Abstract
電気的層状組織構造は真皮および皮下脂肪組織における高周波電流分布を均一な媒体における分布と比較して大きく変化させる． 真皮と皮下を含む2層の皮膚における高周波電流分布の簡単なモデルに基づいて、真皮の厚さが異なる皮膚層における電流密度に及ぼす影響を評価した。 他の条件が同じ場合、真皮の電流密度は、真皮が薄い皮膚ほど高くなることがわかった。 これは、治療結果は主に標的組織で到達する最高温度に依存するというRF理論の主要なパラダイムと矛盾する。なぜなら、皮膚へのRF適用の短期および長期の最良の臨床結果は、真皮が厚い領域で報告されているからである。 この矛盾を解決するために、RFの長期的な効果は、治療された皮膚領域に隣接する皮下脂肪層の構造変化によって実現されることが提案される。 真皮と皮下の境界付近にあるこれらの細胞を刺激するには、この領域にRFエネルギーを集中させ、皮膚表面にRF電極を最適に配置することが必要です。 はじめに
皮膚に高周波（RF）電流を流すと、その機械的特性を変化させ、結果として皮膚の弛緩を改善できると考えられていた。 理論的には、この効果は、真皮のジュール加熱によるコラーゲンネットワークの構造変化（いわゆる「コラーゲン収縮」効果）、および温度上昇により誘発されるコラーゲン生成の刺激と関連していた。 例えば、モノポーラRF電流の適用後に報告された主な結果は、鼻唇および中顔面のしわと同様に中程度の頬の弛みの改善であったが、同時に、顎下および首上部の皮膚の弛みは同じ治療後に著しく悪い改善を示している。
皮膚におけるRF電流分布の特性は、RF電極の種類と空間的配置などの異なる外部パラメータ、ならびに標的領域のいくつかの内部特性および電極から標的までの経路の電気的特性によって決定されます。 外部パラメータは一般に信頼性の高い制御が可能であるが、内部特性は被験者間や部位間で大きなばらつきを示すことがある。 RF電流分布に大きく影響する皮膚の重要な内部特性の1つは、異なる電気特性を持つ媒体間の明確な界面を持つ層状構造である。 次の界面であるsWAT/筋肉は通常真皮/sWAT界面から遠く離れており，真皮の電流分布に与える影響は第一近似で無視できる。 このような皮膚構造は、最も電気伝導度の高い組織（真皮）に電流を集中させ、より電気抵抗の高いsWATへの電流の浸透を減少させるはずである。 この効果は、皮膚表面上の電極の異なる空間配置によって生じる電流分布の特異性よりも優位に立つことさえあり、したがって、治療結果に対する外部パラメータの影響を効果的に減少させることができる。 このような皮膚の層構造を考慮した高周波電極の最適な配置は、均質な媒体の表面に配置された同じ電極の対応する配置から大きく逸脱し、臨床応用に通常用いられる配置とは非常に異なっています。 RF電極の非最適な構成は、ターゲット領域の電流密度を数回減少させることができ、したがって、望ましい加熱効果を大幅に減少させることができます。 システムの他のすべての空間特性、例えば、電極間の距離は、DTの単位で測定することができます。 DTの変動は電流分布に強く影響し、臨床結果の領域間および被験者間のばらつきの主な原因となることが推測される。 本論文の主な目的は、DTの変動が皮膚内の電流分布にどのように影響するかを分析し、これらの理論的結果と、異なるDT値を有する身体部位へのRF電流印加の結果を比較することにある。 顔面真皮厚の変動
DTの地域、性、年齢による変動に関する情報は矛盾している。 DTの絶対値はin vitroとin vivoで測定方法が異なることに依存することが知られているが、in vitroで測定したDT値はin vivoで測定した対応する値より大きいと主張されている。 また、同一部位におけるDTは、年齢や光障害の程度によって大きく変化することが示された。
成人の死体における顔の皮膚の厚さは、頬とあごの部分で平均的に大きく、首の部分で小さいという、強い空間的な変化を示している。 例えば、頸部では（0.25 mm, 0.80 mm）、顴骨部では（0.57 mm, 1.62 mm）、頬部では（1.04 mm, 1.20 mm）の範囲で変化している。 45 体（男性 27 体、女性 18 体）のミニチュア測定では、しわのない部分の厚みが mm であったが、測定値の全範囲は (0.35 mm, 1.65 mm) であった。 また，同じ被験者のしわのある部分の DT 値は mm であり，その範囲は (0.12 mm, 1.74 mm) であった． 