KR100398362B1 - 근적외선 분광 분석법에 의한 피부 수분 측정방법 및 장치 - Google Patents
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Abstract
본 발명의 근적외선 분광 분석법에 의한 피부 수분 측정방법은 피부 수분 측정기를 이용하여 복수의 샘플피부에 대하여 기준 수분데이터를 구하는 단계, 상기 복수의 샘플피부에 대하여 근적외선을 조사하는 단계, 상기 복수의 샘플피부로부터의 근적외선의 반사 스펙트럼을 센싱하는 단계, 상기 센싱된 반사 스펙트럼을 임의 선별법에 의하여 검량셋트와 검증세트로 분리하는 단계, 분리된 검량셋트의 반사 스펙트럼과 상기 기준 수분 데이터를 다변량 회기 분석하여 상기 복수의 피부에 대한 표준 검량식을 구하는 단계, 상기 표준 검량식을 상기 검증셋트를 이용하여 평가하여 수정하는 단계, 상기 수정된 표준 검량식을 메모리에 저장하는 단계, 피 측정자의 피부에 근적외선을 조사하는 단계, 상기 피 측정자의 피부로부터 반사된 상기 근적외선의 반사 스펙트럼을 센싱하는 단계, 및 상기 센싱된 반사 스펙트럼을 기 저장된 표준 검량식에 대입하여 피 측정자의 피부 수분 농도를 측정하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.
따라서 본 발명이 적용된 휴대용 근적외선 분광 분석 장치를 이용하여 근적외선 영역에 해당하는 빛을 피부에 조사하고 반사 스펙트럼으로 피부 수분 농도를 측정함으로써 기존의 방법보다 온도나 습도같은 외부 환경에 안정하므로 재현성있는 측정이 가능하고, 또한 소형화될 수 있으므로 휴대성이 향상된다.
Description
본 발명은 근적외선 분광 분석법에 의한 피부 수분 측정 방법 및 장치에 관한 것으로, 특히 근적외선 분광 분석법을 이용하여 비파괴적으로 피부 수분을 측정할 수 있는 피부 수분 측정 방법 및 장치에 관한 것이다.
피부는 표피(epidermis)와 진피(dermis)라고 하는 두 가지 구성 성분이 결합하여 만들어진 구조물이다. 피부 표면의 유연성 및 탄력성 등의 성질은 인체를 보호하거나 신체의 운동이 원활하게 일어날 수 있도록 하는 주요한 인자이다. 이러한 성질은 표피의 각질층에 함유되어 있는 수분량에 의존하고 있거나 각질층의 보호막 기능과 수분 유지 기능에 의해 조절되고 있다.
이러한 각질층은 표피세포의 분화한 각질 세포가 쌓여 두께가 20㎛ 정도로쌓인 얇은 막을 말한다. 이 세포간에는 각질 세포간 지질이라고 불려지는 지질 혼합물이 존재하고 있어 보호막을 형성한다. 이러한 지질 혼합물은 세라마이드, 콜레스테롤, 유리지방산, 콜레스테롤 설페이트 등으로 이루어져, 표피세포가 과립층으로부터 각질층으로 이행하는 때 세포간의 층판 과립으로부터 분비되어 각질세포간에 형성되는 것으로 알려져 있다. 환경 변화나 병적인 인자에 의해 정상적인 각질층을 이루지 않는 경우에는 보호기능과 함께 수분 유지 기능이 저하되기 때문에, 각질층내의 수분을 충분히 유지하게 하지 않으면 피부 표면은 건조되어 거칠어지고 쉽게 갈라지게 된다. 그러므로 피부의 각질층에 적당한 수분을 유지하는 것은 상당히 중요하다.
하지만 현대 사회는 여러 가지 오염이나 급속한 환경의 변화로 건강한 피부를 유지하는 것이 어렵다. 이런 이유로 현대인이라면 거의 대부분 매일 피부 보습제를 사용하고 있다. 보다 건강한 피부의 관리를 위해서는 정기적으로 피부의 수분을 측정하고 자신의 피부의 상태를 확인하는 것이 중요하다. 이러한 작업은 화장품 컨설팅이나 피부과에서 주로 이루어질 수 있으나 지금 사용하는 측정 기기는 고가에다가 외부의 온도와 습도에 상당한 많은 영향을 받으므로 항온 및 항습이 요구되어 현재로는 거의 연구 전용으로만 사용하는 것이 실정이다.
