KR101116204B1

KR101116204B1 - 피부 탄성과 점성 측정장치 및 그 측정장치를 이용한 측정방법

Info

Publication number: KR101116204B1
Application number: KR1020090104059A
Authority: KR
Inventors: 박연규; 송한욱; 김민석
Original assignee: 한국표준과학연구원
Priority date: 2009-10-30
Filing date: 2009-10-30
Publication date: 2012-03-06
Also published as: KR20110047434A

Abstract

피부 탄성 및 점성 측정장치 및 그 측정창치를 이용한 피부 탄성 및 점성 측정방법에 대한 것이다. 보다 상세하게는 상단부가 평평하고 인체의 일부가 놓이는 지지대; 하단이 개방되고 인체의 피부가 접촉하는 접촉부를 구비하는 중공관 형태의 튜브; 튜브의 상단부에 결합되고, 접촉된 피부와의 거리를 측정하는 거리측정부; 튜브와 결합되어, 튜브 내부를 기 설정된 압력으로 가압 또는 감압하여 접촉된 피부에 힘을 가하게 되는 압력변화수단; 및 거리측정부와 연결되어, 피부와의 거리 변위를 측정하는 변위측정부; 및 압력변화수단의 기 설정된 압력과 변위측정부에서 측정된 변위 값을 입력받아 피부의 탄성계수와 점성계수를 연산하는 연산프로그램이 실행가능한 컴퓨터;를 포함하는 것을 특징으로 하는 피부 탄성 및 점성 측정장치이다.

튜브, 압력변화수단, 거리측정부, 레이저센서, 변위측정부, 압력제어부, 연산프로그램, 탄성계수, 점성계수, 모델링

Description

피부 탄성과 점성 측정장치 및 그 측정장치를 이용한 측정방법{Apparatus and Method for Measuring elasticity and viscosity of skin}

본 발명은, 피부 탄성과 점성 측정장치 및 그 측정창치를 이용한 피부 탄성 및 점성 측정방법에 대한 것이다. 보다 상세하게는 피부를 점성과 탄성의 병렬구조로 모델링하고, 압력변화수단에 의해 튜브 내로 삽입되는 피부 형상을 가상구로 모델링하여 피부의 탄성계수와 점성계수를 측정, 연산하는 측정장치 및 측정방법에 관한 것이다.

일반적으로 피부는 각질층(stratum corneum)을 포함하는 표피층(epidermic)과 진피층(dermis)으로 크게 나뉜다. 표피층은 인체의 가장 바깥쪽을 덮고 있으며 외부로부터의 이물질 침입을 막아주거나 체내 수분 증발을 막아 피부의 거칠음이나 잔주름을 막는 중요한 역할을 한다.

진피층은 표피층의 아래에 있는 것으로, 피부의 탄성성을 결정짓는 역할을 하는 것으로, 피부 탄성은 진피에 함유된 교원섬유인 콜라겐과 탄성 섬유인 엘라스틴이 정상적인 기능을 할 때 이루어지며, 자외선 등에 의해 콜라겐이나 엘라스틴이 손상되면 피부 노화가 진행되게 된다.

한의학에서 경락이란 인체에 있어서 기혈순환의 일정한 반응 계통 노선으로서, 안으로는 오장육부와 밖으로는 피부와의 상관성을 갖고서 반응이 체표로 나타나는 현상적인 반응선을 경락이라고 하며 이 반응 계통 선상의 일정한 점의 반응점을 경혈이라고 하며, 이에 따라 내장에 병이 있으면 경락에 영향을 미치고, 체표의 경락의 병변은 장부기능의 이상을 반영한다.

이에, 일반적으로 인체의 각 경락의 경혈 중 경락의 상태를 평균적으로 잘 나타내는 지점에서의 피부 저항을 측정하여 인체 상태를 분석하는 피부 저항 측정기 등이 이용되고 있다. 한편, 사상 의학이란 사람들을 체질적인 특성에 따라 분류하고 그에 따라 병을 진단 및 치료하는 전통 체질 의학이다.

체질이란 태어날 때부터 타고난 신체의 특성을 말하는 것으로, 사람의 외형이나, 성격에 따라 분류되는데, 사람의 피부 두께나 탄성 정도에 따라 사상 체질이 분류되기도 한다. 상대적으로 체질 분류에 따른 태음인은 피부의 탄성계수 및 점성계수가 크고, 소음인은 태음인 보다 작지만, 소양인보단 크다.

한방에서는 피부 상태에 따른 체질 분류에 있어서, 혈색이나 피부의 두께 및 탄성 정도를 통해서 체질을 분류하고 있다. 그런데, 종래 한방에서의 피부 두께나 탄성 정도 측정은 한의사가 직접 피험자의 피부를 잡거나 당기면서 두께나 탄성 정도를 경험적으로 측정하기 때문에, 정확도 및 객관성이 결여되는 단점이 있었다.

