DE3433699A1

DE3433699A1 - Vorrichtung zur "in vivo" bestimmung visko-elastischer eigenschaften der haut

Info

Publication number: DE3433699A1
Application number: DE19843433699
Authority: DE
Inventors: Jean Claye Souilly De Rigal; Jean-Luc Le Raincy Leveque; Marie Jeanne Stains Losch; Laurent Thorigny S/Marne Rasseneur
Original assignee: LOreal SA
Current assignee: LOreal SA
Priority date: 1983-09-13
Filing date: 1984-09-13
Publication date: 1985-03-21
Also published as: JPS6085729A; GB2146771A; GB2146771B; FR2551873A1; GB8420956D0; FR2551873B1; US4682608A

Description

M/25 167 ς'

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur "in vivo" Bestimmung mindestens eines Visko-Elastizitäts-Parameters, beispielsweise des Koeffizienten der inneren Dämpfung und des Young-Moduls der Haut, insbesondere menschlicher

Haut.

Bekanntlich ist es sehr nützlich, wenn man bei der Untersuchung des Verhaltens der Haut und der Untersuchung von Verhaltensmodifikationen der Haut, insbesondere bei menschlicher Haut, vor oder nach einer Behandlung oder bei der Messung der Wirksamkeit kosmetischer Zubereitungen die visko-elastischen Eigenschaften der Haut bestimmen kann.

Aus der Französischen Patentschrift Nr. 2 435 029 ist

ein Verfahren zur Bestimmung mindestens eines mechanischen Merkmals von elastischem Material, insbesondere von dehnbarem Material geringer Härte bekannt.· Dieses Verfahren dient insbesondere zur Bestimmung elastischer 25

Eigenschaften, beispielsweise des Young-Moduls und des Koeffizienten der inneren Dämpfung bei biologischen ■ Materialien, beispielsweise der Haut, den Haaren, tierischem Haar, sowie pflanzlichen oder tierischen Fasern,

Kollagenfasern, sowie bei bestimmten, relativ weichen 30

Polymeren. Das Verfahren besteht darin, daß man einen Bereich des zu untersuchenden Materials einer ungedämpften Schwingung unterwirft, die Resonanzfrequenz des der . Schwingung unterworfenen Ganzen beobachtet, wobei das zu

„,- untersuchende Material so angeordnet ist, daß es das

Resonanzverhalten eines mechanischen Resonators verändert

M / 2 5 16 7 "

und anschließend aus der Veränderung des Resonanzphänomens mindestens eine elastische Eigenschaft des untersuchten Materials ableitet. Insbesondere besteht das in dieser Druckschrift beschriebene Verfahren darin, daß man den zu untersuchenden Bereich des Materials zwischen einem schwingenden Element und einem festgelegten Element anordnet, den Materialbereich einer ungedämpften Schwingung jQ parallel zum genannten Bereich unterwirft und dann die Resonanzfrequenz des der Schwingung unterworfenen Ganzen in Gegenwart und in Abwesenheit des zu untersuchenden Materials aufzeichnet, um daraus eine visko-elastische Eigenschaft des Materials abzuleiten. Bei einer ersten Ausführungsform handelt es sich bei dem Bereich des zu untersuchenden Materials, welches der Schwingung unterworfen wird, um einen Hautbereich, wobei die Messung "in vivo" erfolgt. Bei einer zweiten Ausführungsform des Verfahrens handelt es sich bei dem Bereich des zu untersuchenden Materials, welcher der Schwingung unterworfen wird, um eine Hautprobe, welche zwischen dem festen Element und dem schwingenden Element gehalten wird, wobei diese Messung "in vitro" erfolgt. Nach einer ersten Variante wird das Verfahren durchgeführt, indem man eine Frequenzablenkung (balayage de frequence) durchführt, um die Resonanzfrequenzen aufzuzeichnen, bei einer zweiten Variante, jedoch, erzeugt man durch "Lock-in" (bouclage) einen Autooscillator, welcher mit der Resonanzfrequenz schwingt. Die Druckschrift schlägt auch eine Vorrichtung vor, welche eine einfache Bestimmung des Young Moduls und/oder des Koeffizienten der inneren Dämpfung eines Materials, beispielsweise der Haut, erlaubt, indem man eine dynamische Arbeitsweise, welche Gegenstand der Druckschrift ist, anwendet und die visko-elastischen Eigenschäften aus dem mit der Vorrichtung erhaltenen Resonanzpeak ableitet. Wenn man den Young-Modul messen will,