기존에 사용하는 피부 표면의 수분 측정 방법을 살펴보면, 적외선분광분석법과 고주파 임피던스법이 주로 사용되고 있다. 적외선 분광분석법은 일정 대역의 파장에서 직접 수분의 함량을 측정하는 방법인데, 전반사흡수법을 이용하여 푸리에변환 적외선분광분석기를 이용하므로 상당한 고가의 장비인데다 조작성 또한 좋지 않으므로 상업용 기기로는 거의 사용되고 있지 않다. 그리하여 현재까지는 고주파 임피던스법을 적용한 기기가 가장 광범위하게 많이 사용된다. 이 기기는 각질층에 염류, 아미노산 등의 다량의 전해질이 포함되어 있기 때문에 수분이 존재하면 피부 표면이 전기전도성의 성질을 가진다는 원리를 이용한 것이다. 여기에 일정 주파수의 교류전류를 흘려주는 경우 임피던스를 구성하는 저항의 역수인 전기전도도를 측정하고, 측정한 전기전도도에 포함되어 있는 수분량과의 상관성으로 피부 표면의 수분량을 측정하는 것이다.그러나 상기와 같은 고주파 임피던스법은 피부 수분 측정시 외부의 기온, 특히 습도에 의해 상당한 영향을 받아 환경이 변하면 재현성 있는 값을 나타내기가 어렵고, 또한 피부수분 측정시 시료에 전해질의 영향을 많이 받는다는 문제점이 있다.또한 지금 시판되고 있는 기기는 모두 고가이고 부피가 크며, 중량이 많이 나가서 휴대용 기기로 만들기가 불가능한 다른 문제점이 있다.
따라서 본 발명의 목적은 상기와 같은 문제점들을 해결하기 위한 것으로, 근적외선 분광 분석(Near Infrared Reflectance Spectroscopy : NIRS)법을 이용한 피부 수분 측정기로 근적외선 영역에 해당하는 빛을 얼굴이나 측정을 원하고자 하는 피부의 위치에 조사하고 반사되는 스펙트럼을 측정하여 피부의 각질층에 함유된 수분량을 측정함으로써 소형의 휴대용 근적외선 분광분석기로 온도나 습도 같은 외부환경에 안정되어 재현성있고, 어느 곳에서나 신속하고 간편한 수분측정이 가능한 근적외선 분광 분석법에 의한 피부 수분 측정방법 및 장치를 제공하는데 있다.
도 1은 본 발명이 적용된 휴대용 근적외선 분광 분석법에 의한 피부수분측정장치의 구성을 개략적으로 나타낸 블록 구성도
도 2는 본 발명의 휴대용 피부수분 측정장치의 칩형 스펙트로미터의 구성을 개략적으로 나타낸 구성도
도 3은 본 발명이 적용된 근적외선 분광 분석법에 의한 피부수분 측정장치의 메모리에 표준 검량곡선 데이터를 저장하는 방법을 설명하기 위한 동작 설명도
도 4는 근적외선을 조사한 복수의 샘플피부로부터의 반사 스펙트럼
도 5는 도 4의 그래프를 1차 미분에 의해 전처리한 스펙트럼
도 6은 도 4의 그래프를 2차 미분에 의해 전처리한 스펙트럼
도 7은 도 4의 그래프를 다중 산란 보정에 의해 전처리한 스펙트럼
도 8은 도 4, 5, 6의 스펙트럼을 PLSR법을 이용하여 계산한 결과를 나타낸 테이블
도 9는 도 8에 있어서 1차 미분한 스펙트럼의 결과를 플롯(plot)한 상태
도 10은 본 발명이 적용된 휴대용 근적외선 분광 분석장치를 이용한 피부 수분 측정 방법을 설명하기 위한 동작 설명도
<도면중 주요부분에 대한 부호의 설명>
100: 전원 공급부 200: 소형 텅스텐 할로겐 램프
300: 광학 필터 400: 광케이블
500: 칩형 스펙트로미터 501: 광인입구
502: 자체 초점 그레이팅 503: 포토 다이오드 어레이 검출기
600: 아날로그-디지털 변환기 700 : 마이크로 컴퓨터
800: 조작 패널 Amp: 증폭기
LCD: 엘씨디
상기한 바와 같은 목적을 달성하기 위하여 본 발명의 근적외선 분광 분석법에 의한 피부 수분 측정방법은 질병의 발견, 건강상태의 진단 등의 의료목적 이외의 목적으로 피부중의 수분을 측정하는 방법에 있어서,,
피부 수분 측정기를 이용하여 복수의 샘플피부에 대하여 기준 수분데이터를 구하는 단계,
상기 복수의 샘플 피부에 대하여 근적외선을 조사후 반사되는 1100~1750nm 영역의 반사 스펙트럼을 수집하는 단계,
상기 수집된 다수의 반사 스펙트럼을 임의 선별에 의하여 검량셋트와 검증세트로 분리하는 단계,
상기 분리된 검량셋트의 반사 스펙트럼과 상기 기준 수분 데이터를 다변량 회기 분석하여 상기 복수의 샘플피부에 대한 표준 검량식을 구하는 단계,
상기 표준 검량식을 상기 검증셋트를 이용하여 평가하여 수정하는 단계,
상기 수정된 표준 검량식을 저장하는 단계,
피측정 피부에 근적외선을 조사하여 반사된 1100~1750nm영역의 반사 스펙트럼을 센싱하는 단계,
상기 센싱된 반사 스펙트럼을 저장된 표준 검량 데이터에 대입하여 피측정자의 피부 수분 농도를 측정하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.