도 1은 한의사가 직접 피험자의 피부를 잡거나 잡아 당기면서 피부의 탄성정도를 측정하고 있는 모습을 도시한 것이다. 그러나, 이러한 측정방법은 정확도 및 객관성이 결여되는 단점이 있었다. 따라서, 보다 개선되고, 정확한 측정이 가능한 피부 탄성도 측정을 위한 장치 및 방법이 요구되었다.

따라서, 본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로, 본 발명의 일실시예에 따른 피부 탄성 및 점성 측정장치에 따르면 피부의 탄성계수와 점성계수에 대한 객관적이고, 정확한 측정값을 제공하게 된다.

보다 구체적으로 본 측정장치는 기 설정된 압력에 의해 튜브 내로 올라오는 피부의 높이 변화를 측정하여 측정값으로부터 탄성계수와 점성계수를 연산하게 된다. 따라서, 피부의 탄성도를 보다 정확하게 알 수 있어, 피시험자의 체질을 보다 다양하고 객관적으로 분석할 수 있게 된다.

이러한 탄성계수와 점성계수의 연산은 피부를 탄성수단과 댐퍼를 병렬로 연결한 구조로 모델링함으로서 가능하게 된다. 또한, 튜브 내부로 삽입되는 피부의 돌출형상이 완전한 구 형상을 가진다는 가정을 하고, 피부의 탄성계수와 점성계수가 일정한 상수값을 가진다는 가정하에 가능해진다. 이러한 가정하에 탄성계수와 점성계수를 구하게 됨으로써 보다 객관적으로 피시험자에게 피부 탄성도를 제공하게 된다.

본 발명의 그 밖에 목적, 특정한 장점들 및 신규한 특징들은 첨부된 도면들과 관련되어 이하의 상세한 설명과 바람직한 실시예로부터 더욱 명확해질 것이다.

본 발명의 목적은, 측정대상인 인체의 일부가 놓이는 지지대; 하단에 인체의 피부가 접촉되는 접촉부를 구비하는 중공관 형태의 튜브; 튜브의 상단부에 결합되 고, 접촉된 피부와의 거리를 측정하는 거리측정부; 튜브와 결합되어, 튜브 내부를 기 설정된 압력으로 가압 또는 감압하여 접촉된 피부에 힘을 가하게 되는 압력변화수단; 및 거리측정부와 연결되어, 피부와의 거리 변위를 측정하는 변위측정부; 및 기 설정된 압력과 변위측정부에서 측정된 거리 변위 값을 입력받아 피부의 탄성계수와 점성계수를 연산하는 연산프로그램이 실행 가능한 컴퓨터;를 포함하는 것을 특징으로 하는 피부 탄성 및 점성 측정장치로서 달성될 수 있다.

튜브의 상단부에 연결되어 튜브를 수직 이동시켜, 접촉부를 피부에 접촉시키는 수직구동부를 더 포함하는 것을 특징으로 할 수 있다.

거리측정부는, 접촉된 피부에 레이저를 주사하는 레이저 발생수단과 레이저 발생수단에서 주사된 레이저가 피부에 반사된 반사레이저를 입력받아 레이저 발생수단과 피부와의 거리를 감지하는 레이저센서를 포함하는 것을 특징으로 할 수 있다.

레이저 발생수단은 접촉된 피부의 중심에 레이저를 주사하는 것을 특징으로 할 수 있다.

압력변화수단과 연결되어, 튜브 내부를 기 설정된 압력으로 가압 또는 감압하도록 압력변화수단을 제어하는 압력제어부를 더 포함하는 것을 특징으로 할 수 있다.

압력제어부는, 튜브의 내부압력을 측정하고, 내부압력이 기 설정된 압력과 동일하게 되도록 제어하는 것을 특징으로 할 수 있다.

압력제어부는 기 설정된 측정시간 동안, 압력변화수단을 작동시키는 것을 특 징으로 할 수 있다.

튜브는 감압용 튜브이고, 압력변화수단은 감압용 펌프인 것을 특징으로 할 수 있다.

컴퓨터에서 실행되는 연산프로그램은, 거리 변위, 기 설정된 압력 및 튜브의 직경으로부터 탄성계수와 점성계수를 연산하는 것을 특징으로 할 수 있다.

컴퓨터는, 측정횟수, 압력조절수단의 구동시간, 기 설정된 압력 중 적어도 하나를 설정할 수 있는 것을 특징으로 할 수 있다.

컴퓨터는, 성별, 피부부위 및 나이에 따른 평균 탄성계수 및 평균 점성계수를 저장하는 데이터 베이스를 포함하고, 성별, 피부부위 및 나이 중 적어도 하나의 정보입력이 가능하고, 입력정보에 평균 탄성계수 및 평균 점성계수를 제시하는 것을 특징으로 할 수 있다.

