KR100866258B1 - 리니어 이미지센서를 이용한 피부두께 측정 장치 및 그측정 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 대상물의 피부에 빛을 입사시키는 광원, 상기 광원으로부터 상기 대상물로 입사되어 확산된 빛의 세기를 상기 대상물의 피부로부터의 거리에 따른 데이터로써 측정하는 리니어 이미지 센서 및 상기 리니어 이미지 센서에서 측정된 데이터를 통해 상기 대상물의 피부 두께를 분석하는 특성분석수단을 포함하는 피부 특성 측정장치에 대한 것으로서 비교적 간단한 수단에 의해 정확도가 높은 피부 두께 등의 특성을 산출할 수 있다.

피부 두께, 리니어 이미지 센서, 피부 굴곡, 빛의 확산

Description

리니어 이미지센서를 이용한 피부두께 측정 장치 및 그 측정 방법{Apparatus and method for measuring thickness of skin using a linear image sensor}

도 1은 종래의 이미지센서를 이용한 피부 두께 측정 방법을 나타내는 도면,

도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 피부 두께 측정 장치를 나타내는 도면,

도 3은 본 발명의 다른 실시예에 따른 피부 두께 측정 장치를 나타내는 사시도이다.

본 발명은 빛의 흡수(absorption)와 산란(scattering), 확산반사(diffuse reflectance)를 이용한 피부특성 측정장치 및 그 측정방법에 관한 것으로, 보다 자세하게는 리니어 이미지 센서를 사용한 피부 특성 측정 장치 및 그 측정방법에 대한 것이다.

피부는 수직으로 잘라 단면을 보면 가장 바깥층인 표피, 중간층인 진피, 가장 아래층인 피하지방조직으로 된 3개의 층으로 크게 이루어져 있으며, 그밖의 피부부속기관으로서 털, 땀샘, 지방샘, 손발톱, 촉각기관 등을 가지고 있다. 이중 표 피는 매우 얇은 기관으로서 혈관이 없고, 표피의 두께는 보통 0.07 ~ 1.12mm인데, 피부의 두께는 진피로 결정되는 것이 아니고 표피의 두께로 결정된다. 진피는 표피의 약 10 ~ 40배나 되는 두꺼운 층으로 표피와 물결모양으로 연결되어 있으며 이 물결모양의 진피 유두체 부분에 모세혈관, 신경섬유 등이 들어 있다. 진피의 주요 구성물질은 콜라겐 섬유와 앨라스틴 섬유, 그리고 그 공간을 채우고 있는 점다당류들이다. 콜라겐 섬유와 앨라스틴 섬유는 그물 모양으로 서로 짜여 있어 피부의 탄력과 신축성을 유지하게 한다. 피하지방조직은 피부의 가장 깊숙한 곳에 위치하며, 헐렁한 섬유성 단백질로 짜여져 있는데, 그 사이사이에 다수의 벌집모양 지방세포들이 자리잡고 있다. 피하지방조직은 여성호르몬과 관계가 깊어 여성의 신체선에 부드러움을 주며, 또한 열의 부도체이기 때문에 체내의 열이 외부의 온도에 좌우되지 않도록 하고, 여분의 피부 밑 지방조직으로 축적되어 뼈 또는 근육을 외부의 압력으로부터 보호하는 쿠션 역할을 한다. 또 영양이 부족할 때에는 영양의 공급원이 되기도 하고 피하지방이 너무 많으면 피하지방층의 혈관이나 림프관이 늘어나 혈액 순환이 원활하지 못하게 된다.

피부특성을 알기 위해 피부의 두께를 결정하는 것은 몇 가지 목적에 있어서 매우 중요하다. 피부 조직과 각 층의 두께는 다양한 환경에서 매우 가치있는 진단 정보를 제공한다. 예를 들어, 피부두께는 자연노화(chronological ageing)와 광노화(photo ageing)에 의한 피부의 변화를 알려주는 중요한 인자 가운데 하나이다. 또한 피부의 두께를 통해 여러 가지 내분비계장애(endocrine disorder)와 관련된 중요한 정보를 알 수 있다. 게다가, 피부의 두께와 골밀도의 관계에 관한 연구도 진행된 바 있으며 유럽에서는 실제 임상에 응용하고 있다.