여기에서, 본 발명의 근적외선 분광 분석법에 의한 피부 수분 측정방법은 센싱된 반사 스펙트럼을 소정 차수의 미분, 또는 다중 산란 보정(mutiplicative scatter correction)중 적어도 하나를 수행하는 전처리 단계를 추가로 포함한다.
여기에서, 상기 전처리 단계의 미분은 1차 미분 또는 2차 미분 중 선택적으로 어느 하나를 수행하는 것을 특징으로 한다.
여기에서, 또한 상기 미분 단계에서는, 상기 1차 미분의 segment는 4단위, smooth는 4이고, 상기 2차 미분의 segment는 8단위, smooth는 6인 것을 특징으로 한다.
여기에서, 또한 측정된 피부 수분 농도를 LCD 화면을 통하여 표시하거나, 프린터에 의하여 인쇄 출력하는 단계를 추가로 포함하는 것을 특징으로 한다.
여기에서, 상기 표준 검량곡선을 구하는 단계의 다변량 회기 분석은 PLSR (Partial Least Squares Regression)법에 의하여 행하는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명의 근적외선 분광 분석법에 의한 피부 수분 측정장치는
복수의 샘플피부에 대한 1450nm 대역에서의 물의 OH bond에 의한 흡수 피크를 이용하여 구해진 1100~1750nm 영역의 반사흡광 스펙트럼과 피부수분량과의 관계를 정의하는 표준 피부 수분 검량식을 저장하는 수단,
500nm~2000nm의 연속광원을 발생시켜 피측정체에 조사하는 수단,
상기 조사수단에 의해 조사되어 피측정체로부터 반사된 1100~1750nm의 반사흡광 스펙트럼을 센싱하여 출력하는 수단,
상기 센싱된 반사 스펙트럼을 상기 저장된 표준 피부 수분 검량식에 대입하여 피부 수분 농도를 측정하는 수단을 포함하는 것을 특징으로 한다.
이하 본 발명이 적용된 근적외선 분광 분석법에 의한 피부 수분 측정장치의 구성 및 동작을 도 1 및 도 2를 참조하여 상세하게 설명하면 다음과 같다.
도 1은 본 발명이 적용된 근적외선 분광 분석법에 의한 피부 수분 측정장치구성을 개략적으로 나타낸 블록 구성이고, 도 2는 본 발명이 적용된 피부 수분 측정장치의 칩형 스펙트로미터의 구성을 개략적으로 나타낸 구성도이다.
도 1 및 도 2를 참조하면, 본 발명이 적용된 근적외선 분광 분석법에 의한 피부 수분 측정장치는 전원 공급부(100)와, 텅스텐 할로겐 램프(200)와, 광학 필터(300)와, 광케이블(400)과, 칩형 스펙트로미터(500)와, 증폭기(Amp)와, 아날로그-디지털 변환기(600)와, 마이크로 컴퓨터(700)와, 조작 패널(800) 및 LCD로 구성된다.
전원 공급부(100)는 입력되는 제어 신호에 의해 각 구성부에 6V~12V의 전압을 공급하도록 배터리(미도시)가 내부에 구비된다.