一方、20MHz超音波によるin vivoでの皮膚厚測定では、頬部で約1.6mm、顎部で2.5mm以上の平均DT値が得られており、同じ顔の部位での被験者間のばらつきも大きい。 によると、3人の死体で測定した顴骨部の個々のDT値は、それぞれ、mm、mm、mmであった。 このことから，本研究で得られた高い変動係数は，主に被験者間の強い変動に起因していることがわかる． 一方，同一顔面内におけるDTプロファイルの変動係数は十分に低く，単一被験者では3〜7％程度であった。 したがって、第一近似的には、同一顔面内における皮膚厚プロファイルの変動は無視できるが、一人の被験者の異なる顔面内または異なる被験者を考慮する場合は、これらの変動を考慮する必要がある。 このようなDTの変動が電流分布とそれに対応する皮膚の温度上昇に大きく影響する場合、ある顔領域におけるDTの絶対値は、観察されたRF治療の効果と相関するはずである。 皮膚におけるRF電流分布へのDTの影響
層状皮膚における電流分布がDTにどのように依存するかを調べるために、まず皮膚表面上に置かれた単極電流電極について考えてみることにする。 皮膚の角質層は非常に薄いので、真皮の電流分布に与える影響は無視することにする。 皮膚は損失性の誘電体であり、電気的な層構造で生じる電位は、誘電特性と層間の界面の分極を考慮したポアソン方程式の解として求めることができる。 この問題を解析的に解くために、この分極を無視した近似式を考える。この近似式は、皮膚が主に導電性である高周波を考慮したものである。 したがって，皮膚単層の導電電流は，対応する変位電流よりもはるかに大きくなければならない，すなわち， , は電流周波数， , は周波数における電気伝導率， , は自由空間の誘電率， , は周波数における組織の比誘電率である。 ここで、半径ベクトル、ターゲット組織の局所的な電気伝導度であり、電流の周波数に依存する、 。 さらに、皮膚は、皮膚表面に平行に位置する平面、等方性、均質な境界の真皮/皮下の2層構造であると考えることにする。
局所電流密度, , は次の式から求めることができる。
式(1)は、層状媒質の上部に置かれた点電極に対して、円柱座標で書かれた積分形式で簡単に解くことができる。 ここで、RF電極からの半径方向の距離、皮膚への深さ、方位角は、それぞれ、3つのパラメータで表される。 点状の単極性電流源が極軸上に配置され、隣接する媒質が等方性であると考えられる場合、電位分布は( )に依存しなくなる。 ここで、真皮の厚さ；真皮/SWAT界面での電流の反射係数；および真皮とSWATの電気伝導率；およびオーダーゼロのベッセル関数である。 (3)、(4)において、指数はそれぞれ真皮、皮下、単極電流を指す。
(3)、(4)より、皮膚における電位分布は、真皮とsWATの形態的構造や生理状態により異なる反射係数、分散パラメータに依存していることが分かる。 例えば，高周波電流が , の場合，生体の皮膚の電気伝導度は約 , であるのに対し，sWAT の平均電気伝導度は約 , である。 したがって，この界面の「生理的」値は，約0.905である。 (2)と(4)から、sWATの電流密度の径方向成分、 , と垂直方向成分、 , はInと , インデックスとして示すことができ、電流密度の径方向成分と垂直方向成分を指し、インデックスは皮膚の層状構造を指す。 均質な媒体における電流密度の対応する成分は
層状皮膚と均質な皮膚のsWATにおける電極下の同じ深さの単極RF電流の垂直成分を比較するために、次の比率を考える：
At 、（境界真皮/sWATの位置に対応）において層状皮膚と均質皮膚の電流密度の比率は.である。 で界面真皮/sWATを通過して皮下に入る高周波電流を記述しているので、「生理的」条件()では、界面真皮/sWAT付近の電流分布が非常に変化し、層状皮膚では単極RF電極の下でsWATに入る高周波電流が均一媒体の場合より約9倍少なくなると結論することができる。 この比率は, それぞれ, , になる。 層状皮膚における電流分布と均一媒質における電流分布の偏差は、.8450>
4. 真皮/sWAT界面のRF電流密度に対するDTの影響
真皮/sWAT界面のRF電流密度に対するDTの影響を評価するために、皮膚上のRF電極の双極配置について考えてみましょう。 バイポーラ電極から発生する電位は、2つのモノポーラ電極からの電位の和であり、バイポーラ構成の単一電極から発生する電位は逆符号であることを考慮する。