M/25 167 ty

wird der zu untersuchende Materialbereich zwischen dem beweglichen Wagen und einem festen Punkt angeordnet, und die Resonanzfrequenzen der mechanischen Schwingung des beweglichen Wagens mit und ohne Interposition des zu tersuchenden Materialbereichs werden gemessen. Um die Resonanzfrequenz des beweglichen Wagens zu bestimmen, der gegebenenfalls mit einem zu untersuchenden Hautbereich verbunden ist, kann man mit Hilfe eines Generators für

variable Frequenz eine Frequenzablenkung vornehmen und die Schwingungsamplituden als Funktion der Frequenz aufzeichnen, um den Resonanzpeak zu bestimmen, dessen Spitze für die Resonanzfrequenz erhalten wird. Um die Messung

automatisch zu machen, wird auch vorgeschlagen, den be-15

weglichen Wagen mit einem elektronischen Schaltkreis zu verbinden, welcher über ein "Lock-in" (bouclage en retour) einen elektromagnetischen Autooszillator ergibt, wobei das Ganze dann automatisch mit der Resonanzfrequenz schwingt: Zur Durchführung weist der bewegliche Wagen eine elektromagnetische Spule auf, und die Schwingungsämplituden werden durch eine photoelektrische Zelle aufgezeichnet, deren Ausgangssignal nach dem Druchgang durch ein Verstärkersystem mit Verstärkungsregelung auf die Einspeisung der Spule gegeben wird.

Wenn man den Koeffizienten der inneren Dämpfung des zu untersuchenden Materials messen will, bestimmt man den Resonanzpeak, welcher der Schwingung des beweglichen Wagens entspricht, und man kann aus der Länge des Peaks in halber Höhe durch eine bekannte mathematische Beziehung den Wert des Koeffizienten der inneren Dämpfung ableiten.

Um diese verschiedenen Messungen durchzuführen, schlägt die vorstehende Druckschrift eine Vorrichtung vor, welche

M/25 167
1

die folgenden Elemente enthält:

Einen beweglichen Wagen, der in unbeweglicher Weise mit einem zu untersuchenden Hautbereich verbunden werden soll;

einen Träger, auf welchem ein elektromagnetischer Erreger angeordnet ist, welcher den beweglichen Wagen und den Hautbereich bezüglich des Trägers einer ungedämpften Schwingung unterwerfen soll, die im wesentlichen parallel zum Hautbereich erfolgt, mit welchem der bewegliche Wagen verbunden ist;

¹^ einen elektronischen Schaltkreis, welcher eine Vorrichtung zur Speisung des elektromagnetischen Erregers mit niederfrequentem Strom und einen Abstands-Sensor aufweist, welcher die Schwingungen des beweglichen Wagens anzeigt und ein Bildsignal dieser Schwingungen liefert;

und

eine Anzeige- und/oder Meßvorrichtung für die Entwicklung des Bildsignals als Funktion der Einspeisfrequenz des Erregers um die Resonanzfrequenz des der ungedämpften Schwingung unterworfenen Ganzen aufzuzeichnen und hieraus mindestens eine visko-elastische Eigenschaften der Haut abzuleiten.

Mit einer derartigen Vorrichtung läßt sich jedoch nur

eine "in vitro" Messung in vorteilhafter Weise durchführen, weil der Träger ein fest angeordnetes Gehäuse ist, welches den durch den Erreger bezüglich des Gehäuses in Schwingungen versetzten beweglichen Wagen trägt und einstückig mit einem Festlegeorgan für den zu untersuchen-

den Hautbereich verbunden ist und andererseits ein Haft-

M/25 166 X Q 34J3 6S9

M/25 167

organ aufweist, wobei der zu untersuchende Hautbereich zwischen dem Haftorgan und dem Festlegeorgan angeordnet

ist, was bedeutet, daß es sich bei dem zu untersuchenden b

Hautbereich um eine Hautprobe handelt, die zuvor dem Versuchsobjekt entnommen wurde.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung . _n zur Verfügung zu stellen, welche auf einfache Weise eine "in vivo" Durchführung des bekannten Meßverfahrens für viskoelastische Eigenschaften der Haut, insbesondere der menschlichen Haut, erlaubt.

