KR20110127081A

KR20110127081A - 피부 수화도를 측정하기 위한 방법

Info

Publication number: KR20110127081A
Application number: KR1020110046227A
Authority: KR
Inventors: 조지오스 엔. 스타마타스; 마이클 코브; 크리스티안 베르탱
Original assignee: 존슨 앤드 존슨 컨수머 캄파니즈, 인코포레이티드
Priority date: 2010-05-18
Filing date: 2011-05-17
Publication date: 2011-11-24
Also published as: CA2739962A1; AU2011202273A1; US8182425B2; EP2387942A1; CN102293636A; BRPI1102354A2; US20110288385A1; JP2011242395A; RU2011119800A

Abstract

본 발명의 방법은 피부 수화도를 측정하기 위한 수단에 관한 것이다. 본 발명의 방법은 개인 케어 제품으로 처리된 피부의 디지털 이미지를 생성하기 위해 적어도 2개의 편광기에 의해 필터링되는 적어도 2개의 파장을 이용한다. 본 방법은 피부 수화도를 증가시키고 그리고/또는 탈수가 육안으로는 명백하지 않은 경우에도 그러한 탈수로부터 피부를 보호하도록 의도된 피부 케어 제품의 효능을 증명하는 데에 유용하다.

Description

피부 수화도를 측정하기 위한 방법{METHOD FOR MEASURING SKIN HYDRATION}

본 발명은 피부 수화도를 측정하기 위한 방법에 관한 것이다. 본 발명의 방법은 개인 케어 제품(personal care product)으로 처리된 피부의 디지털 이미지를 생성하기 위해 적어도 2개의 편광기에 의해 필터링되는 적어도 2개의 파장을 이용한다. 본 방법은 피부 수화도를 증가시키고 그리고/또는 탈수가 육안으로는 명백하지 않은 경우에도 그러한 탈수로부터 피부를 보호하도록 의도된 피부 케어 제품의 효능을 증명하는 데에 유용하다.

"피부 수화도(skin hydration)"라는 용어는 피부의 최외측 경질층(horny layer)인 피부 각질층(stratum corneum) 내의 수분량을 말하며, 피부 건강의 측정법 중 하나로서 종종 사용된다. 건강한 피부의 일반적인 특징은 피부 표면에서 대략 15 내지 25%부터 생존 표피(viable epidermis)에서 대략 70%까지의 피부 각질층의 수분 농도의 점진적인 증가를 포함한다. 탈수된 피부는 종종 불충분한 장벽 기능(barrier function)과 관련되어, 종종 질병 유발 유기체, 독소 및 환경에 대한 보호가 감소되게 된다. 수화도를 증가시키는 하나의 방법은 보습제(moisturizer)를 피부에 도포하는 것이다.

피부 수화도는 전형적으로 전기적 기술(예를 들어, 피부 커패시턴스(capacitance), 컨덕턴스(conductance), 임피던스(impedance)를 측정) 또는 광학적 기술(예를 들어, 이미징(imaging), 분광법(spectroscopy)) 중 어느 하나에 의해 측정된다. 전기적 방법이 가장 통상적이며 탐침(probe)으로 피부 각질층 수분 함량을 간접적으로 측정한다. 측정 지점은 탐침이 피부 표면과 접촉하는 곳이다. 전기적 측정 탐침은 전형적으로 커패시턴스(예를 들어, 독일 쾰른 소재의 커리지 + 카자카 일렉트로닉 게엠베하(Courage + Khazaka electronic GmbH)에 의한 코르네오미터(Corneometer)(등록상표) CM420), 컨덕턴스(예를 들어, 일본 소재의 아이비에스-하마마츠 컴퍼니(IBS-Hamamatsu Co.)의 스키콘(Skicon)-200EX(등록상표)), 및 임피던스(예를 들어, 미국 뉴햄프셔주 포츠머스 소재의 노바 테크놀러지 코포레이션(NOVA Technology Corp.)의 노바(Nova) DPM 900)에 기초하고 있다.

