JP2016214567A - 皮膚毛細血管の観察方法 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】顕微鏡を用いて皮膚表層の特定の毛細血管を定点観察する方法であって、スキャナを用いた画像取得システムにより、被験者の身体部位の皮膚表面をスキャンしてスキャン画像を取得し、当該スキャン画像中に再現された皮膚微細構造の画像情報に基づき顕微鏡観察の視野を特定し、当該視野中の毛細血管を観察する、毛細血管の観察方法。
【選択図】なし
Description
従って、皮膚表層における毛細血管での血流状態を把握することは、皮膚の健康状態の把握、肌荒れ等の皮膚トラブルの原因の究明、皮膚の状態を改善する手段の評価等に有用である。例えば、各種のスキンケア技術によって皮膚表層の毛細血管の血流状態が改善したことを計測できれば、当該スキンケア技術間での有用性の比較や、個人間での有効性の比較等を行うことができるようになる。また当該技術が肌状態の改善に寄与したことを、消費者に実感してもらう手段としても活用することができる。
このような問題を軽減するには、特定の血管に関して、スキンケア技術適用前後での血流変化を検出することが有用である。このような検証を血管ごとに行い、適用前後における個々の血管での血流変化を一対比較することで、より少ない観察回数でスキンケア技術適用前後の血流改善効果を検証できるものと期待できる。
皮膚表面のスキャン画像の取得は、例えば、図1に示すようなスキャナを用いた画像取得装置を用いることにより行うことができる。
図1において、9は画像を取得するためのスキャナ、7は取得した画像を表示する画像表示部、6は画像取得及び光源の制御や画像データを処理する制御部である。
スキャナは、イメージセンサー及びレンズを組み合わせた画像取得部1と光源(2,3)とを組み合わせたユニットを有し、当該ユニットを被写体配置面(通常ガラス板)に沿って走査しながら、被写体からの反射光を画像として逐次取得する機構、取得した画像データを外部に転送する機構を保有していればよく、読み取り方式は、縮小光学系又は密着光学系の何れでもよい。また、CCDイメージセンサー、CMOSイメージセンサーの何れの撮像素子を採用したものでもよい。
斯かるスキャナとしては、ラインセンサーとこれを囲むように光源を配置したフラットベッド型スキャナが好適に用いられる(図1:1,2,3参照)。
また、スキャナ内部には、内部から被写体を写すための観察ミラー8を取り付けるのが好ましい。これにより、同じ部位を複数回観察するための被写体の位置調整が可能となる。
ここで、空間周波数とは、ミリメートルあたりの線数(本/mm)を意味する。当該空間周波数は、標準試料(テストターゲット)、例えばUSAF1951テストターゲットのような空間分解能のテストターゲットを観察することにより測定される。
USAF 1951テストターゲットには、「グループ」「エレメント」の二つの数で定められるサイズの異なる線(3本)が印刷されている。例えば、グループ5、エレメント5の構造は空間周波数50.8本/mmに相当することから、同サンプルのグループ5、エレメント5の3本の線を識別できれば、観察可能な空間周波数は50本/mm以上である。また、毛細血管は緑色の光をよく吸収することから、カラー画像をR、G、Bの3チャンネルに分割した際、Gのチャンネルにおいて上記の空間分解能を有することが好ましい。
また、読み取り階調は、コントラスト強調が可能であり、かつ、周辺組織と血管を色調区別し得る点から、R/G/Bが、それぞれ8bit(256階調)以上であり、R/G/Bがそれぞれ16bit(65536階調)以上であるのが好ましい。
図2にスペーサー部分の断面模式図を示す。被験者の身体部位がスペーサーの上部に押し当てられた際、スペーサーの開口部においてスキャナのガラス面に接することなく保持される。