또 다른 카테고리로서, 본 발명의 목적은, 피부 탄성 및 점성 측정방법에 있어서, 수직구동부를 작동시켜 튜브의 접촉부와 지지대에 놓인 인체의 피부를 접촉시키는 단계; 튜브 상단에 결합된 거리측정부가 피부가 접촉부에 접촉하고 있는 동안, 접촉된 피부와의 거리를 측정하는 단계; 튜브에 연결된 압력변화수단이 튜브 내부로 기 설정된 압력을 가압 또는 감압하는 단계; 거리측정부와 연결된 변위측정부가 거리측정부와 피부와의 거리 변위를 측정하는 단계: 및 컴퓨터가 거리변위와 기 설정된 압력 값을 전송받아 피부의 탄성계수와 점성계수를 연산하는 단계:를 포함하는 것을 특징으로 하는 피부 탄성 및 점성 측정방법으서 달성될 수 있다.

거리 측정단계는, 레이저발생수단이 접촉된 피부의 중심으로 레이저를 주사 하고, 레이저 센서가 중심에 반사된 레이저를 전송받아 피부와의 거리를 감지하는 것을 특징으로 할 수 있다.

가압 또는 감압 단계는, 압력변화수단과 연결된 압력제어부가 기 설정된 측정시간 동안 압력변화수단을 구동시키고, 압력제어부는 튜브 내부의 압력을 측정하고, 튜브 내부의 압력이 기 설정된 압력이 되도록 제어하는 것을 특징으로 할 수 있다.

피부 접촉 단계 전에, 컴퓨터에 측정횟수, 압력조절수단의 구동시간, 기 설정된 압력 중 적어도 하나를 설정하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 할 수 있다.

컴퓨터는, 성별, 피부부위 및 나이의 평균 탄성계수 및 평균 점성계수를 저장하는 데이터 베이스를 포함하고, 성별, 피부부위 및 나이 중 적어도 하나의 정보입력이 가능하고, 입력정보에 평균 탄성계수 및 평균 점성계수를 제시하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 할 수 있다.

따라서, 상기 설명한 바와 같이 본 발명의 일실시예에 의하면, 피부의 탄성도, 점성도에 대해 보다 객관적이고, 정확한 수치를 연산할 수 있는 효과를 갖는다. 즉, 기 설정된 압력에 의해 튜브 내로 올라오는 피부의 높이를 측정하여 측정값으로부터 탄성계수와 점성계수를 연산할 수 있게 된다. 따라서, 피부의 탄성도를 보다 정확하게 알 수 있어, 피시험자의 체질을 보다 다양하고 객관적으로 분석할 수 있는 장점을 갖는다.

이러한 탄성계수와 점성계수의 연산은 피부를 탄성수단과 댐퍼를 병렬로 연결한 구조로 모델링함으로서 보다 객관적인 수치를 제공할 수 있게 된다. 또한, 튜브 내부로 삽입되는 피부의 돌출형상이 구 형상을 가진다는 가정을 하고, 피부의 탄성계수와 점성계수가 일정한 상수값을 가진다는 가정하에 가능해진다. 이러한 가정하에 탄성계수와 점성계수를 구하게 됨으로써 보다 객관적으로 피시험자에게 피부 탄성도를 제공할 수 있는 효과를 갖는다.

또한, 압력제어부를 구비하여 튜브 내의 압력을 기 설정된 압력이 되도록 제어 가능하다는 장점이 있고, 측정횟수와 압력변화수단의 구동 종료가 모두 설정값에 의해 자동적으로 구동된다는 장점을 가진다. 본 발명은 튜브와 압력변화수단 및 연산프로그램이 실행되는 컴퓨터를 구비하여 경제적으로 쉽고, 빠르게 피부의 탄성계수와 점성계수를 측정할 수 있다. 따라서, 효율성과 경제적 및 상업적인 면에서 다양한 장점을 가지게 된다.

비록 본 발명이 상기에서 언급한 바람직한 실시예와 관련하여 설명되어 졌지만, 본 발명의 요지와 범위로부터 벗어남이 없이 다른 다양한 수정 및 변형이 가능한 것은 당업자라면 용이하게 인식할 수 있을 것이며, 이러한 변경 및 수정은 모두 첨부된 특허 청구 범위에 속함은 자명하다.

이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명을 쉽게 실시할 수 있는 바람직한 실시예를 상세히 설명한다. 다만, 본 발명의 바람직한 실시예에 대한 동작 원리를 상세하게 설명함에 있어 관련 된 공지 기능 또는 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명을 생략한다.

또한, 도면 전체에 걸쳐 유사한 기능 및 작용을 하는 부분에 대해서는 동일한 도면 부호를 사용한다. 명세서 전체에서, 어떤 부분이 다른 부분과 ‘연결’되어 있다고 할 때, 이는 ‘직접적으로 연결’되어 있는 경우뿐만 아니라, 그 중간에 다른 소자를 사이에 두고, ‘간접적으로 연결’되어 있는 경우도 포함한다. 또한, 어떤 구성요소를 ‘포함’한다는 것은 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라, 다른 구성요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다.