소형 텅스텐 할로겐 램프(200)는 입력되는 제어 신호에 의해 전원 공급부(100)의 배터리 전압을 공급받아 동작되어 500nm~2000nm 파장의 근적외선을 발생시키도록 구성된다.
광학 필터(300)는 소형 텅스텐 할로겐 램프(200)에서 발생되는 근적외선을 집광시키도록 소형 텅스텐 할로겐 램프(200)의 광경로상에 고정 설치된다.
광케이블(400)은 피측정자의 피부에 근적외선을 조사하고, 피부에서 반사되는 반사 스펙트럼을 전달하도록 구성된다. 여기에서 광케이블(400)의 내측 케이블(410)은 광학 필터(300)를 통해 조사되는 근적외선을 피부에 전달하고, 외측 케이블(420)은 피부에서 반사되는 반사 스펙트럼을 전달하도록 구성된다.
칩형 스펙트로미터(500)는 반사광 검출기로서, 도 2에 도시된 바와 같이 반사광 스펙트럼이 입사되는 광인입구(501)와, 광인입구(501)를 통해 조사되는 반사 스펙트럼을 분리 및 반사시키도록 광인입구(501)에 대응 위치에 고정 설치되는 자체 초점 그레이팅(Self Focusing Grating)(502)과, 스펙트럼중 자체 초점 그레이팅(502)에서 반사되고, 파장이 1100nm~1750nm 사이의 반사 스펙트럼을 입력되는 제어 신호에 따라 10nm 간격으로 센싱하여 전기 신호로 변환시키도록 자체 초점 그레이팅(502)에 대응되는 위치에 고정 설치되는 포토 다이오드 어레이 검출기(503)로 구성된다.
증폭기(Amp)는 칩형 스펙트로미터(500)의 포토 다이오드 어레이 검출기(503)의 출력단에 연결되어 입력되는 제어 신호에 의해 칩형 스펙트로미터(500)에서 출력되는 전기 신호를 소정 크기 이상으로 증폭시키도록 구성된다.
아날로그-디지털 변환기(600)는 입력되는 제어 신호에 의해 동작되어 증폭기(Amp)에서 출력되는 아날로그 형태의 전기 신호를 디지털 신호로 변환시키도록 구성된다.
마이크로 컴퓨터(700)는 시스템의 각 구성부를 전반적으로 제어하고, 특히 측정자가 피부 수분을 측정하기 위하여 조작 패널(800)의 임의의 기능 키를 조작하면 소형 텅스텐 할로겐 램프(200) 및 칩형 스펙트로미터(500)를 제어하여 근적외선이 발생되도록 한다. 또한, 칩형 스펙트로미터(500)의 포토 다이오드 어레이 검출기(503)에서 출력되어 증폭기(Amp)와 아날로그-디지털 변환기(600)를 거쳐 출력되는 디지털 신호를 메모리(710)에 기 저장된 피부에 대한 표준 검량식에 적용하여 피부 수분 농도를 결정한 후, 결정된 피부 수분 농도를 사용자에게 디스플레이시킨다. 여기에서 마이크로 컴퓨터(700)에는 외부로 데이터를 전송하거나 전달받을 수 있는 인터페이스부(720)를 추가적으로 갖는 것이 바람직하다.
메모리(710)는 시스템에 필요한 각종 데이터가 저장되고, 업그레이드가 가능한 RAM이며, 특히 표준 피부 수분 검량곡선 데이터가 테이블 형태로 저장된다.
조작 패널(800)은 다수개의 디지트 키와 각종 메뉴 키 및 각종 기능 키 등으로 구성되어 각 키가 측정자에 의해 조작될 때마다 그에 대응되는 제어 신호를 출력하도록 구성된다.
LCD는 마이크로 컴퓨터(700)의 제어 신호에 의해 피부 수분 농도 및 시스템의 상태 등을 디스플레이시킨다.
이하 본 발명에 의한 근 적외선 분광 분석법에 의한 피부 수분 측정방법을 도 3 내지 도 9를 참조하여 상세하게 설명하면 다음과 같다.
