KR20130091923A - 피부 강성 측정 장치 및 그의 측정 방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명의 실시예에 따른 피부 강성 측정 장치는, 피부 표면에 접촉되는 프로브; 프로브에 결합되어 프로브에 의해 피부가 변형되었을 때 반력을 계측하는 계측부; 계측부에 결합되어 피부에 변형을 발생시키는 변형 발생부; 및 변형 발생부를 구동시키는 구동부;를 포함하며, 피부의 다수의 부분에 대해 측정을 실행함으로써 피부의 강성 상태를 표현하는 강성 지도를 획득할 수 있다. 본 발명의 실시예에 따르면, 측정하고자 하는 피부 부위의 피부 강성을 정확하면서도 효율적으로 측정할 수 있을 뿐만 아니라 보간법을 이용하여 측정되지 않은 부분까지 강성을 도출함으로써 정확한 강성 지도를 획득할 수 있다.

Description

피부 강성 측정 장치 및 그의 측정 방법{Apparatus to measure stiffness of skin and method to measure thereof}
피부 강성 측정 장치 및 그의 측정 방법이 개시된다. 보다 상세하게는, 측정 대상인 피부 부위의 강성뿐만 아니라 점성도 정확하면서도 효율적으로 측정할 수 있고, 아울러 피부 부위의 강성 지도 및 점성 지도를 획득할 수 있는 피부 강성 측정 장치 및 그의 측정 방법이 개시된다.
인체의 피부로부터 측정 가능한 피부의 강성, 예를 들면 피부의 탄성도는 피부 미용 및 건강을 진단하는 데에 필요한 중요 지표이다. 이는, 피부 노화는 근육 경질 등을 동반할 수 있으며, 근육의 노화는 근육 이완에 따른 근육통, 혈액순환 장애, 생활상의 거동 불편 등을 초래할 수 있기 때문이다.
따라서 피부의 탄성도를 손쉽게 측정하여 노화를 예방하는 것은 매우 중요한 일이다.
피부나 근육의 강성, 이를테면 탄성도를 측정하기 위해, 종래에는 주로 초음파 장비가 이용되는데, 초음파 장비의 경우 가격이 매우 비싸기 때문에 일반적으로 사용되기가 어려우며, 아울러 피부나 근육의 변형률을 정확하게 측정하는 데 한계가 있다.
또한, 종래의 피부 강성 측정 장비의 경우, 측정하고자 하는 영역을 효율적으로 측정할 수 없는 구조를 가짐으로써 피부 강성 측정의 정확성이 떨어질 뿐만 아니라 효율성이 떨어진다는 단점도 있다.
따라서, 피부의 강성을 정확하면서도 효율적으로 측정할 수 있는 구조를 갖는 피부 강성 측정 장치 및 측정 방법의 개발이 요구된다.
본 발명의 실시예에 따른 목적은, 측정하고자 하는 피부 부위의 피부 강성을 정확하면서도 효율적으로 측정할 수 있을 뿐만 아니라 보간법을 이용하여 측정되지 않은 부분까지 강성을 도출함으로써 정확한 강성 지도를 획득할 수 있는 피부 강성 측정 장치 및 그의 측정 방법을 제공하는 것이다.
또한 본 발명의 실시예에 따른 다른 목적은, 측정하고자 하는 피부 부위의 점성을 획득할 수 있고 측정 부위의 전체적인 점성 지도까지 얻을 수 있는 피부 강성 측정 장치 및 그의 측정 방법을 제공하는 것이다.
