ITFI20010055A1

ITFI20010055A1 - Apparecchiatura scientifica di precisione per l'identificazione del fototipo di pelle

Info

Publication number: ITFI20010055A1
Application number: IT2001FI000055A
Authority: IT
Inventors: Bruno Angilella
Original assignee: Villa Borghini S R L
Priority date: 2001-03-30
Filing date: 2001-03-30
Publication date: 2002-09-30
Also published as: DE60206892T2; EP1372481B8; AU2002253537B2; ATE307529T1; WO2002078543A2; EP1372481B1; WO2002078543A3; DE60206892D1; EP1372481A2; US20040097812A1

Description

"APPARECCHIATURA SCIENTIFICA DI PRECISIONE PER L'IDENTIFICAZIONE DEL FOTOTIPO DI PELLE"

DESCRIZIONE

Sia nel caso di esposizione alla luce solare sia nel caso di esposizione a radiazioni ultraviolette generate da lampade abbronzanti, uno degli aspetti più importanti per ottenere l'effetto estetico di abbronzatura desiderato e per evitare danni all'epidermide è la scelta corretta del fattore protettivo opportuno. Questo dipende in misura sostanziale dal cosiddetto fototipo a cui appartiene il soggetto che si espone alle radiazioni. Il fototipo di appartenenza è determinabile tramite anamnesi medica in modo preciso in base alla colorazione degli occhi, dei capelli, ecc., nonché in base alla osservazione della pelle. E' evidente che un soggetto che desideri esporsi alle radiazioni ultraviolette sia artificiali che naturali, non potrà sempre sottoporsi ad anamnesi medica per determinare il fototipo allo scopo di scegliere poi l'opportuna protezione solare.

Gli apparecchi attualmente sul mercato ed utilizzati anche a livello universitario per la ricerca scientifi basati su una analisi colorimetrica dell'epidermide consentono di ottenere risultati \soddisfacenti ed affidabili nella determinazione del fototipo, in quanto l'affidabilità complessiva nel riconoscimento del fototipo è, per gli apparecchi di maggiore precisione attualmente disponibili, limitato al 71%.

Inoltre gli apparecchi conosciuti hanno particolare difficoltà nel distinguere fra i fototipi n. 2 e n. 3, la cui discriminazione è particolarmente importante per la razza bianca, in quanto l'appartenenza all'uno o all'altro dei due fototipi determina reazioni molto diverse dell'epidermide all'esposizione alla radiazione ultravioletta.

E' pertanto scopo della presente invenzione la realizzazione di un apparecchio che consenta la determinazione affidabile del fototipo di appartenenza di un utente o soggetto sottoposto al riconoscimento.

Questo ed ulteriori scopi e vantaggi, che appariranno chiari egli esperti del ramo dalla lettura del testo che segue, sono ottenuti in sostanza con una apparecchiatura di precisione comprendente una sonda da applicare all'epidermide dell'utente, con un emettitore di radiazione elettromagnetica vero l'epidermide ed un ricevitore di radiazione elettromagnetica riflessa dall'epidermide, caratterizzata dal fatto di comprendere una unità di elaborazione a microprocessore che riceve il segnale generatore dal ricevitore e, mediante un programma di elaborazione memorizzato nell'unità stessa, determina il fototipo di appartenenza dell'utente in base all'intensità del segnale generato da detto ricevitore. Si ottengono con una apparecchiatura di questo tipo affidabilità di misura dell '89%.

Vantaggiosamente, l'apparecchiatura può comprendere mezzi di visualizzazione del fototipo determinato da detta unità di elaborazione, ad esempio un display. Si può anche prevedere una stampante in aggiunta od in alternativa al display.

Per ottenere una elevata precisione nella determinazione del fototipo, secondo una forma di attuazione particolarmente vantaggiosa dell'invenzione 1'unità di elaborazione effettua una pluralità di campionamenti del segnale generato da detto ricevitore e determina il fototipo di appartenenza sulla base di un calcolo di medie dei valori campionati.

L'emettitore può essere un LED che emette una radiazione elettromagnetica ad esempio nel campo del violetto e/o dell'ultravioletto, tipicamente tra 400 e 430 nm. L'emissione è preferibilmente modulata per consentire un filtraggio elettronico del segnale ricevuto dal ricevitore.