먼저 본 발명의 동작을 설명하기 앞서 이해를 돕기 위해 근적외선 분광 분석법을 간략하게 설명하면 다음과 같다. 근적외선 분광 분석법은 측정 검체에 대한전처리가 거의 필요 없는 방법으로 비파괴 분석법이라 할 수 있다. 근적외선 분광 분석법은 700∼2500nm의 영역에서 검체를 분석하며 IR 영역에서 유래되는 -CH, -NH, -OH 등의 기본 분자진동 에너지의 결합대(combination band)와 1차에서 4차 배음대(1st∼4th overtone band)에 의한 흡수를 이용한다. 근적외선 영역은 1800년대 William Herschel에 의해 발견된 이후, 많은 잡음과 약한 신호로 인하여 활발한 연구가 진행되지 않았다. 1960년대 초 Karl Norris가 복잡한 근적외선 스펙트럼에 다변량 분석법을 적용하여 농산물의 화학적 고체 검체를 분석함으로서 처음으로 근적외선 분광 분석법의 실용화를 가져왔다. 이후 농업분야에서 시작된 근적외선 분광 분석법의 적용은 식품, 사료, 섬유, 석유화학 및 고분자 분야뿐만 아니라 의약업계에서도 그 응용이 확대되어지고 있다. 근적외선 분광 분석법은 검체에 대한 전처리를 최소화하며 신속한 분석이 가능하다. 또한 여러 성분을 동시에 측정할 수 있고 실시간에 반복측정이 가능한 비파괴적 분석법이라는 장점이 있다.
먼저 메모리(710)에는 상기에서 설명한 바와 같이 다수의 피측정자들로부터 측정된 표준 수분 검량 검량곡선 데이터가 저장되는데, 도 3 내지 도 9을 참조하여 표준 피부 수분 검량 곡선 데이터를 측정하여 데이터화시키는 과정을 일예를 들어 보다 상세하게 설명하면 다음과 같다.
도 3은 본 발명이 적용된 근 적외선 분광 분석법에 의한 피부 수분 측정장치의 메모리에 표준 검량곡선 데이터를 저장하는 방법을 설명하기 위한 동작 설명도이고, 도 4는 근적외선을 조사한 복수의 피부로부터의 반사 스펙트럼이며, 도 5는 도 4의 그래프를 1차 미분에 의해 전처리한 스펙트럼이고, 도 6은 도 4의 그래프를2차 미분에 의해 전처리한 스펙트럼이며, 도 7은 도 4의 그래프를 다중 산란 보정에 의해 전처리한 스펙트럼이며, 도 8은 도4, 5, 6의 스펙트럼을 PLSR법을 이용하여 계산한 결과를 나타낸 테이블이고, 도 9은 도 8에 있어서 1차 미분한 스펙트럼의 결과를 플롯(plot)한 상태이다.
먼저 기준 데이터를 얻기 위해 전기전도도에 의한 수분 측정기기인 Corneometer CM 825®를 이용하여 15명의 피 측정자의 팔 안쪽 부위의 피부로부터 피측정자당 각각 16개씩 측정하여 모두 240개의 기준 수분 데이터를 얻는다(S100).
계속하여 근적외선 분광 분석장치를 이용하여 상기 15명으로부터 240개의 기준 수분 데이터를 얻었던 동일한 부위에 상기 15명의 피측정자 각각에게 16번의 근 적외선을 조사하여 도 4에 도시된 바와 같은 모두 240개의 반사 스펙트럼을 얻는다(S110). 여기에서 도 4에 도시된 반사 스펙트럼은 1400nm와 1500nm 사이에서 하나의 큰 피크가 관찰되는데 이것은 수분에 의한 O-H band이다.
또한, 피부로부터 반사된 스펙트럼은 피부측정위치 및 피측정자에 따라 산란효과가 상당히 다르게 나타나므로 이러한 영향을 감소시키기 위해서는 전처리를 할 수 있다(S120).
하나의 실시예에 있어서는, 센싱된 근적외선 반사 스펙트럼을 1차 또는 2차 미분 중 적어도 하나를 실행하여 전처리할 수 있다. 도 4에 도시된 바와 같은 센싱된 근적외선 분광 스펙트럼을 1차 또는 2차 미분하면 각각 도 5 및 도 6에 도시된 바와 같은 스펙트럼을 얻는다. 여기에서 하나의 실시예에서 1차 미분의 Segment 및 smooth는 4 unit 및 4 이고, 2차 미분의 segment 및 smooth 는 8 unit 및 6이다.
다른 실시예에 있어서는, 센싱된 근적외선 반사스펙트럼을 다중 산란 보정(mutiplicative scatter correction)하여 전처리할 수 있다. 도 4에 도시된 바와 같은 센싱된 근적외선 분광 스펙트럼을 다중 산란 보정하면 도 7에 도시된 바와 같은 스펙트럼을 얻는다.
