältnis von Uv/Ue entspricht, das für diesen Graphen gleich 0,439 ist. Die Differenz ist in der Form der Kurve berücksichtigt, die die viskosen Eigenschaften der Haut wiederspiegelt. Die Viskoelastizitätsberechnungen, die nur auf linearen Parametern der Kurve beruhen, beinhalteten nicht die Variation der viskosen Eigenschaften der Materialien.
Die Wendepunkte sind als ein Punkt auf einer Kurve definiert, an dem sich die Steigung ändert. Wie bereits erwähnt, basieren Cutometer mit linearer Vermessung auf einem festgelegten oder einem vordefinierten Zeitpunkt des Wendepunktes, egal ob der Wendepunkt tatsächlich zu diesem Zeitpunkt auftritt. In 10 ist das Cutometer eingerichtet, um Ue und Uv basierend auf einem Wendepunkt bei 1,1 s zu berechnen. Ähnlich ist das Cutometer eingerichtet, um Ur basierend auf einen Wendepunkt bei 1.1 s auf der Relaxations-/Erholungsseite zu berechnet. Diese Praxis führt zu weiteren, mit der Verwendung der gegenwärtigen linearen Cutometer-Parameter für die Elastizitätsberechnung verbundenen Ungenauigkeiten. Da der Wendepunkt elastische Deformation von viskoser Deformation trennt, ist der Wendepunkt einer bestimmten Probe der Haut oder des Materials eine spezifische Eigenschaft der Haut oder des Materials.
Im Idealfall werden sich Materialien, einschließlich der Haut, vollständig erholen oder komplett entspannen nach der Deformationsphase einer Cutometer-Analyse. Die ideale oder absolute Erholungsfläche R₀ eines Silikonstandardmaterials ist in 11 dargestellt. Diese Fläche entspricht Uf, multipliziert mit der Relaxationszeit. Es ist gezeigt, dass die Relaxationszeit 1 Sekunde ist und der Deformationszeit in der hier diskutierten Cutometer-Analyse entspricht. Allerdings, dauert es je nach Proband oder Teilnehmer in der Analyse oder je nach Material, möglicherweise länger als 1 Sekunde, um eine vollständige Erholung von einem 1 sekündigen Deformationsvorgang zu erlangen. Bei der Gleichhaltung der Deformations-/Dehnungszeit mit der Relaxations-/Erholungszeit sind die direkten Energieberechnungen vereinfacht. Es wird erwartet, dass die hier beschriebenen Flächenverhältnisse mit zunehmender Zeit gelten, um die Relaxations-/Erholungszeit zu beobachten.
Menschliche Haut hat keine idealen elastischen Eigenschaften wie Silikon. Deshalb erreicht die Haut nur eine teilweise Erholung während der mit dem Cutometer gemessenen Zeit. Die erreichte Erholung der Haut ist zurückzuführen auf die elastische Erholung, repräsentiert durch Fläche R_E in 12, und die viskoelastische Erholungsfläche Rv. Mit dieser Information kann die gesamte Elastizität als (R_v + R_E)/R₀ definiert werden. Die elastische Komponente der gesamten Elastizität ist R_E/R₀ und die viskose Komponente der gesamten Elastizität ist R_v/R₀.
