KR20110011009A

KR20110011009A - 피부 노화도 측정장치 및 측정방법

Info

Publication number: KR20110011009A
Application number: KR1020090068424A
Authority: KR
Inventors: 강욱; 배수진; 김세르게이; 베레진 블라디미르; 김광훈; 게리 브이 파파얀
Original assignee: 한국전기연구원
Priority date: 2009-07-27
Filing date: 2009-07-27
Publication date: 2011-02-08
Also published as: KR101117195B1

Abstract

본 발명은 피부 노화도 측정장치 및 측정방법에 대한 것으로, 더욱 상세하게는 노화도를 측정할 일정 면적의 피부에 여기광을 조사하고 그에 의해 발생하는 자기형광(autofluorescence)의 이미지에 대한 2차원적 분포 패턴을 분석하여 피부 노화도를 정확하고 간단하게 측정할 수 있는 피부 노화도 측정장치 및 측정방법에 대한 것이다.

본 발명의 피부 노화도 측정장치는 피부 노화도를 측정하는 장치에 있어서, 측정 대상인 일정 면적의 피부에 조사되는 여기광을 생성하는 여기광원과, 상기 일정 면적의 피부에 조사된 여기광에 의해 발생하는 피부의 자기 형광을 감지하여 상기 피부의 형광 이미지를 생성하는 수광유닛과, 상기 수광유닛에서 생성된 형광 이미지의 형광 강도의 분포 패턴을 분석하여 피부의 노화도를 계산하는 계산부를 포함한다.

본 발명의 피부 노화도 측정장치에 따르면 피부 노화도를 정확하고 간단하게 측정할 수 있을 뿐만 아니라 태양광에 의한 노화도(photo-aging)를 정확하게 알 수 있어 피부 미용 및 피부 노화도 방지를 위한 약제 등의 개발을 효율적으로 수행할 수 있는 효과가 있다.

피부미용, 광노화도, photo-aging, 피부 노화도

Description

피부 노화도 측정장치 및 측정방법{Apparatus and Method for measuring skin aging}

본 발명은 피부 노화도 측정장치 및 측정방법에 대한 것으로, 더욱 상세하게는 노화에 의한 aging뿐만 아니라 태양광에 의한 노화도를 피부의 자기형광현상(autofluorescence)를 이용하여 정확하고 간단하게 측정할 수 있는 피부 노화도 측정장치 및 측정방법에 대한 것이다.

최근 미용에 대한 관심이 고조되고, 피부 관리에 대한 needs가 늘어나면서 피부에 대한 연구가 활발하게 이루어지고 그에 따라 좀 더 과학적으로 피부 관리를 할 필요성이 커지고 있다.

인간의 피부는 인간의 다른 장기처럼 세월의 흐름에 따라 노화된다(내인성 노화, chronological aging). 이외에 피부는 다른 장기와 달리 직접적으로 외부 환경과 접촉을 하므로 이와 관련된 환경적 영향에 따른 노화를 겪는다. 인간의 피부의 노화를 일으키는 주요 환경 요소는 태양으로부터 발생하는 자외선이다. 태양광 에 의해 유발된 피부 노화(광 노화, photoaging)는 내인성 노화와 같이 세월에 따라 누적되며 사람마다 노화도에 편차가 있고, 시간의 경과에 의존하는 내인성 노화와 달리 광 노화는 태양광의 노출 정도와 피부 색소에 주로 관련된다.

인간의 노화 정도를 평가하기 위한 여러 방법과 장비들이 사용되고 있다. 사용되고 있다. 주름은 대표적인 피부 노화의 정도를 나타내는 임상적인 기준으로 주름의 정도가 피부 광 노화의 정도를 나타내며, 주름의 정도를 평가하는 방법으로 주름 사진을 이용하여 등급을 정하는 photographic scale 방식이 있다(Larnier C. Etc. Evaluation of cutaneous photodamage using a photographic scale. Br J Dermatol, 130, 167-173). 이와 관련된 대한민국 특허 공개공보로 디지털 카메라로 피부 이미지를 획득하여, 디지털 이미지를 적색, 녹색, 청색으로 분리 후, 피부 결함이 잘 관찰되는 청색 이미지를 선택하여 피부 결함에 대한 계조도의 편차를 통하여 주름, 구김살, 기미, 다크서클, 색소침착 등을 평가하여 피부 노화도를 측정하는 방법이다. 상기 특허에서는 계조도의 편차 평균과 연령과의 상관관계를 보였다[대한민국 특허 공개번호 10-2008-0060260(스테판 산드리느 외. 피부 결함을 측정하는 방법 및 장치와 미용 제품의 노화 방지 효능을 평가하는 방법) 참조].

