Changes in Surface configuration of skin caused by aging and application of cosmetics Three-dimensional analysis according to new system based on imag

画 像 解 析 及 び フ ー リエ 変 換 を 応 用 した 新 しい方 法 に よ る3次 元 解

析-林

照次 三村邦雄 西島

靖

Changes

in Surface

configuration

of skin

caused

by aging

and application

of cosmetics

Three-dimensional analysis according to new system based

on image analysis and Fourier

transform-Syoji Hayashi, Kunio Mimura and Yasushi Nishijima

The surface configuration of the skin characterized by surface furrows and rises is known to change with aging and skin condition. And there have heen many attempts

to analyse the surface configration in order to evaluate the effect of skin care products. However the systems proposed up to now are insufficient to obtain three-dimensiomal informations.

We developed a new system of analysis based on image analysis and the Fourier trans form so we can make a quick and quantitative analysis of the three-dimensional surface configuration of the skin, applying the new method to measure changes in the surface con figuration caused by aging and clarify the effects of cosmetic cream.

As a result of measuring changes caused by aging, it was found that the furrows become less pronounced, the texture gets coarse and irregular, and the furrows become uniform in one direction as women from 20 through 60s grow in years. This findings are believed to correspond to the fact that the skin's metabolic and moisturizing functions deteriorate as a result of aging.

By measuring changes in the surface configuration before and after application of the cream, it was found that the furrows become more conspicuous and the texture becomes finer in the surface configuration after the application of the cream. This is believed to be attributable to plumpness of the epidermal rise caused by the moisturizing effect of the cream. 1. 緒 言 我 々化 粧 品技 術者 に と っ て, 肌 の状 態 を正 確 に 把握 し, 化 粧 効 果 を評 価 ・解 明す る こ とは, 最 も基 本 的 な 課 題 の 一 つ で あ る。 皮 膚 の 表 面形 態 に 対 す る評 価 に お い て は, 近 年, 定 量 的 評 価 法 と して, 表 面 粗 さ計 2 ) ∼ 8 ) , 1 0 ) ∼ 1 2 ) , 実 体 顕 微 鏡1,2), 走 査 電 顕1),2) 等 を用 いた 方 法 が い くつ か 試 み られ て い る。 こ れ らの評 価 法 の 中 で, 実 体 顕微 鏡 及 び走 査 電 顕 を用 いた 方 法 は, 目視 判 定 を ス コア化 した も の で あ り, 必 ず しも定 量 的 な評 価 法 とは言 いが た い。 鐘 紡 (株) 化 粧 品 研 究 所: 神 奈 川 県 小 田原 市 寿 町5-3-28

Cosmetics Laboratory, Kanebo Ltd.: 5-3-28

Kotobuki-cho, Odawara 250, Japan.

皮 表 形 態 を 測 定 す る各 種 の方 法 に お い て, 表 面 粗 さ計 を用 い た方 法 は, 針 状 の プ ロー ブ を用 い て皮 表 レプ リカ の表 面 を トレー スす る も の で あ り, 一 方 向 の測 定 に は比 較 的精 度 良 く測 定 可 能 で あ る た め, 従 来 よ り多 くの研 究 報 告 に お い て 用 い られ て い る。 しか しな が ら, 皮表 形 態 を 正 し く評 価 す るた め に は, 一 方 向 の み の 情報 で は不 十 分 で あ り, 面 と して 測 定 す る必 要 が あ る。 また, 化 粧 品 の効 果 を 統 計 的 に 評 価 す るた め に は, 多 くの サ ン プル を 測 定 す る必 要 が あ る。 表 面 粗 さ計 を 用 い て, 面 と して 測 定 す る に は長 時 間を 必 要 と し, 多 くのサ ン プル を 測 定 す る こ とは 困難 で あ る。 ま た, 画 像 解 析 を応 用 した 方 法 と