Die Identifizierung des tatsächlichen Wendepunktes ist der Schlüssel zur Fähigkeit der korrekten Trennung der elastischen und viskosen Komponenten der gesamten Elastizität. Für eine genaue Berechnung der Flächen R₀, R_v und R_E muss der tatsächliche Wendepunkt entlang der Erholungs-/Relaxationskurve bekannt sein. Der Wendepunkt von 13 wurde durch Ziehen einer linearen Regressionslinie entlang der Anfangskurve der elastischen Erholung bestimmt. Dann wurde eine Schwellenlinie definiert. Der Schwellenwert wurde durch Experimentieren festgestellt. Ein Makro kann so eingerichtet werden, dass die Schwelle variabel gehalten wird. Die Variation der Schwellenwerte wurden nacheinander einbezogen und dann wurden diese Ergebnisse mit den sichtbaren Eindrücken der Position des Wendepunktes verglichen. Ein großer Schwellenwert würde in einem Wendepunkt zu weit in dem kurvenförmigen Bereich des Graphen resultieren, während ein zu kleiner Schwellenwert dazu führen würde, die Wendepunkte im linearen Bereich des Graphen zu identifizieren, wo einige Punkte keine perfekte lineare Anordnung aufweisen können. Der Abstand zwischen den beiden Linien ergibt einen Deltawert der Schwelle. Der Wendepunkt auf der Kurve ist der Zeitpunkt, zu dem die Abweichung der Deformationskurve von der Regressionslinie größer als die Schwelle ist. Der Wendepunkt ist als t'inf in 13 gekennzeichnet. Ein Berechnungsalgorithmus wurde entwickelt, um den Wendepunkt auf dieser Art und Weise für jede verwendete Cutometer-Probe zu berechnen.
Beispiel 1
Unter Verwendung der hier beschriebenen Flächenberechnungen und Verfahren für die Identifizierung des Wendepunktes wurde eine Studie der Elastizität einer menschlichen Wangenhaut mit dem Cutometer durchgeführt. Die Studie umfasste 430 Probanden, sowohl männliche als auch weibliche, im Alter zwischen 20 und 70 Jahren. Die Probanden waren von kaukasischer, asiatischer oder spanischer Abstammung.
Die gesamte Hautelastizität (R_v + R_E)/R₀ der Anteil der elastischen Erholung der Haut R_E/R₀ und der Anteil der viskosen Erholung der Haut R_v/R₀ wurden aus den Cutometer-Kurven berechnet und dann in Abhängigkeit vom Alter des Teilnehmers aufgetragen. Wie in 14 gesehen werden kann, gibt es einen Trend in Richtung einer Abnahme der gesamten Hautelastizität mit zunehmendem Alter. Diese Abnahme kann der Abnahme in der elastischen Komponente der gesamten Elastizität zugeschrieben werden, weil die viskose Komponente keine erhebliche Änderung mit dem Alter zeigt. Diese Ergebnisse stehen im Einklang mit den veröffentlichten Ergebnissen von Studien der mechanischen Eigenschaft der Haut, die mit dem Instron an Kadaverhäuten durchgeführt wurde. Das Instron ist ein Spannungsmesser in Forschungsqualität, das in vielen technischen Bereichen verwendet wird. Klassisch wird es zur Messung der verschiedenen physikalischen und Materialeigenschaften eingesetzt. Siehe die Veröffentlichung von GP Seehra und FH Silver: ”Viscoelastic Properties of Acid- and Alkaline-Treated Human Dermis: and Correlation Between Total Surface Charge and Elastic Modulus.” Skin Research and Technology, 2006, 12(3), 190-198. Siehe auch die Veröffentlichung von FH Silver, GP Seehra, JW Freeman und D Devore: ”Viscoelastic Properties of Young and Old Human Dermis: A Proposed Molecular Mechanism for Elastic Energy Storage in Collagen and Elastin.” Journal of Applied Polymer Science, 2002, 86(8), 1978–1985.
Mit herkömmlichen, linearen Parameter anstatt der hier beschriebene Flächenanalyse, würden die Ergebnisse der Studie der menschlichen Hautelastizität, denen von 15 ähnlich sein. Die gesamte Elastizität (Ua/Uf) zeigte eine sinnvolle Entwicklung. Allerdings zeigte die reine Elastizität (Ur/Ue) und die relative Viskoelastizität (Ur/Ue) keine sinnvolle Entwicklung. Die Daten aus den linearen Parametern deuteten darauf hin, dass die Elastizität für eine Zeit während der mittleren Jahren eine Verbesserung zeigt und dann sinkt. Diese Ergebnisse stehen mit dem im Allgemeinen geltenden Verständnis des Alterungsprozesses der Haut im Widerspruch und können durch die Ungenauigkeiten des hier besprochenen Verfahrens erklärt werden.