본 발명의 실시예에 따른 피부 강성 측정 장치는, 피부 표면에 접촉되는 프로브; 상기 프로브에 결합되어 상기 프로브에 의해 상기 피부가 변형되었을 때 반력을 계측하는 계측부; 상기 계측부에 결합되어 상기 피부에 변형을 발생시키는 변형 발생부; 및 상기 변형 발생부를 구동시키는 구동부;를 포함하며, 상기 피부의 다수의 부분에 대해 측정을 실행함으로써 상기 피부의 강성 상태를 표현하는 강성 지도를 획득할 수 있으며, 이러한 구성에 의해서, 측정하고자 하는 피부 부위의 피부 강성을 정확하면서도 효율적으로 측정할 수 있을 뿐만 아니라 보간법을 이용하여 측정되지 않은 부분까지 강성을 도출함으로써 정확한 강성 지도를 획득할 수 있다.
상기 프로브의 선단이 외부로 노출되도록 상기 프로브, 상기 계측부, 상기 변형 발생부 및 상기 구동부를 감싸는 케이스를 더 포함하며, 상기 케이스에는 상기 계측부에 의해 계측되는 상기 피부의 강성 정도를 디스플레이하는 디스플레이부가 구비될 수 있다.
측정 대상인 상기 피부가 로딩되며, 상기 프로브의 선단이 관통되는 복수 개의 관통홀이 가로 및 세로 방향으로 규칙적으로 배치되는 좌표 로딩부를 더 포함할 수 있다.
상기 좌표 로딩부를 통해 상기 피부의 위치별 강성을 측정한 후, 보간법을 이용하여 상기 관통홀들 사이의 강성을 유추함으로써 상기 피부의 강성 지도를 획득할 수 있다.
상기 프로브가 상기 피부에 로딩되었을 때와 상기 피부로부터의 언로딩되었을 때, 반력과 변형의 변화 그래프를 토대로 Hysteresis Loop(이력 곡선)를 획득함으로써 상기 피부의 점성을 추출할 수 있다.
상기 피부에 주기적인 하중이 가해지는 경우, 점성 감쇠(Viscous damping) 시 주기당 에너지는,
Figure pat00001
(
Figure pat00002
,
Figure pat00003
,
Figure pat00004
)이며, 구조적 감쇠(structure damping) 시 주기당 에너지는,
Figure pat00005
(α : harmonic oscillation 주파수 관련 상수)이며, 상기 피부의 점성 계수는
Figure pat00006
이다.
측정된 상기 피부의 부위별 점성 정보를 토대로 상기 피부의 점성 지도를 획득할 수 있다.
상기 계측부는 로드셀(load cell)이고, 상기 변형 발생부는 마이크로미터(micrometer)일 수 있다.
한편, 본 발명의 실시예에 따른 피부 강성 측정 장치의 측정 방법은, 피부 강성 측정 장치에 의해 획득된 상기 피부의 변형에 따른 반력의 변화를 토대로, Linear Fitting Equation 또는 Exponential Fitting Equation을 이용하여 상기 피부의 강성을 추출할 수 있다.
상기 Linear Fitting Equation은,
Figure pat00007
(F는 반력, δ는 변형률)이며, 상기 Exponential Fitting Equation은,
Figure pat00008
이고, 상기
Figure pat00009
가 강성이다.
본 발명의 실시예에 따르면, 측정하고자 하는 피부 부위의 피부 강성을 정확하면서도 효율적으로 측정할 수 있을 뿐만 아니라 보간법을 이용하여 측정되지 않은 부분까지 강성을 도출함으로써 정확한 강성 지도를 획득할 수 있다.
본 발명의 실시예에 따르면, 측정하고자 하는 피부 부위의 점성을 획득할 수 있고 측정 부위의 전체적인 점성 지도까지 얻을 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 피부 강성 측정 장치의 내부 구성을 도시한 도면이다.
도 2는 도 1에서 케이스를 제외한 피부 강성 측정 장치의 사시도이다.
도 3은 도 1에 도시된 피부 강성 측정 장치가 좌표 로딩부에 놓인 족부의 피부 강성을 측정하는 상태를 도시한 도면이다.
도 4는 도 3의 상태를 단계적으로 도시한 도면이다.