아울러 피부의 두께를 측정하여 피부의 병적상태에 대한 진단과 치료판정 및 추후관찰에 대한 이용은 그 범위가 점차 확대되는 추세이다. 즉 경피증이나 경화부종, 스테로이드 국소 도포 후의 피부 위축 정도, 피부망상증, 피부 섬유종과 지방종 등의 피부양성종양, 구순암과 악성흑색종 등의 피부악성종양에 이르기까지 광범위하게 응용되고 있다. 따라서 이러한 병적상태에 대한 임상적 응용 이전에 정상적인 피부의 구조와 그 두께 정보를 얻는 것은 크게 의의있는 기술이다.

피부구조 및 두께 변화를 측정하는 종래의 방법으로는 크게 비침습적인 방법과 침습적인 방법이 있으며, 이 중 침습적인 방법으로는 생검 조직표본을 이용하는 방법, 수술시 절제한 조직으로 측정하는 방법 및 사체부검례를 대상으로 하는 방법 등이 있으나, 이러한 침습적인 방법은 사용되는 경우가 제한되어 있다는 문제점이 있다. 종래의 비침습적인 방법에는 하펜덴 캘리퍼(Harpenden Calipers), 라쳇콘트롤 마이크로미터(Rachet-controlled micrometer), 라디오로직 테크닉(Radiologic techniques), 그리고 초음파를 이용하는 방법 등이 있으나, 이러한 방법들은 생체에 주는 여러 가지 부작용이 있다는 것, 비경제성, 부위선택의 한계성 및 표피와 진피를 따로 측정할 수 없는 단점이 있어 역시 그 이용에 한계가 있다는 문제점이 있다.

종래의 비침습적인 피부 두께 측정 장치에서 캘리퍼(Calipers)나 마이크로미터(micrometer)를 이용하는 방법은 측정치가 부정확하고, 측정이 부적절한 부위도 있어 그 이용에 한계가 있다. 방사선을 이용하는 방법은 정확도는 있으나 경비가 많이 들고 방사선조사의 위험이 따른다. 다만 초음파 측정 장치의 경우에는 진피와 피하조직의 구분이 용이하며 환자와 의사에게 거의 부담을 주지 않아 경피증과 피부종양 등 각종 피부질환의 진단에 사용되고 있으며, 최근에는 우수한 해상력을 가진 초음파 측정장치가 개발되고 있다. 그러나 이러한 장비는 가격이 매우 고가라는 단점으로 인해 넓게 쓰이지 못하고 있고, 측정자의 숙련도에 따라 결과가 다르게 나올 수 있다는 문제점이 있다.

위와 같은 문제점을 해결하기 위해 최근 본 발명자는 빛을 피부에 조사하는 단계, 상기 피부에 조사된 빛 가운데 피부 내에서 확산되고 튀어나온 빛의 세기변화 및 파장 변화를 측정하는 단계 및 상기 빛의 변화에 따라 피부의 특성을 측정하는 단계로 이루어진 광의 흡수와 산란, 확산반사를 이용한 피부특성 측정방법을 발명하였다.

도 1에서 도시한 바와 같이 위 측정방법에서는 칩 형태의 2차원 이미지 센서를 사용하고 있다. 그러나, 피부의 측정하고자 하는 부분이 평면이 아닌 경우에는 도 1에서 보이는 바와 같이 피부에서 확산되는 빛의 무늬가 완전히 둥근 형상이 아닌 울퉁불퉁한 형상이 된다. 인체에서 피부는 다소 굴곡이 있는 곳이 대부분이므로 도 1과 같은 측정 이미지는 매우 일반적인 것이다. 이렇게 확산된 빛의 무늬가 완전한 동심원이 아닌 경우에는 어느 수치를 피부 두께 특정의 기준으로 삼을지를 결정하여야 하며, 이러한 결정방법 때문에 자동적으로 피부의 두께를 산출하는 방법이 매우 복잡해지게 되고, 정확도도 낮아질 수 밖에 없다는 문제점이 있다. 또한 그 이미지만을 디스플레이에 표시하도록 하여 측정자가 직접 피부의 두께를 계산하 는 경우라도 측정자의 숙련도에 따라 그 측정치가 달라진 수 있다는 문제점이 있다.