16 zeigt die Verteilung der Wendepunkte für die Dehnungs-/Deformationskurve (links in 16) und die Erholungs-/Relaxationskurve (rechts in 16). Die mittleren Wendepunkte treten entsprechend bei 0.044 Sekunden und 0.067 Sekunden auf.
Beispiel 2
Ein Cutometer SEM575 (CK Electronic GmbH) mit einer Blendenöffnung von 2-Millimeter wurde in dieser Studie verwendet. Alle Messungen wurden im Labor unter kontrollierter Temperatur und Luftfeuchtigkeit durchgeführt (20–22°C, 45–50% relative Luftfeuchtigkeit). Bei der Verwendung von Modus 1 wurden die Messungen bei einem negativen Druck von 400 mbar durchgeführt, wobei die Ansaug- und Freigabezeiten auf jeweils 2 Sekunden gesetzt waren. Alle Messungen wurden im Labor unter kontrollierter Temperatur und Luftfeuchtigkeit durchgeführt (20–22°C, 45–50% relativer Luftfeuchtigkeit von 45–50%). In den Untersuchungen wurden zwei altershemmenden („anti-aging”) Cremes, Formeln Nr. 9295-04 und 9295-05, die jeweils eine spezielle Mischung von altershemmenden Wirkstoffen zur Steigerung der zellulären Energie, der DNA-Reparatur, der Antioxidationsmittel und der Kollagenerneuerung enthielten, verwendet. Die verwendeten altershemmenden Cremes beinhalten z. B. die Formeln, die in der am 11. Dezember 2006 eingereichten und hier in mittels Referenz beinhaltenten US-Patentanmeldung Nr. 11/636.889 und in der am 25. Januar 2007 eingereichten und hier in mittels Referenz beinhalteten US-Patentanmeldung Nr. 11/698.016 offen gelegt sind.
Die Studie wurde in zwei Teilen durchgeführt. In erstem Teil, wurden Messungen an den linken und rechten Unterarmen von 69 gesunden weiblichen Freiwilligen im Alter von 18 bis 60 Jahre alt, durchgeführt, um die Abhängigkeit der viskoelastischen Eigenschaften der Haut vom Alter zu ermitteln. Der zweite Teil der Studie wurde bei einer einzelnen Gruppe von 30 weiblichen Freiwilligen durchgeführt, die im Alter zwischen 45 und 60 Jahren alt waren. Die Freiwilligen wurden aufgefordert, zwei altershemmende Produkte anzuwenden, eins an jedem ihrer Unterarme, zweimal täglich für 6 Wochen. Cutometer-Messungen wurden an der Basislinie (Tag null) und nach einer sechswöchigen Behandlung aufgenommen. Die Daten wurden mit Hilfe der neuen viskoelastischen Parameter analysiert, unter Einbeziehung der Bestimmung des wahren Wendepunktes, wie hier beschrieben ist. Bestimmte fehlerhafte Daten wurden von der Berechnung ausgeschlossen.
Eine rückläufige Entwicklung wurde zwischen dem Alter und den viskoelastischen Parametern der Haut beobachtet. Die gesamte viskoelastische Erholung R/R₀ nimmt linear mit Zunahme des Alters ab, wie in 17 gezeigt ist. Da das Alter, wie es schien, nicht die viskose Erholung der Haut beeinflusst, obwohl einen sehr leicht rückläufige Entwicklung beobachtet wurde (19), wurde diese Abnahme direkt auf die lineare Abnahme (elastische Erholung) von R_E/R₀ mit dem Alter (18) zurückgeführt. Diese Trends stehen in Übereinstimmung mit den Ergebnissen unserer früheren Studien (Qu, D., Seehra, G. und Masotti, C., Novel Method to Evaluate Skin Viscoelastic Properties using Inflection and Area Analysis of Stress-Relaxation Measurement. 2006 U.S. Symposium of ISBS. Atlanta, GA, USA.; und Qu, D., Masotti, C. und Seehra, G. Effect of Age, Gender, Ethnicity and Sun-Exposure an the Viscoelastic Properties of Skin. 2006 SCC Annual Meeting. New York, NY, USA) und werden auch vom allgemeinem Verständnis über das Alter und die elastischen Eigenschaften der Haut gestützt.