皮下深度の真皮におけるバイポーラ電流密度の半径成分は、(5):で求められ、それぞれ層状および均一な皮膚における電流密度であり、インデックスは、バイポーラ電流を指している。 (9)から、電極間の距離が一定で、皮下の深さが一定であれば、層状皮膚の局所電流密度は、.と共に急速に減少することが容易に理解できる。
次に、真皮の厚みが1枚の場合と2枚の場合の真皮/SWAT界面におけるRF電流密度の径方向成分を比較してみることにする。 (9)より、厚さ2dの皮膚の電流密度に対する厚さ1dの皮膚のこの界面の電流密度の比は、それぞれ、 、である。 このように、RF電極間の距離が長くなると、真皮/SWAT界面付近の電流分布に対するDTの影響が小さくなることがわかる。
次に、界面真皮/DWATを横切るRF電流の割合について考察する。 で示したように、モノポーラRF電極の場合、電気的に均質な媒質()では、RF電流の50%が半径.の円を通ってsWATに流入する。 層状組織で反射係数がある場合、この半径はおよそ. つまり，層状皮膚では，sWATへの50%のRF電流の流入は，均一媒質における対応する表面よりも約184倍大きな表面上に分布することになる。 つまり、層状媒体中の高周波電流は強く再分配され、高周波電極の直下ではなく、そこから遠く離れたsWATに入るのである。 重要なことは、RF電流を集める表面の特性半径がDTに比例することである。 DTの値が2倍になると、同じ量のRF電流を集める面が4倍になるので、界面付近の加熱効果が大幅に減少する。 さらに、RF電流を集める表面の特性半径は、反射係数とRF配置（モノポーラまたはバイポーラ）に強く依存する。 考察
皮膚におけるRF電流の分布は、その電気層構造に依存し、均質な媒質における対応する分布から大きく逸脱することがある。 この分布に強く影響する皮膚の2つの内部物理パラメータは、（1）真皮の厚さ、（2）真皮/SWAT界面における電流反射係数（隣接する2つの媒体の電気特性の違いを表す）である
DTの変動は、真皮の電流分布だけでなくSWATへの浸透を大幅に変化させることができる。 例えば、皮膚の厚さが1mmと2mmで、RF電極間の距離が同じL=10mmの場合、我々のモデルでは真皮/SWATの界面における皮膚の厚さ/薄さの電流密度の比は約0.546となる。 局所的な温度上昇は電流密度の二乗に比例するので，この点での誘導温度は厚い方の皮膚では薄い方の皮膚の値の29.8%に過ぎないことになる。 このことは、電気的に層状の皮膚では、RF電流は厚い皮膚よりも薄い真皮に著しく集中し、その結果、薄い皮膚ではより強い加熱を生じなければならないことを明確に示している。 この結果は、臨床研究で観察された異なる顔面領域におけるRF適用の効果とそのDT値との間の正の相関を確認できないため、逆説的であるように思われる。 実際、DTが大きい頬部は、同じ量のRF電流に対して、真皮が薄い首や額部よりも良好な反応を示すことが報告されている
この対立を解決する1つの可能性は、局所電流密度（したがって局所温度）ではなく、（真皮が厚い場合は平均温度が低くなるが）加熱された総量が、RF適用後に短期間で観察される臨床結果の主要因だと考えることである。 臨床的に観察されるRF電流の皮膚への効果が真皮の体積調節と関連していると仮定すると、このプロセスに主に関与している生物物理学的メカニズムについて推測することができる。 一般に、皮膚の2つの構成要素のみがこの組織のかなりの部分を占めているため、その迅速な体積変調の原因となり得る。 第一の構成要素は真皮コラーゲンであり、高温によって変性（収縮）または量の増加（コラーゲンのデノボ生産）を通じてその体積を変えることができる。 この機構は、.NET（日本経済新聞社）で批判された。 高周波電流に素早く反応する皮膚の第2の成分は水分であり、その含有量はグリコサミノグリカン、特にヒアルロン酸（HA）の局所濃度に強く依存している。 すでに約42℃の温和な温熱療法が、標的組織におけるHAの産生を著しく増加させることが知られている。 このようなHAの内因性産生は、真皮の局所的な水分の蓄積につながる。 実際、ブタの網状真皮はRF電流の印加に反応し、短期間の浮腫を形成することが示された . この効果は、皮膚の緊張の増加として現れ、RF治療直後の皮膚の質感の改善を説明することができる。 皮膚構造のこのような変化は、コラーゲンの収縮に必要な温度よりもかなり低い温度で観察されるべきである。
