JP2010227571A - 皮膚紅斑の測定方法 - Google Patents

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Abstract

【課題】皮膚紅斑を測定するための方法を提供する。特に、裸眼でははっきりと見えない場合であっても、紅斑の予防及び/又は減少を目的としたスキンケア製品の有効性を示すことが可能な装置を提供する。
【解決手段】デジタル画像を利用して、白色較正標準に対する赤、緑、及び青のチャネルについての強度中央値を同定し、すべての画素について、画像のそれぞれの画素の赤、緑、及び青の強度値によって得られる皮膚反射率値を、白色標準値の比率の対数を計算することによって、吸光度値に計算する。すべての画素について、緑チャネルの吸光度値から、赤チャネルの吸光度値を差し引くことと、青チャネルの吸光度値から、赤チャネルの吸光度値を差し引く。それらの比率を計算し、比率の強度マップを構築することにより皮膚紅斑を測定する。
【選択図】図1

Description

開示の内容
〔発明の背景〕
1.発明の技術分野
本発明の方法は、皮膚紅斑の測定方法に関する。本発明の方法では、安価なデジタルカメラで取得できる従来の写真のデジタル画像解析を利用する。この方法は、たとえ紅斑が裸眼では顕著でない場合であっても、紅斑の予防及び/又は減少を目的としたスキンケア製品の有効性を示すのに有効である。
2.先行技術の説明
皮膚の炎症はしばしば、皮膚の発赤(紅斑)として現われる。紅斑はしばしば、おむつかぶれ、ニキビ、皮膚炎、湿疹及び他の皮膚状態に関連する。多くのスキンケア製品は、炎症の予防(例として日焼け止め剤)、又は炎症の低減(例としておむつかぶれ用軟膏)のために設計される。このようなスキンケア製品の使用後であっても顕著な皮膚炎症が存在することがあるが、裸眼でははっきりと見えないことがある。多くの場合、このような炎症に悩む患者は、そのような製品を使用した後も炎症及び刺激が依然として存在すると訴えることができるが、乳児、又は意思を伝えられない人は、治療にも関わらず症状を我慢し続けることになり得る。したがって、このようなスキンケア製品の有効性を、より正確に示すことができる方法に対するニーズが存在する。
皮膚紅斑は主に、血管拡張と、ヘモグロビン濃度の局所的増大によって生じる。皮膚のヘモグロビン濃度は、いくつかの方法を用いて評価することができる。
ヘモグロビンを解析するためにクロマメーターが利用されている。クロマメーターからは、色評価の標準パラメーターL、a、bの値が得られ、このaが「赤い」要素の指標として用いられ、したがって、これが皮膚紅斑に関連する。
分光光度計が、拡散反射分光法に基づいたヘモグロビン解析のための方法に使用されており、これにより、皮膚から反射した光が集められ、スペクトル構成要素として解析される。スペクトル解析アルゴリズムを用いて、オキシヘモグロビン及びデオキシヘモグロビン(紅斑に関係する)を含む発色団の濃度が計算されている。メグザメーター(Mexameter)などのさまざまな光反射装置も、紅斑の指標を与えるものとして知られている。
スペクトル撮像は、スペクトル情報と二次元の空間情報とを組み合わせ、オキシヘモグロビン及びデオキシヘモグロビンを含む発色団の濃度に対応する強度マップを計算する方法である。皮膚のデジタルカラー画像の解析は、ヘモグロビンの解析にも利用されている。
上記の方法はどれも、炎症を起こしている皮膚状態の治療を確実に行うために必要とされる程度まで炎症の測定を行う能力において、欠陥を有している。反射率による方法では、点での測定値のみが得られ、この方法とともに使用されるプローブの大きさによって制限される。スペクトル撮像はヘモグロビン濃度をマッピングする最も正確な方法であるが、専用の高価な装置を必要とする。デジタル画像解析を用いる方法は、紅斑の認知に寄与する全ての光学的皮膚パラメーターを適切に考慮に入れているものではない。したがって、皮膚紅斑の測定のための方法に対するニーズが依然として存在する。
〔発明の概要〕