Lineare Funktionen des Alters im Vergleich zu den beiden rückläufigen viskoelastischen Parametern wurden dann erstellt, um das mechanische Verhalten der Haut vorauszusagen. Diese Funktionen dienten als Standardkurven um die Quantifizierung der Wirksamkeit von altershemmenden Produkten zu unterstützen. Dafür haben wir die Freiwilligen in Gruppen nach dem gewichteten Durchschnittsalter angeordnet, um eine relativ gleichmäßige Verteilung der Bevölkerung in jeder Altersgruppe zu bekommen, wie in Tabelle 1 gezeigt ist. Die Werte von R/R₀ und von R_E/R₀ wurden in Abhängigkeit vom Alter aufgetragen, wie in 20 gezeigt ist. Wie durch die Werte von R² gezeigt ist, sind ausgezeichnete Korrelationen entstanden. Tabelle. 1. Alter der Probandengruppe und Anzahlverteilung

Durchschnittsalter, Jahre 21 26 32 39 50 56

Zahl 18 16 17 18 19 12
Im zweiten Teil der Studie, wurden Messungen mit dem Cutometer von den 30 Freiwilligen aufgenommen, deren Unterarme mit zwei altershemmenden Cremes behandelt worden waren. Die Parameter R/R₀ und R_E/R₀ wurden an der Basislinie (Tag null) und nach einer sechswöchigen Behandlung berechnet. Es wurden statistisch signifikante Verbesserungen in der gesamten viskoelastischen Erholung und der elastischen Erholung (p < 0,05) erreicht, um die Wirksamkeit der beiden altershemmenden Produkte, Formeln Nr. 9295-04 und 9295-05, zu bezeugen, wie es entsprechend in 21 und 22 gezeigt ist, wobei der farblose Balken R/R₀ darstellt und der schattierte Balken R_E/R₀ angibt. Es gab keinen signifikanten Unterschied in den viskoelastischen Eigenschaften zwischen der Benutzung der beiden Testprodukte. Ein wichtiger Punkt, den wir vermitteln möchten, besteht darin,, dass diese statistische Signifikanz nicht erreicht werden würde, wenn die neuen viskosen Parameter nicht verwendet worden wären.
Durch Verwendung der Basislinienmessungen von unterschiedlichen Altersgruppen, können wir eine ”Standardaltersstandardkurve” erstellen, die die durchschnittliche Viskoelastizität (oder Elastizität) gegenüber dem Alter darstellt, wie in
23 gezeigt ist. In einem zweiten Experiment können wir dann diese Kurve für die Einschätzung der Effizienz eines Produktes verwenden und sie wie folgt einer „X Jahre jünger”-Forderung zuordnen. Wir wählen eine Population mit bestimmtem Alter (z. B. Alter von 48 bis 52) aus, nehmen Basislinien-„Elastizitäts”-Messungen und berechnen den Durchschnitt der Daten, um einen Mittelwert zu ermitteln, der die Elastizität für dieses Durchschnittsalter darstellt. Bei derselben Population führen wir dann eine Produkteffizienzstudie durch, in der die Probanden das Produkt mit Dosierungsempfehlungen über eine bestimmte Dauer anwenden (z. B. 8 Wochen), und dann testen wir die „Elastizität” erneut (nach 8 Wochen). Wenn die aufgezeigte Elastizität um den Betrag, A auf der y–Achse zunimmt, können wir dann dieses Ergebnis mit einer, B-Verbesserung im Alter auf der x-Achse durch die vorher von uns erstellte „Standardalterskurve” korrelieren. Entsprechend der in 23 dargestellten Beispielkurve korreliert z. B. eine Verbesserung von 0,6 bis 0,65 in der Viskoelastizität mit einer Verbesserung von durchschnittlich 15 Jahren, d. h. 0,6 entspricht durchschnittlich 50 Jahre alter Haut und 0,65 entspricht durchschnittlich 35 Jahre alter Haut mit der Differenz von 15 Jahren.