디지털 이미징을 이용하는 새로운 광학적 방법이 최근의 간행물에 기재되어 있다.

문헌[Vibrational Spectroscopy v. 28 (2002) pp 37-43]에서, 아타스(Attas) 등은 전자기 스펙트럼의 NIR(near infrared, 근적외선) 영역을 이용한다. 아타스는 단일 파장(1460 ㎚), IR(infrared, 적외선) 영역에서의 최대 수분 흡수량과 최소 수분 흡수량 사이의 비(ratio), 및 1300 내지 1600 ㎚의 영역을 적분하는 것을 논의하고 있다. 이 접근법은 1000 ㎚를 넘어선 IR 영역에서 실행되기 때문에, 고가의 특수 설비를 필요로 한다. 추가적으로, 아타스는 평행 또는 교차-평행 편광 필터의 사용을 기술하고 있지 않다.

문헌[Skin Research and Technology v. 13 (2007) pp. 49-54]에서, 아리모토(Arimoto)는 피부 표면 정보를 증대시키기 위해 가시 영역에서 교차-편광 및 평행-편광의 조합을 기술하고 있다. 아리모토의 방법은 피부의 수분 함량의 간접적인 분포 상태를 제공하지만, 정량화할 수 있는 수분 맵(water map)을 제공하거나 500 ㎚에서 멜라닌의 기여를 고려하지 않는다.

로빈슨(Robinson) 등(미국 특허 공개 제20060239547A1호)은 피부의 광학적 측정으로부터 미용적 피부 특성을 결정하기 위한 방법 및 장치를 기술하고 있다. 로빈슨은 피부 표면의 맵핑(mapping)을 허용하는 디지털 이미지를 생성하지 않는다.

문헌[Journal of Biomedical Optics v. 12(5) (2007) pp. 051603-1 to 051603-7]에서, 스타마타스(Stamatas) 등은 교차-편광된 광만을 사용함으로써 피부 내의 더 깊은 곳의 수분을 연구하기에 적절한 스펙트럼 이미징 접근법을 논의하고 있다.

본 발명의 방법은 수분에 의한 전자기 방사(electromagnetic radiation)의 강한 흡수를 나타내는 하나의 파장 및 수분에 의한 전자기 방사선의 최소 흡수를 나타내는 다른 파장의 상이한 스펙트럼 파장들에서 편광된 광을 사용하여 피부 표면 수화도의 정량화할 수 있는 시각적 맵을 제공하는, 피부 수화도를 측정하기 위한 디지털 이미징 방법에 관한 것이다. 교차-편광된 디지털 이미지와 평행-편광된 디지털 이미지가 제1 파장에서 생성된다. 제1 파장에서 획득된 교차-편광된 이미지와 평행-편광된 이미지의 조합은 그 다음에 제2 파장의 것으로 표준화되어, 피부의 수분 함량 정보를 제공하는 시각적 맵을 생성한다.

본 발명의 방법은 수분의 흡수 특성에 기초하고 있기 때문에 이전에 알려져 있는 방법보다 더욱 직접적인 피부 수화도 측정 방법을 제공한다. 결과는 피부 각질층을 비롯한 피부의 다양한 층 내에 함유되어 있는 수분의 양을 시각화 및 정량화하기 위해 사용될 수 있는 디지털 이미지(맵)이다.

<도 1>
도 1은 본 발명에 따른 피부 수화도를 측정하기에 적합한 예시적인 장치를 보여주는 개략도.
<도 2>
도 2는 본 발명에 따른 피부 수화도를 측정하기에 적합한 대안의 예시적인 장치를 보여주는 개략도.
<도 3>
도 3은 평행 편광 상태 하의 800 ㎚에서 촬영한 처리중인 대상의 이미지를 보여주는 도면.
<도 4>
도 4는 교차-편광 상태 하의 800 ㎚에서 촬영한 처리중인 대상의 이미지를 보여주는 도면.
<도 5>
도 5는 평행 편광 상태 하의 970 ㎚에서 촬영한 처리중인 대상의 이미지를 보여주는 도면.
<도 6>
도 6은 교차-편광 상태 하의 970 ㎚에서 촬영한 처리중인 대상의 이미지를 보여주는 도면.
<도 7>
도 7은 도 4 및 도 6에 도시된 이미지를 사용하여 생성된 깊은 곳의 수분 맵을 보여주는 도면.
<도 8>
도 8은 도 3 내지 도 6에 도시된 이미지를 사용하여 생성된 표면의 수분 맵을 보여주는 도면.

