JP2022191843A - 測定装置、電子機器、演算処理方法、およびプログラム - Google Patents

Abstract

【課題】幅広い肌の状態で精度よく皮膚バリア機能を測定できる測定装置を提供する。【解決手段】測定装置は、皮膚の角層の水分量を示す数値に前記皮膚の角層厚を示す数値のべき乗を乗算した値に基づいて、皮膚バリア機能を示す数値を算出する演算処理部を備える。本発明に係る測定装置は、前記演算処理部が、式（５）を利用して前記皮膚バリア機能を示す数値を算出することができる。ＣＢ＝ｋ×(ＷＣ)×(ＳＣ)ｒ・・・・・・（５）ここで、ＣＢは前記皮膚バリア機能を示す数値、ＷＣは前記角層の水分量を示す数値、ＳＣは前記角層厚を示す数値、ｋおよびｒは定数である。また、前記皮膚バリア機能を示す数値は、経表皮水分蒸散量（ＴＥＷＬ）とすることができる。【選択図】図３

Description

本発明は、測定装置、電子機器、演算処理方法、プログラムに関し、特に幅広い肌の状態の皮膚バリア機能を示す数値を精度よく測定することができる測定装置等に関する。

従来から、電気信号を用いて、皮膚バリア機能を測定する装置が知られている。例えば、特許文献１では、信号発生器から発生させた交流信号を、皮膚に接触した電極を通して皮膚に印加して皮膚バリア機能を測定する装置が開示されている。特許文献１の信号発生器から発生した交流信号は、皮膚の中の皮膚表面角質層、表皮層を透過した後、電極を介して検出される。そして、検出された信号を用いて演算処理が行われ、角質層バリア機能を算出する。

特開２００３－３１０５６７号公報

しかしながら、特許文献１の装置では、角質層と表皮層の電気的特性の違いから、角質層の水分量を算出し、皮膚バリア機能を測定しているため、角層がすべて剥がれた荒れ肌で、皮膚バリア機能を測定することができない。

そこで、本発明では、前記課題に鑑みてなされ、正常な状態から角層がすべて剥がれた荒れ肌など幅広い肌の状態で精度よく皮膚バリア機能を測定できる測定装置を提供することを主目的とする。

上記課題を解決するため、本発明に係る測定装置は、皮膚の角層の水分量を示す数値に前記皮膚の角層厚を示す数値のべき乗を乗算した値に基づいて、皮膚バリア機能を示す数値を算出する演算処理部を備える。本発明に係る測定装置は、前記演算処理部が、式（５）を利用して前記皮膚バリア機能を示す数値を算出することができる。
ＣＢ＝ｋ×(ＷＣ)×(ＳＣ)^ｒ ・・・・・・（５）
ここで、ＣＢは前記皮膚バリア機能を示す数値、ＷＣは前記角層の水分量を示す数値、ＳＣは前記角層厚を示す数値、ｋおよびｒは定数である。また、前記皮膚バリア機能を示す数値は、経表皮水分蒸散量（ＴＥＷＬ）とすることができる。

また、本発明に係る測定装置は、交流信号を発生させる交流信号出力部と、前記交流信号出力部から出力され、前記皮膚を透過した検出信号を検出する検出信号処理部と、をさらに備え、前記演算処理部が、前記交流信号と前記検出信号との時間差に基づく第一の変数と、前記交流信号に基づく皮膚インピーダンスと、を算出し、前記第一の変数および前記皮膚インピーダンスに基づいて、前記角層の水分量を示す数値および前記角層厚を示す数値を算出する。

さらに、本発明に係る電子機器は、上記いずれかの測定装置と、前記測定装置から発生した交流信号を印加する印加電極と、前記印加電極から肌を透過した検出信号を検出する検出電極と、を備える。

さらに、本発明に係る演算処理方法は、皮膚の角層の水分量を示す数値を算出するステップと、前記皮膚の角層厚を示す数値を算出するステップと、前記角層の水分量を示す数値に前記角層厚を示す数値のべき乗を乗算した値に基づいて、皮膚バリア機能を示す数値を算出するステップと、を含む。

本発明に係る測定装置によれば、正常な状態から角層がすべて剥がれた荒れ肌など幅広い肌の状態で精度よく皮膚バリア機能を測定することができる。なお、ここに記載された効果は、必ずしも限定されるものではなく、本明細書中に記載されたいずれかの効果であってもよい。

本発明に係る第１実施形態の測定装置を有する電子機器を示す構成図である。 図１に示す電子機器のプローブの構成を示す構成図である。 図１に示す電子機器が備える測定装置の構成図である。 図３に示す測定装置の動作を示すフローチャートである。 交流信号と検出信号との位相差を表すグラフである。 本発明に係る第２実施形態の測定装置の構成図である。 図６に示す測定装置の動作を示すフローチャートである。 皮膚バリア機能を示す数値（ＴＥＷＬ値）の推定値と測定値との相関関係を示す図である。

以下、本発明を実施するための好適な実施形態について図面を参照して説明する。なお、以下に説明する実施形態は、本発明の代表的な実施形態の一例を示したものであり、これにより本発明の範囲が限定されることはなく、その要旨の範囲内で種々の組合せ、変形、および変更が可能である。