본 발명의 목적은 사용에 제한이 없고, 경제적이며, 생체에 부작용이 없는 피부 두께 측정 방법 및 그 장치를 제공하는데 있다.

본 발명의 다른 목적은 비교적 간단한 수단에 의해 산출가능하고, 정밀도가 높은 피부 두께 측정 방법 및 장치를 제공하는데 있다.

본 발명의 목적은 대상물의 피부에 빛을 입사시키는 광원; 상기 광원으로부터 상기 대상물로 입사되어 확산된 빛의 세기를 상기 대상물의 외부에서 상기 대상물의 피부로부터의 일정거리(L)에 따른 데이터로써 측정하는 리니어 이미지 센서; 및 상기 리니어 이미지 센서는 상기 광원의 입사지점으로부터 일정거리(L)에 이르는 데이터를 통해 상기 대상물의 피부두께를 분석하는 특성분석수단을 포함하는 피부 특성 측정 장치에 의해 달성된다.

본 발명에 의한 피부 특성 측정 장치에서 상기 광원은 광다이오드이고, 상기 리니어 이미지 센서는 상기 광원의 일측부에 수평으로 위치하는 것이 바람직하다.

본 발명에 의한 피부 특성 측정 장치에서 빛의 특성은 빛의 세기이며, 상기 대상물의 내부 특성은 상기 대상물의 피부 두께인 것이 바람직하다.

본 발명에 의한 피부 특성 측정 장치에서 광원의 방출 파장 또는 상기 리니어 이미지 센서의 측정 파장은 각각 760 내지 1350nm 또는 1500 내지 1700nm 인 것이 바람직하다.

본 발명에 의한 피부 특성 측정 장치에서 광원의 방출 파장 또는 상기 리니어 이미지 센서의 측정 파장은 1100 내지 1300nm인 것이 바람직하다.

본 발명의 다른 목적은 대상물의 피부에 빛을 입사시키는 단계, 상기 대상물의 내부에서 확산되는 상기 빛의 세기를 상기 대상물의 외부에서 상기 대상물의 피부로부터의 일정거리(L)에 따른 데이터로써 측정하는 단계, 및 상기 데이터를 통해 상기 대상물의 피부 두께를 분석하는 단계를 포함하는 피부 특성 측정 방법에 의해 달성된다.

본 발명에 의한 피부 특성 측정 방법에서 빛의 특성은 빛의 세기이며, 상기 대상물의 내부 특성은 상기 대상물의 피부 두께인 것이 바람직하다.

본 발명에 의한 피부 특성 측정 방법에서 빛의 파장은 760~1350nm 또는 1500nm~1700nm 인 것이 바람직하다.

본 발명에 의한 피부 특성 측정 방법에서 빛의 파장은 1100~1300nm인 것이 바람직하다.

앞서, 본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정해서 해석되어서는 아니되며, 발명자는 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다.

따라서, 본 명세서에 기재된 실시예와 도면에 도시된 구성은 본 발명의 가장 바람직한 일 실시예에 불과할 뿐이고 본 발명의 기술적 사상을 모두 대변하는 것은 아니므로, 본 출원시점에 있어서 이들을 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형예들이 있을 수 있음을 이해하여야 한다.

이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 일실시예를 더욱 상세히 설명하면 다음과 같다.

도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 피부두께 측정장치이다.

광원(10)은 피부에 입사되는 빛을 발산하며, 광다이오드를 사용하는 것이 바람직하나, 다른 적당한 광원을 사용할 수도 있다. 피부에 입사되는 빛이 피부의 지름 수 내지 수십 ㎛의 영역에 수직으로 입사될 수 있도록 광원(10)을 구성하는 것이 바람직하다. 피부의 지름 수 내지 수십 ㎛의 영역에 빛이 수직으로 입사되도록 함으로써 생체 광학에서 관찰할 수 있는 단일 역산란을 최소화할 수 있게 되어 측정의 정밀도를 높일 수 있게 된다.