본 발명은 피부의 이미지를 생성하기 위해 스펙트럼 이미징 시스템을 이용한다. 하나의 적합한 스펙트럼 이미징 시스템에는 25 ㎜ 매크로 렌즈(macro lens) 및 멀티스펙트럼 이미징(multispectral imaging)(최대 약 30개의 협대역 필터) 및/또는 하이퍼스펙트럼 이미징(hyperspectral imaging)(약 30개를 초과하는 협대역 필터)(이하, 멀티스펙트럼과 하이퍼스펙트럼 둘 모두 일괄적으로 "ms/hs")을 할 수 있는 선형 편광 필터를 갖는 맞춤형 카메라(그리스 아테네 소재의 포스 포토닉스(FORTH Photonics))가 포함된다. 이 카메라는 약 700 내지 약 1000 ㎚의 스펙트럼 범위의 다수의 협대역 필터, 예를 들어 4개 내지 50개의 협대역 필터를 포함한다. 필터 선택, 노출 시간 및 카메라 이득(camera gain)을 비롯한 이미지 획득을 위한 설정은 바람직하게는 컴퓨터 소프트웨어를 통해 제어된다.

다른 실시예에서, 시판 카메라(예를 들어, 니콘(Nikon) G10)가 카메라 전방의 필터 휠(filter wheel)과 함께 사용된다. 필터 휠은 바람직하게는 원하는 필터를 선택하고 그 다음에 이어서 필터 휠 위치를 원하는 필터로 변화시키기 위해(예를 들어, 필터를 800 ㎚에서 970 ㎚로 이동시킴) 적절한 소프트웨어 또는 명령을 이용하여 컴퓨터 제어될 수 있다.

선형 편광된 광대역 광원이 바람직하게 본 발명의 방법에 이용된다. 하나의 적합한 선형 편광된 광원은 미국 메인주 그레이 소재의 사이리스(Syris)의 v600이다.

본 명세서에서 사용되는 하기 용어들은 이하에서 그들에게 속하는 것이라고 생각되는 의미를 갖는다:

"직교 또는 교차 편광 상태": 광원의 전방에 제1 편광기 필터를 그리고 카메라 렌즈의 전방에 제2 편광기 필터를 포함하며 두 필터의 편광축이 서로 직교하는 이미징 상태를 의미한다.

"평행 편광 상태": 광원의 전방에 제1 편광기 필터를 그리고 카메라 렌즈의 전방에 제2 편광기 필터를 포함하며 두 필터의 편광축이 서로 평행한 이미징 상태.

일 실시예에서, 본 발명의 방법은 대상의 편광된 사진을 촬영하는 단계를 포함한다. "편광된 사진"은 (i) 편광 필터를 통해 광을 방출하는 광원으로 그리고/또는 (ii) 카메라의 렌즈에 들어가기 전에 광을 필터링하는 편광된 필터를 통해 촬영한 대상의 사진을 의미한다.

본 명세서에 사용되는 바와 같이, 식별어 "PP"는 평행 편광됨을 의미하기로 한다.

본 명세서에 사용되는 바와 같이, 식별어 "XP"는 교차-편광 또는 직교-편광됨을 의미하기로 한다.

일 실시예에서, 카메라 및 하나 이상, 바람직하게는 하나의 광원은 촬영될 대상의 피부와 대략 동일 평면 상에 있으며, 광원은 각 광원(들), 대상의 피부 및 카메라에 의해 형성되는 각도가 약 15 내지 70도, 더욱 바람직하게는 약 45도가 되도록 배치된다. 일 실시예에서, 편광 필터는 각 광원의 전방에 배치된다.