粧 技 誌 第23巻 第1号 1989 して, 皮表 シ リコ ン レ プ リカ の落 射 照 明像 をTVカ メ ラ で 撮影 す る方 法 も提 案 され て い る9),3)。 しか しな が ら, この方 法 で は, 皮 表 凹 凸 の深 さ の情 報 を 正 し く測 定 す る こ とは不 可能 で あ る。 そ こ で我 々 は, ス ン プ法 に よっ て 得 られ た 半 透 明の 表 皮 レプ リカの 顕 微 鏡 像 をTVカ メラ で撮 影 し, 画 像 解 析 装 置 に取 込 む シ ス テ ム を開 発 した 。 この 方 法 に よ り, 皮 表 の凹 凸に 比 例 した 明 暗 を 持 つ 画 像 デ ー タを 迅 速 に 得 る こ とが で き る。 一 方 , 得 られたデ ータを解析す るために, 従来主に用 い られ て きた 方 法 は, トレー ス した 断 面 の2次 元 的 な 形 状 に つ い て 解 析 を 行 な うもの で あ り, 一 次 元 フ ー リエ 変 換 を 応 用 した 方 法 も提 案 され て い る8)。 我 々は, 3次 元 の 形 態 を 定 量 的 に 解 析 す る た め に, 2次 元 フ ー リエ 変 換 (2D-FFT) を 応 用 した 方 法 の 開 発 を 行 な った 。 この2 次 元 フ ー リエ変 換 を 用 い る こ とに よ り, 従 来, 定 量 的評 価 が 困 難 で あ った 皮表 形 態 の 異 方性 に つ い て も, パ ワー ス ペ ク トル を方 向別 に 集 計 す る こ とに よ って, 定 量 的 な 解 析 が 可 能 とな った。 2. 実 験 今 回 行 な った 皮表 形 態 の 測 定 及 び 解 析 方 法 の概 略 を Fig.-1に 示 した 。

Pig.-1 An outline of the method for measure ment and analysis.

2.1 皮 膚 レプ リカの 採 取 皮 表 レプ リカの 採 取 は ス ン プ法 で 行 な っ た 。 す な わ ち, セル ロイ ド板 上 に 酢 酸 ブ チル を 滴 下 して 表 面 を 溶 か した 後, 皮 膚 表 面 に 密 着 させ, 乾 燥 後 剥 離 す る方 法 で あ る。 この 時, 泡 ・うぶ 毛 お よび 老 化 角 質 層 が 多 い と解 析 の 障 害 と な るの で, 出 来 るだ け これ らが 入 らな い よ うに 注 意 を 要 す る 。 Fig.-2に, ス ン プ 法 で 採 取 した 皮 表 レ プ リ カ の 顕 微 鏡 写 真 の 一 例 を 示 した 。

Fig.-2 Microscope photographs of replica.

The left replica shows a fine texture and clear furrows and the right rep

lica shows furrows that are uniform in one direction. 2.2 画 像 解 析 装 置 へ の デ ー タ 取 込 み 採 取 した 皮 表 レプ リカを 顕 微 鏡 に 接 続 した テ レビ カ メ ラで 撮 影 し, 画 像 デ ー タ と し て 画 像 解 析 装 置 に 取 込 ん だ 。 顕 微 鏡: Nikon Optiphot XF-31 対 物 ×2 接 眼 ×2.5 テ レビ カ メ ラ: Ikegami ITC-730A

画 像 解 析 装 置: Nexus inc. NEXUS6400

画 像 デ ー タの取 込 み は, 256回 の積 積 平均 で 行 な い, 光 デ ィス クに保 存 した。 Fig.-3に 画像 解 析 装 置 に 取 込 ん だ ス ン プ画像 デ ー タ の例 を示 した。 Fig.-3に お い て, 縦 ・横 の線 の部 分 の 画像 濃 度 (明 る さを 数値 化 した もの0∼255の 値 を持 つ) の 変化 を グ ラ フで 示 した が, 皮 膚表 面 の 溝 の部 分 は 低 く, ま た 皮丘 の部 分 は 高 くな って お り皮 膚表 面 の 凹 凸 に対 応 した値 が 得 られ る こ とが分 か る。 また, 右 側 の 図 は 白枠 部 分 の 画像 濃 度 の変 化 を ワイ ヤ ー フ レー ム図 で示 した もの で あ る_。 2.3 画 像 デ ー タ の 補 正 ス ン プ画 像 デ ー タに お け る 画像 濃度 (明 る さ) は, 撮 影 条 件 の 影 響 を受 け る こ と及 び 顕 微鏡 視 野 内 で 明 る さ に 不 均 一 性 が あ る こ とか ら, 撮影 条 件 を 一 定 にす る こ と と 共 に, 同 一 条 件 で 撮 影 した 標準 画 像 に 対 して 補 正 を 行 な う必 要 が あ る。 今 回 は, 標 準 画 像 と して 未使 用 の ス ン プ 板 を 撮 影 した もの を 用 い, これ と実 際 の ス ン プ画像 デ ー

タ との 比 を とる こ とに よ り補正 を 行 な った。

(a)

(b)

Fig.-3

An example of Sump image data fed into the image analyzer.

(a) left and lower

graphs

show changes

in gray

level

of the image of the portion

of vertical

and

horizontal

lines;

(b) wire-frame

graph

showing changes in gray level of the image

of the portion

of the frame in (a).