＜第１実施形態＞
図１は、本発明に係る第１実施形態の測定装置を有する電子機器を示す構成図である。図１に示すように、電子機器１は、本体部１０１と、プローブ１０３と、を備える。

本体部１０１は、後述する測定装置と、表示部１０２と、操作スイッチ（不図示）と、を備える。表示部１０２は、測定結果および電子機器のステータス等の情報を表示する。ここで、表示部１０２は、本体部１０１に備えられるものとしたが、これに限らず、無線回線または有線回線により電子機器１に接続された別のコンピュータディスプレイを用いてもよい。また、操作スイッチは、電子機器の電源のＯＮ／ＯＦＦ、測定開始および／または終了を行うユーザーインタフェースであるが、操作スイッチに代わり、表示部１０２をタッチパネルとし、タッチパネルで操作を行ってもよいし、無線回線または有線回線を介して電子機器１に接続された別のコンピュータ等を用いて、それら操作を行ってもよい。

図２は、プローブ１０３の構成を示す構成図である。プローブ１０３は、検出電極１０４と、印加電極２０１と、を備え、人の皮膚における皮膚バリア機能を評価するために使用される。印加電極２０１は、人の皮膚に交流信号を印加する電極であり、検出電極１０４は、印加した交流信号を検出する電極である。

なお、プローブ１０３の構成は図２の構成に限らず、人の皮膚に交流信号を印加して当該皮膚を通過した信号を検出することができる構成であればどのような構成であってもよい。また、電子機器１は、本実施形態の構成に限らず、プローブを組み込みことができる構成であれば、携帯電話やスマートフォン、時計等どのような電子機器であってもよい。さらに、測定装置は、本体部１０１に内蔵されるものとしたが、これに限らず、プローブ１０３を備える電子機器１と、有線回線または無線回線で接続された別の電子機器に内蔵されていてもよい。

次に、測定装置３００について詳説する。図３は、電子機器１が備える第１実施形態の測定装置の構成図である。この測定装置３００は、大別して、演算処理部３０１と、交流信号出力部３１０と、検出信号処理部３２０と、判定部３３０と、を備える。

交流信号出力部３１０は、交流信号を出力し、印加電極２０１に伝達する。検出信号処理部３２０は、増幅回路３２１と、フィルター回路３２２と、信号検出回路３２３と、検出抵抗３２４と、を備え、検出電極１０４から伝達された検出信号を出力信号に変換する。

信号検出回路３２３は、検出電極１０４と、検出抵抗３２４を介してグラウンドに接続され、測定に適した検出信号をフィルター回路３２２に伝達する。フィルター回路３２２は、信号検出回路３２３と増幅回路３２１に接続され、信号検出回路３２３から得た信号のうち、測定に適した範囲の信号のみを抽出する。増幅回路３２１は、フィルター回路３２２に接続され、フィルター回路３２２で抽出した信号を増幅させる。検出抵抗３２４は、検出電極１０４と、信号検出回路３２３と、グラウンドに接続され、検出電極１０４に発生した信号を検出するために用いられる。

判定部３３０は、検出信号処理部３２０から得た値が、演算処理部３０１で読み込み可能な値（検出可能範囲内）であるか否かを判定する。また、判定部３３０は、検出可能範囲外であるときは増幅回路３２１に増幅率を上げる信号を出力して、検出可能範囲内に信号が増幅されるように調節する。演算処理部３０１は、記録媒体を備え、測定装置３００の各部の動作を制御し、判定部３３０から得た信号（値）を演算処理し、得られた結果を記憶する。

次に、電子機器１の動作について説明する。図４は、本実施形態の測定装置の動作を示すフローチャートである。本体部１０１の電源をオンにした後、本体部１０１の側面にあるプローブ１０３を人の皮膚に押し当て、検出電極１０４と印加電極２０１が皮膚に接触するようにして測定を開始する。

まず、ステップＳ４０１において、上記測定装置３００は、演算処理部３０１から制御信号を出力して交流信号出力部３１０から交流信号を発生させ、発生した交流信号を印加電極２０１から人の皮膚へと印加する。

次に、ステップＳ４０２において、検出信号処理部３２０は、検出電極１０４の検出信号を測定し、信号検出回路３２３、フィルター回路３２２、および増幅回路３２１を用いて、出力信号に変換する。

次に、ステップＳ４０３において、判定部３３０は、ステップＳ４０２における検出信号を測定して出力信号へ変換する過程で、出力信号が演算処理部３０１で読み込み可能な値（検出可能範囲内）か否かを判定する。

出力信号が演算処理部３０１で読み込み可能な値であると判定された場合（ステップＳ４０３においてＹＥＳの場合）、ステップＳ４０４へ進む。

一方、出力信号が演算処理部３０１で読み込み可能な値でないと判定された場合（ステップＳ４０３においてＮＯの場合）、ステップＳ４０１に戻り、増幅回路３２１のゲインを変更して再測定する。この再測定工程は、出力信号が演算処理部３０１にて読み込み可能な値になるまで継続される。