本発明の方法は、次の手順を含む、皮膚紅斑を測定するための方法を提供するものである:a)直交偏光条件で、皮膚のデジタル画像を、その画像の視野内に含まれる白色較正標準とともに、取得することと、b)白色較正標準に対する赤、緑、及び青のチャネルについての強度中央値を同定することと、c)皮膚を表わすすべての画素について、画像のそれぞれの画素の赤、緑、及び青の強度値によって得られる皮膚反射率値を、白色標準値の比率の対数を計算することによって、吸光度値に計算すること、即ち、皮膚反射率値で割られたチャネルそれぞれ(赤、緑、青)に対する白色標準の画素強度を計算すること、即ち、赤、緑及び青のチャネルそれぞれの対応するチャネル(赤、緑、青)における画素強度値を別々計算することであって、吸光度=
log(Iwhite(red,green,blue)/Iskin(red,green,blue)
である、換算をすることと、d)皮膚を表わすすべての画素について、緑チャネルの吸光度値から、赤チャネルの吸光度値を差し引く:(Abs(green)−Abs(red))ことと、e)皮膚を表わすすべての画素について、青チャネルの吸光度値から、赤チャネルの吸光度値を差し引く:(Abs(blue)−Abs(red))ことと、f)手順(d)で算出された値を、手順(e)で算出された値で割った比率を計算する:(比率=(Abs(green)−Abs(red))/(Abs(blue)−Abs(red)))ことと、g)手順(f)で算出された比率の強度マップを構築すること。
本発明の方法は更に、スキンケア製品の有効性を示すための方法を提供し、これには、上述の方法により皮膚の領域のデジタル画像を撮影して皮膚を解析することと、効果を発揮する時間にわたって、スキンケア製品を皮膚の同じ領域に塗布することと、後で、上述の方法により皮膚の領域のその後のデジタル画像を撮影して皮膚を解析することと、画像の強度マップを比較して皮膚の紅斑の減少を示すこととが含まれる。第一の画像撮影と第二の画像撮影との間の時間は、評価対象の治療又は効果に応じて変えることができる。例えば、保湿剤又は抗炎症剤の有効性は、数分単位又は数時間単位の短時間以内に証明することが可能である。しかしながら、アレルギー反応、接触皮膚炎、ニキビなどの皮膚状態を改善する長期的な活性成分の有効性は、数日、数週間又は数ヶ月といった長期間にわたって証明することができる。
本発明の方法は更に、スキンケア製品のマイルドさを示すための方法を提供し、これには、上述の方法により皮膚の領域のデジタル画像を撮影して皮膚を解析することと、効果を発揮する時間にわたって、スキンケア製品を皮膚の同じ領域に塗布することと、上述の方法により皮膚の領域のその後のデジタル画像を撮影して皮膚を解析することと、画像の強度マップを比較して皮膚の紅斑に増加がないこととを示すことが含まれる。
皮膚の画像から、画像のそれぞれの領域に対応するヒストグラムへの変換。 何人かの被験者の皮膚において紅斑強度の平均的増加を示すグラフ。 被験者の皮膚の写真。 図3で撮影された皮膚の紅斑強度マップ。 被験者の皮膚の写真。 図5で撮影された皮膚の紅斑強度マップ。 被験者の顔の皮膚の紅斑強度マップ。 図7の紅斑強度マップのカラーマップ。
〔好適な実施形態の詳細な説明〕
本発明の方法には、さまざまなタイプのカメラが使用できる。そのようなカメラの例には、標準35mmカメラ、インスタント現像フィルムを用いたカメラ(例えばポラロイド社(Polaroid Corporation)(米国マサチューセッツ州ケンブリッジ(Cambridge))から市販されているもの)、及びデジタルカメラが挙げられるが、これらに限定されるものではない。好ましくは、対象物を撮影した画像に対する迅速なアクセスを提供できることから、デジタルカメラが使用される。また、デジタルカメラの使用により、大型モニター上に画像を表示させることができ、特に関心のある皮膚部分(例えば、顔の部分)を被験者が容易に拡大することができ、更に、被験者が画像を検討したときに気付いた懸念に対処するための製品に関する提案も含み得る報告書に、この画像を印刷することができる。好適なデジタルカメラの例としては、少なくとも100万画素、好ましくは少なくとも400万画素の画像を撮影するものが挙げられるが、これらに限定されるものではない。このようなデジタルカメラの例としては、ニコン(Nikon)D1X(ニコン(日本・東京))及びフジ(Fuji)S1(フジ(日本・東京))が挙げられるが、これらに限定されるものではない。