2.4 画 像 デ ー タ の 測 定 精 度 に つ い て

今 回 の シ ス テ ム で 得 ら れ た 画 像 デ ー タ に つ い て, そ の 測 定 精 度 を 評 価 す る た め に, 表 面 粗 さ 計 を 用 い て 得 ら れ た デ ー タ と の 比 較 を 行 な っ た 。

表 皮 レ プ リ カ の 同 一 部 位 に つ い て, 両 方 法 で 得 ら れ た デ ー タ をFig.-4に 示 し た 。 表 面 粗 さ計 はTokyo Sei mitsu社 製Surfcomを 用 い, 測 定 は で き る か ぎ り低 荷 重 (70mg) で 行 な っ た 。 ま た, 測 定 範 囲 は5mm×2.5 mmで あ る 。 計 測 に 要 し た 時 間 は, 表 面 粗 さ 計 で15分, 今 回 の シ ス テ ム で は20秒 で あ っ た 。 SURFACE ROUGHNESS TESTER TOKYO SEIMITSU SURFCOM IMAGE DATA

Fig.-4 Comparison of the data from surface roughness tester and from new sys

tem. 両 者 を 比 較す る と, 皮表 の 比 較 的 大 きな 凹 凸 に つ い て ほ ぼ 同 一 の 情 報 が 得 られ て い る が, 細 か な 皮 表 凹 凸 に つ い て は 画 像 デ ー タの 方 が精 度 良 く測 定 され て い る こ とが 分 る。 2.5 2次 元 フ ー リエ 変換 に よ る 解 析 2.5.1 2次 元 フー リエ変 換 につ い て 2次 元 の (離散 的) フー リエ変 換 を1), 2) 式 に示 した 。 1) F(n,m)=1/(N・N)N-1Σx=0N-1Σy=0g(x,y)・exp〔-2πi (xn+ym)/N〕 2) P(n,m)=〔Fre2(n,m)+Fim2(n,m)〕1/2 N: デ ー タ 数 g(x,y): x, yに お け る 元 デ ー タ F(n,m): n, m番 目の 周 波 数 成 分 P(n,m): n, m番 目 の パ ワ ー 成 分 今g(x,y) の 例 と し て, 式3) の 場 合 に つ い て, そ の 元 デ ー タ (Fig.-5(a)) 及 び 変 換 後 の パ ワ ー ス ペ ク トル (Fig.-5(b)) を 下 に 示 し た 。 3) g(x,y)=10・sin(2πx/8)+5・sin(2πy/4) N=32 Fig.-5で わ か る よ うに 元 デ ー タ の 各 成 分 に つ い て, そ の 進 行 方 向 に, 周 波 数 (周 期) に 対 応 し た 位 置 に ピ ー ク が 得 ら れ る 。 離 散 的 フ ー リエ 変 換 で 得 ら れ る パ ワー ス ペ ク トル は, 有 限 の 観 測 区 間 の 波 形 を 繰 返 し た 信 号 に 対 す る も の と な る の で, 観 測 区 間 の 境 界 で 現 れ る 不 連 続 性 の た め に, 元 の 信 号 に な い 周 波 数 成 分 も 存 在 す る か の よ うに 見 え る こ と が あ る 。 こ れ を ス ペ ク トル 漏 れ と 呼 ぶ が, こ の 影 響 を

粧 技 誌 第23巻 第1号 1989 で き る だ け 小 さ くす る た め に 用 い る 重 み 関 数 が 窓 関 数 で あ る 。 こ の 窓 関 数 と し て は, 三 角 窓, ハ ニ ン グ窓, ハ ミ ン グ 窓, ブ ラ ッ ク マ ン窓 な ど が あ り, 目的 に 応 じ て 用 い ら れ る 。 今 回 は, ハ ミ ン グ 窓 を 用 い た 。 (a) (b)

Fig.-5

Graphic

presentation

of g(x,y)

in the case of Formura

_{(3) .}

(a) original

data;

(b) post-transform

power spectrum.