ここで、開口部の形状は、矩形でも円形でもよい。すなわち、スペーサーの形状は、円形リング状或いは四角リング状である。開口部のサイズは、観察する視野の大きさ及び皮膚表面の平坦性を勘案して適宜選択することができ、開口部の内部面積が、好ましくは100mm2以上、より好ましくは225mm2以上で、好ましくは900mm2以下、より好ましくは625mm2以下である。また、好ましくは100mm2〜900mm2、より好ましくは225mm2〜625mm2である。
例えば、矩形とする場合には、その内周は、好ましくは5〜100mm×5〜100mm、より好ましくは10〜50mm×10〜50mm、より好ましくは15〜25mm×15〜25mmが挙げられ、更には15mm×25mm、25mm×25mmが挙げられる。
この点を考慮すると、スペーサーの厚さは、好ましくは0.1mm以上、より好ましくは0.5mm以上であり、且つ好ましくは6mm以下、より好ましくは1mm以下である。また、0.1〜6mm、好ましくは0.5〜1mmである。
また、当該素材は任意の色であり得るが、スペーサー外からの光の遮断を抑える観点から、無色透明又は白色半透明であるのが好ましい。
また、皮膚へ追随性の点から、粘度が5.0×10−4〜1.5×102 Pa・sであるのが好ましく、更にはスペーサーから流出しない程度以上の粘性の点から3.0×10−2〜1.2×102 Pa・sであるのがより好ましく、更には気泡の入りにくさ、除去のしやすさの点から3.0×10−2〜40 Pa・sであるのがより好ましい。
ここで、屈折率はJIS K 7142に準拠し23℃においてアッベ屈折計により測定することができ、また文献値(化学便覧(日本化学会編)等)をもとに計算して求めることもできる。
また、粘度は、25℃において、市販のレオメータを用いたフローカーブ測定や、B型(単一円筒型回転式)粘度計を用いた測定により求めることができる。
1)被験者の身体部位の皮膚表面に一定のマーカーを施し、当該マーカーが含まれるようにスキャンしてスキャン画像を取得する(図4(a)参照)。ここで、マーカーとしては油性マーキングペンでのマーク、テープや絆創膏の貼付等が挙げられるが、皮膚上の特徴的な構造、例えばアザやホクロ等があればマーカーの代わりにそれを目印とすることもできる。
2回目以降の観察を容易にすべく、上記のマーカーは、手首、肘等の身体部位からの相対位置を記録しておくことが好ましい。または、マーカーとその周囲の目、鼻、口、指等との相対位置を写真で記録しておくこともできる。
2)次に、1)でスキャンした領域(スキャン画像域に含まれる領域)の何れかの部位(上記マーカーの近傍)を顕微鏡で観察し、撮像する(図5(a)参照)。
1)で取得したスキャン画像と2)で撮像された顕微鏡像を照合し、マーカーの他、毛細血管、汗腺、毛穴、シミ等の皮膚微細構造の画像情報を目印にして、スキャン画像中における顕微鏡観察視野を決定し、記録する(図4(a)四角枠内、(c)参照))。
3)1)で設けたマーカーと略同位置にマーカーを設け、1)と同様にしてスキャン画像を取得する(図4(b)参照)。得られたスキャン画像から、1)と同様に、マーカーの他、毛細血管、汗腺、毛穴、シミ等の皮膚微細構造の画像情報を目印にして、2)で決定した顕微鏡観察視野を特定し(図4(b)四角枠内、(d)参照)、当該視野とマーカーとの位置関係を把握する。
4)3)で得られた顕微鏡観察視野の位置情報を基に、顕微鏡のXYステージを用いて、顕微鏡の視野を、3)で特定した視野と同一となる位置に移動し、撮像する(図5(b))。
市販の顕微鏡としては、例えば、EV−4D USB(GOKOカメラ)、B−scan(株式会社 徳)、VL−7ULTRA(株式会社おんでこ)等が挙げられる。
21は顕微鏡、22は顕微鏡をXYZ方向に移動するためのXYZステージ、23は皮膚を固定するための皮膚固定板、24は画像の処理及び記録、顕微鏡を制御する制御部、25は顕微鏡像を表示する表示部である。
皮膚固定板23は、顕微鏡からの観察視野が一定となるように、被験者の身体部位の皮膚を接触させ固定するための板状の部材であり、顕微鏡のレンズに対して皮膚表面を呈示するための開口部を有する。