위 공개공보와 같이 피부에서 반사되는 가시광선을 통하여 획득된 피부 이미지를 통하여 피부의 노화를 측정하는 방법과 달리 피부에 흡수되는 광의 정도 또는 흡수되었다가 피부의 생체 정보를 가지고 나오는 형광을 통하여 피부 노화를 측정하는 방법이 있다. 피부 특히 태양 노출이 가장 심한 얼굴에 자외선을 조사하면 맨눈으로 볼 수 없는 태양광에 의한 피부 손상의 정도를 볼 수 있다. 이는 피부의 표 피 아래 손상된 멜라닌 색소와 자외선이 반응을 하여 색소 침착의 정도를 파악할 수 있기 때문이다.(http://www.psychology.ecu.edu.au/photoaging/pages/look.html)

한편, 피부의 자기 형광(autofluorescence)을 측정하고 형광 스펙트럼을 통하여 특정 파장들의 형광 강도 비를 비교 분석하여 피부 노화 정도를 판단하는 방식이 있다[미국 특허 US 4,894,547 (D. Leffell. etc. Optical method and apparatus for detecting and measuring aging, photoaging, dermal deseases and pigmentation in skin. 1990)] 상기 특허에서는 형광 여기 광원으로 Helium Cadmium laser(325nm)를 사용하였으며, 광 스펙트로미터로 350~750 nm 파장 범위에서 방사 형광 스펙트럼을 측정하였다. 스펙트럼 측정은 피부가 상시 광에 노출되는 부위와 비 노출 부위에서 측정하였으며, 평균 연령 3세, 30세 및 63세의 피실험자에서 시행하였다. 상기 특허에서는 390 nm와 429 nm 의 특정 파장의 형광 강도비가 노화 정도를 나타내는 척도임을 알려주는 수치로 평가하였으며, 이러한 수치를 구하기 위해 레이저와 같은 여기 광원과 여기 광을 전달하는 광섬유, 형광 신호를 받는 검출기 및 파장 분석을 위한 광 스펙트럼 분석기 등으로 장비를 구성하였다.

하지만 종래에는 피부에 반사되는 반사광을 사용하여 외부의 주름 등에 의한 피부 노화도를 측정할 수는 있었지만 태양광에 의한 피부 노화도를 측정할 수 없거나, 자외선에 의한 피부 노화를 정확히 평가할 수 없었고, 한 점에서의 색소 침착만을 알 수 있을 뿐 피부 전체에서의 노화도를 측정할 수 없는 문제점이 있었다.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 것으로, 본 발명의 목적은 피부에 대한 형광 이미지에서의 형광 강도의 분포 패턴을 분석하여 피부 전체에서의 노화도를 정확하고 간단하게 측정할 수 있는 피부 노화도 측정장치 및 측정방법을 제공함에 있다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위해 본 발명의 피부 노화도 측정장치는 피부 노화도를 측정하는 장치에 있어서, 측정 대상인 일정 면적의 피부에 조사되는 여기광을 생성하는 여기광원과, 상기 일정 면적의 피부에 조사된 여기광에 의해 발생하는 피부의 자기 형광을 감지하여 상기 피부의 형광 이미지를 생성하는 수광유닛과, 상기 수광유닛에서 생성된 형광 이미지의 형광 강도의 분포 패턴을 분석하여 피부의 노화도를 계산하는 계산부를 포함한다.

또한, 상기 여기광원은 350nm에서 410nm 파장대의 광을 생성하는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 수광부는 가시 광선 영역의 자기 형광을 검출하는 다파장 검출기를 포함한다.

또한, 상기 다파장 검출기는 녹색, 청색, 적색 형광의 강도를 감지하고, 상기 계산부는 상기 감지된 형광 중 녹색 형광의 강도에 기초하여 상기 분포 패턴을 분석하고 이를 통해 피부 노화도를 계산한다.

또한, 상기 계산부는 상기 녹색 형광의 강도 대 청색 또는 적색 형광의 강도의 비를 계산하고, 이들도 추가적으로 고려하여 피부 노화도를 계산한다.

또한, 상기 녹색, 청색 및 적색 형광의 강도는 피부 형광 색상과 유사한 대표 시료를 표준으로 하여 그 평균값을 구하고, 이를 이용하여 정규화한 값인 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 수광유닛에는 격자형태의 마스크를 더 포함하고, 상기 계산부는 상기 마스크에 의해 격자형태로 분할된 이미지에서 분할된 각 구역에서의 형광 강도의 분포 패턴을 계산하여 피부노화도를 계산한다.

또한, 상기 계산부에서 상기 분포 패턴은 상기 격자에 의해 분할된 각 구역 사이의 형광 강도의 차이를 산출하여 상기 측정대상인 피부의 이질성을 계산하고 이를 이용하여 피부 노화도를 계산한다.

또한, 상기 각 구역사이의 형광 강도의 차이는 각 구역에 인접한 좌, 우 구역 중 어느 한쪽과 상, 하 구역 중 어느 한쪽과의 차이를 계산하여 산출한다.