다중 산란 보정은 복수의 피부로부터 센싱된 각각의 반사 스펙트럼과 평균 스펙트럼의 관계를 선형회귀곡선으로 나타내어 절편 a값과 기울기 b값을 구한 다음, 센싱된 스펙트럼을 절편 a값과 기울기 b값에 의해 다음과 같이 보정한다. 여기서는는 파장 k에서의 스펙트럼 데이터,는 시료 셋트의 평균 스펙트럼이다.
또 다른 실시예에서는, 근적외선 분광 스펙트럼을 다중 산란 보정하고 동시에 1차 또는 2차 미분을 수행하는 전처리를 할 수 있다. 여기에서 전처리를 수행하는 순서는 서로 바뀔 수 있다.
계속하여, 단계(S110)에서 센싱된 240개의 근적외선 분광 피부 스펙트럼을 직접, 또는 전처리된 경우에는 전처리된 240개의 피부 스펙트럼을 임의 선별법에 의해 각각 120개씩 두 그룹으로 나누어서, 각각의 그룹을 검량식을 작성하기 위한 검량세트(calibration set)와 만들어진 검량식을 평가하기 위한 검증세트(validation set)로 한다(S130).
계속하여, 상기 검량세트의 반사 스펙트럼과 단계(S100)에서 얻어진 상기 기준수분데이터를 다변량 회귀 분석법중의 하나인 PLSR법(Partial Least Squares Regression)을 이용하여 다변량 회기 분석하여 표준 피부 수분 검량식을 구한다(S140).
상기 실시예에서는 센싱된 근적외선 반사 스펙트럼을 전처리하고 나서, 전처리된 스펙트럼을 검량세트와 검증세트로 분리하여 PLSR법을 이용하여 다변량 회기 분석하고 표준 피분 수분 검량곡선을 구하였으나, 다른 실시예에서는 근적외선 반사스펙트럼을 검량세트와 검증세트로 분리하고 나서 전처리하는 단계를 실행할 수도 있다.
계속하여, 다변량 회기 분석법에 의하여 구해진 표준 피부 수분 검량식을 임의 선별법에 의하여 분리된 검증세트를 이용하여 평가하면(S150) 도 8에 도시된 바와 같은 결과가 얻어진다.
도 8은 1,150㎚∼1,650㎚의 파장 범위에 있는 근적외선을 복수의 피측정자의 피부에 조사하여 얻어진 도 4에 도시된 복수의 피부로부터의 반사 스펙트럼 및 상기 복수의 피부로부터의 반사 스펙트럼을 1차 미분 및 2차 미분에 의해 전처리한 스펙트럼을 PLSR법을 이용하여 계산하였을 때 각 조건에 따른 팩터(factor) 및 SEC(Standard Error of Calibration: 측정 표준 오차)와 SEP(Standard Error of Prediction: 예상 표준 오차)를 나타낸 것이다.
팩터들은 스펙트럼의 전체 분산(variation)을 설명한다. 첫 번째 팩터는 전체분산의 90%이상을 설명하고, 첫 번째 펙터에 수직인 두 번째 팩터는 첫 번째 팩터에 의해서 설명하고 난 나머지 부분의 분산을 설명하고, 계속하여 나머지 팩터는 선행하는 팩터에 의해서 설명하고난 나머지 분산을 설명한다.
SEC는 표준 검량곡선을 작성할 때 정확한 표준 검량곡선을 평가하기 위하여검량세트로부터 계산된 표준 오차값이고, SEP는 작성한 검량곡선이 제대로 만들어졌는지를 평가하기 위하여 검증세트로부터 계산된 표준 오차값이다. 즉, 기준 수분 데이터값과 근적외선 분광분석법(NIR)에 의하여 계산된 값과의 오차(SEC와 SEP)가 적으면 적을수록 보다 정확한 검량곡선이라고 할 수 있다.
도 8에 있어서는 1차 미분에 의해 전처리한 스펙트럼을 PLSR법을 이용하여 계산하였을 때 SEC이 4.77, SEP이 5.59로서 가장 낮은 오차값을 갖는다. 도 9는 1차 미분에 의해 전처리한 스펙트럼을 PLSR법을 이용하여 계산된 값(예측값)과 단계(S100)에서 얻어진 기준 수분 데이터값(기존 분석값)과의 상관관계를 나타내고 있다. 여기에서 예측값과 기존 분석값이 유사할수록 정확한 측정값을 갖는다고 평가한다.