<1>顕微鏡を用いて皮膚表層の特定の毛細血管を定点観察する方法であって、スキャナを用いた画像取得システムにより、被験者の身体部位の皮膚表面をスキャンしてスキャン画像を取得し、当該スキャン画像中に再現された皮膚微細構造の画像情報に基づき顕微鏡観察の視野を特定し、当該視野中の毛細血管を観察する、毛細血管の観察方法。
<2>スキャン画像中に再現された皮膚微細構造が、毛細血管、汗腺、毛穴及びシミから選ばれる1以上である上記<1>の方法。
<3>スキャン画像の取得において、スキャナが、Gのチャンネルにおいて空間周波数5本/mm以上の構造を観察可能な空間分解能を有するものであり、当該スキャナの被写体配置面には開口部を有するスペーサーが設置され、
前記スペーサーの開口部内をコンタクト剤で満たした後、被験者の身体部位を当該スペーサーの上部に接触させて配し、スペーサー開口部に呈示された皮膚表面をスキャンしてスキャン画像を取得する、上記<1>又は<2>の方法。
<4>コンタクト剤が、屈折率1.3〜1.55の流動性素材である上記<3>の方法。
<5>コンタクト剤の粘度が、5.0×10−4〜1.5×102 Pa・sである上記<4>の方法。
<6>スペーサーの開口部内の面積が100〜900mm2である上記<3>〜<5>のいずれかの方法。
<7>スペーサーの厚さが、0.1〜6.0mmである上記<3>〜<6>のいずれかの方法。
<8>顕微鏡が、光源、イメージセンサー、撮影画像の記録部及び画像表示部を備え、視野0.5mm〜2.5mm、光学的な分解能1μm〜20μmである上記<1>〜<7>の方法。
<11>上記<1>〜<3>において、スキャナの読み取り解像度は、2400dpi以上が好ましく、より好ましくは3600dpi以上、更に好ましくは4800dpi以上である。また、好ましくは2400〜9600dpi、より好ましくは2400〜4800dpiである。
<12>上記<3>において、スペーサーの開口部内の面積は、好ましくは100mm2以上、より好ましくは225mm2以上で、好ましくは900mm2以下、より好ましくは625mm2以下である。また、好ましくは100mm2〜900mm2、より好ましくは225mm2〜625mm2である。
<13>上記<3>において、スペーサーの厚さは、好ましくは0.1mm以上、より好ましくは0.5mm以上であり、且つ好ましくは6mm以下、より好ましくは1mm以下である。また、0.1〜6mm、好ましくは0.5〜1mmである。
<14>上記<3>において、コンタクト剤の粘度は、好ましくは3.0×10−2〜1.2×102 Pa・s、より好ましくは3.0×10−2〜40 Pa・sである。
<15>上記<3>において、コンタクト剤は、好ましくはグリセリン、スクワラン、又は超音波ゼリーである。
<16>上記<8>において、顕微鏡の光学的な分解能は、好ましくは1μm〜10μm、より好ましくは1μm〜5μmである。
<17>上記<1>において、顕微鏡の階調は、R/G/B各8bit、好ましくはR/G/B各16bitである。
<18>上記<1>において、顕微鏡は、好ましくは7.5〜30フレーム毎秒のフレームレートで動画を撮影可能なものである。
1)スキャン画像の取得
被験者(30代健常男性)の前腕内側部の皮膚に、1mm×5mm程度にカットした白色絆創膏をマーカーとして貼り付けた。マーカー位置の記録のため、手首、肘、外側からの相対位置を記録した。
スキャナとして、「4800ppi高解像度イメージスキャナ」(アイメジャー株式会社)を用いて、ガラス板上に、内周15mm×25mm、厚さ1.5mmの矩形の開口を有する、外周25mm×35mmのシリコンゴムのスペーサーを設置した。
スペーサーの開口部に超音波ゼリー(プロゼリー、ジェクス株式会社)を満たした後、前腕内側部をスペーサー上部に置き、解像度4800dpiでスキャンした。得られたスキャン画像(スキャン画像1)を20倍以上に拡大し、毛細血管、毛穴、汗腺等が明瞭に見えるようにコントラスト調整を行った(図4(a))。