<피부 탄성 및 점성 측정장치의 구성 및 작용>

이하에서는 피부 탄성 및 점성 측정장치의 구성 및 작용에 대하여 설명하도록 한다. 먼저, 도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 피부 탄성 및 점성 측정장치(100)의 사시도를 도시한 것이다. 도 2에 도시된 바와 같이, 피시험자의 신체일부(구체적 실시예에서는 손)가 놓이게 되는 지지대(110)와 측면부재(150)를 기준으로 상하운동을 하는 상부지지대(130), 상부지지대(130)에 결합된 거리측정부(300)와 중공관 형태의 튜브(200) 및 압력변화수단(400)을 포함하고 있다.

피부 탄성 및 점성 측정장치(100)는 인체의 일부가 놓여지는 지지대(110)를 구비한다. 구체적 실시예에서는 손(10)이 지지대(110)에 놓이게 된다. 지지대(110)는 지지대(110)를 수평방향으로 왕복운동시키는 1축 스테이지(120)와 결합되어 있다. 따라서, 지지대(110)는 1축 스테이지(120)에 의해 수평방향으로 이동이 가능해 진다.

또한, 1축 스테이지(120)에는 측면부재(150)가 결합되어 있고, 측면부재(150) 상단에는 수직구동부(140)를 포함하고 있다. 수직구동부(140)에 의해 상부 지지대(130)가 수직이동하게 된다. 상부 지지대(130) 하단에는 튜브(200)가 결합되어 있어, 수직구동부(140)의 구동에 의해 튜브(200)와 손(10)이 놓인 지지대(110) 사이의 거리를 조절할 수 있게 된다. 따라서, 1축 스테이지(120)의 이동과 수직구동부(140)의 구동으로 탄성 및 점성을 측정하고자 하는 인체의 일부에 튜브(200)의 접촉부를 접촉할 수 있게 된다.

튜브(200)는 중공관 형태로 하단에 접촉부가 구비되고, 거리측정부(300)와 압력변화수단(400)이 결합되어 있다. 도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 피부 탄성 및 점성 측정장치(100)를 모식화한 단면도를 도시한 것이다. 튜브(200)에 연결된 압력변화수단(400)은 튜브(200)의 접촉부가 피부(20)에 접촉된 경우, 튜브(200) 내의 압력(P)을 변화시키게 된다. 구체적 실시예에서는 압력변화수단(400)은 튜브(200) 내의 압력을 감압하게 된다. 따라서, 튜브(200)는 접촉된 피부(20)를 흡착하게 되고, 피부(20)가 튜브(200) 내로 볼록하게 삽입되게 된다.

거리측정부(300)는 거리측정부(300)가 결합된 튜브(200) 상단과 접촉된 피부(20)와의 거리를 측정한다. 거리측정부(300)는 도 3에 도시된 바와 같이, 레이저 발생수단(310)과 레이저 수광센서(320)로 구성된다. 구체적 실시예에서는 압력변화수단(400)은 감압용 펌프로 구성되고, 튜브(200)는 감압용 튜브(200)로 구성된다. 따라서, 감압용 펌프는 튜브(200) 내의 공기를 흡입하게 된다. 그리고, 접촉부에 접촉된 피부(20)는 튜브(200) 내로 말아 올라가게 된다. 압력제어부(600)는 튜브(200) 내의 압력을 실시간으로 측정하고, 튜브(200) 내의 압력이 기 설정된 압력(P)이 되도록 압력변화수단(400)을 제어하게 된다.

거리측정부(300)는 튜브(200) 내의 압력이 변화하는 동안 계속 피부(20)와의 거리를 측정하게 된다. 그리고, 튜브(200) 내의 압력이 기 설정된 압력(P)이 되어, 접촉부에 접촉된 피부(20)가 튜브(200) 내로 말려올라간 경우, 거리 변화가 발생되게 된다. 거리측정부(300)에 연결된 변위측정부(500)는 이러한 거리변화, 즉 변위(x)를 측정하게 된다.

그리고, 변위측정부(500)와 압력제어부(600)는 컴퓨터(700)와 연결되어 있다. 변위측정부(500)에서 측정된 변위(x) 값은 컴퓨터(700)로 전송되고, 컴퓨터(700)에서 실행가능한 연산프로그램에 의해 피부(20)의 탄성계수(k)와 점성계수(c)를 연산하게 된다.