2.5.2 ス ン プ 画 像 の パ ワ ー ス ペ ク トル ス ン プ 画 像 デ ー タ に フ ー リ エ 変 換 を 適 用 し, そ の 結 果 得 ら れ た パ ワ ー ス ペ ク トル をFig.-6, -7に 示 し た 。 ス ン プ 画 像 デ ー タ は, 実 際 の 皮 膚 表 面 の 大 き さ と し て, 5mm×5mmの 範 囲 の デ ー タ を 用 い た 。 ま た, サ ン プ リ ン グ デ ー タ数 は, 64×64と し た 。 (サ ン プ リ ン グ デ ー タ が 多 い 程 解 析 精 度 は 良 く な る が , よ り多 く の 時 間 を 必 要 と し, 表 皮 形 態 の 特 長 を と ら え る た め の 必 要 最 小 数 が 好 ま し い.) Fig.-6の 皮 表 形 態 で は, と く に 方 向 性 は 見 ら れ ず_, そ の パ ワ ー ス ペ ク トル も各 方 面 に ほ ぼ 均 一 に 分 布 し て い る 。 Fig.-7で は, 皮 溝 は 一 方 向 に そ ろ っ て お り, 従 っ て そ の パ ワ ー ス ペ ク トル も 一 方 向 に 集 中 し て い る こ と が 分 か る 。 2.5.3 パ ワ ー ス ペ ク トル の 集 計 例 Fig.-7の パ ワ ー ス ペ ク トル に つ い て, 方 向 別 及 び 周 波 数 別 に 集 計 し た も の をFig.-8に 示 し た 。 Fig.-8の 上 側 の グ ラ フ は, 90° ∼-90° ま で2° 間 隔 で ス ペ ク トル 分 布 を 示 し た も の で, こ の 場 合 は, -70° 前 後 に ピ ー クが 集 中 し て お り異 方 性 が 高 い こ とが 分 か る 。 Fig.-8の 下 側 の グ ラ フ は, 周 波 数 分 布 を 示 し た も の で, 実 線 の グ ラ フ は 全 方 向 平 均, 破 線 はMax方 向 (こ の 場 合 は-70° 方 向) の 周 波 数 分 布 を 示 し て い る 。 こ の よ うに, パ ワ ー ス ペ ク トル 分 布 を 方 向 別 あ る い は 周 波 数 別 に 集 計 す る こ と に よ り, 元 の ス ン プ 画 像 デ ー タ の 方 向 性 お よ び 平 均 周 期 を 知 る こ と が で き る 。

Fig.-6

The power spectrum of a Sump image

(Example

of

the

power

spectrum

without

directional

property).

Fig.-7

The power spectrum of a sump image

(Example

of

the

power

spectrum

with directctional

property).

皮 表 形 態 の特 徴 を示 す 指 標 と し て, 皮 表 の 凹 凸 の程 度, 皮 溝 の異 方 性, キ メ細 か さ に つ い て, パ ワー ス ペ ク

トル の集 計 方 法 を 次 に示 した 。

Fig.-8 An example of the sum of power spectra. 4) 皮 表 の 凹 凸 の 程 度 … … パ ワ ース ペ ク トル の 総 合 計 Rt=N-1Σn=0N-1Σm=0P(n,m) 5) 皮 溝 の 異 方 性 … … パ ワ ー ス ペ ク トル の 方 向 別 集 計 Ani=ΣP(Max方 向 ±10°)/Rt 6) キ メ 細 か さ … … 平 均 周 期 Ta=ΣP(n,m)・N/ν/ Rt N: デ ー タ 長 ν: 周 波 数 N/ν: 周 期 皮 表 の 凹 凸 の 程 度 に つ い て は, パ ワー ス ペ ク トル の総 計 (Rt) を 用 い た 。 これ は, 各 ピー ク自身 が 凹 凸 の振 幅 を 表 わ す こ とか ら 自 明 で あ る。 皮 溝 の異 方 性 す なわ ち, 皮 溝 方 向 の か た よ りにつ い て は, 任 意 の方 向 ±10° 方 向 に 含 まれ るパ ワー ス ペ ク トル を 集 計 し, そ の 値 が 最 大 とな る角 度 (Max.方 向) に お い て, RTと の 比 を 求 め た 。 この 値 (Ani) は, %で 示 せ ば11∼100%の 範 囲 に あ り, 大 き い程 異 方 性 が 高 い (皮 溝 が 一方 向 に そ ろ って い る) こ とを表 わ す 。 キ メ細 か さに つ い て は, 全 方 向 平均 の平 均 周期 (Ta) を 求 め た 。 この 平 均 周 期 が 小 さい 程, キ メが 細 か い と考 え られ る。 2.6 断 面 の2次 元 的解 析 方 法 今 回 の 実 験 に お い て は, パ ワ ース ペ ク トル に よる 集 計 方 法 と比 較 す るた め に, 2次 元 的 解 析 方 法 に つ い て も検 討 した 。 こ の方 法 は, 表 面 粗 さ計 デ ー タ の解 析 法 と して 従 来 よ り用 い られ て い る方 法 で あ り, 提 案 さ れ て い る 多 くの方 法 の な か で 皮 膚表 面形 態 の評 価 法 と して利 用 可 能 と思 わ れ る下 記 の 方 法 を 用 い た 。 ○皮 表 の 凹 凸 … … 中 心 線 平 均 粗 さ 7) Ra=1/L∫0L￨f(x)￨dx

Fig.-9 Mean surface roughnees (Ra).