또한, 상기와 같은 목적을 달성하기 위해 본 발명의 피부 노화도 측정방법은 측정대상인 일정 면적의 피부에 여기 광을 조사하는 단계; 상기 조사단계에서 조사된 여기 광에 의해 피부에서 방출하는 자기 형광을 감지하는 단계; 상기 감지된 자기 형광 정보를 이용하여 측정대상인 피부에 대한 형광 이미지를 생성하는 단계; 상기 생성된 형광 이미지의 형광 강도의 분포 패턴을 분석하여 피부 노화도를 계산하는 단계를 포함한다.

또한, 상기 자기 형광의 감지 단계에서 피부에서 방출하는 자기 형광을 다파장 검출기를 통해 감지한다.

또한, 상기 감지 단계에서 상기 다파장 검출기를 통해 녹색, 청색 및 적색 형광의 강도를 감지하고, 상기 계산 단계에서 상기 감지된 형광 중 녹색 형광의 강도에 기초하여 상기 분포 패턴을 분석하고 이를 통해 피부 노화도를 계산한다.

또한, 상기 계산 단계에서 상기 녹색 형광의 강도 대 청색 또는 적색 형광의 강도의 비를 계산하고, 이들도 추가적으로 고려하여 피부 노화도를 계산한다.

또한, 상기 형광 이미지 생성단계에서 격자형태의 마스크를 이용하여 격자형태로 분할된 이미지지를 생성하고, 상기 계산단계에서 상기 격자형태로 분할된 이미지에서 분할된 각 구역에서의 형광 강도의 분포 패턴을 계산하여 피부노화도를 계산한다.

또한, 상기 계산단계에서 상기 분포 패턴은 상기 격자에 의해 분할된 각 구역 사이의 형광 강도의 차이를 산출하여 상기 측정대상인 피부의 이질성을 계산하고 이를 이용하여 피부 노화도를 계산한다.

이상과 같은 구성의 본 발명은 피부의 노화도를 내인성 노화 및 태양광에 의한 노화도까지 포함하여 측정할 수 있는 효과가 있다.

또한, 피부의 노화도를 2차원적인 분포패턴을 분석하여 피부의 노화도를 평가함에 따라 일 부분이 아닌 피부 전체의 노화도를 정확하게 측정할 수 있는 효과가 있다.

또한, 다파장 검출기를 이용함에 따라 피부의 모든 생체정보를 종합적으로 분석하여 정확한 피부 노화도를 측정할 수 있는 효과가 있다.

이하에서 도면을 참조하여 본 발명에 따른 피부 노화도 측정장치 및 측정방법에 대해 상세히 설명한다.

도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 피부 노화도 측정장치의 개략적인 블록도이다.

도 1을 참조하면 본 발명의 피부 노화도 측정장치는 피부에 조사할 여기광을 생성하는 여기광원(100)과 조사된 여기광에 반응하여 피부에서 나오는 자기 형광(autofluorescence)을 검출하는 측정대상인 피부에 대한 형광 이미지를 생성하는 수광유닛(200)과 생성된 형광 이미지에서 형광 강도의 분포 패턴을 분석하여 피부 노화도를 계산하는 계산부(300)를 포함하여 이루어진다.

본 발명은 피부의 노화도를 측정하는 장치로 피부의 노화는 피부 표면에서 발생하는 주름살, 기미, 색소침착 등을 포함하는데 이는 콜라겐, 엘라스틴, 멜라닌 등의 여러 피부 내부 성분의 변화 또는 손상에 의해 세월이 흐름에 따라 피부 외부로 표출되는 현상이다. 따라서 현재의 피부 노화의 정도를 정확히 판단하기 위해서 는 피부 내부의 변화를 측정하고 이를 통하여 노화의 정도를 평가하는 것이 보다 정확한 방법이다. 본 발명에서는 노화의 정도에 따라 멜라닌 등과 같은 광 흡수물질의 분포의 변화와 함께 콜라겐을 비롯한 내인성(endogenous) 형광물질들의 형광 파장 분포와 형광 강도의 변화를 검출하고 이를 광학적으로 분석함으로써 피부 노화의 나이, 특히 태양광 등에 의해 손상된 광노화 피부 나이를 측정한다.

본 발명은 피부에서 발생하는 자기 형광(autofluorescence)의 파장들의 분포를 2차원적으로 측정하고 분석하여 노화의 정도를 평가하는 방법으로, 바람직하게는 가시광선 영역의 형광을 검출하고 이미지화시킬 수 있는 다파장(multispectral) 검출기를 사용하였으며, 측정된 형광 이미지에 대해 선택 영역을 설정하여 선택 영역을 격자 형태로 구획을 나누고 각 구획에서 발생하는 형광의 강도 특히 녹색, 청색, 적색 형광의 강도 및 이웃 구획과의 형광 강도의 차이에 대한 구조적 패턴을 계산하여 피부 노화를 평가한다.