次に、ステップＳ４０４において、演算処理部３０１は、結果１として、交流信号と検出信号との時間差に基づいて、第一の変数としての位相角θを算出する。加えて、演算処理部３０１は、交流信号と検出信号との時間差および検出信号の波高値に基づいて、人の皮膚の角層のみの通電特性である皮膚インピーダンスＺ（Ｚ＝Ｒ＋ｉＸ）を算出する。そして、結果１を演算処理部３０１内の記録媒体に保存する。

ここで、図５を用いて、交流信号と検出信号との時間差（位相差）について説明する。図５に示すように、皮膚に印加される交流信号と皮膚を通過して検出される検出信号とは、共に電圧を計測しており、印加電極から皮膚を通過した検出信号は皮膚の中の容量成分によって信号が遅延するため、時間差が生じる。交流信号と検出信号との時間差をΔｔ、交流信号の周波数をｆとすると、例えば、θ＝２πｆΔｔと表すことができ、位相角θは、交流信号と検出信号との時間差によって変化する変数と定義することもできる（以下、交流信号と検出信号との時間差とθの関係については同様である）。同様に、検出信号の波高値Ｖ_２は、皮膚の中の容量成分によって交流信号の波高値Ｖ_１と比較して減衰する。この減衰した波高値Ｖ_２と交流信号と検出信号との時間差とに基づき、皮膚インピーダンスＺを算出する。

次に、ステップＳ４０５において、演算処理部３０１は、結果１として保存された位相角θおよび皮膚インピーダンスＺに基づいて、角層の表面等の水分量ＷＣおよび角層厚ＳＣを算出する。具体的には、皮膚インピーダンスＺは、抵抗ＲおよびリアクタンスＸを用いて、Ｚ＝Ｒ＋ｉＸと表すことができ、式中、Ｒ＝Ｚｃｏｓθ、Ｘ＝Ｚｓｉｎθであることから、まず、以下の式（１）および（２）により、位相角θおよび皮膚インピーダンスＺから、皮膚の角層の抵抗Ｒ_Ｐおよび容量Ｃ_Ｐを算出する。

Ｒ_Ｐ＝Ｒ＋（Ｘ＾２）／Ｒ ・・・・・・（１）
Ｃ_Ｐ＝Ｘ／｛ω＊（Ｒ＾２＋Ｘ＾２）｝ ・・・・・・（２）
ここで、ωは、角周波数である。

そして、抵抗Ｒ_ｐおよび容量Ｃ_ｐから、以下の式（３）を利用して、角層の表面等の水分量ＷＣを算出する。

また、抵抗Ｒ_Ｐおよび容量Ｃ_Ｐから、以下の式（４）を利用して、角層厚ＳＣを算出する。

ここで、ＷＣは角層の水分量を示した数値、ＳＣは角層厚を示した数値、Ｒ_ｐは角層の抵抗、Ｃ_ｐは角層の容量、α_ｃ、β_ｃ、γ_ｃ、α_Ｒ、β_Ｒ、γ_Ｒは、所定の定数である。

これらの所定の定数は、最適化計算法により適宜定められる値である。すなわち、複数の人の皮膚において位相角θおよび皮膚インピーダンスＺを算出し、複数の位相角θおよび皮膚インピーダンスＺを得る。また、同様の皮膚を用いて、従来の角層の水分量の測定方法の一つとして用いられている共焦点ラマン分光装置により角層の水分量を測定する。このようにして得られた角層の水分量の値を用い、位相角θおよび皮膚インピーダンスＺの複数の組について最適化計算を行い、式（３）に用いられる所定の定数を決定する。なお、従来の評価方法として角層の水分量ＷＣを測定できるのであれば共焦点ラマン分光装置に限らず、別の方法を用いてもよい。

さらに、同様の皮膚に関し、通常行われる共集点レーザ顕微鏡（Ｃａｌｉｂｅｒ Ｉ．Ｄ社製、Ｖｉｖａｓｃｏｐｅ）を用いて角層厚を測定する。このようにして得られた角層厚の値を用い、位相角θおよび皮膚インピーダンスＺと角層厚との複数の組について最適化計算を行い、式（４）に用いられる所定の定数を決定する。なお、角層厚ＳＣを測定する方法に関しては特定されず、公知の方法を適宜用いることができる。

次に、ステップＳ４０６において、演算処理部３０１は、算出した角層の表面等の水分量ＷＣおよび角層厚ＳＣに基づいて、以下の式（５）を利用して、皮膚バリア機能を示す数値ＣＢを算出する。すなわち、演算処理部３０１は、皮膚の角層の水分量を示す数値ＷＣに皮膚の角層厚を示す数値ＳＣのべき乗を乗算した値に基づいて、皮膚バリア機能を示す数値ＣＢを算出する。本実施形態において、皮膚バリア機能を示す数値ＣＢは、一例として、経表皮水分蒸散量ＴＥＷＬを用いている。なお、ステップＳ４０５およびステップＳ４０６は、同一工程で同時に処理することもできる。