○皮溝 の 間 隔 … …平 均 谷 間 隔 8) Sm=S1+S2+…+S

n

Fig.-10 Average distance between the

furrows (Sm). また, 従 来 は 行 な わ れ て い な い が 同様 の方 法 と して, ○皮 溝 の 規 則 性 … … 谷 間 隔 (Sm) の変 動 係 数 Sm・CV につ い て も解 析 した 。 今 回 は, 皮 表 画 像 デ ー タ の縦4本, 横4本 計8本 の 走 査 線 に お い て 上 記 の 各解 析 を行 な い, そ の 平均 値 を 求 め た 。 3. 結 果 3.1 皮 膚 表 面 形 態 の加 齢 変 化 皮 膚表 面 形 態 の各 特 徴 が加 齢 と とも に どの よ うに変 化 す る か を 調 べ る た め に, 冬期 に お い て, 20才 ∼85才 の女 性90名 に つ い て, 頬 の レプ リカを採 取 した 。 Table-1に レプ リカを 採 取 した パ ネル の 年 齢 構 成 を 示 した 。 この レ プ リカ を用 い て, 前 述 の方 法 に よ り 皮 表 の 凹凸<Rt, Ra>, キ メ細 か さ<Ta,Sm>, 皮 溝 の異 方 性<Ani>及

粧 技 誌 第23巻 第1号  1989

び 皮 溝 の 規 則 性<Sm・CV>に つ い て解 析 した 。

Table-Ⅰ A panel of women by age categori zations

Average: 48.4 years old

3.1.1 皮 表 の 凹 凸 皮 表 の 凹 凸 に つ い て 年 代 別 に 集 計 した 結果 をFig.-11 に 示 した 。 20代 ∼60代 にか け て は, 皮 表 の 凹 凸 は 加 齢 と と もに 減 少 す る, す なわ ち, 皮 溝 は しだ い に 浅 くな って い く傾 向 が み られ た 。 特 に, 30代 と40代 の 間 に お い て は, RtとRaは い ず れ も有 為 な 差 を 示 した 。 また, 70代 以 降 に な る と皮 表 の 凹 凸 は, 一定 も し くは や や増 加 す る 傾 向 が み られ た 。 3.1.2 キ メ細 か さ キ メ細 か さに お い て も同様 に年 代 別 に 集 計 し, 結 果 を Fig.-12に 示 した 。 20代 ∼60代 に か け て は, しだ い に キ メが 粗 くな って い くが, 70才 代 以降 に な る と逆 に キ メ は 細 か くな る傾 向 が み られ た。 3.1.3 皮 溝 の異 方 性 皮 溝 の異 方 性, す なわ ち皮 溝 が ど の程 度 一 方 向 に揃 っ て い るか を示 す 値 を 年 代 別 に 集 計 し, 結 果 をFig.-13に 示 した。 30代 以 降 に お い て は, 加 齢 と とも に異 方 性 が大 き くな る, す なわ ち皮 溝 が 一 方 向に 揃 うよ うに な る こ と が分 か った。 (a) (b)

Fig.- 11 Change in the surface

roughness

with aging.

(a) Rt: total

sum of power spectra

(b) Ra: Mean surface

roughness.

(a) _(b)

Fig.- 12 Change in the surface texture

with aging.

(a) Ta:

Average

cycle (b) Average distance

between

the furrows.

皮 溝 の 規 則 性 に つ い て の 解 析 結 果 をFig.-14に 示 し た 。 20代 ∼50代 に か け て, 皮 溝 は しだ い に 不 規 則 に な っ て い くが, 70才 代 以 降 に な る と逆 に や や 規 則 的 に な る 傾 向 が み られ た 。

Fig.-1 3 Change in the surface anisotropy

with aging (Ani: total of power

spectra by direction).

Fig.-1 4 Change in the surface

regularity

with aging (Sm. CV: Coefficient

of variation

of a distance between

the furrows).

3.1.5 皮 表 形 態 の年 代 別 典 型 例 Fig.-15は, 皮 表 形 態 の 各 年 代別 典 型 例 を画 像 デ ー タ で 示 した もの で あ る。 20代 の若 い 人 の肌 は, キ メが 細 か く, 皮 溝 の 方 向性 は あ ま りみ られ な い。 30代 ∼60代 にか け て は, 皮 溝 が うす れ, キ メが粗 く不 規 則 に な り, ま た皮 溝 が 一 方 向 にそ ろ う よ うに な る。 70才 代 以降 に な る と, 皮 溝 はや や 深 くな り, キ メ も細 か くな る。 た だ し, 皮 溝 の方 向性 に お い て は更 に一 方 向 に そ ろ う よ うに な る こ とが分 か った。

Fig.-1 5 Typical examples of the surface configuration by age group.