Mit den oben eingeführten Standard-Alterselasitizitätskurven können wir nun die viskoelastischen Parameter der Haut vor und nach der Behandlung vergleichen und die Veränderungen in den mechanischen Eigenschaften auf einer Zeitskala quantitativ bestimmen. Zum Beispiel geben die viskoelastischen Parameter R/R₀ und R_E/R₀ die am Anfang der Studie ermitteln wurden, das wahre Alter des Freiwilligen wieder. Dieses Alter kann auf der in 20 dargestellten Alterselastizitätskurve gefunden werden. Nach einer sechswöchigen Behandlung mit einem altershemmenden Produkt, werden die Werte von R/R_o und R_E/R₀ erneut gemessen und erneut ein entsprechendes Alter auf der Standardkurve gefunden. Die Differenz zwischen diesen beiden berechneten Alterswerten gibt die Veränderungen in den viskoelastischen Eigenschaften der Haut im Vergleich zum Alter wieder und stellt eine quantitatives Maß der „Altershemmungs-Wirksamkeit des Testproduktes dar. In dieser Studie wurden die Parameter R/R₀ und R_E/R₀ für jeden der 30 Testfreiwilligen berechnet, und die Verteilungen der Altersdifferenz für jeden der viskoelastischen Parameter sind in den folgenden Histogrammen in 24 und 25 dargestellt. Es war deutlich zu sehen, dass die Produkte im Durchschnitt die mechanischen Eigenschaften der Haut verbessert haben, was erkennen lässt, dass das scheinbare Alter um viele Jahre jünger war als das wahre Alter des Freiwilligen. Die Verteilungsform in 24 und 25 zeigt, dass die Verschiebung im Alter größtenteils rund 15 Jahre auftritt.
Es ist bemerkenswert, dass das Maß der viskosen Erholung der Haut sich nicht viel mit dem Alter änderte. Die gleichen Ergebnisse wurden in den vorhergehenden Studien der menschlichen Wangenhaut von mehr als 400 Freiwilligen erhalten (Qu, D., Masotti, C. und Seehra, G. Effect of Age, Gender, Ethnicity and Sun-Exposure an the Viscoelastic Properties of Skin. 2006 SCC Annual Meeting. New York, NY, USA). Es stimmt auch mit einer früher berichteten ex-vivo Studie überein, (Seehra, G. und Silver, F. Viscoelastic properties of acid- and alkaline-treated human dermis: a correlation between total surface charge and elastic modulus. Skin Res. Technol., 12 (2006) 192–198).
Da die Fläche der viskosen Erholung (Fläche R_v in 2) genau genommen aus einer kombinierten Fläche der elastischen und viskosen Erholung besteht, ist der leicht rückläufige Trend jedoch tatsächlich sinnvoll. Es weist darauf hin, dass die elastische Komponente in dieser kombinierten Erholungsfläche sehr klein ist und die viskose Komponente diesen Bereich dominiert. In Bezug auf die Verteilung der berechneten Altersdifferenz (Jahre jünger) in 24 und 25 reagiert die Mehrheit der Freiwilligen im Bereich von 8 bis 17 Jahre, was ein sehr gutes Anzeichen der Genauigkeit ist, wenn man die normale Variabilität einer in vivo Messung der viskoelastischen Eigenschaften an biologischen Gegenständen bedenkt.
Die Verwendung der Begriffe „ein”, „eine”, „der”, „die” und „das” und ähnliche Bezugswörter sind im Rahmen der Beschreibung der Erfindung (insbesondere im Rahmen der folgenden Ansprüche) so auszulegen, dass sie den Singular und den Plural umfassen, es sei denn, dass hierin etwas anderes angegeben ist oder dass eindeutig durch Kontext widersprochen wird. Die Angabe von Wertebereichen hierin soll lediglich als Abkürzungsverfahren des individuellen Verweises auf jeden in den Bereich fallenden Wert dienen. Alle hierin beschriebenen Verfahren können in jeder geeigneten Reihenfolge durchgeführt werden, sofern hierin nicht anderes angegeben oder auf anderer Weise durch den Kontext deutlich widersprochen ist. Die Verwendung von irgendeinem und allen Beispielen oder hier vorgelegte Sprache (z. B. „wie” oder „zum Beispiel”) soll bloß die exemplarische Erfindung besser erläutern und stellt keine Beschränkung des Schutzbereiches der Erfindung dar, sofern nichts anderes behauptet wird. Keine Angabe in der Patentschrift soll so gedeutet werden, dass sie darauf hinweisen würde, dass ein nicht beanspruchtes Element wesentlich zum Ausführen der Erfindung ist.