,r Gegenstand der Erfindung ist somit eine Vorrichtung der zuvor genannten Art, welche dadurch gekennzeichnet ist, daß der Träger eine Haltevorrichtung ist, welche die Form eines nicht-magnetischen Rahmens hat, der über einen beidseitigen Haftstreifen unbeweglich mit der Haut verbunden werden kann und auf seiner Innenseite den der ungedämpften Schwingung unterworfenen Hautbereich begrenzt, daß der bewegliche Wagen eine Schwingmasse umfaßt, die im inneren des Rahmens auf einem beidseitigen Haftstreifen befestigt wird und die andere Seite des Haftstreifens auf der Haut befestigbar ist, wobei die Schwingmasse ein Plättchen aus einem magnetischen Material aufweist, welches in zusammenwirkender Stellung mit dem Erreger angeordnet ist, sobald die Haftstreifen auf der Haut und die Schwingmasse auf den Haftstreifen befestigt sind.

Mit dieser Vorrichtung lassen sich mit Hilfe des bekannten Schwingverfahrens die visko-elastischen Eigenschaften der menschlichen Haut bestimmen. Das erfolgt durch Schwingungen sehr geringer Amplitude parallel zu dem durch den Rahmen der Haltevorrichtung begrenzten Hautbereich, wodurch vorzugsweise die oberen Schichten der Haut erregt

M/25 166 ff o4ü3699

M/25 167 AO

werden, das heißt die Hornhaut. Die durch die Schwingmasse in Zusammenwirkung mit dem Plättchen aus magnetischem Metall und dem elektromagnetischen Erreger hervorgerufene mechanische Erregung wird durch die Schwingmasse und den Bereich des beidseitigen Haftstreifens, welcher an der Haut anhaftet und auf welchem die Schwingmasse haftet, auf den Hautbereich übertragen.

Nach einem Merkmal der Französischen Patentschrift 2 435 029 handelt es sich bei dem Abstands-Sensor vorzugsweise um einen opto-elektronischen Sensor. Nach einem Merkmal der vorliegenden Erfindung umfaßt jedoch dieser Sensor einen elektrolumineszenten Emitter und einen photo-

¹^ elektrischen Empfängar, welche von der Haltevorrichtung getragen werden, sowie um einen optischen Reflektor, welcher von der Schwingmasse getragen wird und den Lichtstrahl, welchen er vom elektroluminiszenten Emitter empfängt zum photoelektrischen Empfänger reflektiert, sobald er mit der Schwingmasse schwingt.

Diese Ausführungsform, bei der die wesentlichen Bestandteile des Sensors und die Ganzheit des elektromagnetischen Erregers, welche beide mindestens eine elektromagnetische Spule tragen, von der Haltevorrichtung getragen werden, ist insofern vorteilhaft, als das Gewicht des beweglichen Wagens und somit sein Trägheitsmoment auf minimale, brauchbare Werte beschränkt werden kann, was für ein

gutes Funktionieren der Vorrichtung förderlich ist. 30

Vorteilhaft ist der elektromagnetische Erreger zwischen dem Abstands-Sensor und der Haltevorrichtung angeordnet. Hierdurch wird eine Bearbeitung des Hautbereichs ermöglicht, der so weit wie möglich parallel zur Haltevorrich-35

tung gehalten wird.

M/25 166 Ψ

M/25 167 M

In einer einfachen Ausführungsform umfaßt die Schwingmasse eine Befestigungsplatte mit beidseitigem Haftstreifen und mindestens einem mit der Befestigungsplatte fest verbundenen Ständer oder Träger. Dieser Ständer trägt das Plättchen aus magnetischem Metall und den optischen Reflektor. Bei der Haltevorrichtung handelt es sich um einen rechtwinkligen Rahmen aus einer Legierung des "Dural"-Typs.

Nach den bekannten Merkmalen der zuvor genannten französischen Patentschrift wird die ungedämpfte Schwingung vorteilhaft durch einen Niederfrequenzgenerator mit Frequenzablenkung, welcher den Erreger über einen Niederfrequenzverstärker speist, frequenzgesteuert. Der optoelektronische Sensor überträgt das Bildsignal auf einen Wechselstromvoltmeter, und das Ausgangssignal des Niederfrequenzgenerators wird auf den Eingang eines Frequenz-