Table- Ⅱ A panel of women by age categorizations

Average: 45.2 years old

Table- Ⅲ Composition of the ingredients of the cream こ の よ う に, 皮 溝 の 異 方 性 以 外 の 項 目す な わ ち 皮 溝 の 深 さ, キ メ細 か さ, 規 則 性 に お い て は, 50∼60代 の 前 後 に お い て や や 異 な っ た 傾 向 が 認 め ら れ た 。 こ の 理 由 の 一 因 と し て, “ しわ ” の 形 成 が 著 し く な る こ と と関 係 し て い る こ と が 考 え ら れ る 。 す な わ ち, 今 回 の ス ン プ 法 に お い て は, 比 較 的 ミ ク ロ レ ベ ル な “皮 溝 ・皮 丘 ” の 形 態 を 測 定 し て い る が, こ の “皮 溝 ・皮 丘 ” の 形 態 は, よ りマ

粧 技 誌 第23巻 第1号 1989 ク ロ レベ ル な 形態 で あ る “しわ ” の形 成 に よる影 響 を 受 け て い る と考 え られ る。 3.2 ク リー ム連 用 前 後 の皮 膚表 面 形 態 の 変 化 ク リー ム を長 期 間 使 用 した場 合, 皮 膚 表 面形 態 に ど の よ うな影 響 を 与 え るか を 調 べ た 。 冬 期 に, 40名 のパ ネ ル につ い てO/Wク リー ム のみ を4週 間 使 用 させ, 使 用 前 後 の 頬 の レプ リカを 採 取 した 。 な お, 測 定 当 日は ク リー ムを 使用 せ ず, 測 定2時 _{間前 に 洗顔 を行 な った。 この レ} プ リカ を用 い て, 前 述 の方 法 に よ り皮 表 の 凹 凸<Rt , Ra>, キ メ細 か さ<Ta,Sm>, 皮 溝 の 異 方 性<Ani>及

び 皮 溝 の規 則 性<Sm・CV>に つ いて 解 析 した 。 Table-Ⅱ に パ ネ ル の 年 齢 構 成 を, ま たTable-Ⅲ に 実 験 に 使 用 したO/Wク リ ー ム の 成 分 組 成 を 示 した 。 3.2.1 皮 表 の 凹 凸 皮 表 の 凹 凸 に つ い て, ク リ ー ム使 用 前 後 の 解 析 結 果 を Fig.-16に 示 し た 。 今 回 の 実 験 に お い て は_{, ク リ ー ム 使} 用 後 の 皮 表 の 凹 凸 は, Rt, Ra共 に 使 用 前 に 比 べ て 明 ら か に 大 き く な っ て い る こ と, 言 い 換 え れ ば, 皮 溝 ・皮 丘 が 明 瞭 に な っ て い る こ と が 分 か っ た 。

(a)

(b)

Fig.-1 6 Surface roughness

before and after the application

of the

cream.

(a) Rt:

total sum of power spectra;

(b) Ra: Mean

surface roughness.

(a)

_(b)

Fig.-17

Surface texture

before and after the application

of the cream.

(a) Ta: Average

cycle; (b) Sm: Average

distance between the

furrows.

3.2.2 キ メ 細 か さ

キ メ 細 か さ に つ い て も 同 様 に, ク リー ム 使 用 前 後 の 解 析 結 果 をFig.-17に 示 し た 。 図 か ら 明 ら か な よ うに, 今

回 の 実 験 に お い て は, Ta, Sm共 に ク リ ー ム 使 用 後 の 皮 表 の 方 が 小 さ く な っ て い る こ と, す な わ ち キ メ が 細 か く な っ て い る こ と が 分 っ た 。 3.2.3 皮 溝 の 異 方 性 皮 溝 の 異 方 性 に つ い て の 解 析 結 果 をFig.-18に 示 し た 。 ク リ ー ム 使 用 前 後 で 有 為 差 は 認 め ら れ な い が, 傾 向 と し て, 使 用 後 の 方 が 異 方 性 は 小 さ く な っ て お り, 皮 溝 方 向 の 分 布 が よ り均 一 に な っ て い る こ と が 分 っ た 。 3.2.4 皮 溝 の 規 則 性 皮 溝 の 規 則 性 に つ い て の 解 析 結 果 をFig.-19に 示 し た 。 規 則 性 に お い て は, ク リ ー ム 使 用 前 後 で 変 化 は 認 め られ な か っ た 。

Fig.-18

Anisotropy

(Ani)

before

and after

the application

of the cream.

Fig.-19

Regularity

(Sm. CV) before

and af

ter the application

of the cream.