Vantaggiosamente, si può prevedere che il fototipo (FTO) venga determinato sulla base del valore medio (I) del segnale di detto ricevitore sulla base della relazione

FTP = I - K1 - I<2>K2

dove K1 e K2 sono coefficienti sperimentali.

Ulteriori vantaggiose caratteristiche e forme di attuazione dell'apparecchiatura secondo l'invenzione sono indicate nelle allegate rivendicazioni.

Il trovato verrà meglio compreso seguendo la descrizione e l'unito disegno, il quale mostra una pratica esemplificazione non limitativa del trovato stesso. Nel disegno: la

Fig. 1 mostra un diagramma a blocchi dell'apparecchiatura secondo l'invenzione; le

Figg. 2A e 2B mostrano un diagramma di flusso del procedimento di calcolo eseguito dal microprocessore all'interno dell'apparecchiatura di Fig. 1; e le

Figg. 3 e 4 mostrano una vista prospettica schematica ed una sezione longitudinale schematica una forma di realizzazione della sonda.

La Fig. 1 mostra schematicamente sotto forma di diagramma a blocchi la struttura dell'apparecchiatura secondo l'invenzione. Questa comprende una sonda genericamente indicata con 1 e un apparecchio schematicamente indicato con 3 che raccoglie le schede elettroniche e le altre apparecchiature gestite dal microprocessore dell'apparecchio. La sonda 1, che verrà descritta in maggiore dettaglio nella sua struttura meccanica con riferimento alle Figg. 3 e 4, è sostanzialmente costituita da una fascia in materiale elastico all'interno della quale è inserito un supporto recante un emettitore elettronico che emette nel vicino ultravioletto o nel violetto, e preferibilmente nella gamma fra 400 e 430 nm. Il fascio emesso dall'emettitore è orientato verso la pelle o epidermide dell'utente che utilizza la sonda quando questa è applicata all'utente stesso. La zona di applicazione della sonda è tipicamente la zona mediana del braccio, in modo tale che l'emettitore sia affacciato su una zona della pelle che non è normalmente soggetta ad abbronzatura.

Nel supporto della sonda è anche montato un ricevitore elettronico il quale riceve la radiazione riflessa dalla pelle ed emette un segnale elettrico ad una tensione proporzionale all'intensità della radiazione rilevata. La struttura a fascia della sonda evita che la lettura tramite il ricevitore sia alterata dalla incidenza della eventuale luce ambiente che può passare attraverso l'epidermide, in particolare nel caso di epidermidi molto chiare.

La sonda 1 è interfacciata tramite una scheda di interfaccia 5 ad una scheda a microprocessore genericamente indicata con 7. La scheda di interfaccia 5 provvede ad alimentare l'emettitore della sonda 1 e ad amplificare il segnale di ritorno generato dal ricevitore, nonché a colloguiare con la scheda a microprocessore 7. Quest'ultima provvede alla elaborazione dei segnali provenienti dalla scheda 5 e colloquia con la scheda di controllo di un display e di una tastiera di comando. Quest'ultima è indicata con 9, mentre con 10 e 11 sono schematicamente indicati rispettivamente la tastiera ed il display. La tastiera 9 costituisce l'interfaccia fra l'apparecchio e l'utente per l'immissione dei comandi, mentre il display 11 rappresenta il mezzo di presentazione del risultato della lettura eseguita dalla sonda 1 sulla pelle dell'utilizzatore.

La scheda 7 a microprocessore è ulteriormente interfacciata con una stampante 13 per l'emissione di uno scontrino contenente le informazioni che 1'apparecchio è programmato a fornire.

Con 15 è infine indicata una scheda di alimentazione dell'apparecchio.

L'emettitore della sonda 1 emette una radiazione nella gamma dei 400-430 nm modulata con un segnale ad onda quadra ad una opportuna frequenza, tipicamente 5 kHz, o ad un valore differente. Questo consente di filtrare il segnale ricevuto dal ricevitore per via elettronica eliminando gli effetti derivanti dall'incidenza sul ricevitori di eventuali radiazioni elettromagnetiche della stessa lunghezza d'onda che non sono emesse dall'emettitore. Ad esempio con un filtraggio elettronico del segnale captato dal ricevitore è possibile eliminare l'influenza della luce solare e anche della luce artificiale che è modulata alla frequenza di rete.