^^u Spannungswandlers übertragen, dessen Ausgangssignal, sowie das Ausgangssignal des Wechselstromvoltmeters von einer Zähl- oder Anzeigevorrichtung empfangen werden, welche die Amplitudenkurve der Schwingung des beweglichen Wagens als Funktion der Frequenz aufzeichnet, wodurch man den Resonanzpeak und somit - wie zuvor genau ausgeführt - die Resonanzfrequenz beim Maximumpunkt der Kurve und die Breite des Peaks in halber Höhe erhalten kann, um hieraus den Young Modul und den Koeffizienten der

inneren Dämpfung abzuleiten.
30

Nach einem erfindungsgemäßen Merkmal handelt es sich bei dem Niederfrequenzverstärker zur Speisung des Erregers um einen Impedanzadaptionsverstärker, und der optoelektronische Sensor liefert das Bildsignal an einen 35

Phasen-Lock-in-Verstärker, welcher auch ein Vergleichs-

M/2 5 16 7 A%

signal vom Niederfrequenzgenerator empfängt und dessen Ausgangssignal mit Hilfe eines Phasenmeßgeräts mit dem Ausgangssignal des Niederfrequenzgenerators verglichen wird, um die Phasenverschiebung zwischen der Erregung und den Verschiebungen des beweglichen Wagens und somit die Dämpfung der Haut zu bestimmen. Diese Ausführungsform ist insofern vorteilhaft, als sie eine synchrone Bestimmung erlaubt, wodurch die durch unzeitige Bewegungen der Versuchsperson hervorgerufenen Störungen vermieden werden und eine vollständige Untersuchung der viskoelastischen Eigenschaften der Haut möglich ist.

^ Falls man mit einer alleinigen Bestimmung der Resonanzfrequenz der Haut zufrieden ist, ist es nach einem bekannten Merkmal der genannten Französischen Patentschrift bevorzugt, eine Vorrichtung zu verwenden, welche durch "Lock-in" einen Autooszillator aufweist. Dieser wird

"²^ verwirklicht mit Hilfe eines Niederfrequenzverstärkers zur Speisung des elektromagnetischen Erregers und einer Anordnung zur automatischen Verstärkungsregelung, welche das vom opto-elektronischen Sensor abgegebene Signalbild empfängt, wobei das Ausgangssignal auf den Niederfrequenzverstärker übertragen wird, so daß der so gebildete "Lock-in" Schaltkreis durch die Wiedereinführung des vom Sensor abgegebenen Signals in den Erreger mit der Resonanzfrequenz schwingt.

Schließlich ist es bevorzugt, daß die Vorrichtung in den beiden zuvor genannten Ausführungsformen eine Frequenzmeßvorrichtung aufweist, welche die Frequenz der Stromquelle für den elektromagnetischen Erreger mißt.

Mit derartigen Vorrichtungen lassen sich die viskoelastischen Eigenschaften der menschlichen Haut "in vivo"

M/25 167

vor und nach einer Behandlung bestimmen, so daß eine Quantifizierung der Wirkung einer kosmetischen Zubereitung möglich erscheint.

Durch Variation der verschiedenen Funktionsparameter der Vorrichtung, beispielsweise der Amplitude der ungedämpften Schwingung, der Oberfläche der durch die Haltevorrichtung begrenzten Hautzone, die Masse des beweglichen Wagens, welche auf dem Versuchsobjekt in Schwingung versetzt wird, lassen sich auch mehr oder weniger tiefgehende Untersuchungen der Hautschichten durchführen.

Zur weiteren Erläuterung des Gegenstands der Erfindung sind nachstehend eine Ausführungsform sowie eine Variante der Erfindung, welche in den Zeichnungen dargestellt sind, besprochen.

In den Zeichnungen bedeuten:

Figur 1 eine teilweise geschnittene Seitenteilansicht

einer mechanischen Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Vorrichtung; . . 25

Figuren 2 und 3 ein synoptisches Schema des elektronischen Schaltkreises eines ersten und zweiten Beispiels für eine erfindungsgemäße Vorrichtung in der mechanischen Ausgestaltung gemäß Figur 1;