"편광 필터"는 입사광을 필터링하여 편광된 광을 방출하는 필터를 의미한다. 편광 필터의 예에는 에드먼드 사이언티픽(Edmund Scientific, 미국 뉴저지주 배링턴 소재)으로부터 입수가능한 것과 같은 편광판, 글랜 톰슨(Glan Thomson) 편광 프리즘과 같은 편광 프리즘, 또는 대략 브루스터 각(Brewster angle)에서 광을 반사하는 편광 반사기가 포함되지만, 이에 제한되지 않는다. 편광 필터는 선형 또는 원형 편광 필터일 수 있다.

측정은 바람직하게는 2개의 파장에서 수행된다. 제1 파장 λ₁은 바람직하게는 약 700 내지 약 900 ㎚의 범위, 더욱 바람직하게는 800 ㎚이며, 그 범위에서 수분은 강한 광 흡수를 나타내지 않는다. 제2 파장 λ₂는 바람직하게는 약 900 내지 약 1000 ㎚의 범위, 바람직하게는 970 ㎚이며, 그 범위에서 수분에 의한 광 흡수도는 높다.

"경면 반사(SPECULAR REFLECTION)" 또는 "글래어(GLARE)"는 광이 방출되는 매질과 굴절률이 상이한 재료의 표면에 입사할 때 방향을 바꾸는 광의 부분이다. 피부 이미징의 경우, 제1 매질은 공기이며 제2 매질은 피부 각질층이다. 이 경우, 경면 반사는 (프레넬 법칙(Fresnel's law)에 기초하여) 입사광 강도의 약 4%이다. 입사광의 나머지는 피부 조직에 침투하여 흡수된다. 피부 조직 내의 광은 피부 각질층에서 몇 번의 산란 현상 후에 피부를 떠나거나(이에 의해 편광 상태를 유지함), 또는 더 깊이 침투하여 확산 반사된 광으로서 피부를 떠나기 전에 다수의 반사 현상을 겪을 것이다.

본 발명의 (그리고 도 1에 도시된 바와 같은) 방법의 일례에서, 할로겐 광원(LS1)은 피부 표면에 도달하기 전에 편광기(P1)를 통과하는 광을 방출한다. 피부로부터 반사된 광은 그 다음에 제2 편광기(P3)를 통과한다. P1 및 P3은 하나의 편광기가 다른 편광기에 직교하거나 평행하게 배향될 수 있는 2개의 상이한 편광기이다. 예를 들어, P1이 특정 평면에 설정되는 경우, P3은 P1에 직교하거나 평행이 되도록 회전될 수 있다. 도 1에 도시된 바와 같이, 더욱 균일한 조명을 획득하기 위해 확산기(D1)가 사용될 수 있다. 그러나, 도 1의 실시예에 도시된 바와 같은 확산기(D1)는 본 발명의 방법에 필수적인 것은 아니다.

LS1으로부터의 광은 특정 피부 영역(SUT)을 목표로 하여 P1을 통과한다. 이 광은 그 다음에 특정 각도(θ₁)로 목표 피부에서 반사되며, (도 1에 P3으로 도시된) 제2 편광기 및 필터 휠(F)을 통과하여 나아가 디지털 카메라에 의해 포착된다. 필터 휠(F1)은 상이한 파장들에 집중된 대역을 갖는 대역 통과 필터들 사이에서 전환될 수 있다. 바람직하게는, 대역 통과 필터는 (대역폭이 5 내지 20 ㎚인) 협대역 필터이다. 바람직하게는, 필터는 높은 투과율(>80%)을 갖는 것이다. 바람직하게는, 필터는 간섭(또는 이색성(dichroic)) 필터이다. 일 실시예에서, 필터 휠은 액정 가변 필터(liquid crystal tunable filter, LCTF) 시스템으로 교체될 수 있다. 본 발명의 경우, 바람직한 파장은 약 700 내지 약 900 ㎚, 더욱 바람직하게는 800 ㎚, 그리고 약 900 내지 약 1000 ㎚, 더욱 바람직하게는 970 ㎚이다. 피부 표면을 분석하기 위해, 4개의 이미지가 디지털 카메라에 의해 포착 또는 촬영된다.