3.2.5 ク リ ー ム 使 用 前 後 の 皮 表 形 態 の 典 型 例 Fig.-20は ク リ ー ム 使 用 前 後 の 皮 表 形 態 の 典 型 例 を 画 像 デ ー タ 及 び ワ イ ヤ ー フ レ ー ム グ ラ フ で 示 した も の で あ

る 。

Fig.-20 A typical example of the surface configuration before and after the use of the cream.

ク リー ム 使 用 後 の 皮 表 形 態 は, 使 用 前 に 比 べ て, 皮 溝 が 明 瞭 で キ メ が 細 か く な り, ま た 皮 溝 方 向 の 分 布 に お い て は, よ り均 一 に な る こ と が わ か った 。 4. 考 察 4.1 フ ー リ エ 変 換 を 用 い た 解 析 結 果 に つ い て 皮 膚 表 面 形 態 を 解 析 す る た め に, フ ー リ エ 変 換 を 応 用 した 方 法 の 適 用 はUdo Hoppe8) ら に よ っ て 試 み ら れ て い る 。 彼 等 は2次 元 の 形 態 に 対 し て1次 元 の フ ー リ エ 変 換 を 用 い て 解 析 を 行 っ た 。 ま た, 2次 元 の フ ー リエ 変 換 を 用 い て3次 元 形 態 の 解 析 を 行 な う こ と の 可 能 性 を 示 唆 して い る 。 我 々 は, a) 2次 元 の フ ー リ エ 変 換 を 用 い て, 3次 元 の パ ワ ー ス ペ ク トル を 求 め, 各 種 の 解 析 を 行 っ た 。 ま た 同 時 に, b) 従 来 よ り用 い ら れ て き た 方 法 (フ ー リエ 変 換 以 外 の 方 法) に よ っ て も, 解 析 を 行 な っ た 。 皮 表 形 態 の 特 徴 と そ の 解 析 に 用 い た 方 法 を, Table-Ⅳ に 示 し た 。 皮 表 の 凹 凸 及 び キ メ 細 か さ に つ い て は, 今 回 の 実 験 で 用 い た デ ー タ の 中 か ら 典 型 的 な 形 態 を 含 む32例 を 抽 出 し, a), b) 両 方 法 に よ る 解 析 結 果 の 相 関 係 数 を 示 し た 。 ま た, Table-Ⅳ の 皮 表 凹 凸 に お い て は, 10点 平 均 粗 さ (Rz・J, Rz・D) を 用 い た 解 析 結 果 と, Rtと の 相 関 係 数 も 示 し た 。 RtとRaは ほ ぼ 比 例 し た 解 析 結 果 を 与 え る が, Rtと Rz・J, Rz・Dと は か な り異 な った 結 果 を 示 す 。 Raは

粧 技 誌 第23巻 第1号 1989

粗 さ の積 算 平 均 値 を 示 す の に対 して, Rz・J, Rz・Dは 大 き な 凹 凸を 示 す 部 分 を 集 計 す る。 従 って, RtはRaと 同様 に 凹 凸全 体 の平 均 値 を 示 す こ とが わ か る。

Table-Ⅳ Characteristics of the surface configuration and methods used to analyze the configuration

(*1)

Rz・J= ΣMax-ΣMin 5 ΣMax=P1+P2+P3+P4+P5 ΣMin=V1+V2+V3+V4+V5

Fig.-21 Mean depth of roughness (Rz. J).

(*2)

Rz・D= Z1+Z2+Z3+Z4+Z5

5

Fig.-22 Mean depth of roughness (Rz. D).

キ メの 細 か さを示 す 平均 周 期 (Ta) と平均 谷 間 隔 (Sm) に お い て, そ の 解 析 結 果 は, 比 較 的 同 じ傾 向 を 示 し た