Figur 4 zwei experimentelle Kurven, welche die Schwingungsamplituden als Funktion der Frequenz vor

und nach einer Behandlung der Haut darstellen. 35

M/25 167

In Figur 1 sieht man, daß die Meßvorrichtung eine Haltevorrichtung 1 umfaßt, welche aus einem rechtwinkligen Rahmen mit quadratischem Querschnitt gebildet ist und aus einer Aluminiumlegierung des Typs "Dural" besteht, wobei der Rahmen flach aufliegt und auf der Oberfläche eines beidseitigen, rechtwinkligen Haftstreifens 2a mit gleicher Oberfläche wie der Rahmen 1 anhaftet. Der Rahmen 1 trägt über einen Träger 3, welcher mit dem rechtwinkligen Rahmen verbunden ist, einen elektromagnetischen Erreger 4, welcher als Arm nach der Innenseite des Rahmens gerichtet montiert ist und eine elektromagnetische Spule umfaßt, welche mit niederfrequentem Wechselstrom gespeist ¹^ wird und dessen Achse parallel zur Rahmenebene und senkrecht zu der Seite des Rahmens, welche den Erreger 4 trägt, sich erstreckt. Über dem Erreger trägt der Träger 3 ebenfalls als Arm nach der Innenseite des Rahmens hin gerichtet einen opto-elektronischen Sensor 5, welcher *® aus einem Lichtemitter, beispielsweise einer elektroluminiszenten Diode und einem photoelektrischen Empfänger, die nebeneinander angeordnet sind, besteht. Die Vorrichtung umfaßt auch einen beweglichen Wagen 6, der im Inneren des Rahmens 1 befestigt ist. Dieser bewegliche Wagen 6 ° besteht aus einer Schwingmasse, welche die Form einer Befestigungsplatte 7 aufweist, welche einen Ständer 8 trägt, der senkrecht zur Platte 7 angeordnet ist, einem Plättchen 9 aus einem magnetischen Metall und einem optischen Reflektor 10. Die Befestigungsplatte 7 ist rechtwinklig. Ihre Breite und Länge sind jeweils kleiner als die Breite und Länge der rechtwinkligen Oberfläche, welche durch die Innenkante des Rahmens 1 begrenzt ist. Das Plättchen 7 haftet über seine Innenseite an der Außenseite eines beidseitigen Haftstreifens 2, welcher dieselbe Fläche wie die Platte 7 aufweist. Das Plättchen 9 und der optische Reflektor 10 sind übereinander am Ständer 8

M/25 166
M/25 167

befestigt. Das Plättchen 9 ist bezüglich des elektromagnetischen Erregers 4 parallel zu seiner freien Außenseite angeordnet, und zwar in zusammenwirkender Stellung mit dem Erreger 4. Der optische Reflektor 10 ist bezüglich des opto-elektronischen Sensors 5 angeordnet, um die Lichtstrahlen, welche er empfangt und welche vom elektroluminiszenten Emitter emittiert werden, zum photoelektrisehen Empfänger zu reflektieren.

Sobald die ganze Anordnung über die beidseitigen Haftstreifen 2 und 2a auf der Haut befestigt ist, führt die Versorgung des Erregers 4 mit Wechselstrom zur Einleitung d_er Schwingungen geringer Amplitude des beweglichen Wagens und des im Inneren des Rahmens 1 begrenzten Hautbereichs, und zwar aufgrund der Anwesenheit des Plättchens 9 und der Verbindung der Platte 7 mit diesem Hautbereich über den Haftstreifen 2. Die Geschmeidigkeit dieser unbeweglichen Verbindung mit der Haut, sowie die relativen Stellungen des Plättchens 9 auf dem Ständer 8, sowie die relativen Positionen des Plättchens 9 auf dem Ständer 8, welcher senkrecht zur Befestigungsplatte 7 für die Haut angeordnet ist, sowie der Erreger 4 ermöglichen

^° es, den beweglichen Wagen 6 und den damit verbundenen Hautbereich einer bezüglich des Rahmens 1 ungedämpften Schwingung zu unterwerfen, welche im wesentlichen parallel zu diesem Hautbereich ist. Der opto-elektronische Sensor 5, welcher mit dem optischen Reflektor 10 zusammenwirkt,

erlaubt die Bestimmung der Frequenz und/oder Amplitude dieser Erregungen, welche dadurch, daß sie parallel zur Hautebene erfolgen, vorzugsweise die Erregung der oberflächlichen Hautschichten erlauben. Der Sensor 5 liefert ein Bildsignal der Schwingungen des beweglichen Wagens 6 und der Haut ohne daß die Funktion des Erregers 4 durch

M/25 167

die Gegenwart des Rahmens der Haltevorrichtung 1 gestört wird, da jene aus einem nicht-magnetischen Metall (Dural) geformt ist.