Per ottenere una determinazione affidabile del fototipo è stato rilevato che è opportuno eseguire la lettura per un certo numero di volte e quindi procedere al calcolo del valore medio delle letture eseguite. Ciò anche mantenendo la sonda in una posizione fissa rispetto all'epidermide. La ripetizione della lettura con un campionamento del segnale rilevato ed il successivo calcolo del valore medio consentono di evitare inesattezze nella lettura derivanti da una molteplicità di fattori spuri.

Nell'esempio di attuazione descritto, per ottenere una elevata accuratezza nella determinazione del fototipo il microprocessore della scheda 7 esegue un processo di calcolo che è indicato nel diagramma di flusso delle Figg. 2A e 2B, dove sono anche indicate le fasi iniziali di avvio del processo di lettura e le fasi di presentazione dei risultati della lettura attraverso il display 11 e la stampante 15.

A valle del blocco 101 di inizializzazione delle variabili e di settaggio degli ingressi e delle uscite delle schede dell'apparecchiatura, sono previsti quattro blocchi di interrogazione per determinare se sulla tastiera 10 di comando sono stati premuti i tasti di avvio della lettura, di stampa dello scontrino con i risultati, di reset e di lettura tramite la sonda. Questi tasti consentono all'utilizzatore di effettuare una nuova lettura, di stampare i risultati della lettura eseguita e di resettare l'apparecchio. Con l'opportuna sequenza di risposte ai quattro blocchi decisionali, chiaramente rappresentati nel diagramma di flusso, il programma arriva al blocco 103 di inizio della fase di acquisizione dei valori di lettura del fototipo. Ciò comporta l'accensione della sonda 1 (blocco 105) e l'inizio del calcolo della media dei valori acquisiti (blocco 107) tramite i seguenti passaggi:

azzeramento del valore di un contatore n (blocco 109) che conta il numero di cicli iterativi del processo di calcolo;

azzeramento del valore della variabile "media3" (blocco 111);

azzeramento dei valori delle variabili "media" 1 e "media2 " (blocco 113);

lettura di una prima serie di campioni (nell'esempio 255 campioni) del segnale generato dal ricevitore della sonda 1. I segnali analogici vengono convertiti in valore digitale (blocco 115);

calcolo della media dei 255 valori della prima serie e memorizzazione della media come variabile "media1" (blocco 116);

lettura di una successiva seconda serie di 255 campioni analogici, successivamente convertiti in valori digitali (blocco 117);

calcolo del valore medio della seconda serie dei campioni e memorizzazione come variabile "media 2 " (blocco 119);

calcolo della variabile "media3" secondo la formula indicata nel diagramma di flusso, sulla base del valore precedente di tale variabile e della media dei valori "mediai" e "media2", determinati nei blocchi 116 e 119 (blocco 121);

incremento del contatore n (blocco 123); verifica del numero di cicli di iterazione e conclusione del ciclo di iterazione se il contatore n è pari al valore N o esecuzione di un nuovo ciclo di doppie letture di 255 campioni, calcolo di "mediai", "media2" e "media3 " se il contatore n ha un valore inferiore ad N (blocco 125). Il processo fin qui descritto, consente una volta eseguito il numero massimo N di cicli iterativi, di avere in memoria un valore "media3" calcolato su 510*N valori campionati del segnale rilevato dal ricevitore della sonda 1. Sulla base di questo valore vengono eseguite le operazioni successive. Da questo valore si calcola il valor medio tramite divisione di "media3" per il valore N.

Completata la lettura dei campioni ed il calcolo del valore medio, la sonda 1 viene spenta e il valore medio calcolato sui campioni letti viene trasformato in un valore di fototipo che l'apparecchio presenta sul display sotto forma di un numero a doppia cifra variabile da 1,0 a 6,0.