1. 약 700 내지 약 900 ㎚의 제1 파장 λ₁에서 필터링된 평행 편광 상태 하의 피부의 디지털 이미지;

2. 약 700 내지 약 900 ㎚의 제1 파장 λ₁에서 필터링된 직교 (교차) 편광 상태 하의 피부의 디지털 이미지;

3. 약 900 내지 약 1000 ㎚의 제2 파장 λ₂에서 필터링된 평행 편광 상태 하의 피부의 디지털 이미지;

4. 약 900 내지 약 1000 ㎚의 제2 파장 λ₂에서 필터링된 직교 (교차) 편광 상태 하의 피부의 디지털 이미지.

도 2에 도시된 본 발명의 다른 예에서, 2개의 할로겐 광원(LS1 및 LS2)이 선택적인 확산기(D1 및 D2) 및 편광기(각각 P1 및 P2)와 함께 도시되어 있다. 바람직한 실시예에서, P1 및 P2는 동일한 방식으로 배향된다. (도 2에서 P3로 도시된) 제3 편광기가 P1 및 P2에 직교하거나 평행하게 배향된다.

도 2에서, LS1 및 LS2로부터의 광은 P1 및 P2를 통해 특정 피부 영역으로 정렬된다. 이 광은 그 다음에 목표 피부로부터 반사되고, P3 및 필터 휠을 통과한 다음 디지털 카메라에 의해 포착된다. 도 2에 도시된 예에서, 반사각(θ₁ 및 θ₂)은 바람직하게는 동일하다.

기록된 이미지가 수학식 1에 사용된다. 이 수학식 1은 픽셀 대 픽셀 기반(pixel by pixel basis)으로 적용되어, 반사율 값(수(number))을 산출한다. 이 수는 그 다음에 피부 표면의 맵을 생성하는 데 사용된다. 이 맵은 피부의 수화도와 상관된다.

"반사율 값": 특정 파장 및 특정 편광 상태(직교 또는 평행)에서 카메라에 의해 기록되는 광 강도.

2개의 파장에서 획득된 직교 편광된 이미지와 평행 편광된 이미지가 바람직하게는 하기 수학식 1에 의해 정의되는 바와 같이 수분에 기인하는 광 흡수를 결정하기 위해 사용된다:

수학식 1

본 명세서에 사용되는 바와 같이, "α"라는 항은 평행 편광된 이미지 내의 확산 반사된 광의 양을 고려하기 위해 조정되는 항이다. 본 발명의 바람직한 실시예에서, α는 바람직하게는 0 내지 1, 더욱 바람직하게는 약 0.2 내지 약 0.4, 바람직하게는 약 0.3이다.

본 명세서에 사용되는 바와 같이, "λ"는 반사된 광이 카메라 검출기에 들어가기 전에 필터링되는, 나노미터 또는 ㎚로 측정된 파장을 의미하기로 한다.

본 발명의 방법의 다른 실시예에서, 광 확산기가 광원 유닛과 편광 필터 사이에 배치된다.

본 발명의 방법의 또 다른 실시예에서, 선형 편광 필터가 광원에서 사용되며, 선형 편광 필터는 방출된 광의 전기장이 광원, 사람의 피부 및 카메라에 의해 형성되는 평면에 대략 평행하거나 수직(직교)이 되도록 배열된다.