本明細書に使用される下記の用語は、それぞれ下記に帰する意味を有する。
「直交偏光条件」:光源の前にある第一偏光フィルターとカメラレンズの前にある第二偏光フィルターとを含み、これら2枚のフィルターの有する偏光軸が互いに直交している撮像条件。
「白色較正標準」:特定の%反射率(例えば80%)に対応する均一な白色のカード。
「強度中央値」:画像内の関心領域に対応する画素群の強度値の算出中央値。
「皮膚反射率値」:皮膚に対応する画像内の関心領域の画素強度値。
「吸光度値」:次の式で定義される光の吸光度:吸光度=log{(白色標準板の反射率)/(関心対象の反射率)}。
1つの実施形態において、本発明の方法には、対象物の偏光写真を撮影する手順が含まれる。「偏光写真」という語は、対象物の写真が(i)偏光フィルターを通して光を放射する光源を用い、かつ/又は(ii)カメラレンズに入る前又は後に光にフィルターをかける偏光フィルターを通して撮影されることを意味する。
1つの実施形態において、カメラ及び1つ以上(好ましくは2つ)のフラッシュ装置が、撮影する被験者の皮膚とほぼ同じ平面上にあり、このフラッシュ装置は、それぞれのフラッシュ装置、被験者の皮膚、及びカメラのなす角度が約35〜55度、例えば約45度になるように配置される。1つの実施形態において、1枚の偏光フィルターがそれぞれのフラッシュ装置の前に配置される。「偏光フィルター」という語は、入射光にフィルターをかけ、偏光した光だけを実質的に放射するフィルターを意味する。本明細書で使用される「実質的」という語は、少なくとも75パーセント、好ましくは90パーセント、最も好ましくは少なくとも95パーセントを意味する。偏光フィルターの例としては、偏光板(エドマンド・サイエンティフィック(Edmund Scientific)(米国ニュージャージー州バリントン(Barrington))から発売されているものなど)、偏光プリズム(グラン・トムソン(Glan Thomson)偏光プリズムなど)、又は偏光反射板(ブリュースター角近くで光を反射する)が挙げられるが、これらに限定されるものではない。偏光フィルターは直線偏光フィルター又は円偏光フィルターのいずれでもよい。
本発明の方法の別の実施形態において、光ディフューザーがフラッシュ装置と偏光フィルターとの間に配置される。
本発明の方法の更に別の実施形態において、直線偏光フィルターが光源の位置に使用され、その直線偏光フィルターは、光源、被験者の皮膚、及びカメラがなす平面に対して放射光の電界がほぼ垂直(直交)になるように配置される。
本発明の方法の別の実施形態において、フラッシュ装置は、カメラと被験者の皮膚の上の垂直面上に配置され、これにより、フラッシュ装置、被験者の皮膚、及びカメラがなす角度は約35〜55度になり、好ましくは約45度になる。フラッシュ装置は、伝達電界が垂直方向(例えば、平面に対して平行)な状態で配置されている直線偏光フィルターでフィルターをかけられる。この配置において、皮膚からの表面グレアが最小限に抑えられ、これにより、紅斑(発赤)、血管、及び色素沈着などの皮膚の表面下の特徴を増強する。
本発明の方法の1つの実施形態において、偏光フィルターを通して光を放射する光源を用いて、また、カメラレンズに入る前又は後に光をフィルターする偏光フィルターを通して、被験者の写真が撮影される。偏光フィルターが互いに垂直に配列(例えば、一方が水平でもう一方が垂直)されているとき、紅斑、色素沈着、血管、及び毛髪などの皮膚の表面下の特徴が視覚的に増強され、表面の正反射(グレア)が排除される。