In einem ersten Beispiel für die Vorrichtung, dessen Gesamtschema in der Figur 2 dargestellt ist, umfaßt der mit der in Figur 1 dargestellten Anordnung verbundene elektronische Schaltkreis einen Niederfrequenzgenerator

11 mit Frequenzablenkung (Balyage des frequence) zwischen 0,2 Hz und 2 kHz, vorzugsweise zwischen 10 und 100 Hz, welcher den elektromagnetischen Erreger 4 über einen Impedanzadaptionsverstärker 12 speist, welcher die Adaption der Impedanz zwischen dem Ausgang mit hoher Impedanz des Generators 11 und dem Eingang mit niedriger Impedanz der elektromagnetischen Spule des Erregers 4 sicherstellt. Das vom Sensor 5 emittierte Wechselstromsignalbild wird auf einen Eingang des Phasen-Lock-in-Verstärkers 13 übertragen, welcher über einen zweiten Eingang ein Vergleichssignal empfängt, welches vom Niedrigfrequenzgenerator 11 stammt. Dieser Phasen-Lock-in-Verstärker 13 stellt die Verstärkung des Signals ausschließlich bezüglich der vom Niederfrequenzgenerator 11 ausgesandten Frequenz sicher, so. daß auf der Haut, auf welcher die Vorrichtung aufgebracht ist, eine synchrone Bestimmung möglich ist und Störungen aufgrund unvermittelter Bewegungen des Versuchsobjektes vermieden werden. Ein erster Ausgang des Phasen-Lock-in-Verstärkers 13 ist mit einem Eingang ^® eines Phasenmeßgerätes 14 verbunden, dessen anderer Eingang das Ausgangssignal des Niederfrequenzgenerators 11 empfängt. Das Phasenmeßgerät 14 erlaubt auf diese Weise die Messung der Phasenverschiebung zwischen der Erregung und der Verschiebung des mobilen Wagens 6 und somit die Berechnung der Dämpfung durch die Haut. Parallel hierzu ist ein zweiter Ausgang des Phasen-Lock-in-Verstärkers 13

M/25 167
1

mit einem Wechselstromvoltmeter 15 verbunden, dessen Ausgang mit einer Anzeigevorrichtung 16 verbunden ist, welche in einem zweiten Eingang das Ausgangssignal eines Frequenz-Spannungs-Wandlers 17 empfängt, dessen Eingang das Ausgangssignal des Niederfrequenzgenerators 11 empfängt. Die Anzeigevorrichtung 16 zeichnet die die Schwingungsamplitude des beweglichen Wagens 6 angebende Kurve als Funktion der Erregungsfrequenz. Diese Kurve erlaubt die Gewinnung mehrerer Parameter, insbesondere der Resonanzfrequenz, welche der Spitzenfrequenz des Resonanzpeaks dieser Kurve entspricht, sowie die Breite des Resonanzpeaks bei halber Höhe, wobei diese zwei Daten die Berechnung des Young Moduls und die Berechnung des Koeffizienten der inneren Dämpfung erlauben, wie bereits zuvor erwähnt.

Dieses erste Beispiel für eine Vorrichtung erlaubt somit *® eine relativ komplette Untersuchung der visko-elastischen Eigenschaften der Haut, und zwar aufgrund der Frequenzlenkung der ungedämpften Schwingung.

Schließlich erlaubt eine Frequenzmeßvorrichtung 18, welche mit dem Ausgang des Niederfrequenzgenerators 11 verbunden ist, eine Steuerung der Frequenzablenkung, welche durch Letztere gewährleistet ist.

Falls man lediglich die Resonanzfrequenz bestimmen will,

um den Young Modul zu berechnen, kann man die Vorrichtung verwenden, deren schematische Darstellung in Figur 3 aufgezeigt ist. Bei dieser Vorrichtung umfaßt der elektronische Schaltkreis einen Niederfrequenzverstärker 19 zur Speisung des Erregers 4. Der Sensor 5 überträgt sein

Ausgangssignal, bei dem es sich um ein Signalbild der

M/25 166
M/25 167

Schwingfrequenz des beweglichen Wagens 6 handelt, auf eine automatische Verstärkungsregelung 20. Diese Verstärg kungsregelung 20, deren Ausgangssignal auf eine Frequenzmeßvorrichtung 21 übertragen wird, ist auch mit dem Niederfrequenzverstärker 19 verbunden, in welchem das vom Sensor 5 ausgesandte Signal wieder eingegeben wird, um den Erreger 4 zu speisen. Auf diese Weise erhält man jQ einen "Lock-in" Autooszillator-Schaltkreis, welcher mit' der Resonanzfrequenz schwingt, welche auf der Frequenzmeßvorrichtung 21 abgelesen werden kann.