본 발명에서는 피부의 노화도를 측정하기 위해 다파장 검출기(210)을 통해 사진 촬영방식으로 피부의 형광이미지를 검출하고 그 형광이미지에서 형광 강도의 분포 패턴 즉, 형광 강도의 이질성(Heterogeneity)를 계산하여 피부의 노화도를 측정한다. 앞서 설명한 바와 같이 피부의 노화는 내인성 노화와 광 노화로 분류되며 광 노화의 경우 가시광선의 반사광으로는 검출이 안되고 여기광을 조사한 후 자기 형광으로 검출할 수 있다. 또한, 피부의 노화는 전 영역에서 균일하게 일어나는 것이 아니라 국소적으로 일어나게 되므로 어느 한 지점에서의 파장분포로는 피부의 노화도를 정확하게 측정할 수 없다. 피부의 노화도를 정확하게 측정하기 위해 본 발명은 일정 영역의 피부를 다파장 검출기(210)를 이용하여 피부의 자기 형광을 검출하고 이를 통해 생성된 형광이미지의 분포패턴 즉, 이질성을 계산하여 피부의 노화도를 정확하게 측정할 수 있다. 이질성은 특히 녹색형광에서 보다 정확하게 나타나며 이는 피부 내부에서 피부 노화가 생긴 성분의 자기 형광이기 때문이며 이 때문에 피부 노화의 측정에 녹색형광만을 사용하여도 무방하다.

여기광원(100)은 피부의 자기 형광을 유도하기 위해 피부에 조사되는 빛으로서 형광 여기 광의 파장 범위는 350-410 nm을 선택할 수 있으며, 가시광의 유해성을 피하기 위해 405 nm의 가시광선을 사용하는 것이 바람직하다. 여기광원(100)으로는 좁은 파장 범위를 통과시키는 광학 필터를 가지고 다양한 램프들을 사용할 수 있으며 본 발명의 일실시예에서는 수은 램프를 사용하였다. 또는 하나 또는 수 개의 발광다이오드를 광원으로 사용할 수 있다. 상기 여기 광에 의해 발생하는 형광은 여기 광의 파장보다 커야 하며, 이는 피부 아래의 콜라겐, 플라빈 등의 조직 성분과의 반응을 통해 발생하기 때문이다. 여기광원(100)에서 조사되는 여기광은 스폿단위의 일 지점이 아닌 일정 면적의 피부에 조사되며 이를 통해 일 지점의 피부 노화도 또는 이를 통한 피부 노화도의 추정이 아닌 전체적인 피부 노화도를 실질적으로 측정할 수 있다.

수광유닛(200)는 피부의 자기 형광을 검출하고 이를 이용하여 피부의 형광 이미지를 생성한다. 발생된 자기 형광을 검출하여 이미지로 생성하기 위해서 본 발명에서는 다파장 검출기(210)를 사용하여 여러 파장대를 한 번에 검출하고 측정의 정확도를 높이기 위해 조사된 여기광의 반사광을 차단하는 차폐 필터를 설치하는 것이 바람직하다. 그밖에 수광유닛(200)은 자기 형광을 검출하여 피부의 형광 이미지를 생성하기 위해 필요한 렌즈, 광파이버 등의 광학구성을 포함할 수 있다.

또한, 수광유닛(200)에는 피부의 노화도를 더욱 효율적으로 계산하기 위해 격자형상의 마스크를 더 포함하여 일정 면적의 피부를 격자를 통해 다수의 구역으로 분할할 수 있다. 이를 통해 계산부(300)에서 피부의 노화도를 계산하기 위한 형광강도의 분포패턴을 더욱 효율적으로 분석할 수 있는 장점이 있다.

계산부(300)는 생성된 형광 이미지에서 형광강도의 분포패턴을 분석하고 이를 통해 피부의 노화도를 계산한다. 계산부(300)는 통상적인 마이크로프로세서를 포함하며 계산에 사용되는 데이터를 저장하기 위한 저장장치를 포함할 수 있다.

이하에서 도 2 내지 도 6을 참조하여 계산부(300)에서 피부의 노화도를 측정하는 과정을 상세히 설명한다. 피부의 노화도를 측정하기 위한 형광강도의 분포패턴은 형광 이미지에서 측정대상이 피부에서 나온 자기형광 중 각 형광들이 어떻게 분포되어 있는지를 의미하는 것으로 본 발명에서는 이를 분석하여 수치화하고 적절한 계수를 적용하여 의미있는 피부 노화도를 계산한다.

일실시예로서 본 발명의 피부 노화도 측정장치에서 피부의 노화도를 측정하기 위해 아래와 같은 4가지 계수를 고려하여 형광강도의 분포패턴을 분석하고 이를 이용하여 피부 노화도를 계산한다.