画像解析には次の事項が必要となる:a)直交偏光条件で、皮膚のデジタル画像を、画像の視野内に含まれる白色較正標準とともに、取得することと、b)白色標準に対する赤、緑、及び青のチャネルについての強度中央値を同定することと、c)皮膚を表わすすべての画素について、画像のそれぞれの画素の赤、緑、及び青の強度値によって得られる皮膚反射率値を、赤、緑、及び青のチャネルそれぞれにおける皮膚反射率値で別々に割られた白色標準値の比率の対数をとることによって、吸光度値に計算することであって、吸光度=log(Iwhite(red,green,blue)/Iskin(red,green,blue))
である、計算することと、d)皮膚を表わすすべての画素について、緑チャネルの吸光度値から、赤チャネルの吸光度値を差し引くことと、e)皮膚を表わすすべての画素について、青チャネルの吸光度値から、赤チャネルの吸光度値を差し引くことと、f)手順(d)で算出された値を、手順(e)で算出された値で割った比率を計算することと、g)手順(f)で算出された比率の強度マップを構築すること。
1つの実施形態において、この構築された紅斑強度マップは、グレースケールの強度画像として表わすことができる。別の実施形態において、一方の側にグレースケール強度、もう一方の側に色を投影して関連付けた表であるカラーマップを使用することができ、ここにおいてそれぞれの強度値が色によって表わされる。カラーマップを使用して、紅斑強度の特定の範囲に対応する特徴を増強することができる(実施例5を参照)。このようにして、グレースケール画像を「擬似色」として投影し、カラーマップ内の色シーケンスを選択して、特定のグレースケール範囲に対応する特徴の外見を増強することができる。
この方法は、抗炎症スキンケア製品の有効性、又はスキンケア製品のマイルドさを他者に示すことができ、紅斑の測定に有用である。本明細書で用いるスキンケア製品という語には、クリーム、ローション、軟膏、溶液など、洗浄剤、保湿剤、日焼け止め剤、しわ予防組成物、かゆみ止め組成物、抗炎症性組成物、皮膚色素沈着製品、又は抗ニキビ製品として使用されることを意図したものが挙げられるが、これらに限定されるものではない。例えば、抗炎性クリームの塗布前及び塗布後に画像を撮影できる。この画像により、消費者が、炎症に関係する紅斑の減少を目で見ることができる。
同様に、製品が紅斑を十分に減少させる効果がない場合、本発明の方法はそのことを示し、治療が有効かどうかを判定するのを支援する。下記の実施例は、本発明の方法を説明するために提示されるものであり、限定するものではない。
実施例1:抗炎症活性成分の有効性
70%エタノール/30%プロピレングリコール基剤中の3つの天然抽出物(A=4%ジャスミン抽出物/3%ヒマワリ抽出物、B=2%ジャスミン抽出物/2%ヒマワリ抽出物、及びC=1%シマトリックス(Symatrix))の抗炎症活性が、基剤単独の場合と比較して評価された。6名のボランティアの背中で、4つの矩形領域に対し、試験製剤(A、B、C、プラシーボ)のいずれか1つが塗布された。次に、それぞれの矩形内の3つの小さな円形領域に、0.5、1、及び1.5MEDに対応する線量の中波長(UVB)紫外線を照射した。照射から1日後に、画像が撮影された。この画像を、本発明の方法(及び関連アルゴリズム)を用いて変換し、紅斑強度マップを作成した。印をつけた皮膚領域に、円形の関心領域が描かれ、その紅斑強度の平均値、標準偏差、及び中央値が、それぞれの領域に対応する強度ヒストグラムから算出された(図1)。被験者6名全員について、紅斑強度の平均増加が算出された(図2)。この結果、本発明の方法によって、抗炎症活性及び日焼け防止に関し、試験された物質の中で最も効果があるものを明らかにできることが示されている。
実施例2:保湿剤の鎮静効果
皮膚バリヤを侵害する処置の後、皮膚炎症の治療に対する2つの保湿剤(A及びB)の効果を評価する研究が実施された。ボランティアの前腕の手のひら側の3つの部位に、10本のテープの縞をつくった後、5%SLS(ラウリル硫酸ナトリウム)溶液0.16mLで処置し、2時間密閉状態にした。パッチを除去した後、指定された皮膚部位に試験物質を塗布し(2μL/cm)、一方の部位は未処置のままにした。以降4日間、試験物質を対象の部位に毎日塗布した。研究期間中、画像が毎日撮影された。図3の実施例は、3日目のボランティアの腕の写真を示す。紅斑がこの部位に明らかに生じている。しかしながら、この画像を観察しただけでは、程度によって部位の定量化を行うこと、つまり紅斑を定量的に評価することは不可能である。