광원(10)은 가시광선 영역인 350 ~ 750 nm 의 파장을 발생하는 것으로 사용할 수도 있으나, 760 ~ 1350 nm 또는 1500 ~ 1700 nm 의 파장을 포함하는 것으로 사용하는 것이 바람직하며, 더욱 바람직하게는 1100 ~ 1300 nm 의 파장을 포함하는 것으로 사용할 수 있다. 350 ~ 750 nm 의 빛은 측정 대상의 피부가 검은색인 경우 피부에 흡수되어 피부두께의 측정을 불가능하게 하며, 백인과 동양인에게서도 어느 정도 흡수 영향을 갖는다. 이러한 피부의 색에 영향을 받지 않고 측정할 수 있는 파장 영역은 760 ~ 1350 nm이며, 여기서 물에 의해 흡수되는 1350 ~ 1500 nm의 영역을 제외하고 측정에 이용하는 것이 바람직하게 되는 것이다. 특히 1100 ~ 1300 nm의 영역은 피부 내 멜라닌의 영향을 가장 적게 받는 파장 영역으로써 정밀한 측정을 위해 가장 바람직한 파장 영역이다. 이렇게 적외선대의 파장을 이용하여 피부 두께를 측정하는 경우 광원(10)은 피부에 대한 영향을 최소화하면서 측정을 용이하게 하도록 피부와 광원(10)과의 거리를 0.7 ~ 3 cm 정도 이격시키는 것이 바람직하다.

피부(30)에 입사된 빛은 각 조직을 통과하거나, 물리적 특성이 비슷한 층을 따라 흐르거나, 각각의 조직을 거쳐 다시 외부로 나오게 될 수 있다. 즉 빛은 피부의 각 조직을 계속적으로 통과할 수도 있으나 입사된 빛이 일부 상부 층만을 통과하고 중간층을 따라서 흐르다가 다시 상부 층을 통과하여 외부로 방출될 수 있는 것이다. 이렇게 피부의 중간층을 거쳐 나오는 빛은 세기는 빛이 입사된 지점(20)으로부터 일정 거리(L)의 영역에서 높아지며, 이러한 일정 거리(L)는 중간층의 두께에 따라 달라지게 된다. 따라서, 피부의 외부에서 보았을 때 빛이 입사되는 지점을 중심으로 하여 둥근 동심원 무늬가 생기는 것을 관찰할 수 있게 되며, 본 발명에 의한 피부 두께 측정 장치는 위 입사 지점(20)과 동심원 무늬와의 거리를 통해 피부의 두께를 측정하는 것이다.

리니어 이미지 센서(40)는 위 광원(10)으로부터 피부(30)에 입사된 빛이 피부 내부에서 확산되고 다시 외부로 나오는 것을 측정하는 센서로서 입사 지점(20)을 기준으로 그 거리에 따른 빛의 세기로써 측정한다. 광원(10)이 입사 지점(20)에 수직으로 위치하는 경우 광원(10)의 수평 위치가 입사 지점(20)이 된다. 리니어 이미지 센서(40)는 하나 또는 몇 개의 줄로 나열된 측광 셀을 가지는 센서로서 2차원 이미지 센서보다 저렴하며, 그 구성도 간단하다.

이러한 리니어 이미지 센서(40)로 측정된 측정값는 곧바로 거리에 따른 빛의 세기로서 나타낼 수 있다. 따라서, 본 실시예에 따른 피부 두께 측정 장치는 종전의 2차원 이미지 센서처럼 2차원인 이미지를 별도의 이미지처리를 하고, 거리를 측정할 특정영역을 지정하는 등의 번거로운 단계를 거칠 필요가 없다. 이러한 간편성은 본 실시예에 따른 장치의 구성을 더욱 간단하게 한다.

특성분석수단(50)은 리니어 이미지 센서(40)에서 측정된 데이터를 계산하여 피부두께를 산출하고 이를 디스플레이등에 표시하거나 다른 연산에 사용되도록 저장한다. 앞서 본 바와 같이 리니어 이미지 센서(40)로부터 출력되는 데이터는 곧바로 처리에 사용될 수 있는 것이므로 본 실시예에 따른 특성분석수단(50)의 구성은 매우 간단하게 될 수 있다. 즉, 빛의 세기가 가장 강한 픽셀을 정하고, 미리 저장된 광원(10)과 리니어 이미지 센서(40)와의 거리데이터, 그리고 미리 저장된 위 픽셀의 리니어 이미지 센서(40) 내 위치데이터를 통해 광원(10)과 빛의 세기가 가장 강한 지점의 측정거리를 계산한다. 미리 저장된 측정거리 대 피부 두께 테이블을 이용하여 위 측정거리에 대응되는 피부 두께를 산출하면 매우 간단한 방법으로 피부 두께가 계산된다.