<피부 탄성 및 점성 측정장치의 작동원리>

이하에서는 본 발명의 일실시예에 따른 피부 탄성 및 점성 측정 장치(100)의 작동원리를 설명하도록 한다. 먼저, 도 4는 본 발명의 일실시예에 따른 피부 탄성 및 점성 측정 장치(100)의 블록도를 도시한 것이다. 도 4에 도시된 바와 같이, 거리측정부(300)는 튜브(200)의 접촉부에 접촉된 피부(20)와의 거리를 측정하게 된다. 그리고, 압력제어부(600)는 컴퓨터(700)에서 기 설정된 압력(P)으로 튜브(200) 내의 압력을 변화시키도록 압력변화수단(400)을 제어하게 된다.

튜브(200) 내의 압력 변화에 의해 변화된 접촉된 피부(20)와의 거리변위(x)를 변위측정부(500)가 측정하게 된다. 그리고, 변위측정부(500)는 측정된 거리변위(x) 값을 컴퓨터(700)에 전송하여 컴퓨터(700)에서 실행되는 연산프로그램이 피부(20)의 탄성계수(k)와 점성계수(c)를 측정하게 된다.

도 3에 도시된 바와 같이, 튜브(200)의 상단과 접촉된 피부(20)와의 거리는 거리측정부(300)에 의해 측정되는데, 레이저 발생수단(310)이 레이저를 발생시켜 접촉된 피부(20)에 레이저를 주사하게 된다. 레이저는 튜브(200)의 중심점을 향해 주사되는 것이 바람직하다. 그리고, 피부(20)에서 반사된 레이저는 레이저 수광 센서(320)에 의해 감지되고, 반사되어 감지되는 시간에 의해 거리를 측정하게 된다. 그리고, 변위측정부(500)는 거리변위(x)를 측정하게 되고, 변위(x)의 최대값이 압력(P)에 따른 접촉된 피부(20)가 돌출하게 되는 최대 높이가 된다.

피부(20)의 탄성계수(k)와 점성계수(c)를 연산하기 위해서, 먼저 피부(20)를 탄성과 점성의 병렬 구조로 모델링하였다. 도 5는 피부 탄성 해석을 위해 탄성과 점성의 병렬구조를 모델링한 것을 도시한 것이다. 도 5에 도시된 바와 같이, 피부(20)는 점성과 탄성을 구비한 점탄성 모델이며, 일정한 탄성계수(k)를 가진 탄성수단과 일정한 점성계수(c)를 가진 댐퍼(damper)가 병렬로 연결된 구조로 모델링할 수 있다.

그리고, 힘(F)에 의한 피부(20)의 변위를 x로 나타내었다. 모델링에 의해 힘(F)과 변위(x)와의 관계는 이하의 수학식 1과 같다.

수학식 1에서 F는 접촉된 피부(20)에 가해지는 힘(F)이고, k는 탄성수단의 탄성계수(k) 즉, 피부(20)의 탄성계수(k), c는 댐퍼 상수 즉, 피부(20)의 점성계수(c)이고, t는 시간이다.

수학식 1에서 변위(x)에 대하여 해를 구하여 보면 이하의 수학식 2에 의해 표현된다.

수학식 2에서 t는 시간이고, λ는 c/k로 주어지는 시간상수(λ)이다. 시간상수(λ)는 시간(t)와 변위(x) 곡선으로부터 구해진다. 도 6은 주어진 힘(F)에 의해 변화하는 변위(x)의 시간(t)에 대한 그래프이다. 시간(t)과 변위(x) 곡선은 지수함수의 형태로 수렴하는 값을 100%로 하였을 때 최종값의 63%에 도달하는 시간이 시간상수(λ)가 된다.

또한, 압력변화에 의해 접촉된 피부(20)가 튜브(200) 내로 삽입된 형상은 일정한 곡률을 갖는 원주로서 모델링 가능하다. 즉, 튜브(200)와 피부(20) 사이의 접촉면 내의 피부(20)는 일정한 압력(P)을 받아 둥그런 형상을 가지며 올라오게 된 다. 본 발명의 일실시예에서는 피부(20)의 돌출형상을 구의 일부분으로 모델링하였으며, 접촉면 내의 탄성 분포가 균일하다고 가정하였다.

도 7은 튜브(200) 내에 피부(20)의 돌출형상을 구의 일부분으로 모델링한 모습을 도시한 것이다. a는 튜브(200)의 내경, 돌출형상을 구로 가정하였을 때, x는 변위측정부(500)에서 측정하게 되는 거리측정부(300)와 피부(20)와의 거리변위이다. 즉, 돌출되는 피부의 높이에 해당한다. 도 7에 도시된 바와 같이, 기하학적 분석에 의해 수학식 3 및 수학식 4에 의해 구의 반경과 각도를 계산할 수 있다.

수학식 3과 수학식 4에서 튜브(200)의 내경인 a는 정해진 값이고, 피부(20)의 최대 돌출높이 x는 변위측정부(500)에서 측정되는 값이다. 따라서, 수학식 3과 수학식 4에 의해 가상구의 반경(r)과 각도(Θ)를 계산할 수 있다.