次にこの画像が、本発明の方法によって解析され、その結果得られた紅斑強度マップが図4に示されている。紅斑強度の平均値、標準偏差、及び中央値を、それぞれの部位について計算することができる。この実施例では、部位の左から右へ順にそれぞれ、紅斑指数130(保湿剤A)、132(保湿剤B)、及び134(未処置)を示し、周辺の皮膚の値は119を示している。この実施例では、本発明の方法を使用することによって、紅斑の減少という観点から保湿剤を区別でき、最も効果があるものを明らかにできることが示されている。
実施例3:洗浄剤のマイルドさのレベル
洗浄剤(ジョンソン(Johnson’s)(登録商標)ヘッド・トゥー・トウ・ベイビー・ウォッシュ(Head-to-Toe Baby Wash)、ジョンソン・エンド・ジョンソン・コンシューマー・カンパニー社(Johnson & Johnson Consumer Companies, Inc.)(ニュージャージー州スキルマン(Skillman))から販売)の皮膚に対するマイルドさを評価し、それを水と比較する研究が実施された。ボランティアの前腕の手のひら側の3つの部位に、a)洗浄剤を蒸留水で25%に希釈した希釈液、b)洗浄剤を蒸留水で10%に希釈した希釈液、及びc)蒸留水のみ、で処置を行い、3時間密閉した。基準、及び処置から1日及び2日後に、画像が撮影された。図5の実施例は、2日目のボランティアの腕の写真を示す。3つの処置箇所すべてにおいて紅斑の徴候を区別するのは困難である。次にこの画像が、本発明の方法によって解析され、その結果得られた紅斑強度マップが図6に示されている。紅斑強度の平均値、標準偏差、及び中央値がそれぞれの部位について算出された。この実施例では、部位の左から右へ順にそれぞれ、紅斑指数182、180、及び181を示し、周辺の皮膚の値は178を示している。この実施例では、本発明の方法を使用することによって、皮膚に対するマイルドさという観点から洗浄剤又は洗浄剤濃度を区別できることが示されている。
実施例4:顔の無症状の炎症のドキュメンテーション
下記の実施例において、人間の顔の直交偏光画像が本発明の方法(及び関連アルゴリズム)を用いて解析された。この紅斑強度マップを図7に示す。顔の自然な湾曲による陰影及びアーチファクトは、この紅斑マップでは除去されている。この紅斑マップでは、元の画像上に現われている炎症病変はすべて、コントラストの増加により容易に識別できる。唇部分の高い強度値は、唇上で血液濃度が高いことを示している。この紅斑マップ上で、例えば鼻、頬、及び顎部分の拡散紅斑などの無症状の炎症部分も明らかにわかる。更に、目及び鼻唇溝回りなどの、オキシヘモグロビン濃度の低下部分も識別できる。
実施例5:カスタムカラーマップの使用
潜在する無症状の紅斑をより良く視覚化するために、用途に応じてカスタム化が可能なカラーマッピングスキームを用いて、紅斑強度マップを表示させることができる。図7の紅斑マップに対し、画像の下に示されているカラーマップを使用した例を下に示す(図8)。
上記の実施例は、本発明の方法を用いて、洗浄剤のマイルドさ、抗炎症剤及び他の皮膚炎症治療の活性、並びに皮膚疾患(例えばニキビ、酒さ、刺激接触皮膚炎、アレルギー性接触皮膚炎、おむつ皮膚炎、アトピー性皮膚炎、脂漏性皮膚炎などが挙げられるがこれらに限定されない)に対する治療の有効性が評価できることを示している。この方法は更に、これらの疾患の進行を監視するのにも用いることができる。
〔実施態様〕
(1) a)直交偏光条件下で、皮膚のデジタル画像を、該画像の視野内に含まれる白色較正標準とともに、取得することと、
b)該白色標準に対する赤、緑、及び青のチャネルについての強度中央値を同定することと、