ＣＢ＝ｋ×(ＷＣ)×(ＳＣ)^ｒ ・・・・・・（５）

ここで、ＣＢは角層の損傷状態を示した相対値である皮膚バリア機能を示す数値、ｋおよびｒは所定の定数である。

さらに精度高く皮膚バリア機能を示す数値ＣＢを算出するため、演算処理部３０１は、算出した角層の表面等の水分量ＷＣおよび角層厚ＳＣに基づいて、以下の式（６）を利用して、皮膚バリア機能を示す数値ＣＢを算出することができる。

ＣＢ＝ｋ×(ＷＣ－ｍ)×(ＳＣ)^ｒ ・・・・・・（６）

ここで、ｍは、定数であり、例えば、角質層の結合水の割合を示す数値である。

最終的に、ステップＳ４１０において、式（５）または式（６）に基づいて算出された皮膚バリア機能を示す数値ＣＢを表示部１０２に表示させる。

皮膚の角層にある水分は、角質細胞内に常に存在する結合水と角質細胞内や細胞間脂質内にある自由水で構成されている。そして、皮膚から蒸発する水分は自由水である。そこで、角層表層の結合水の割合をＷＣ_bound[mass-%]、角層の全水分の割合をＷＣ_ＳＭ[mass-%]とおくと、角層表層の自由水の割合ＷＣ_free[mass-%]は、以下の式（７）で表すことができる。ここで、角層表層とは、角層全体の厚さのうち、表面側２割程度の部分を指す。

ＷＣ_free＝ＷＣ_ＳＭ－ＷＣ_bound ・・・・・・（７）

正常な角層表面では自由水が蒸散し、自由水すべてが蒸散すると水分はほぼ結合水のみとなる。実測結果を考慮し、一例として、ＷＣ_boundを２０[mass-%]とすると、ＷＣ_ＳＭのうち自由水は以下の式（８）で表すことができる。

ＷＣ_free＝ＷＣ_ＳＭ－２０ ・・・・・・（８）

従って以下の式（９）によって決定される。

ＴＥＷＬ＝ＷＣ_free×（ｋ・ＳＣ^ｒ）＝（ＷＣ_ＳＭ－２０）×（ｋ・ＳＣ^ｒ）・・・（９）

ここで、ｋ、ｒがとりうる範囲は、一例として、0.1≦ｋ≦100、－0.1≦ｋ≦－４、である。

以上のような本実施形態に係る測定装置３００を有する電子機器１によれば、演算処理部３０１において、角層の水分量ＷＣおよび角層厚ＳＣに基づいて、皮膚バリア機能を示す数値ＣＢである経表皮水分蒸散量ＴＥＷＬを算出するため、正常な状態から角層がすべて剥がれた荒れ肌など幅広い肌の状態で精度よく皮膚バリア機能を測定することができる。

なお、電子機器１において、判定部３３０は出力信号を判定して増幅回路３２１のゲインを変更する方式を採用しているが、出力信号を精度よく正確に検出できる方式であればその方式は特に限定されず、例えば、交流信号の波高値を変更する方式や検出抵抗の抵抗値を変更する方式を採用してもよい。

また、交流信号出力部３１０は、一または二以上の交流信号を発生させる構成としてもよい。交流信号出力部３１０が二以上の交流信号を発生させる構成とした場合、各交流信号と当該交流信号に基づいて検出された検出信号との時間差に基づいた各位相角θおよび皮膚インピーダンスＺを角層の水分量ＷＣの算出に用いてもよい。

なお、通電特性としては、皮膚インピーダンスＺの他に、サセプタンス値、アドミッタンス値、コンダクタンス値、これらの逆数値から一つの値を選択することができる。または、サセプタンス値、アドミッタンス値、コンダクタンス値、これらの逆数値から二つ以上の値を選択し算出した値を用いてもよい。

＜第２実施形態＞
次に、図６から図８を用いて、本発明に係る第２実施形態の測定装置について説明する。第２実施形態の測定装置１３００の演算処理部１３０１は、角層の水分量ＷＣを算出するための演算方式および端子の構成が第１実施形態の演算処理部３０１と異なる。この相違に伴い、演算処理部１３０１に接続される交流信号出力部に関しても構成が異なる。演算処理部１３０１の他の構成は、演算処理部３０１の各構成と同一であるため、同一の符号を付し、それらの説明は割愛する。

図６に示すように、本実施形態に係る電子機器において、交流信号出力部１３１０は、それぞれ演算処理部１３０１からの制御信号により動作を制御される、５００Ｈｚ交流信号発生回路１３１１と、１００ｋＨｚ交流信号発生回路１３１２と、切り替え回路１３１３と、を備える。５００Ｈｚ交流信号発生回路１３１１および１００ｋＨｚ交流信号発生回路１３１２は、それぞれ第一の交流信号である５００Ｈｚおよび第二の交流信号である１００ｋＨｚの交流信号を出力する回路である。切り替え回路１３１３は、印加電極２０１へ出力する交流信号を切り替えるためのスイッチング機構であり、入力端子１３１４，１３１５と、出力端子１３１６と、を備える。

演算処理部１３０１からの５００Ｈｚ交流信号発生回路１３１１の出力は、切り替え回路１３１３の入力端子１３１４に接続され、１００ｋＨｚ交流信号発生回路１３１２の出力は、切り替え回路１３１３の入力端子１３１５に接続される。切り替え回路１３１３の出力端子１３１６は、印加電極２０１に接続される。