구해진 표준 피부 수분 검량식을 디지털 데이터로 변환시켜 메모리(710)에 저장시킨다(S160).
도 10은 본 발명이 적용된 근적외선 분광 분석법에 의한 피부 수분 측정 방법을 설명하기 위한 동작 설명도이다.
피측정자의 피부 수분 농도를 측정하기 위해서는 광케이블(400)의 일단을 광학 필터(300)측에 고정시키고 광케이블(400)의 타단을 피측정자의 얼굴 또는 임의의 피부에 고정시킨 후 조작 패널(800)을 조작하여 전원을 온시킨다.
전원이 온되면 마이크로 컴퓨터(700)는 소형 텅스텐 할로겐 램프(200)를 제어하여 소형 텅스텐 할로겐 램프(200)에서 근적외선을 발생시킨다.
소형 텅스텐 할로겐 램프(200)에서 발생된 근적외선은 광학 필터(300)를 통해 근적외선이 집광된 후 광케이블(400)을 통해 피측정자의 피부로 조사된다(S200).
그리고 마이크로 컴퓨터(700)는 전원이 온되면 칩형 스펙트로미터(500)의 포토 다이오드 어레이 검출기(503)를 동작시키도록 칩형 스펙트로미터(500)로 제어 신호를 출력한다.
이로 인하여 소형 텅스텐 할로겐 램프(200)에서 발생되어 광학 필터(300)를 통해 피측정자의 피부로 조사된 근적외선은 피부에 의해 반사되어 반사 스펙트럼 이 발생되고, 반사 스펙트럼은 칩형 스펙트로미터(500)로 조사되고, 칩형 스펙트로미터(500)는 포토 다이오드 어레이 검출기(503)에서 10nm 간격으로 측정하여 반사 스펙트럼의 양에 따라 전기 신호를 발생하여 증폭기(Amp)로 출력시킨다.
한편 증폭기(Amp)는 마이크로 컴퓨터(700)의 제어에 따라 입력된 전기 신호를 소정의 크기로 증폭시킨 후 아날로그-디지털 변환기(600)로 입력시키고, 아날로그-디지털 변환기(600)는 마이크로 컴퓨터(700)의 제어에 따라 입력되는 전기 신호를 이에 대응되는 디지털 신호로 변환한 후, 변환된 디지털 신호를 마이크로 컴퓨터(700)로 출력시킨다(S210).
마이크로 컴퓨터(700)는 디지털 신호로 변환된 반사 스펙트럼을 전처리하여(S220), 메모리(710)에 저장된 표준 검량 곡선 데이터에 적용한다(S230). 적용이 완료되면 마이크로 컴퓨터(700)는 피부의 수분량을 출력한다(S240).
전처리단계(S220)에서는 메모리(710)에 저장된 표준 피부수분 검량식을 구하는 단계에서 실행한 전처리와 동일한 전처리를 수행하여야 한다. 표준 검량식을 구하는 단계에서 전처리를 하지 않았다면 전처리단계(S220)는 수행하지 않는다.
피부의 수분량을 출력하는 방법은 LCD을 통해 표시하거나, 또는 마이크로 컴퓨터(700)에서 인터페이스부(720)를 통해 다른 저장 매체나 처리 매체로 데이터를 전송하여 데이터를 저장하거나 프린팅할 수 있다. 또한, 피부 수분량에 따라 매우건성, 건성, 중성 등의 피부 타입을 정하여 측정자에게 알리는 방법이 사용될 수도 있다.
이상에서 설명한 바와 같이 본 발명이 적용된 휴대용 근적외선 분광 분석 장치를 이용하여 근적외선 영역에 해당하는 빛을 피부에 조사하고, 반사되는 스펙트럼을 측정하므로서 온도나 습도같은 외부 환경에 안정되고 재현성있는 피부수분의 측정을 할 수 있다. 또한 측정 장치를 소형화할 수 있으므로 휴대하기 간편하여 언제 어디서나 자유로운 측정이 가능하게 된다.