또한, 피부두께 측정장치(100)에 의한 피부 두께의 변위(x)는 위치에 따라 다르며, 탄성계수(k)와 변위(x)의 곱으로 표현되는 분포 힘(F) 역시 위치에 따라 다르다, 가상구의 일부분으로 가정한 피부 변위(x)를 적분하여 평균 변위(x`)를 계산할 수 있고, 이로부터 피부(20)의 탄성계수(k)를 수학식 5에 의해 다음과 같이 계산할 수 있다.

P는 튜브(200) 내의 압력(P)이고, P=F/(r²π)의 관계에 있다. 또한, 점성계수 c는 c=k*λ로부터 구하게 된다.

따라서, 이미 결정된 값인 튜브(200) 내경, 튜브(200) 내의 압력(P) 그리고, 측정된 값인 거리변위(x) 및 가상구로 모델링하여 계산되는 구의 반경(r)과 각도(Θ)로부터 컴퓨터(700)에서 실행되는 연산프로그램은 피부(20)의 탄성계수(k)와 점성계수(c)를 연산하게 된다. 도 8은 컴퓨터(700)에 의해 실행되는 연산프로그램 창을 도시한 것이다. 도 8에 도시된 바와 같이, 오른쪽 가장 상단에 도시된 그래프는 시간(t)에 따른 변위(x)를 나타낸 것이고, 중간에 도시된 그래프는 시간(t)에 따른 압력(P)을 나타낸 것이다. 아래쪽은 1회 측정에 대한 시간(t)에 따른 변위그래프를 도시한 것이다.

도 8에 도시된 바와 같이, 측정 횟수, 압력조절수단(400)의 구동시간과 측정 대상이 되는 인체의 위치 및 원하는 압력(P)을 설정할 수 있다. 또한, 피시험자의 나이와 성별 및 피부(20)부위를 입력할 수 있고, 데이터베이스에 저장된 입력정보에 따른 평균 탄성계수(k)와 평균 점성계수(c)를 제시할 수 있다. 따라서, 피시험자는 평균보다 탄성도, 점성도가 높은지 낮은지를 판단할 수 있다. 컴퓨터(700)에 연결된 압력제어부(600)는 설정된 압력(P)과 압력변화수단(400)의 구동시간, 측정 횟수에 부합되도록 압력변화수단(400)을 제어하게 된다.

도 9는 1회 측정에서 시간(t)과 변위(x)의 그래프 및 시간(t)과 압력(P)과의 그래프를 도시한 것이다. 도 9에 도시된 바와 같이, 압력변화수단(400)의 구동시간은 5초임을 알 수 있고, 설정된 압력(P)은 약 3.5 kPa임을 알 수 있다. 변위측정부(500)에서 측정되는 최대 변위(x) 값은 약 1.3mm이다. 그리고, 시간(t)과 변위(x)와의 그래프에서 최종값인 1.3mm에 63%에 도달할 때까지의 시간이 시간상수(λ)가 된다.

<피부 탄성 및 점성 측정방법>

이하에서는 본 발명의 일실시예에 따른 피부 탄성 및 점성 측정방법에 대해 설명하도록 한다. 먼저, 도 10은 본 발명의 일실시예에 따른 피부 탄성 및 점성 측정방법의 흐름도를 도시한 것이다. 피부 탄성 및 점성 측정방법은 앞서 설명한 측정장치(100)를 이용한 피부 탄성 및 점성 측정방법이다.

피시험자는 컴퓨터(700)에 측정횟수, 압력변화수단(400)의 구동시간, 원하는 튜브(200) 내의 압력(P)을 설정할 수 있다(S10). 또한, 피시험자의 성별, 측정하고 자하는 피부(20)부위 및 나이에 대해 입력할 수 있고, 컴퓨터(700)는 데이터베이스에 저장된 입력정보에 따른 평균 탄성계수(k) 및 점성계수(c)를 제시할 수 있다.

그리고, 측정하고자 하는 신체 일부를 지지대(110)에 놓게 된다. 지지대(110)에 결합된 1축 스테이지(120)와 수직구동부(140)를 구동시켜 튜브(200)의 접촉부와 지지대(110)에 놓인 인체의 피부(20)를 접촉시키게 된다(S20).

튜브(200) 상단에 결합된 거리측정부(300)가 피부(20)가 접촉부에 접촉하고 있는 동안에 접촉된 피부(20)와의 거리를 계속 측정하게 된다(S30). 피부(20)와의 거리 측정은 앞서 설명한 바와 같이, 레이저 발생수단(310)이 접촉된 피부(20)의 중심점으로 레이저를 주사하고, 피부(20)에 반사된 레이저를 레이저 수광센서(320)가 감지하여 접촉된 피부(20)와의 거리를 측정하게 된다.