① Heterogeneity (H, K_H)

② Green to Blue fluorescence (G/B, K_GB)

③ Green to Red fluorescence (G/R, K_GR)

④ Green fluorescence (G, K_G)

여기서 H는 피부 조직의 각 부위의 이질성을 나타내는 계수이며, R, G, B 값은 다파장 검출기(210)의 R, G B 각 채널에 검출되는 형광의 강도이다. G/B 및 G/R은 다파장 검출기의 R, G, B 각 채널에 검출되는 형광의 강도의 비를 나타낸다. K는 상관계수(correlation coefficient)이다. 앞서 설명한 바와 같이 피부는 그 노화가 진행됨에 따라 피부 내부의 콜라겐, 엘라스틴, 멜라닌 등의 물질이 파괴되거나 손상되고 이러한 손상에 따라 피부가 점차 불균일해지며 본 발명의 일 실시예에서는 이러한 불균일성을 분석하여 피부의 노화도를 측정한다. 도 4에 도시된 바와 같이 본 발명의 일 실시예에서 계산한 내인성 노화도가 측정대상자의 실제 나이와 높은 상관도를 나타내는 바 본 발명의 측정이 매우 정확함을 알 수 있다.

본 발명의 일실시예에서는 위의 피부 노화를 결정하는 4가지 계수에 기반하여 피부 노화 나이 계수 A(aging factor)를 아래와 같은 [수학식1]에 의해 계산한다.

[수학식1]

A = H_N * k₁ + G_N * k₂ + (G/B)_N * k₃ + (G/R)_N * k₄

여기서

H_N - 정규화된 이질성 계수

G_N - G 채널에서 정규화된 신호

(G/B)_N 및 (G/R)_N - 채널 B-G와 채널 R-G에서 각 정규화된 신호 비

k₁, k₂, k₃, k₄ - 나이에 따라 측정된 매개변수의 상관 관계 및 피부 종류의 특성을 고려한 보정계수

피부의 노화도를 계산하는데 사용되는 매개변수들의 정규화는 남성과 여성 각각의 주어진 피부와 유사한 특성을 갖는 대표 시료(representative sampling)의 평균 값에 대한 측정 값의 비를 계산하여 수행하는데 이는 개인간의 편차를 줄이고 정확하게 피부의 노화도를 측정하기 위함이다.

태양광에 노출되지 않은 피부 부위에서 피부 노화 나이 계수 A_ch(chronological aging factor)를 구하기 위해서는 겨드랑이 또는 둔부 등에서 형광을 측정할 수 있으며 이러한 수치는 피부의 내인성 노화 (chronological aging)을 평가를 위해 사용된다. 태양광에 노출된 피부 부위에서 구해진 피부 노화 계수 A는 실제 타고난 피부의 생체 노화 정도를 나타내는 내인성 노화 A_ch 와 광에 의한 손상으로 나타나는 광 노화(photoaging) A_ph 의 영향이 합쳐진 수치가 된다. 따라서 광노화에 의한 피부 노화 나이 계수 A_ph는 아래 공식에 의해 구해진다.

A_ph = A - A_ch

피부 노화 나이를 정확하게 측정하기 위해 얼굴의 안구 지역의 광대뼈 부위와 겨드랑이 부위를 선택하였다. 이는 첫째로, 지속적으로 태양광의 영향을 받는 곳으로 본 실험에서는 얼굴을 선택하였고, 선택된 부위는 충분히 균일하게 보여야 하며 털이 적고 빨간 형광 점과 같이 밝은 스폿 형광 특성을 보이지 않는 곳이 바람직하다. 이런 조건에 맞추어 얼굴의 안구 지역에 광대뼈 부위를 선택하였다. 두 번째 부위로 내인성 노화를 측정하기 위해 태양에 노출되지 않은 부위를 선택하였는데 본 발명에서는 측정의 편리성을 고려하여 겨드랑이 부위를 선택하였다.

피부 형광 색상과 유사한 대표 시료를 표준(standard)으로 형광 영상을 측정하였으며, 항상 측정할 필요 없이 한번 측정된 형광 결과를 사용하였다. 대표시료는 1) 각기 다른 피부 노화 측정장치를 사용하여 피부 노화 나이를 측정할 때 장비 자체의 고유의 특성(여기광의 밝기, 여기광의 조사 분포정도, 형광 신호 감도 등)에 의해 발생될 수 있는 차이를 측정함으로써 장비 자체의 특성에 의해 발생할 수 있는 측정 에러를 보정해주기 위해 사용되고, 2) 장비를 통해 얻어진 각 샘플들의 형광 신호 값을 normalization 하기 위해서 사용된다.

대표시료로 사용될 수 있는 형광 샘플은 1) 형광 스펙트럼이 피부에서 발산하는 형광 스펙트럼과 유사해야 하며, 특히 피부의 주요 파장인 녹색 영역에서 형광의 세기가 유사해야 한다. 2) 또한 대표시료는 전체적으로 균질도가 높아 형광 영상 관찰시 동일하게 관찰되는 물질이어야 한다.

본 발명의 일 실시예에서 실제 형광 시료의 샘플은 위에서 기술한 바와 같이 광노출 부위(광대뼈)와 광노출 안된 부위(겨드랑이)의 형광 영상 측정하였다.