La lettura iterativa di una pluralità di campioni del segnale generato dal ricevitore della sonda 1 consente di ottenere un valore particolarmente accurato. Per evitare errori di lettura dovuti alla temperatura (che può provocare una deriva del ricevitore) e/o alla luce ambiente, la sonda 1 può vantaggiosamente assumere la configurazione illustrata nelle Figg. 3 e 4. In queste figure, con 201 è indicato l'emettitore che è vantaggiosamente un LED che emette ad esemio a 430 nm. Con 203 è indicato il ricevitore, ad esempi un fototransistor ricevente. L'inclinazione reciproca degli assi ottici dei due componenti è tale da intersecarsi in prossimità della zona dove viene a trovarsi l'epidermide dell'utente.

L'emettitore 201 ed il ricevitore 203 sono montati su un supporto 205 a bicchiere inserito in un cappuccio 207. Tra il cappuccio 207 ed il supporto 205 è definita una intercapedine per la stabilizzazione termica, che elimina gli errori di lettura dovuti a variazioni della temperatura. Attraverso il cappuccio 207 passa il cavo di collegamento 211 della sonda 1 all'apparecchio.

Il supporto a bicchiere 205 è fissato con una propria flangia terminale 205A ad una fascia elastica 213, ad esempio in materiale siliconico. Questa fascia è corredata di strisce di velcro 215 o di altri mezzi di chiusura reversibile per consentire il fissaggio al braccio dell'utente. La larghezza della striscia è tale da evitare o ridurre al minimo la radiazione luminosa od ultravioletta ambientale che raggiunge i componenti optoelettronici all'interno del contenitore 205.

L'apparecchiatura può essere opportunamente programmata per fornire, oltre ad un risultato relativo al fototipo determinato in base al segnale rilevato dal ricevitore della sonda 1, anche una indicazione della crema solare protettiva più idonea alle caratteristiche dell'epidermide (fototipo) del soggetto che si sottopone alla misura.

Risultati dei test in sede universitaria

Per verificare l'accuratezza che l'apparecchiatura sopra descritta consente di ottenere nella determinazione del fototipo è stata effettuata una validazione presso la clinica dermatologica dell'Università di Siena, il cui rapporto di certificazione dei test è proprietà della titolare della presente privativa. Di seguito viene riportato un estratto del report di validazione.

E' stata eseguita una indagine su 100 soggetti di razza caucasoide di cui 60 di sesso femminile e 40 di sesso maschile, di età compresa fra 24 e 38 anni (età media 33 anni). Le determinazioni del fototipo tramite 1<1>apparecchiatura sopra descritta sono state confrontate con il metodo di anamnesi medica cosiddetto di Fitzpatrick e con i risultati strumentali ottenibili con il colorimetro tristimolo CR200 Minolta®, attualmente considerato l'apparecchio di maggiore precisione nella determinazione del fototipo.

Il colorimetro tristimolo è formato da una sonda e da un microprocessore. La sonda contiene una lampada allo xenon capace di produrre una illuminazione diffusa sulla superficie da analizzare. Sei fotocellule al silicio, filtrate secondo quanto descritto dalla Commission Internationale d'Eclairage (CIE) misurano la luce incidente e riflessa. Il colorimetro esprime risultati in cinque differenti sistemi di colore. Per il confronto con i dati sperimentali ottenibili tramite l'apparecchio oggetto della presente invenzione sono stati considerati i sistemi Lab e Yxy disponibili con il colorimetro Minolta®, in quanto questi sono i sistemi più frequentemente utilizzati in campo dermatologico e cosmetologico per la determinazione del fototipo.

Prima di effettuare le misurazioni sperimentali è stata eseguita 1'anamnesi solare per ciascun soggetto e in base a tale anamnesi ciascun soggetto è stato attribuito ad uno dei quattro fototipi caucasoidi in accordo con il metodo Fitzpatrick. Dopo 15 minuti di acclimatamento in una stanza provvista di aria condizionata a 20°C le misurazioni sono state eseguite con l'apparecchio della presente invenzione e con il colorimetro Minolta® a livello della superficie mediale del braccio (colore costituzionale), facendo attenzione a non comprimere la cute causando ischemia e quindi alterazioni del risultato della lettura. Le misurazioni sono state effettuate con entrambi gli apparecchi tre volte e successivamente è stata eseguita la determinazione del valore medio.