그리고, 튜브(200)에 연결된 압력변화수단(400)이 압력제어부(600)에 의해 튜브(200) 내부를 기 설정된 압력(P)으로 변화시키게 된다(S40). 압력변화수단(400)은 압력제어부(600)에 의해 기 설정된 구동시간 동안 구동되게 된다. 압력변화수단(400)에 의한 감압으로 접촉된 피부(20)는 튜브(200) 내부로 삽입되고, 거리측정부(300)에서 측정되는 거리가 변화하게 된다. 거리측정부(300)와 연결된 변위측정부(500)는 거리측정부(300)와 피부(20)와의 거리 변위(x)를 측정하게 된다(S50).

변위측정부(500)에서 측정된 거리 변위(x) 값을 컴퓨터(700)로 전송시키고, 컴퓨터(700)는 거리변위(x) 값을 전송받아 연산프로그램에 의해 피부(20)의 탄성계수(k)와 점성계수(c)를 연산하게 된다(S60). 탄성계수(k)와 점성계수(c)는 앞서 설명한 바와 같이, 피부(20)를 탄성수단과 댐퍼가 병렬로 연결된 것으로 모델링하고, 피부(20)의 돌출형상을 가상구로 모델링하여 연산하게 된다. 즉, 정해진 튜브(200) 내경과 설정된 압력(P) 값 그리고, 측정된 변위(x)값과 시간상수(λ)로부터 피부(20)의 탄성계수(k) 및 점성계수(c)를 연산하게 된다.

그리고, 압력변화수단(400)의 구동시간이 종료할 때까지 압력변화와 거리변 위(x) 측정 및 탄성계수(k)와 점성계수(c)의 연산을 계속한다(S70). 압력변화수단(400)의 구동시간이 종료한 경우, 압력변화수단(400)의 구동을 종료하게 된다(S80). 그리고, 설정된 측정횟수가 남아있다면 다시 압력변화수단(400)을 구동하고, 거리변위(x) 측정 및 탄성계수(k)와 점성계수(c)의 연산을 계속 실행하게 된다(S90). 설정된 측정횟수만큼 측정을 완료한 경우, 최종적으로 피부두께 측정을 종료하게 된다.

도 1은 한의사가 환자의 피부의 두께를 측정하는 모습,

도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 피부 탄성 및 점성 측정장치의 사시도,

도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 피부 탄성 및 점성 측정장치를 모식적으로 나타낸 단면도,

도 4는 본 발명의 일실시예에 따른 피부 탄성 및 점성 측정장치의 블록도,

도 5는 탄성수단과 댐퍼가 병렬로 연결된 피부 모델링,

도 6은 압력에 따른 거리 변위와 시간과의 그래프,

도 7은 피부의 돌출형상을 가상구로 모델링한 단면도,

도 8은 본 발명의 일실시예에 따른 피부 탄성 및 점성 측정장치의 연상프로그램 창,

도 9는 본 발명의 일실시예에 따른 피부 탄성 및 점성 측정장치의 시간과 변위 및 시간과 압력과의 그래프,

도 10은 본 발명의 일실시예에 따른 피부 탄성 및 점성 측정방법의 흐름도를 도시한 것이다.

<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>

100:피부 탄성 및 점성 측정장치

110:지지대

120:1축 스테이지

130:상부 지지대

140:수직구동부

150:측면부재

200:튜브

300:거리측정부

310:레이저 발생수단

320:레이저 수광센서

400:압력변화수단

500:변위측정부

600:압력제어부

700:연산수단

P:압력

F:힘

x:변위

a:튜브 내경

r:가상구의 반경

Θ:가상구의 각도

k:탄성계수

c:점성계수

λ:시간상수

t:시간

Claims

측정대상인 인체의 일부가 놓이는 지지대;

하단에 상기 인체의 피부가 접촉되는 접촉부를 구비하는 중공관 형태의 튜브;

상기 튜브의 상단부에 결합되고, 접촉된 상기 피부와의 거리를 측정하는 거리측정부;

상기 튜브와 결합되어, 상기 튜브 내부를 기 설정된 압력으로 가압 또는 감압하여 접촉된 상기 피부에 힘을 가하게 되는 압력변화수단; 및

상기 거리측정부와 연결되어, 상기 피부와의 거리 변위를 측정하는 변위측정부; 및

상기 기 설정된 압력과 상기 변위측정부에서 측정된 상기 거리 변위 값을 입력받아 상기 피부의 탄성계수와 점성계수를 연산하는 연산수단;을 포함하는 것을 특징으로 하는 피부 탄성 및 점성 측정장치.
제 1 항에 있어서,

상기 튜브의 상단부에 연결되어 상기 튜브를 수직 이동시켜, 상기 접촉부를 상기 피부에 접촉시키는 수직구동부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 피부 탄성 및 점성 측정장치.
제 1 항에 있어서,

상기 거리측정부는,

접촉된 상기 피부에 레이저를 주사하는 레이저 발생수단과

상기 레이저 발생수단에서 주사된 상기 레이저가 상기 피부에서 반사된 후 반사 레이저를 수광하여 상기 레이저 발생수단과 상기 피부와의 거리를 감지하는 레이저 수광센서를 포함하는 것을 특징으로 하는 피부 탄성 및 점성 측정장치.
제 3 항에 있어서,