次に、顕微鏡(EV−4D USB、GOKOカメラ)を用いて、皮膚上の上記マーカーの付近を撮影した。視野は2.4mm×1.9mm、階調はRGB各8bit、毎秒7.5フレームにて2分間の動画を撮影した(顕微鏡像1、図5(a))。
尚、皮膚の固定のため、腕を15mm×25mmの開口を有する金属製の板に、マーカーが開口内部に位置するように置いた。開口部から露出した皮膚に顕微鏡のレンズを近づけ、XYステージを用いて所望の視野を選択した。顕微鏡のレンズと皮膚を1mm程度まで近づけた後、皮膚表面での光の反射による血管像の不明瞭化を低減するため、顕微鏡のレンズと皮膚の間にコンタクト剤として水を注入し、表面張力により保持した。Zステージを用いてピントを調整した後、撮影を行った。
顕微鏡像と1)で取得したスキャナ画像(スキャン画像1)を照合し、マーカー、毛細血管、汗腺、毛穴、シミ等の皮膚微細構造を目印に、スキャナ画像中における顕微鏡観察視野を決定し(図4(a)四角枠内、(c))、記録した。
1)で付したマーカー位置の近傍にマーカーを貼り付けた。スキャナのガラス面上に25mm×25mmの開口を有するシリコンゴムのスペーサーを置き、1)と同様に、開口内をコンタクト剤で満たした後、マーカーを含む領域内をスキャンしてスキャン画像(スキャン画像2)を取得した(図4(b))。得られた画像のコントラストを調整し、毛細血管、毛穴、汗腺等の皮膚微細構造の分布を手掛かりとして、2)で決定された顕微鏡観察と同一の視野を特定した(図4(b)四角枠内、(d))。また、特定した視野と、改めて貼り付けたマーカーの位置関係を把握した。
4)同一視野における観察
3)で得られた情報を基に、XYステージを用いて顕微鏡の視野を3)で特定された視野と同一の部位に移動し、観察を行った(顕微鏡像2、図5(b)、(d))。
図5より、同一の毛細血管を含む同一の視野を観察することが可能であった。また、1)〜4)に要した時間は、マーキング、スキャナ観察、観察視野の対応付け、顕微鏡観察の手順を合わせて15分以内であった。
2 光源
3 光源
4 スペーサー
5 被写体配置面(ガラス板)
6 制御部
7 画像表示部
8 観察ミラー
9 スキャナ
11 身体部位
12 コンタクト剤
13 スペーサー
14 被写体配置面(ガラス板)
21 顕微鏡
22 XYZ軸ステージ
23 皮膚固定板
24 制御部
25 顕微鏡像表示部
Claims (8)
- 顕微鏡を用いて皮膚表層の特定の毛細血管を定点観察する方法であって、スキャナを用いた画像取得システムにより、被験者の身体部位の皮膚表面をスキャンしてスキャン画像を取得し、当該スキャン画像中に再現された皮膚微細構造の画像情報に基づき顕微鏡観察の視野を特定し、当該視野中の毛細血管を観察する、毛細血管の観察方法。
- スキャン画像中に再現された皮膚微細構造が、毛細血管、汗腺、毛穴及びシミから選ばれる1以上である請求項1記載の方法。
- スキャン画像の取得において、スキャナが、Gのチャンネルにおいて空間周波数5本/mm以上の構造を観察可能な空間分解能を有するものであり、当該スキャナの被写体配置面には開口部を有するスペーサーが設置され、
前記スペーサーの開口部内をコンタクト剤で満たした後、被験者の身体部位を当該スペーサーの上部に接触させて配し、スペーサー開口部に呈示された皮膚表面をスキャンしてスキャン画像を取得する、請求項1又は2記載の方法。 - コンタクト剤が、屈折率1.3〜1.55の流動性素材である請求項3記載の方法。
- コンタクト剤の粘度が、5.0×10−4〜1.5×102 Pa・sである請求項4記載の方法。
- スペーサーの開口部内の面積が100〜900mm2である請求項3〜5のいずれか1項記載の方法。
- スペーサーの厚さが、0.1〜6.0mmである請求項3〜6のいずれか1項記載の方法。
- 顕微鏡が、光源、イメージセンサー、撮影画像の記録部及び画像表示部を備え、視野0.5mm〜2.5mm、光学的な分解能1μm〜20μmである請求項1〜7のいずれか1項記載の方法。
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