次に、図７を用いて、演算処理部１３０１を備えた測定装置の動作について説明する。測定装置１３００も、第１実施形態と同様に、電子機器のプローブを人の皮膚に押し当てた後、測定動作を開始する。

まず、ステップＳ１４０１において、上記測定装置１３００は、演算処理部１３０１から制御信号を出力し、切り替え回路１３１３を用いて、５００Ｈｚ交流信号発生回路１３１１と印加電極２０１を接続し、交流信号出力部１３１０から、第一の交流信号である５００Ｈｚの交流信号を発生させ、印加電極２０１から５００Ｈｚの交流信号を皮膚に印加する。

次に、ステップＳ１４０２において、検出信号処理部３２０は、検出電極１０４から得た検出信号を測定し、信号検出回路３２３、フィルター回路３２２、および増幅回路３２１を用いて、出力信号に変換する。

次に、ステップＳ１４０３において、判定部３３０は、ステップＳ１４０２における検出信号を測定して出力信号へ変換する過程で、出力信号が演算処理部１３０１で読み込み可能な値（検出可能範囲内）か否かを判定する。

出力信号が演算処理部１３０１で読み込み可能な値であると判定された場合（ステップＳ１４０３においてＹＥＳの場合）、ステップＳ１４０４へ進む。

一方、出力信号が演算処理部１３０１で読み込み可能な値でないと判定された場合（ステップＳ１４０３においてＮＯの場合）、ステップＳ１４０１に戻り、増幅回路３２１のゲインを変更して再測定する。この再測定工程は、出力信号が演算処理部３０１にて読み込み可能な値になるまで継続される。

次に、ステップＳ１４０４において、演算処理部１３０１は、結果１として、５００Ｈｚの交流信号と検出信号との時間差および検出信号の波高値に基づいて、第一の皮膚インピーダンスＺ_Ｌを算出する。加えて、演算処理部１３０１は、５００Ｈｚの交流信号と検出信号との時間差に基づいて、第一の変数としての位相角θを算出する。そして、結果１を演算処理部１３０１内の記録媒体に保存する。

次に、ステップＳ１４０５において、上記測定装置１３００は、演算処理部１３０１から制御信号を出力し、切り替え回路１３１３を用いて、１００ｋＨｚ交流信号発生回路１３１２と印加電極２０１を接続し、交流信号出力部１３１０から、第二の交流信号である１００ｋＨｚの交流信号を発生させ、印加電極２０１から１００ｋＨｚの交流信号を皮膚に印加する。

次に、ステップＳ１４０６において、検出信号処理部３２０は、検出電極１０４の検出信号を測定し、信号検出回路３２３、フィルター回路３２２、および増幅回路３２１を用いて、出力信号に変換する。

次に、ステップＳ１４０７において、判定部３３０は、ステップＳ１４０６における検出信号を測定して出力信号へ変換する過程で、出力信号が演算処理部１３０１で読み込み可能な値（検出可能範囲内）か否かを判定する。

出力信号が演算処理部１３０１で読み込み可能な値であると判定された場合（ステップＳ１４０７においてＹＥＳの場合）、ステップＳ１４０８へ進む。

一方、出力信号が演算処理部１３０１で読み込み可能な値でないと判定された場合（ステップＳ１４０７においてＮＯの場合）、ステップＳ１４０５に戻り、増幅回路３２１のゲインを変更して再測定する。この再測定工程は、出力信号が演算処理部３０１にて読み込み可能な値になるまで継続される。

次に、ステップＳ１４０８において、演算処理部１３０１は、結果２として、１００ｋＨｚの交流信号と検出信号との時間差および検出信号の波高値に基づいて、第二の皮膚インピーダンスＺ_Ｈを算出する。そして、結果２を演算処理部１３０１内の記録媒体に保存する。

次に、ステップＳ１４０９において、演算処理部１３０１は、結果１として保存された皮膚インピーダンスＺ_Ｌおよび位相角θと、結果２として保存された皮膚インピーダンスＺ_Ｈとに基づいて、角層の表面等の水分量ＷＣおよび角層厚ＳＣを算出する。具体的には、皮膚インピーダンスＺ_ＬおよびＺ_Ｈは、それぞれ、抵抗Ｒ_Ｌ、Ｒ_ＨおよびリアクタンスＸ_Ｌ、Ｘ_Ｈを用いて、Ｚ_Ｌ＝Ｒ_Ｌ＋ｉＸ_Ｌ、Ｚ_Ｈ＝Ｒ_Ｈ＋ｉＸ_Ｈと表すことができ、式中、Ｒ_Ｌ＝Ｚ_Ｌｃｏｓθ、Ｘ_Ｌ＝Ｚ_Ｌｓｉｎθ_、Ｒ_Ｈ＝Ｚ_Ｈｃｏｓθ、Ｘ_Ｈ＝Ｚ_Ｈｓｉｎθであることから、まず、以下の式（１０）から（１３）により、位相角θおよび皮膚インピーダンスＺ_Ｌ、Ｚ_Ｈから、皮膚の角層の抵抗Ｒ_ＰＬ、Ｒ_ＰＨおよび容量Ｃ_ＰＬ、Ｃ_ＰＨを算出する。