상기 레이저 발생수단은 접촉된 상기 피부의 중심에 상기 레이저를 주사하는 것을 특징으로 하는 피부 탄성 및 점성 측정장치.
제 1 항에 있어서,

상기 압력변화수단과 연결되어, 상기 튜브 내부를 상기 기 설정된 압력으로 가압 또는 감압하도록 상기 압력변화수단을 제어하는 압력제어부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 피부 탄성 및 점성 측정장치.
제 5 항에 있어서,

상기 압력제어부는,

상기 튜브의 내부압력을 측정하고, 상기 내부압력이 상기 기 설정된 압력과 동일하게 되도록 제어하는 것을 특징으로 하는 피부 탄성 및 점성 측정장치.
제 5 항에 있어서,

상기 압력제어부는 기 설정된 측정시간 동안, 상기 압력변화수단을 작동시키는 것을 특징으로 하는 피부 탄성 및 점성 측정장치.
제 5 항에 있어서,

상기 튜브는 감압용 튜브이고, 상기 압력변화수단은 감압용 펌프인 것을 특징으로 하는 피부 탄성 및 점성 측정장치.
제 5 항에 있어서,

상기 연산수단에서 실행되는 연산프로그램은,

상기 거리 변위, 상기 기 설정된 압력 및 상기 튜브의 직경으로부터 상기 탄성계수와 상기 점성계수를 연산하는 것을 특징으로 하는 피부 탄성 및 점성 측정장치.
제 8 항에 있어서,

상기 연산수단은,

측정횟수, 상기 압력변화수단의 구동시간, 상기 기 설정된 압력 중 적어도 하나를 설정할 수 있는 것을 특징으로 하는 피부 탄성 및 점성 측정장치.
제 9 항에 있어서,

상기 연산수단는,

성별, 피부부위 및 나이에 따른 평균 탄성계수 및 평균 점성계수를 저장하는 데이터베이스를 포함하고,

상기 성별, 상기 피부부위 및 상기 나이 중 적어도 하나의 정보입력이 가능하고, 상기 입력정보에 상기 평균 탄성계수 및 상기 평균 점성계수를 제시하는 것을 특징으로 하는 피부 탄성 및 점성 측정장치.
제 2 항의 측정장치를 이용한 피부 탄성 및 점성 측정방법에 있어서,

수직구동부를 작동시켜 튜브의 접촉부와 지지대에 놓인 인체의 피부를 접촉시키는 단계;

상기 튜브 상단에 결합된 거리측정부가 상기 피부가 상기 접촉부에 접촉하고 있는 동안, 접촉된 상기 피부와의 거리를 측정하는 단계;

상기 튜브에 연결된 압력변화수단이 상기 튜브 내부로 기 설정된 압력을 가압 또는 감압하는 단계;

상기 거리측정부와 연결된 변위측정부가 상기 거리측정부와 상기 피부와의 거리변위를 측정하는 단계: 및

연산수단이 상기 거리변위와 상기 기 설정된 압력 값을 전송받아 피부의 탄성계수와 점성계수를 연산하는 단계:를 포함하는 것을 특징으로 하는 피부 탄성 및 점성 측정방법.
제 12 항에 있어서,

상기 거리 측정단계는,

레이저발생수단이 접촉된 상기 피부의 중심으로 레이저를 주사하고, 레이저 수광센서가 상기 중심에 반사된 레이저를 전송받아 상기 피부와의 거리를 감지하는 것을 특징으로 하는 피부 탄성 및 점성 측정방법.
제 12 항에 있어서,

상기 가압 또는 감압 단계는,

상기 압력변화수단과 연결된 압력제어부가 기 설정된 측정시간 동안 상기 압력변화수단을 구동시키고,

상기 압력제어부는 상기 튜브 내부의 압력을 측정하고, 상기 튜브 내부의 압력이 상기 기 설정된 압력이 되도록 제어하는 것을 특징으로 하는 피부 탄성 및 점성 측정방법.
제 14 항에 있어서,

상기 피부 접촉 단계 전에,

상기 연산수단이 측정횟수, 상기 압력변화수단의 구동시간, 상기 기 설정된 압력 중 적어도 하나를 설정하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 피부 탄성 및 점성 측정방법.
제 15 항에 있어서,

상기 연산수단는,

성별, 피부부위 및 나이의 평균 탄성계수 및 평균 점성계수를 저장하는 데이터 베이스를 포함하고,

상기 성별, 상기 피부부위 및 상기 나이 중 적어도 하나의 정보입력이 가능하고, 상기 입력정보에 상기 평균 탄성계수 및 상기 평균 점성계수를 제시하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 피부 탄성 및 점성 측정방법.