도 3은 본 발명의 다른 실시예에 따른 피부 두께 측정 장치를 도시하고 있다. 본 실시예에서는 광원(60)이 리니어 이미지 센서(70)의 일측부에 항상 일정한 거리를 두고 있도록 일체형으로 구성되고 휴대성을 고려하여 특성분석수단도 일체형으로 구성된다. 이 때 특성분석수단은 외부 컴퓨터로 사용할 수 있다. 측정된 피부 두께는 역시 일체형으로 구성된 디스플레이에 표시되거나 외부 출력 단자를 통 해 다른 시스템에 출력되어 다른 계산에 이용될 수 있다. 또한 피부 두께의 결과값 뿐만 아니라 측정거리 데이터 또는 측정된 빛의 세기 대 거리의 그래프를 디스플레이에 출력 또는 외부로 출력할 수 있으며, 경우에 따라서는 피부 두께의 결과값과 상관없이 이들만을 출력할 수 있다.

본 발명의 또 다른 실시예에 따른면 컬러 리니어 이미지 센서 등을 사용하여 빛의 파장을 광원과의 거리에 대한 데이터로써 측정함으로써 피부의 다른 특성의 계산에 사용하거나, 피부 두께와의 데이터와 함께 다른 필요한 측정값을 산출할 수 있다. 본 실시예는 상기 다른 실시예에 따른 장치를 이용할 수 있다.

본 발명에 따른 피부 두께 측정 방법 및 그 장치는 그 사용에 있어서 특별한 제한이 없으며, 경제적이다. 또한, 생체에 부작용이 없어 환자와 측정자 모두에게 안전한 이점이 있다.

또한, 본 발명에 따른 피부 두께 측정 방법 및 그 장치는 비교적 간단한 측정 수단으로 구성되면서 정밀도가 높은 이점이 있다.

Claims (9)

1. 대상물의 피부에 빛을 입사시키는 광원;

   상기 광원으로부터 상기 대상물로 입사되어 확산된 빛의 세기를 상기 대상물의 외부에서 상기 대상물의 피부로부터의 거리에 따른 데이터로써 측정하는 리니어 이미지 센서; 및

   상기 리니어 이미지 센서는 상기 광원의 입사지점으로부터 일정거리(L)에 이르는 데이터를 통해 상기 대상물의 피부두께를 분석하는 특성분석수단

   을 포함하는 피부 특성 측정 장치.
2. 제1항에 있어서,

   상기 광원은 광다이오드이고, 상기 리니어 이미지 센서는 상기 광원의 일측부에 수평으로 위치하는 피부 특성 측정 장치.
3. 삭제
4. 제 1 항에 있어서,

   상기 광원의 방출 파장 또는 상기 리니어 이미지 센서의 측정 파장은 각각 760 내지 1350nm 또는 1500 내지 1700nm 인 피부 특성 측정 장치.
5. 제 1 항에 있어서,

   상기 광원의 방출 파장 또는 상기 리니어 이미지 센서의 측정 파장은 1100 내지 1300nm인 피부 특성 측정 장치.
6. 대상물의 피부에 빛을 입사시키는 단계;

   상기 대상물의 내부에서 확산되는 상기 빛의 세기를 상기 대상물의 외부에서 상기 대상물의 피부로부터의 일정거리(L)에 따른 데이터로써 측정하는 단계; 및

   상기 데이터를 통해 상기 대상물의 피부 두께를 분석하는 단계

   를 포함하는 피부 특성 측정 방법.
7. 삭제
8. 제 6 항에 있어서,

   상기 빛의 파장은 760 내지 1350nm 또는 1500 내지 1700nm 인 피부 특성 측정 방법.
9. 제 6 항에 있어서,

   상기 빛의 파장은 1100 내지 1300nm인 피부 특성 측정 방법.

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