Ｒ_ＰＬ＝Ｒ_Ｌ＋（Ｘ_Ｌ＾２）／Ｒ_Ｌ・・・・・・（１０）
Ｒ_ＰＨ＝Ｒ_Ｈ＋（Ｘ_Ｈ＾２）／Ｒ_Ｈ・・・・・・（１１）
Ｃ_ＰＬ＝Ｘ_Ｌ／｛ω_Ｌ＊（Ｒ_Ｌ＾２＋Ｘ_Ｌ＾２）｝・・・・・・（１２）
Ｃ_ＰＨ＝Ｘ_Ｈ／｛ω_Ｈ＊（Ｒ_Ｈ＾２＋Ｘ_Ｈ＾２）｝・・・・・・（１３）
ここで、ω_Ｌ、ω_Ｈは、角周波数である。

そして、抵抗Ｒ_ＰＬ、Ｒ_ＰＨおよび容量Ｃ_ＰＬ、Ｃ_ＰＨから、以下の式（１４）を利用して、角層の水分量ＷＣを算出する。

また、抵抗Ｒ_ＰＬ、Ｒ_ＰＨおよび容量Ｃ_ＰＬ、Ｃ_ＰＨから、以下の式（１５）を利用して、角層厚ＳＣを算出する。

ここで、ＷＣは角層の水分量を示した数値、ＳＣは角層厚を示した数値、Ｒ_ＰＬおよびＲ_ＰＨは角層の抵抗、Ｃ_ＰＬおよびＣ_ＰＨは角層の容量、α_ＲＨ、β_ＲＨ、γ_ＲＨ、α_ＣＬ、β_ＣＬ、γ_ＣＬは、所定の定数である。

これらの所定の定数は、最適化計算法により適宜定められる値である。すなわち、複数の人の皮膚において位相角θと皮膚インピーダンスＺ_ＬおよびＺ_Ｈとを算出し、複数の位相角θと皮膚インピーダンスＺ_ＬおよびＺ_Ｈとを得る。また、同様の皮膚を用いて、従来の角層の水分量の測定方法の一つとして用いられている共焦点ラマン分光装置により角層の水分量を測定する。このようにして得られた角層の水分量の値を用い、位相角θおよび皮膚インピーダンスＺ_Ｌと、皮膚インピーダンスＺ_Ｈと、の複数の組について最適化計算を行い、式（１４）に用いられる所定の定数を決定する。

さらに、同様の皮膚に関し、通常行われる共集点レーザ顕微鏡（Ｃａｌｉｂｅｒ Ｉ．Ｄ社製、Ｖｉｖａｓｃｏｐｅ）を用いて角層厚を得る。このようにして得られた、位相角θ、皮膚インピーダンスＺ_ＬおよびＺ_Ｈと、角層厚との複数の組について最適化計算を行い、式（１５）に用いられる所定の定数を決定する。

ここで、複数の人の肌を用いて、人数分の位相角θと皮膚インピーダンスＺ_ＬおよびＺ_Ｈを得た結果として、例えば、α_ＲＨとして「１ｅ５～１ｅ９」、β_ＲＨとして「０．０１～１００」、γ_ＲＨとして「０．０１～１００」、α_ＣＬとして「１ｅ－６～１ｅ－１０」、β_ＣＬとして「０．０１～１００」、γ_ＣＬとして「０．０１～１００」の数値が得られた。

次に、ステップＳ１４１０において、演算処理部１３０１は、算出した角層の水分量ＷＣおよび角層厚ＳＣに基づいて、上記式（５）を利用して、皮膚バリア機能を示す数値ＣＢを算出する。すなわち、演算処理部１３０１は、皮膚の角層の水分量を示す数値ＷＣに皮膚の角層厚を示す数値ＳＣのべき乗を乗算した値に基づいて、皮膚バリア機能を示す数値ＣＢを算出する。本実施形態において、皮膚バリア機能を示す数値ＣＢは、一例として、経表皮水分蒸散量ＴＥＷＬを用いている。

さらに精度高く皮膚バリア機能を示す数値ＣＢを算出するため、演算処理部１３０１は、算出した角層の表面等の水分量ＷＣおよび角層厚ＳＣに基づいて、上記（６）を利用して、皮膚バリア機能を示す数値ＣＢを算出することができる。

このようにして角層の水分量ＷＣを算出した後、ステップＳ１４１１において、算出された角層の水分量ＷＣの値を表示部１０２に表示させる。

ここで、図８は、式（５）により算出された推定値の経表皮水分蒸散量ＴＥＷＬと、実際に計測した測定値の経表皮水分蒸散量ＴＥＷＬとの比較検証の結果を示すものである。図８において、縦軸は推定値の経表皮水分蒸散量ＴＥＷＬを示し、横軸はＴＥＷＬ装置により測定した測定値の経表皮水分蒸散量ＴＥＷＬを示す。

図８から把握されるように、式（５）により推定値の経表皮水分蒸散量ＴＥＷＬと、測定値の経表皮水分蒸散量ＴＥＷＬとの間では、良好な正の相関Ｒ＝0.816が確認できた。