Bevorzugte Ausführungsformen dieser Erfindung sind hierin beschrieben, darunter die beste Ausführungsform, die den Erfindern zum Ausführen der Erfindung bekannt ist. Durch Durchlesen der vorangehenden Beschreibung werden selbstverständlich Änderungen dieser bevorzugten Ausführungsformen dem Fachmann ersichtlich werden. Die Erfinder erwarten, dass qualifizierte Nutzer derartige Änderungen als geeignet anwenden, und die Erfinder haben vor, dass die Erfindung anders geübt werden kann als hier speziell beschrieben worden ist. Dementsprechend beinhaltet diese Erfindung alle Modifikationen und Äquivalente der in den hieran anhängenden Ansprüchen vorgetragenen Gegenstände, soweit sie nach geltendem Recht zulässig sind. Außerdem wird jede beliebige Kombination der oben beschriebenen Elemente in allen möglichen Änderungen von der Erfindung umfasst, sofern nicht anders hierin oder anderweitig angegeben ist.

Claims

Verfahren zur Bestimmung eines Hautelastizitätswertes für die Haut eines Individuums, das die folgenden Schritte umfasst: Anwendung eines negativen Drucks an eine Hautprobe einer Person und nachfolgende Freigabe des Drucks; Gewinnung einer Deformations- und einer Relaxationskurve von der Anwendung des negativen Drucks; Identifizierung eines Wendepunktes auf der Relaxationskurve; Identifizierung einer Fläche, die einer absoluten Erholung zugeordnet ist; Definierung einer Fläche, die der elastischen Erholung oberhalb des Wendepunktes und zeitlich später entlang der Relaxationskurve zugeordnet ist; Definierung einer Fläche, die der viskoelastischen Erholung unterhalb des Wendepunktes und zeitlich später entlang der Erholungskurve zugeordnet ist; und Berechnung eines Wertes, der einer elastischen Erholung oder einer viskoelastischen Erholung oder beiden zugeordnet ist.
Verfahren gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die elastische Erholung durch Division der der elastischen Erholung zugeordneten Fläche durch die der absoluten Erholung zugeordneten Fläche ermittelt wird.
Verfahren gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die viskoelastische Erholung durch Division der der viskoelastischen Erholung zugeordneten Fläche durch die der absoluten Erholung zugeordneten Fläche ermittelt wird.
Verfahren gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass es weiterhin die Schritte des Vergleichens eines Elastizitätswertes mit einer Datenbank bekannter mit dem Alter einer Person verglichener Elastizitätswerte und der Bestimmung des Alters der Person umfasst.
Verfahren gemäß Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Schritte zur Bestimmung des Alters der Person durch einen Datenbankvergleich, vor und dann nach Behandlung mit einem topisch oder oral verabreichten Mittel zur Verbesserung der Hautgesundheit durchgeführt werden.
Verfahren gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die der absoluten Erholung zugeordnete Fläche, als die Fläche definiert ist, die auf der linken Seite durch eine vertikale Entsprechung einer maximalen Hautdeformation begrenzt ist; die von oben durch eine horizontale Entsprechung der maximalen Hautdeformation begrenzt ist; und die von unten durch einen horizontalen Bezugspunkt zur Lage der Haut vor der Deformation begrenzt ist.
Verfahren gemäß Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die der absoluten Erholung zugeordnete Fläche, sowohl die der elastischen Erholung zugeordnete Fläche als auch die der viskoelastischen Erholung zugeordnete Fläche umfasst.