표준 형광 시료와 실제 실험자의 형광을 측정하여 아래와 같은 방법으로 피부 노화 나이를 구하였다.

다파장 검출기를 사용하여 피부 형광 측정을 하였으며, 측정 부위 형광 영상에 그림과 같이 마스크를 겹친다. 도 2에 도시된 바와 같이 측정 마스크로 선택 영역(N, M)을 설정하고, 형광 이미지는 N * M의 구역(unit)으로 선택 영역을 세분화된다. 이때 앞서 설명한 바와 같이 피부 노화 형광 측정을 위해서는 사용되는 부위는 오차를 최소화하기 위해 피부의 큰 점, 흉터나 여드름 등 특이성이 있는 부분은 피해서 영역을 설정하는 것이 바람직하다.

우선 형광 이미지에서 형광강도의 분포 패턴을 분석하기 위해 첫째로, 상기 피부 진단 장비를 이용하여 선택된 형광 표준 형광 시료(standard)의 형광 신호를 저장하고 형광 영상에서 적색(R), 녹색(G), 청색(B) 신호 각각의 평균값을 계산한다.

-

: 표준 형광 시료의 형광 영상의 적색 신호 평균값

-

: 표준 형광 시료의 형광 영상의 녹색 신호 평균값

-

: 표준 형광 시료의 형광 영상의 청색 신호 평균값

적색(R), 녹색(G), 청색(B) 신호 각각의 평균값은 다음과 같은 식을 통하여 각자 구할 수 있다.

여기서

,

는 마스크가 선택한 영역 안에서 열과 횡의 구역 숫자이며, 그리고

는 형광 표준 시료에서 각 구역에 대해 적색

, 녹색

, 청색

수치를 구하는 식이다. 앞서 설명한 바와 같이 표준 형광 시료는 장비의 영향을 배제시키게 한다.

둘째로, 상기 피부 진단 장비를 이용하여 측정대상자의 피부 형광을 광노출 부위와 광노출이 안된 부위에 대해 측정하고 표준 형광 시료와 마찬가지로 평균값을 계산한다.

-

: 샘플 형광 영상의 적색 신호 평균값

-

: 샘플 형광 영상의 녹색 신호 평균값

-

: 샘플 형광 영상의 청색 신호 평균값

- i : 광노출 부위

- ni : 광노출 안 된 부위

이 후 측정대상자의 샘플 영상에서 계산된

,

값과 표준 형광 시료(standard) 영상에서의 값의 비를 아래와 같이 구한다. 이는 앞서 설명한 바와 같이 개인 간의 편차를 줄이고 피부 노화도를 정확하게 측정하기 위함이다.

,

및

비값은 다음과 같이 계산한다.

,

셋째로, 피부의 이질성 계수 H(Heterogenity coefficient)를 구한다. 마스크에 선택 영역(N, M)을 설정하고 세분화된 각각의 구역(unit)의 신호 평균값,

을 계산한다. 이때 적색(R), 녹색(G), 청색(B) 채널에 대해서 각자 계산할 수 있지만, 실험을 통해 녹색 신호 채널만으로도 피부의 이질성을 충분히 파악할 수 있으므로 도 3a와 도 3b와 같이 실제 영상에서 녹색 신호만 추출하여 나타내었다.

형광 영상의 이질성을 측정하기 위해서 각 기준 구역(unit)이 주변 구역과의 형광 강도의 차이가 고려되어야 하며, 각 기준 구역에 대해 상하 좌우측 구역과의 차이를 모두 계산할 수도 있지만 각 구역을 스캐닝하면서 좌측 구역과의 형광 강도 차이 및 아래 쪽 구역과의 차이의 합을 순차적으로 구하면 모든 구역 사이의 차이가 반영되며 형광 강도의 분포 패턴의 일부를 나타내는 이질성 계수 H를 계산할 수 있다.

형광 영상의 이질성을 측정하기 위해서 각 기준 구역(unit)이 주변 구역과의 형광 강도의 차이가 고려되어야 하며, 각 기준 구역에 대해 좌측 구역과의 형광 강도 차이, 아래 쪽 구역과의 차이의 합을 순차적으로 구하면 이질성 계수 H를 계산할 수 있다.

여기서 K는 scale coefficient이다.

피부 노화도 계산의 정확도를 향상시키기 위해 통계적 기법을 적용하여 전체 측정대상자의 측정데이터를 데이터베이스화 한 후 기록하고 기록된 데이터베이스에서 광에 노출된 부분과 노출되지 않은 부분의 평균 수치를 계산한다.

- 녹색 채널의 평균 신호 :

-

에서의 이질성 계수 :

- 녹색 대 청색(green to blue) 채널의 평균값 :

- 녹색 대 적색 (green to red) 채널의 평균값 :

위 평균값을 이용하여 앞서 측정한 측정대상자의 이질성 계수, 녹색 신호값, 녹색 대 청색 및 녹색 대 적색의 비값을 아래와 같이 정규화한다.