迅速なHAの蓄積は、RF治療後に観察される短期的な結果を説明できる一方で、この効果はまた主張されたいかなる長期臨床結果にも関与することはできない。 皮膚の機械的パラメーターの長期的な改善に関与しうる潜在的なターゲットは、sWAT、特にその表層である。 この特別な脂肪層には脂肪細胞があり、その数や量を素早く変化させることができるため、皮膚の外観に十分な影響を与えることができる。 この層の脂肪細胞は、異なる物理的要因の適用に素早く反応することができる。
RF電流に対するsWATの反応は、一般に、異なるコラーゲン構造を含むsWATの細胞外マトリックスの修正に関連するはずである。 コラーゲンの電気伝導度は、脂肪細胞を満たしsWATの主体積を占めるトリグリセリドの電気伝導度よりはるかに高い。 この電気伝導度の差は、単一の脂肪細胞の周囲（細胞周囲線維）または間（細胞間線維）にある比較的薄いコラーゲンネットワークにRF電流を集中させることになる。 このようなRF電流の集中は、上記のモデルで説明したように、RF電流の主要部分が反射され、そのごく一部が真皮/皮下境界を通過する場合であっても、sWATのコラーゲン構造において十分に高い電流密度をもたらすことになる。 例えば、sWATの「繊維性」タイプを特徴とする唇側脂肪区画には、高密度のコラーゲンマトリックスに埋め込まれた成熟脂肪細胞の小集団が含まれ、sWATの「構造性」タイプを有する顴骨区画には、細いコラーゲン繊維で均一に覆われた成熟脂肪細胞の小集団が含まれている。 この問題は体系的に調査されていないが、局所的な真皮の厚さが隣接するsWATの構造と相関していることを示すいくつかの示唆がある。 つまり、唇側の真皮が厚いということは、隣接するsWAT区画のWATが「繊維状」であることと相関しているのである。 一方、顴骨部の真皮が薄いほど、隣接するsWATデポが「構造的」なタイプであることと相関している。 線維性」タイプのsWATは「構造性」タイプのsWATよりも有意に多くの線維性構造を含むので、唇側領域は真皮の加熱が少ないはずであるが、隣接するsWATの加熱が強いと、この組織の線維性構造が強化され、隣接皮膚の機械特性と外観が変化するはずである。 このメカニズムは、RF電流の生物物理学的効果と観察された臨床結果との間の矛盾を解決することができる。しかし、それは明らかに、美容用途におけるRF電流のターゲットを真皮からsWATの細胞外マトリックスにシフトさせる。 これは、軟組織フィラーの長期的な効果を、脂肪組織構造の局所的な修正と同様に、脂肪由来幹細胞の増殖と分化の刺激によって説明した 、で提案された理論と相関している。 この効果は、真皮とsWATの界面付近のRF電流密度に強く依存するはずであり、sWATを貫通するRF電流の部分を規定することになる。 同時に、コラーゲン収縮の理論に基づく高周波印加後の長期臨床結果には十分であると考えられていた60℃以上の閾値温度は、sWAT構造の構造変更には不要である。 このことは、同じ顔面領域に対して、低いRFエネルギーを複数回に分けて照射することで、高いRFエネルギーを1回で照射するよりもさらに良い結果が得られるという臨床観察によって間接的に裏付けられる。 結論
電気的に層状の組織構造は、モノポーラおよびバイポーラRF電流適用による真皮およびsWATにおける電流分布を大きく変化させた。 真皮の厚さは顔面領域によって大きく異なるため，この効果によって電流密度の空間的な分布が大きく不均一になるはずである。 このような電流の不均一性は、誘導温度場のさらに大きな不均一性につながる。 この効果は、RFの適用による短期および長期の最良の臨床結果が真皮の最も厚い領域で報告されていることから、治療結果は主に標的組織の最高温度に依存するというRF理論の主要パラダイムと矛盾している。 この矛盾を解決するために、我々は、高周波印加の主な短期的効果は、真皮におけるヒアルロン酸および水の蓄積に関連しており、これにより皮膚に対する高周波電流の効果は、以前想定されていたよりもはるかに温度依存性が低くなるはずであることを提案する。 さらに、RFの長期的な効果は、治療された皮膚領域に隣接する皮下脂肪デポの構造変化によって実現されると考えられている。 隣接するsWATデポの構造変更を行うには、RFエネルギーが真皮/皮下の界面に最適に集中する必要がある。 このような最適化は、主にRF電極の配置に依存する。 DTが異なる顔領域間で4-8倍変化することを考慮すると、最適なフルフェイスRF治療がRF電極の単一の固定構成で提供できるかは非常に疑問です。 本論文では、Wellcomet GmbHの方法または装置は使用されていません
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