以上のような本実施形態に係る測定装置１３００を有する電子機器によれば、演算処理部１３０１において、角層の水分量ＷＣおよび角層厚ＳＣに基づいて、皮膚バリア機能を示す数値ＣＢである経表皮水分蒸散量ＴＥＷＬを算出するため、正常な状態から角層がすべて剥がれた荒れ肌など幅広い肌の状態で精度よく皮膚バリア機能を測定することができる。

さらに、測定装置１３００では、位相角θに加え、実数値である皮膚インピーダンスＺを用いているため、より正確に角層の水分量ＷＣの値を算出することができ、正常な状態から角層がすべて剥がれた荒れ肌など幅広い肌の状態で精度よく皮膚バリア機能を測定することができる。

なお、測定装置１３００では、交流信号の周波数として、５００Ｈｚと１００ｋＨｚを用いているが、２つ交流信号の周波数は異なるものであればよく、本実施形態の数値に限られない。例えば、低周波数が皮膚内の角質細胞を通過しないものとし、高周波数が皮膚内の角質細胞を通過するものとすることができる。

さらに、測定装置１３００は、５００Ｈｚの交流信号を印加した後、１００ｋＨｚの交流信号を印加しているが、交流信号を印加する順番は特に限定されず、どちらを先に印加してもよい。

また、測定装置１３００では、５００Ｈｚの交流信号と検出信号との時間差に基づいて、第一の変数としての位相角θを算出しているが、位相角θの種類としては特に限定されず、１００ｋＨｚの交流信号と検出信号との時間差に基づいて算出されるθ（以下、θ１００ｋと表す）を用いてもよく、かかる場合、上記式において、θをθ１００ｋに変更して角層の水分量ＷＣを求めてもよい。なお、５００Ｈｚおよび１００ｋＨｚの両方の位相角θを用いてもよい。

さらに、前述の如く、交流信号と検出信号との時間差をΔｔ、交流信号の周波数をｆとすると、例えば、θ＝２πｆΔｔと表すことができる（２πおよびｆは定数）。このため、位相角θは、時間差Δｔに変換することも可能である。

また、本発明に係る測定装置は、交流信号出力部により発生された交流信号と皮膚を透過した検出信号との時間差に基づいて算出された位相角θおよび皮膚インピーダンスＺに基づいて角層の抵抗Ｒおよび容量Ｃを算出し、さらに抵抗Ｒおよび容量Ｃを用いて角層の水分量ＷＣまたは角層厚ＳＣを算出し、角層の水分量ＷＣに角層厚ＳＣのべき乗を乗算した値に基づいて、皮膚バリア機能を示す数値ＣＢの算出を実行させるプログラムを実装するものであってもよい。

例えば、このプログラムを、ネットワークまたは記憶媒体を介してシステムまたは装置に供給し、そのシステムまたは装置のコンピュータにおける１つ以上のプロセッサーがプログラムを読出し実行する処理でも実現可能である。また、１以上の機能を実現する回路（例えば、ＡＳＩＣ）によっても実現可能である。

また、本発明は、本発明に係る測定装置による人の皮膚バリア機能に係る演算処理方法にも関する。この演算処理方法は、少なくとも、交流信号出力部により発生された交流信号と皮膚を透過した検出信号との時間差に基づいて算出された位相角θおよび皮膚インピーダンスＺに基づいて角層の抵抗Ｒおよび容量Ｃを算出し、さらに抵抗Ｒおよび容量Ｃを用いて角層の水分量ＷＣまたは角層厚ＳＣを算出し、角層の水分量ＷＣに角層厚ＳＣのべき乗を乗算した値に基づいて、皮膚バリア機能を示す数値ＣＢを演算する演算工程を含んでいる。さらに、この演算処理方法は、交流信号を人の皮膚に印加する印加工程、皮膚を通過した信号を検出し出力信号へ変換する変換工程、演算工程により算出された皮膚バリア機能を示す数値ＣＢ（ＴＥＷＬ）を表示する表示工程、を含んでいてもよい。

演算工程は、演算処理部３０１または演算処理部１３０１に係る演算方式のように、交流信号出力部により発せられた交流信号と印加電極から肌を透過した信号との時間差に基づいて算出された位相角θと、時間差および検出信号の波高値から算出される皮膚インピーダンス値と、を用いて、角層の水分量ＷＣに角層厚ＳＣのべき乗を乗算した値に基づいて、皮膚バリア機能を示す数値ＣＢを算出する工程であってもよい。具体的には式（５）または式（６）のいずれかに基づいてＣＢ値を算出されるようにしてもよい。

さらに、前述の如く、交流信号と検出信号との時間差をΔｔ、交流信号の周波数をｆとすると、例えば、θ＝２πｆΔｔと表すことができる（２πおよびｆは定数）。
このため、位相角θは、「Δｔ」に変換することも可能である。

本発明に係る演算処理方法は、上記演算工程を備えているため、正常な状態から角層がすべて剥がれた荒れ肌など幅広い肌の状態で精度よく皮膚バリア機能を測定することができる。