또한, 공분산 등의 상관관계를 이용하여 측정된 형광신호에 의해 획득된

,

와

와 측정대상자의 실제나이를 고려한 보정계수

,

를 구한다.

위에서 구한값을 [수학식1]에 대입하여

를 구한다.

는 얼굴의 광대뼈 부근에서 획득된 형광 영상의 값들로부터 얻어지며 본래의 내인성 노화와 광노화 현상이 중첩적으로 일어난 피부의 노화도이다. 즉,

(A_ch)는 광의 노출이 되지 않은 내인성 노화의 정도를 나타내는 값으로 실제 생체 피부나이의 특징을 갖는다. 따라서 태양광에 노출된 피부 부위, 예로 얼굴 부위에서의 광노화 영향에 따른 광노화 정도는 다음과 같은 식을 통해 구할 수 있다.

A_ph = A₍ _ch ₊ _ph ₎- A_ch

도 4 내지 도 6을 참조하여 본 발명에 따른 피부 노화도의 정확성에 대해 이하에서 살펴본다.

도 4 내지 도 6에서의 데이터는 본 발명에 따라 여성 그룹에 대해 피부 노화 도를 측정하였으며, 평가 그룹은 피부의 포토타입 (phototype) II와 III인 13~93세의 여성들로 모두 35명에 대해 측정하었다. 피부로부터 발생하는 형광은 Matrix 라는 특수 프로그램이 설치된 다파장 형광 검출기 EcoSkin으로부터 검출하였다. 형광 여기광은 405 nm이다. 획득된 형광 신호의 데이터 처리는 Excel 프로그램으로 수행되었으며, 측정 결과는 도 4의 그래프로부터 보여 진다.

도 4에서 보는 바와 같이 피부 노화 나이 계수 A_ch가 실험자들의 실제 나이와 가장 상관 관계가 높다 (상관계수 r=0.93). 이는 외부의 태양광에 영향을 받지 않고 인간의 생체 노화에 따른 영향에 의한 피부 노화 나이를 평가하기 때문에 상관관계가 클 것으로 예상되며, 실제로 상관계수같이 r=0.93으로 본 발명의 피부 노화도 측정장치의 노화도 계산 값이 피부 나이를 나타내는데 상당히 신뢰성이 있음 을 보여 준다. 반면에 A₍ _ch ₊ _ph ₎의 상관계수 r=0.77로 예측대로 낮아지며, A_ph의 경우는 각자의 피부 노화가 외부 요인인 태양광의 노출 정도에 따라 영향을 받는 것으로 측정대상자들의 실제 나이와는 아무런 연관성이 없음을 알 수 있다. 따라서 상관계수는 r=-0.05의 매우 작은 값을 나타낸다.

도 7은 본 발명의 일실시예에 따른 피부 노화도 측정방법의 흐름도이다. 위에서 설명한 피부 노화도 측정장치와 중복되는 부분은 설명을 생략한다.

본 발명의 피부 노화도 측정방법은 우선 측정대상인 일정 면적의 피부에 여기광원(100)에서 생성된 여기 광을 조사한다.(S100) 상기 조사단계에서 조사된 여기 광에 의해 피부에서 방출하는 자기 형광을 다파장 검출기(210)을 통해 감지하고(S110) 상기 감지된 자기 형광 정보를 이용하여 측정대상인 피부에 대한 형광 이미지를 생성한다.(S120) 계산부(300)는 상기 생성된 형광 이미지의 형광 강도의 분포 패턴을 분석하여 피부 노화도를 계산한다.(S130)

도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 피부 노화도 측정장치의 개략적인 블록도이고,

도 2는 본 발명에 따른 수광유닛에 의해 생성된 측정대상의 형광 이미지를 도시한 것이고,

도 3a는 생성된 형광 이미지에서 녹색신호만을 추출한 이미지이고, 3b는 3a의 이미지에서 각 구역의 평균값을 계산하고 이를 통해 재구성한 이미지이고,

도 4는 본 발명에 의해 계산된 내인성 노화도와 실제 나이와의 상관관계를 나타내는 그래프이고,

도 5는 본 발명에 의해 계산된 피부 노화도와 실제 나이와의 상관관계를 나타내는 그래프이고,

도 6은 본 발명에 의해 계산된 광 노화도와 실제 나이와의 상관관계를 나타내는 그래프이고,

도 7은 본 발명의 일실시예에 따른 피부 노화도 측정방법의 흐름도이다.