Poiché il fototipo determinato con metodo Fitzpatrick è una variabile intera di tipo ordinale (I, II, III, IV) e viceversa il fototipo come fornito dall'apparecchio della presente invenzione è una variabile numerica continua, non è corretto valutare la concordanza tra i due fototipi attraverso il coefficiente di correlazione lineare di Pearson, ma occorre determinare il potere discriminante dell<1 >apparecchio oggetto della presente invenzione nel distinguere i vari fototipi solari. Si è proceduto dapprima valutando mediante il test di normalità di Kolmogorov-Smirnov che le distribuzioni da cui provenivano i dati relativi a ciascun fototipo solare non differivano significativamente dalla distribuzione normale (distribuzione Gaussiana). Successivamente, sempre per ciascun fototipo, si sono fittati i valori sperimentali forniti dall'apparecchio oggetto della presente invenzione con le corrispondenti curve gaussiane. Per ognuna delle tre coppie di fototipi adiacenti, I-II, II-I I, III-IV, si sono individuati i corrispondenti valorisoglia di intersezione fra le gaussiane suddette. Si è determinato poi quali di essi sono stati correttamente classificati e quali non correttamente classificati e sono stati determinati gli errori intrinseci percentuali relativi alle zone di sovrapposizione delle curve Gaussiane adiacenti. Nella valutazione dei casi correttamente classificati e non correttamente classificati è stata usata la tecnica di cross-validation detta leave-one-out poiché tale tecnica consente di valutare l'effettivo potere di classificazione anche su casi nuovi. Una volta stabilite le tre soglie dell'apparecchio oggetto della presente invenzione che garantiscono il migliore risultato in classificazione, si sono interpolate con una retta per riportarle a valori di separazione più vicini possibili a 2, 3 e 4 rispettivamente. In questo modo la lettura della parte intera della nuova variabile trasformata linearmente esprime direttamente il fototipo solare più probabile. Infine si sono evidenziate delle fasce ristrette attorno alla zona di decisione nelle quali potrebbe profilarsi la convenienza a definire tre nuove classi di fototipi solari di passaggio I-II, II-III e III-IV. Il metodo delle "fitted Gaussian distribution'' è stato poi ripetuto anche per il colore della pelle valutato sia col sistema "Lab" che con il sistema "Yxy" . Usando la tecnica Principal Component Analysis ciascuna terna di valori colorimetrici è stata rappresentata dalla prima componente principale.

Nella Tabella 1 allegata alla presente descrizione è riportata la determinazione del fototipo secondo Fitzpatrick ed i valori forniti sia dall'apparecchio oggetto dell'invenzione, sia dal colorimetro tristimolo (CR-200 Minolta®) relativi alla popolazione oggetto di studio. Nelle Tabelle 2, 3 e 4 sono riportati i risultati dell'indagine statistica. Come si può osservare, è stata rilevata una concordanza fra fototipo solare e fototipo strumentale determinato con l'apparecchio oggetto della presente invenzione pari all'89%. Tali valori risultano superiori a quelli riscontrati mediante il colorimetro tristimolo che ha espresso una concordanza con il fototipo secondo Fitzpatrick significativamente inferiore (71%).

In conclusione si può affermare che l'apparecchio secondo l'invenzione ha una buona affidabilità nel determinare il fototipo cutaneo. Infatti il suo potere di prevedere il fototipo è risultato superiore (89%) a quello ottenibile mediante il colorimetro tristimolo (71%).

E' inteso che il disegno non mostra che una semplificazione data solo quale dimostrazione pratica del trovato, potendo esso trovato variare nelle forme e disposizioni senza peraltro uscire dall'ambito del concetto che informa il trovato stesso.