Claims (11)
- (정정) 질병의 발견, 건강상태의 진단 등의 의료목적 이외의 목적으로 피부중의 수분을 측정하는 방법에 있어서,피부 수분 측정기를 이용하여 복수의 샘플 피부에 대한 기준 수분데이터를 구하는 단계;상기 복수의 샘플 피부에 대하여 근적외선을 조사후 반사되는 1100~1750nm 영역의 반사 스펙트럼을 수집하는 단계;상기 수집된 다수의 반사 스펙트럼을 임의 선별에 의하여 검량셋트와 검증세트로 분리하는 단계;상기 분리된 검량세트의 반사 스펙트럼과 상기 기준 수분 데이터를 다변량 회기 분석하여 표준 검량식을 구하는 단계;상기 표준 검량식을 상기 분리된 검증세트의 반사스펙트럼에 대입하고 그 결과를 기준 수분 데이터와 비교하여 수정하는 단계;상기 수정된 표준 검량식을 저장하는 단계;피측정 피부에 근적외선을 조사하여 반사된 1100~1750nm영역의 반사 스펙트럼을 센싱하는 단계; 및상기 센싱된 반사 스펙트럼을 기 저장된 표준 검량식에 대입하여 피부 수분 농도를 계산하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 근 적외선 분광 분석법에 의한 피부 수분 측정방법.
- (정정) 제 1 항에 있어서,상기 수집 또는 센싱된 반사 스펙트럼을 소정 차수로 미분 또는 다중 산란 보정(mutiplicative scatter correction)중 적어도 하나를 수행하는 전처리단계를 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는 근적외선 분광 분석법에 의한 피부 수분 측정방법.
- (정정) 제 2 항에 있어서,상기 전처리 단계의 미분은 1차 미분 또는 2차 미분 중 선택적으로 어느 하나를 수행하는 것을 특징으로 하는 근 적외선 분광 분석법에 의한 피부 수분 측정방법.
- 제 3 항에 있어서,상기 1차 미분의, segment는 4단위, smooth는 4이고,상기 2차 미분의, segment는 8단위, smooth는 6인 것을 특징으로 하는 근적외선 분광 분석법에 의한 피부 수분 측정방법.
- 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,측정된 피부 수분 농도를 디스플레이 화면을 통해 표시하는 단계를 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는 근 적외선 분광 분석법에 의한 피부 수분 측정방법
- 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,측정된 피부 수분 농도를 프린터에 의하여 인쇄 출력하는 단계를 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는 근 적외선 분광 분석법에 의한 피부 수분 측정방법
- 제 1 항에 있어서,상기 표준 검량식을 구하는 단계의 다변량 회기 분석은 PLSR (Partial Least Squares Regression)법에 의하여 행하는 것을 특징으로 하는 근 적외선 분광 분석법에 의한 피부 수분 측정방법.
- (정정) 복수의 샘플피부에 대한 1450nm 대역에서의 물의 OH bond에 의한 흡수 피크를 이용하여 구해진 1100~1750nm 영역의 반사흡광 스펙트럼과 피부수분량과의 관계를 정의하는 표준 피부 수분 검량식을 저장하는 수단;500nm~2000nm 범위의 연속광원을 발생시켜 피측정체에 조사하는 수단;상기 조사수단에 의해 조사되어 피측정체로부터 반사된 1100~1750nm의 반사흡광 스펙트럼을 센싱하여 출력하는 수단; 및상기 센싱수단으로부터 출력된 반사흡광 스펙트럼 데이타를 상기 저장수단에 저장된 표준 피부 수분 검량식에 대입하여 피부 수분 농도를 계산하는 수단을 포함하는 것을 특징으로 하는 근 적외선 분광 분석법에 의한 피부 수분 측정장치.
- (정정) 제 8 항에 있어서,상기 센싱 수단에 의해 검출된 반사흡광 스펙트럼을 소정차수로 미분 또는 다중 산란 보정(mutiplicative scatter correction)중 적어도 하나를 수행하여 광의 피부 산란 편차를 제거한 후 상기 계산 수단으로 인가하는 전처리 수단을 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는 근적외선 분광 분석법에 의한 피부 수분 측정장치.
- (정정) 제 8 항 또는 제 9 항에 있어서,상기 계산 수단에 의해 측정된 피부 수분 농도를 화면에 표시하는 디스플레이 수단을 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는 근 적외선 분광 분석법에 의한 피부 수분 측정 장치.
- (정정) 제 8 항 또는 제 9 항에 있어서,상기 계산 수단에 의해 계산된 피부 수분 농도를 인쇄하여 출력하는 프린트 수단을 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는 근 적외선 분광 분석법에 의한 피부 수분 측정장치.
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