<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>

여기광원 : 100 수광 유닛 : 200

다파장 검출기 : 210 계산부 : 300

Claims

피부 노화도를 측정하는 장치에 있어서,

측정 대상인 일정 면적의 피부에 조사되는 여기광을 생성하는 여기광원과,

상기 일정 면적의 피부에 조사된 여기광에 의해 발생하는 피부의 자기 형광을 감지하여 상기 피부의 형광 이미지를 생성하는 수광유닛과,

상기 수광유닛에서 생성된 형광 이미지의 형광 강도의 분포 패턴을 분석하여 피부의 노화도를 계산하는 계산부를 포함하는 피부 노화도 측정장치.
청구항 1에서,

상기 여기광원은 350nm에서 410nm 파장대의 광을 생성하는 것을 특징으로 하는 피부 노화도 측정장치.
청구항 1에서,

상기 수광부는 가시 광선 영역의 자기 형광을 검출하는 다파장 검출기를 포함하는 것을 특징으로 하는 피부 노화도 측정장치.
청구항 3에서,

상기 다파장 검출기는 녹색, 청색, 적색 형광의 강도를 감지하고,

상기 계산부는 상기 감지된 형광 중 녹색 형광의 강도에 기초하여 상기 분포 패턴을 분석하고 이를 통해 피부 노화도를 계산하는 것을 특징으로 하는 피부 노화도 측정장치.
청구항 4에서,

상기 계산부는 상기 녹색 형광의 강도 대 청색 또는 적색 형광의 강도의 비를 계산하고, 이들도 추가적으로 고려하여 피부 노화도를 계산하는 것을 특징으로 하는 피부 노화도 측정장치.
청구항 5에서,

상기 녹색, 청색 및 적색 형광의 강도는 피부 형광 색상과 유사한 대표 시료를 표준으로 하여 그 평균값을 구하고, 이를 이용하여 정규화한 값인 것을 특징으로 하는 피부 노화도 측정장치.
청구항 1에서,

상기 수광유닛에는 격자형태의 마스크를 더 포함하고,

상기 계산부는 상기 마스크에 의해 격자형태로 분할된 이미지에서 분할된 각 구역에서의 형광 강도의 분포 패턴을 계산하여 피부노화도를 계산하는 것을 특징으로 하는 피부 노화도 측정장치.
청구항 7에서,

상기 계산부에서 상기 분포 패턴은 상기 격자에 의해 분할된 각 구역 사이의 형광 강도의 차이를 산출하여 상기 측정대상인 피부의 이질성을 계산하고 이를 이용하여 피부 노화도를 계산하는 것을 특징으로 하는 피부 노화도 측정장치.
청구항 8에서,

상기 각 구역사이의 형광 강도의 차이는 각 구역에 인접한 좌, 우 구역 중 어느 한쪽과 상, 하 구역 중 어느 한쪽과의 차이를 계산하여 산출하는 것을 특징으로 하는 피부 노화도 측정장치.
피부 노화도를 측정하는 방법에 있어서,

측정대상인 일정 면적의 피부에 여기 광을 조사하는 단계;

상기 조사단계에서 조사된 여기 광에 의해 피부에서 방출하는 자기 형광을 감지하는 단계;

상기 감지된 자기 형광 정보를 이용하여 측정대상인 피부에 대한 형광 이미지를 생성하는 단계;

상기 생성된 형광 이미지의 형광 강도의 분포 패턴을 분석하여 피부 노화도를 계산하는 단계를 포함하는 피부 노화도 측정방법.
청구항 10에서,

상기 자기 형광의 감지 단계에서 피부에서 방출하는 자기 형광을 다파장 검출기를 통해 감지하는 것을 특징으로 하는 피부 노화도 측정방법.
청구항 11에서,

상기 감지 단계에서 상기 다파장 검출기를 통해 녹색, 청색 및 적색 형광의 강도를 감지하고,

상기 계산 단계에서 상기 감지된 형광 중 녹색 형광의 강도에 기초하여 상기 분포 패턴을 분석하고 이를 통해 피부 노화도를 계산하는 것을 특징으로 하는 피부 노화도 측정방법.
청구항 12에서,

상기 계산 단계에서 상기 녹색 형광의 강도 대 청색 또는 적색 형광의 강도의 비를 계산하고, 이들도 추가적으로 고려하여 피부 노화도를 계산하는 것을 특징으로 하는 피부 노화도 측정방법.
청구항 10에서,

상기 형광 이미지 생성단계에서 격자형태의 마스크를 이용하여 격자형태로 분할된 이미지지를 생성하고,

상기 계산단계에서 상기 격자형태로 분할된 이미지에서 분할된 각 구역에서의 형광 강도의 분포 패턴을 계산하여 피부노화도를 계산하는 것을 특징으로 하는 피부 노화도 측정방법.
청구항 14에서,

상기 계산단계에서 상기 분포 패턴은 상기 격자에 의해 분할된 각 구역 사이의 형광 강도의 차이를 산출하여 상기 측정대상인 피부의 이질성을 계산하고 이를 이용하여 피부 노화도를 계산하는 것을 특징으로 하는 피부 노화도 측정방법.
청구항 15에서,

상기 각 구역사이의 형광 강도의 차이는 각 구역에 인접한 좌, 우 구역 중 어느 한쪽과 상, 하 구역 중 어느 한쪽과의 차이를 계산하여 산출하는 것을 특징으로 하는 피부 노화도 측정방법.