(Fig-12お よ びFig.-13)。 しか しな が ら, TaとSm

の 相 関 性 は あ ま り高 い とは 言 え な い 。 この 理 由 と して は 以 下 の こ とが 考 え られ る。 1) 各 種 の 正 弦 波, 余 弦 波 を 組 合 せ た 形 態 に 対 して フ ー リエ 変 換 を 行 な って 得 られ るパ ワ ース ペ ク トル は 各 正 弦 波, 余 弦 波 と1対1に 対 応 した ピ ー クを 持 つ 。 しか し なが ら, 先 鋭 的 な ピ ー クに 対 す るパ ワ ース ペ ク トル は, メ イ ン ピー クの 他 に 付 随 す る ピ ー クを よ り高 波 数 側 に 持 つ 。 従 っ て, こ の よ うな ピー ク を 持 つ 形 態 の 平 均 周 期 (Ta) を 計 算 す る と, よ り小 さ な値 を 示 す こ とに な る。 2) 平 均 谷 間 隔 (Sm) の計 算 に お い て は, 細 か な凹 凸 は無 視 され, あ る程 度 以上 の深 さを 持 つ 皮 溝 の み が 計 算 に含 まれ る。 TaとSmの どち らに も一 長 一 短 が あ り, 今 回 は両 方 法 に よる解 析 を 行 な った 。 皮 溝 の異 方 性 (Ani) の解 析 に お い て, 今 回 は パ ワー ス ペ ク トル の方 向別 集 計 を 行 な った 。 これ に よ り, 皮 溝 方 向 の分 布 及 び皮 溝 方 向が ど の程 度 一 方 向 にか た よ って い る かを 求 め る こ とが で き る。 パ ワー スペ ク トルを 集 計 す る方 法 以 外 に, 同様 の解 析 を行 な うこ とは 困 難 で あ り, フ ー リエ変 換 を 用 い た 解 析 方 法 の特 徴 の一 つ で あ る。

4.2 皮 膚形 態 の加 齢 変化 に つ い て 加 齢 に よる皮 表 形 態 の変 化 に つ いて は, U. Hoppe13) らの研 究 報 告 が あ る。 彼 等 に, 上 腕 部 を 測 定 し, 加 齢 に よ り皮 表 の 凹 凸が 増 加 す る こ とを, 4つ の パ ラ メ ー タ ー (Rt, Rz, Rp, Ra) で 示 して い る。 今 回 我 々の 実 験 に お い て は, 頬 を 測 定 し, 皮 表 凹 凸 の パ ラ メ ー タ ー と して 解 析 したRt, Raは, 彼 等 の 結 果 とは 逆 に, 加 齢 に よ り 減 少 す る傾 向 を 示 した。 この 解 析 結 果 の 相 異 の 理 由 を 考 え る と, 人種 及 び 測定 部 位 が 異 な る こ と もあ る が, 他 に, 測 定 して い る皮 表 形 態 の 種 類 の 違 い が 考 え られ る。 す なわ ち, 皮 表 形 態 と し て は, 比較 的 マ ク ロ レベ ル な “しわ ” と, よ りミ ク ロ レ ベ ル な “皮 溝 ・皮 丘 ” とが あ る。 “しわ ” は加 齢 に 伴 な い 明 らか に増 大す る が, 今 回我 々が ス ンプ法 に よって 採 取 した皮 表 形 態 は, “皮 溝 ・皮 丘 ” とい うよ り ミク ロ レ ベ ル な形 態 で あ る。 今 回 の我 々の 結 果 か ら考 え る と, こ の “皮 溝 ・皮 丘 ” とい う形 態 に お い て は, 加 齢 に 伴 な い, 皮 溝 は 浅 く不 明瞭 に な る と考 え られ る。 また, この こ とは 一 般 に, 加 齢 に よ り皮 膚 の 代 謝 機 能 及 び保 湿 機 能 が 低 下 し, 皮 丘 部 分 の 膨 らみ が 減 少 す る こ と と対 応 して い る と考 え られ る。 4.3 皮 表 形 態 の ク リー ム 塗 布 に よ る 変 化 に つ い て ク リー ムを 連 用 した 場 合 の 皮表 形 態 の 変 化 に つ い て は, 従 来 よ り多 くの報 告 が な さ れ て い る2),7),8),13)。 これ らの報 告 に お い て, ク リー ム使 用 前 後 の皮 表 凹 凸 に 関す る解 析結 果 は異 な っ て お り, 次 のa)∼c) に 大別 され る。 a) 皮 表 凹 凸 は 減 少 す る8)。 b) 皮表 凹 凸 は 変 わ らな い)。 皮 溝 の 明瞭 さ は変 わ ら な い (保湿 剤 の な い場 合))。 c) 皮 溝 は 明瞭 に な る (保湿 剤 を 含 む 場 合)3)。 今 回 の 我 々の 解 析 結 果 で は, ク リー ム使 用 に よ り皮 溝 は 明 らか に 明瞭 に な った 。 この ク リー ム使 用 に よ る皮 表 形 態 の 変 化 は, 塗 布 部 位, 使 用 した ク リー ムの 種 類 (特 に, 保 湿 剤 の 有 無) 等 に よ って 異 な る もの と思 わ れ, ま た, この 変 化 は ク リー ムの保 湿 効果 に よる 皮丘 の膨 らみ に 対応 して い る もの と考 え られ る 。 参 考 文 献

1)

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2)

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5)

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(第15回 IFSCCロ ン ド ン大 会 発 表 論 文) (昭 和63年10月24日 受 理)