Claims

RIVENDICAZIONI 1. Una apparecchiatura di precisione per l'identificazione del fototipo di pelle di un utilizzatore, comprendente una sonda da applicare all'epidermide dell'utente, con un emettitore di radiazione elettromagnetica verso l'epidermide ed un ricevitore di radiazione elettromagnetica riflessa dall'epidermide, caratterizzato dal fatto di comprendere una unità di elaborazione a microprocessore che riceve il segnale generatore dal ricevitore e, mediante un programma di elaborazione memorizzato nell'unità stessa, determina il fototipo di appartenenza dell’utente in base all'intensità del segnale generato da detto ricevitore.
2. Apparecchiatura come da rivendicazione 1, caratterizzata dal fatto di comprendere mezzi di visualizzazione del fototipo determinato da detta unità di elaborazione.
3. Apparecchiatura come da rivendicazione 1 o 2, caratterizzata dal fatto che detta unità di elaborazione effettua una pluralità di campionamenti del segnale generato da detto ricevitore e determina il fototipo di appartenenza sulla base di un calcolo di medie dei valori campionati.
4. Apparecchiatura come da rivendicazione 1, 2 o 3, caratterizzata dal fatto che detto emettitore emette una radiazione elettromagnetica nel campo del violetto e/o dell'ultravioletto.
5. Apparecchiatura come da rivendicazione 4, caratterizzata dal fatto che detto emettitore emette una radiazione elettromagnetica nella gamma compresa fra 400 e 430 nm.
6. Apparecchiatura come da una o più delle rivendicazioni precedenti, caratterizzata dal fatto che detto emettitore genera un segnale modulato e che il segnale modulato riflesso dall'epidermide dell 'utilizzatore viene filtrato elettronicamente per eliminare eventuali componenti continui o con modulazioni a frequenza diversa dalla frequenza di modulazione del segnale emesso da detto emettitore .
7. Apparecchiatura come da rivendicazione 6, caratterizzata dal fatto che detto segnale emesso dall'emettitore è modulato ad una frequenza compresa fra 1 e 10 kHz.
8. Apparecchiatura come almeno da rivendicazione 3, caratterizzata dal fatto che detta unità di controllo effettua una prima serie di lettura del segnale di detto ricevitore e ne calcola una prima media ed una seconda serie di letture del segnale e ne calcola una seconda media, e che determina il valore medio di detta prima e detta seconda media.
9. Apparecchiatura come da rivendicazione 8, caratterizzata dal fatto che detta unità di controllo determina il fototipo su un valore medio dei campioni rilevati dal segnale di detto rivelatore eseguendo le seguenti operazioni: a)azzeramento del valore corrente; b) esecuzione di una prima serie di letture di detto segnale; c)calcolo del primo valore medio di detta prima serie di letture; d) esecuzione di una seconda serie di letture di detto segnale; e)calcolo di un secondo valore medio di detta seconda serie di letture; f)calcolo del valore corrente come somma del valore corrente precedente e della media tra detto primo valore medio e detto secondo valore medio; g)ripetizione delle fasi (b) a (f) per un numero predeterminato di iterazioni; h)suddivisione del valore corrente per il numero di iterazioni.
10. Apparecchiatura come da una o più delle rivendicazioni precedenti, caratterizzata dal fatto che detta unità di controllo determina, sulla base del fototipo associato all'utente, un grado di protezione solare consigliato per una crema solare.
11. Apparecchiatura come da una o più delle rivendicazioni precedenti, caratterizzata dal fatto che il fototipo (FTO) viene determinato sulla base del valore medio (I) del segnale di detto ricevitore sulla base della relazione FTP = I - K1 - l<2>K2 dove K1 e K2 sono coefficienti sperimentali.
12. Apparecchiatura come da una o più delle rivendicazioni precedenti, caratterizzata dal fatto che detta sonda è inserita in una fascia flessibile atta ad essere applicato ad un braccio dell'utente.
13. Apparecchiatura come da una o più delle rivendicazioni precedenti, caratterizzata dal fatto che detta sonda presenta una struttura a doppia parete per evitare l'influenza della temperatura esterna sulla misura.
14. Apparecchiatura come da rivendicazione 12 o 13, caratterizzata dal fatto che detta sonda comprende un supporto a bicchiere entro cui sono inseriti detto emettitore e detto ricevitore, il quale supporto è applicato a detta fascia ed è associato ad un cappuccio che definisce, insieme a detto supporto, una intercapedine di isolamento termico dell'emettitore e del ricevitore rispetto all'ambiente esterno.