c)皮膚を表わすすべての画素について、該画像のそれぞれの画素の赤、緑、及び青の強度値によって得られる皮膚反射率値を、該赤、緑、及び青のチャネルそれぞれにおける該皮膚反射率値で別々に割られた該白色標準値の比率の対数をとることによって、吸光度値に計算することであって、該吸光度=log(Iwhite(red,green,blue)/Iskin(red,green,blue))である、計算することと、
d)皮膚を表わすすべての画素について、緑チャネルの吸光度値から、赤チャネルの吸光度値を差し引くことと、
e)皮膚を表わすすべての画素について、青チャネルの吸光度値から、赤チャネルの吸光度値を差し引くことと、
f)手順(d)で算出された値を、手順(e)で算出された値で割った比率を計算することと、
g)手順(f)で算出された該比率の強度マップを構築することと、を含む、皮膚紅斑の測定方法。
(2) 実施態様1に記載の方法により、皮膚の領域のデジタル画像を撮影し、該皮膚の解析を行うことと、
効果を発揮する時間にわたって、スキンケア製品を皮膚の同じ領域に塗布することと、
実施態様1に記載の方法により皮膚の該領域のその後のデジタル画像を撮影して該皮膚を解析することと、
該画像の前記強度マップを比較して該皮膚の紅斑が減少していることを示すことと、を含む、スキンケア製品の有効性を示す方法。
(3) 実施態様1に記載の方法により、皮膚の領域のデジタル画像を撮影し、該皮膚の解析を行うことと、
効果を発揮する時間にわたって、スキンケア製品を皮膚の同じ領域に塗布することと、
実施態様1に記載の方法により皮膚の該領域のその後のデジタル画像を撮影して該皮膚を解析することと、
該画像の前記強度マップを比較して該皮膚の紅斑の増加がないことを示すことと、を含む、スキンケア製品のマイルドさを示す方法。

Claims (3)

  1. a)直交偏光条件下で、皮膚のデジタル画像を、該画像の視野内に含まれる白色較正標準とともに、取得することと、
    b)該白色標準に対する赤、緑、及び青のチャネルについての強度中央値を同定することと、
    c)皮膚を表わすすべての画素について、該画像のそれぞれの画素の赤、緑、及び青の強度値によって得られる皮膚反射率値を、該赤、緑、及び青のチャネルそれぞれにおける該皮膚反射率値で別々に割られた該白色標準値の比率の対数をとることによって、吸光度値に計算することであって、該吸光度=log(Iwhite(red,green,blue)/Iskin(red,green,blue))である、計算することと、
    d)皮膚を表わすすべての画素について、緑チャネルの吸光度値から、赤チャネルの吸光度値を差し引くことと、
    e)皮膚を表わすすべての画素について、青チャネルの吸光度値から、赤チャネルの吸光度値を差し引くことと、
    f)手順(d)で算出された値を、手順(e)で算出された値で割った比率を計算することと、
    g)手順(f)で算出された該比率の強度マップを構築することと、を含む、皮膚紅斑の測定方法。
  2. 請求項1に記載の方法により、皮膚の領域のデジタル画像を撮影し、該皮膚の解析を行うことと、
    効果を発揮する時間にわたって、スキンケア製品を皮膚の同じ領域に塗布することと、
    請求項1に記載の方法により皮膚の該領域のその後のデジタル画像を撮影して該皮膚を解析することと、
    該画像の前記強度マップを比較して該皮膚の紅斑が減少していることを示すことと、を含む、スキンケア製品の有効性を示す方法。
  3. 請求項1に記載の方法により、皮膚の領域のデジタル画像を撮影し、該皮膚の解析を行うことと、
    効果を発揮する時間にわたって、スキンケア製品を皮膚の同じ領域に塗布することと、
    請求項1に記載の方法により皮膚の該領域のその後のデジタル画像を撮影して該皮膚を解析することと、
    該画像の前記強度マップを比較して該皮膚の紅斑の増加がないことを示すことと、を含む、スキンケア製品のマイルドさを示す方法。
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