１ 電子機器
１０１ 本体部
１０２ 表示部
１０３ プローブ
１０４ 検出電極
２０１ 印加電極
３００、１３００ 測定装置
３０１、１３０１ 演算処理部
３１０、１３１０ 交流信号出力部
３２０ 検出信号処理部
３２１ 増幅回路
３２２ フィルター回路
３２３ 信号検出回路
３２４ 検出抵抗
３３０ 判定部
１３１１ ５００Ｈｚ交流信号発生回路
１３１２ １００ｋＨｚ交流信号発生回路
１３１３ 切り替え回路

Claims (13)

1. 皮膚の角層の水分量を示す数値に前記皮膚の角層厚を示す数値のべき乗を乗算した値に基づいて、皮膚バリア機能を示す数値を算出する演算処理部を備える、測定装置。
2. 前記演算処理部が、式（５）を利用して前記皮膚バリア機能を示す数値を算出する、請求項１に記載の測定装置。
   ＣＢ＝ｋ×(ＷＣ)×(ＳＣ)^ｒ ・・・・・・（５）
   ここで、ＣＢは前記皮膚バリア機能を示す数値、ＷＣは前記角層の水分量を示す数値、ＳＣは前記角層厚を示す数値、ｋおよびｒは定数
3. 前記演算処理部が、式（６）を利用して前記皮膚バリア機能を示す数値を算出する、請求項１に記載の測定装置。
   ＣＢ＝ｋ×(ＷＣ－ｍ)×(ＳＣ)^ｒ ・・・・・・（６）
   ここで、ＣＢは前記皮膚バリア機能を示す数値、ＷＣは前記角層の水分量を示す数値、ＳＣは前記角層厚を示す数値、ｍ、ｋおよびｒは定数
4. 交流信号を発生させる交流信号出力部と、
   前記交流信号出力部から出力され、前記皮膚を透過した検出信号を検出する検出信号処理部と、をさらに備え、
   前記演算処理部が、前記交流信号と前記検出信号との時間差に基づく第一の変数と、前記交流信号に基づく皮膚インピーダンスと、を算出し、
   前記第一の変数および前記皮膚インピーダンスに基づいて、前記角層の水分量を示す数値および前記角層厚を示す数値を算出する、請求項１から３のいずれか一項に記載の測定装置。
5. 前記演算処理部が、前記第一の変数および前記皮膚インピーダンスに基づいて、前記皮膚の抵抗および容量を算出し、
   前記抵抗および前記容量から、前記角層の水分量を示す数値および前記角層厚を示す数値を算出する、請求項４に記載の測定装置。
6. 前記演算処理部が、式（３）および式（４）を利用して前記角層の水分量を示す数値および前記角層厚を示す数値を算出する、請求項５に記載の測定装置。
   

   

   
   

   

   
   ここで、Ｒ_Ｐは前記抵抗、Ｃ_Ｐは前記容量、α_ｃ、β_ｃ、γ_ｃ、α_Ｒ、β_Ｒ、γ_Ｒは、定数
7. 前記交流信号出力部は、前記交流信号として、第一の交流信号と、第二の交流信号とを発生させ、
   前記演算処理部が算出する前記皮膚インピーダンスは、前記第一の交流信号に基づく第一の皮膚インピーダンスと、前記第二の交流信号に基づく第二の皮膚インピーダンスと、を含む、請求項４から６のいずれか一項に記載の測定装置。
8. 前記皮膚バリア機能を示す数値は、経表皮水分蒸散量（ＴＥＷＬ）である、請求項１から７のいずれか一項に記載の測定装置。
9. 請求項４から８のいずれか一項に記載の測定装置と、
   前記測定装置から発生した前記交流信号を印加する印加電極と、
   前記印加電極から肌を透過した前記検出信号を検出する検出電極と、
   を備える電子機器。
10. 皮膚の角層の水分量を示す数値を算出するステップと、
    前記皮膚の角層厚を示す数値を算出するステップと、
    前記角層の水分量を示す数値に前記角層厚を示す数値のべき乗を乗算した値に基づいて、皮膚バリア機能を示す数値を算出するステップと、
    を含む演算処理方法。
11. 前記皮膚バリア機能を示す数値を、式（５）を利用して算出する、請求項１０に記載の演算処理方法。
    ＣＢ＝ｋ×(ＷＣ)×(ＳＣ)^ｒ ・・・・・・（５）
    ここで、ＣＢは前記皮膚バリア機能を示す数値、ＷＣは前記角層の水分量を示す数値、ＳＣは前記角層厚を示す数値、ｋおよびｒは定数
12. 前記皮膚バリア機能を示す数値を、式（６）を利用して算出する、請求項１０に記載の演算処理方法。
    ＣＢ＝ｋ×(ＷＣ－ｍ)×(ＳＣ)^ｒ ・・・・・・（６）
    ここで、ＣＢは前記皮膚バリア機能を示す数値、ＷＣは前記角層の水分量を示す数値、ＳＣは前記角層厚を示す数値、ｍ、ｋおよびｒは定数
13. コンピュータに、請求項１０から１２のいずれか一項に記載の演算処理方法を実行させるためのプログラム。
    
    

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