Ein Beispiel zur Anwendung dieser Vorrichtung, welche ihre Möglichkeiten aufzeigt, ist nachstehend unter Bezugnahme auf die Figur A beschrieben, welche die Meßkurven der Resonanz der menschlichen Haut unter der Wirkung einer Behandlung mit destilliertem Wasser (pH = 7) darstellt.

Das Experiment wurde auf der Innenseite des Unterarms eines männlichen 30-jährigen Subjekts durchgeführt. Eine erste Messung (Kurve\22) der Amplitude als Funktion der Frequenz wurde mit Hilfe einer Vorrichtung nach den Figuren 1 und 2 nach der Behandlung durchgeführt, welche mit einem beweglichen Wagen 7 mit einem Gewicht von 7 g versehen war. Anschließend wurden zwei Kubikzentimeter destilliertes Wasser zwei Stunden lang auf die betreffende Hautpartie der Innenseite des Unterarms des Versuchsobjekts angewendet. Am Ende dieses Zeitabschnitts wurde Uberschußwasser abgenommen, und eine zweite Messung der Kurve der Amplitude als Funktion der Frequenz (Kurve 23) wurde mit Hilfe derselben Vorrichtung fünfzehn Minuten nach der Behandlung durchgeführt.

M/25 166 M/25 167

Durch Interpretation dieser Kurven 22 und 23 war es möglich, die folgende Tabelle aufzustellen, welche die Wirkungen einer Applikation von destilliertem Wasser hinsichtlich der visko-elastischen Eigenschaften der menschlichen Haut "in vivo" betrifft.

	Resonanz frequenz	Dämpfung	Resonanzampli tude (quadrati sches Mittel)
Vor der Behand- Lung 15 Min. nach der Behandlung	60 Hz 52 Hz	0,208 0,212	0,127 V 0,14 V

Der Einfluß von destilliertem Wasser auf die viskoelastischen Eigenschaften der Haut wird durch die Verschiebung der Resonanzfrequenz, sowie durch die Veränderung der Dämpfung und der Resonanzamplitude gezeigt. Diese Parameter erlauben eine Quantifizierung der Wirksamkeit der Behandlung.

Wenn man von neuem"die Kurven 22 und 23 betrachtet, so kann man auch die Anwesenheit von sekundären Peaks feststellen, welche als Schultern auf dem Hauptresonanzpeak auftreten.

Die Wirksamkeit einer kosmetischen Behandlung für die menschliche Haut kann somit aufgrund der "in vivo" Bestimmung verschiedener physikalischer Parameter mit Hilfe der erfindungsgemäßen Vorrichtung bestimmt werden, wodurch die Wirksamkeit von Produkten hinsichtlich der Elastizität oder der Viskosität der menschlichen Haut gezeigt werden kann.

166 TTr

M/25 1

Die zuvor beschriebenen Vorrichtungen können in jeglicher Weise modifiziert werden, ohne den Rahmen der Erfindung 5 zu verlassen.

ΙΑ

Leerseite

Claims

M/25 167 1 Patentansprüche

1. Vorrichtung zur "in vivo" Bestimmung mindestens einer visko-elastischen Eigenschaft der Haut, insbesondere des Young-Moduls oder des Koeffizienten der inneren Dämpfung, mit einem beweglichen Wagen (6) zur unbeweglichen Festlegung auf einem Hautbereich; einem Träger (1,3) mit einem elektromagnetischen Erreger (4) der dazu bestimmt ist, den beweglichen Wagen (6) und einen Hautbereich bezüglich des Trägers (1,3) und im wesentlichen parallel zum Hautbereich mit dem der bewegliche Wagen (6) verbunden ist, einer ungedämpften Schwingung zu unterwerfen; einem elektronischen Schaltkreis mit einer Niederfrequenz-Stromquelle (11,12,19, 20) für den elektromagnetischen Erreger (A.) und einem Abstands-Sensor (5), welcher die Schwingungen des beweglichen Wagens (6) bestimmt und ein Bildsignal dieser Schwingungen liefert; einer Anzeige - und/oder Zählvorrichtung (14,16,21) für die Entwicklung des Bildsignals als Funktion der Eingabefrequenz des Erregers (4) zur Bestimmung der Resonanzfrequenz des Ganzen bei ungedämpfter Schwingung sowie zur Ableitung mindestens einer visko-elastischen Eigenschaft der Haut,

dadurch gekennzeichnet ,daß der Träger eine Haltevorrichtung (1) ist, welche die Form eines nicht-magnetischen Rahmens hat, der