본 발명의 방법의 다른 실시예에서, 편광된 광원(들)은 광원, 대상의 피부 및 카메라에 의해 형성되는 각도가 약 15 내지 70도, 바람직하게는 약 45도가 되도록 카메라와 대상의 피부 위의 수직 평면 상에 위치된다. 광원(들)은 투과 전기장이 수직 방향으로(예를 들어, 상기 평면에 평행) 놓이는 상태로 배치되는 선형 편광 필터로 필터링된다.

교차-편광된 이미지와 평행-편광된 이미지의 예를 800 및 970 ㎚에서 촬영하였다.

이미징 시스템을 도 1에 도시된 구성으로 설치하였다. 선택적인 확산기(D1)는 이들 이미지를 획득하는 데 사용하지 않았다. 각도 θ₁은 대략 25도였다. 건성 피부를 보이는 28세 남성 지원자의 좌측 하지로부터의 피부 영역을 사용하여, 수화 크림인 에니드리얼(Enydrial)(등록상표) 레 이드라땅뜨 꼬르(Lait Hydratant Corps)(프랑스 소재의 록(RoC)으로부터 입수가능함) 약 0.1 ml를 맨손가락으로 하지의 특정 영역에 균일하게 도포하였다. 임의의 초과분의 크림을 종이 타월로 표면을 닦아냄으로써 제거하였다. 도포 시간은 대략 1분이 걸렸고, 도포 후 약 5분 안에 측정을 하였다. 4개의 이미지를 촬영하였다. 제1 이미지(도 3)는 평행 편광 상태 하의 800 ㎚에서 촬영하였다. 제2 이미지(도 4)는 교차-편광 상태 하의 800 ㎚에서 촬영하였다. 제3 이미지와 제4 이미지(도 5 및 도 6) 둘 모두는 각각 평행 편광 상태 및 교차-편광 상태 하의 970 ㎚에서 촬영하였다.

그 다음에 깊은 곳과 표면의 수분 함량을 획득하기 위해 하기 수학식 1을 사용하여 이미지를 처리하였다:

깊은 곳(생존 표피 및 진피) 수분 맵(도 7):

표면(피부 각질층) 수분 맵(도 8):

여기서, α = 0.30임.

표면 수분 맵에서 보습 크림으로부터의 증가된 수화도를 볼 수 있다.

Claims

피부 수화도(skin hydration)를 측정하기 위한 방법으로서,
a) 약 700 내지 약 900 ㎚의 제1 파장 λ₁에서 필터링된 평행 편광 상태 하의 피부의 디지털 이미지를 획득하는 단계;
b) 약 700 내지 약 900 ㎚의 제1 파장 λ₁에서 필터링된 직교 (교차) 편광 상태 하의 피부의 디지털 이미지를 획득하는 단계;
c) 약 900 내지 약 1000 ㎚의 제2 파장 λ₂에서 필터링된 평행 편광 상태 하의 피부의 디지털 이미지를 획득하는 단계;
d) 약 900 내지 약 1000 ㎚의 제2 파장 λ₂에서 필터링된 직교 (교차) 편광 상태 하의 피부의 디지털 이미지를 획득하는 단계;
e) 상기 4개의 디지털 이미지의 각각에 대한 반사율 (픽셀) 값을 생성하는 단계; 및
f) 상기 피부의 디지털 이미지가 생성되도록 상기 반사율 (픽셀) 값을 하기 수학식 1에 적용하는 단계:
수학식 1

여기서, α는 약 0.2 내지 약 0.4이다;
를 포함하는, 피부 수화도를 측정하기 위한 방법.
제1항에 있어서, 상기 디지털 이미지는 처리 전에 생성되는, 피부 수화도를 측정하기 위한 방법.
제1항에 있어서, 상기 디지털 이미지는 처리 후에 생성되는, 피부 수화도를 측정하기 위한 방법.
제1항에 있어서, 상기 제1 파장은 약 800 ㎚인, 피부 수화도를 측정하기 위한 방법.
제1항에 있어서, 상기 제2 파장은 약 970 ㎚인, 피부 수화도를 측정하기 위한 방법.
제1항에 있어서, α는 약 0.3인, 피부 수화도를 측정하기 위한 방법.