M/25 167

über einen beidseitig haftenden Streifen (2a) unbeweglich mit der Haut verbunden werden kann und innerhalb des Rahmens den dar ungedämpften Schwingung unterworfenen Hautbereich begrenzt, daß der bewegliche Wagen (6) eine Schwingmasse (7,8) umfaßt, die innerhalb des Rahmens (1) auf einem beidseitig haftenden Streifen (2) befestigt wird und die andere Seite des Haftstreifens (2) auf der Haut befestigbar ist, wobei die Schwing_n masse (7,8) ein Plättchen aus einem magnetischen

Material aufweist, welches in zusammenwirkender Stellung mit dem Erreger (4) angeordnet ist, sobald die Haftstreifen (2,2a) auf der Haut und die Haltevorrichtung (1) und die Schwingmasse (7,8) auf dem Haftstreijg fen (2,2a) befestigt sind.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, bei der der Abstands-Sensor (5) ein opto-elektronischer Sensor ist, dadurch gekennzeichnet, daß der Sensor einen elektrolumineszenten Emitter und einen photoelektrischen Empfänger, der von der Haltevorrichtung getragen ist, sowie einen optischen Reflektor (10) aufweist, der von der Schwingmasse (7,8) getragen ist und den vom elektroluminszenten Emitter empfangenen Lichtstrahl zum photoelektrischen Empfänger reflektiert, sobald er mit der Schwingmasse (7,8) schwingt.

3. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der elektromagnetische Erreger (4) zwischen dem Äfostands-Sensor (5) und der Haltevorrichtung (1) angeordnet ist.

4. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Schwingmasse eine Befestigungsplatte (7) mit einem beidseitigen Haftstreifen (2) und mindestens einen Ständer (8) umfaßt, wobei der

M/25 166 3 o4o3699

M/25 167

Ständer (8) einstückig mit der Befestigungsplatte (7) ist und das Plättchen (9) aus magnetischem Material ρ- und gegebenenfalls den optischen Reflektor (10) trägt.

5. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Haltevorrichtung (1) ein rechtwinkliger Rahmen aus nicht-magnetischer Aluminiumle-

-^q gierung ist.

6. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß der elektronische Schaltkreis

ein Niederfrequenzgenerator (11) mit Frequenzablenkung IQ aufweist, welcher den elektromagnetischen Erreger (4) über einen Impedanzadaptionsverstärker (12) speist und daß der Abstands-Sensor (5) das Bildsignal an einen Phasen-Lock-in-Verstärker (13) überträgt, der auch ein Vergleichssignal vom Niederfrequenzgenerator (H) empfängt, und dessen Ausgangssignal über einen Phasenmesser (14) mit dem Ausgangssignal des Niederfrequenzgenerators (11) verglichen wird.

7. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Abstands-Sensor (5) das Bildsignal auf ein Wechselstromvoltmeter (15) überträgt, das Ausgangssignal des Niederfrequenzgenerators (11) auf den Eingang eines Frequenz-Spannungs-Konverters (17) übertragen wird, dessen Ausgangssignal ebenso wie das Ausgangssignal des Wechselstromvoltmeters (15) von einem Zähler (16) empfangen werden, welcher die Amplitudenkurve als Funktion der Frequenz liefert,

8. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Niederfrequenzgenerator (11) eine Frequenzablenkung zwischen 0,2 Hz und 2 kHz liefert.

M/25 166 A 34 JOD

M/25 167

9. Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß der Niederfrequenzgenerator (11) eine Frequenzablenkung zwischen 10 und 100 Hz liefert.

10. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß der elektronische Schaltkreis einen Niederfrequenzverstärker (19) zur Speisung des elektromagnetischen Erregers (4) aufweist, daß der Abstands-Sensor (5) ein Bildsignal der Schwingfrequenz des beweglichen Wagens (6) auf eine Vorrichtung zur automatischen Verstärkungsregelung (20) überträgt, deren Ausgangssignal auf den Eingang des Niederfrequenzverstärkers (19) übertragen wird um so durch "Look-in" einen mit der Resonanzfrequenz schwingenden Autooszillator zu erzeugen.

11. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß sie eine Frequenzmeßvorrichtung (18,21) umfaßt, welche die Frequenz der Stromquelle für den elektromagnetischen Erreger (4) mißt.