도 5는 도 1의 피부 강성 측정 장치의 측정 방법 중 Linear Fitting Equation을 적용할 때 획득되는 그래프이다.
도 6은 도 1의 피부 강성 측정 장치의 측정 방법 중 Exponential Fitting Equation을 적용할 때 획득되는 그래프이다.
도 7은 도 1의 피부 강성 측정 장치를 통해 획득되는 강성 지도를 표현한 도면이다.
도 8는 도 4의 동작에 의해 획득되는 이력 곡선을 표현한 도면이다.
도 9도 1의 피부 강성 측정 장치를 통해 피부 변형을 가한 후 프로브를 복귀시키지 않은 경우 피부 반력의 추이를 표현한 그래프이다.
이하, 첨부 도면을 참조하여 본 발명의 실시예에 따른 구성 및 적용에 관하여 상세히 설명한다. 이하의 설명은 특허 청구 가능한 본 발명의 여러 태양(aspects) 중 하나이며, 하기의 기술(description)은 본 발명에 대한 상세한 기술(detailed description)의 일부를 이룬다.
다만, 본 발명을 설명함에 있어서, 공지된 기능 혹은 구성에 관한 구체적인 설명은 본 발명의 요지를 명료하게 하기 위하여 생략하기로 한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 피부 강성 측정 장치의 내부 구성을 도시한 도면이고, 도 2는 도 1에서 케이스를 제외한 피부 강성 측정 장치의 사시도이고, 도 3은 도 1에 도시된 피부 강성 측정 장치가 좌표 로딩부에 놓인 족부의 피부 강성을 측정하는 상태를 도시한 도면이며, 도 4는 도 3의 상태를 단계적으로 도시한 도면이고, 도 5는 도 1의 피부 강성 측정 장치의 측정 방법 중 Linear Fitting Equation을 적용할 때 획득되는 그래프이고, 도 6은 도 1의 피부 강성 측정 장치의 측정 방법 중 Exponential Fitting Equation을 적용할 때 획득되는 그래프이며, 도 7은 도 1의 피부 강성 측정 장치를 통해 획득되는 강성 지도를 표현한 도면이고, 도 8는 도 4의 동작에 의해 획득되는 이력 곡선을 표현한 도면이며, 도 9도 1의 피부 강성 측정 장치를 통해 피부 변형을 가한 후 프로브를 복귀시키지 않은 경우 피부 반력의 추이를 표현한 그래프이다.
도 1 및 도 2를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 피부 강성 측정 장치(100)는, 피부의 강성, 즉 탄성 및 점성을 측정하는 장치로서, 피부와 직접 접촉하는 프로브(110)와, 프로브(110)에 결합되어 프로브(110)와 피부가 접촉할 때 피부의 변형을 통해 피부의 반력을 계측하는 계측부(120)와, 계측부(120)에 결합되어 피부의 변형을 발생시키는 변형 발생부(130)와, 변형 발생부(130)를 구동시키는 구동부(140) 및 이들을 감싸며 결합되는 케이스(150)를 포함할 수 있다.
또한, 도 3에 도시된 바와 같이, 계측부(120)를 통해 계측된 정보를 토대로 강성 지도를 획득할 수 있도록 측정 대상인 피부가 놓이는 좌표 로딩부(160)를 포함할 수 있다.
각각의 구성에 대해 설명하면, 먼저 본 실시예의 케이스(150)는, 전술한 구성들, 즉 프로브(110), 계측부(120), 변형 발생부(130) 및 구동부(140)를 감싸며 마련되되 프로브(110)의 선단은 케이스(150)의 외부로 노출되도록 마련된다. 이러한 케이스(150)는 사용자의 파지가 쉽고 심미성을 가질 수 있도록 유선형으로 제작될 수 있으나 이에 한정되는 것은 아니다.
케이스(150)에는 계측부(120)에 의해 획득되는 정보, 즉 피부 강성 정도를 표시하는 디스플레이부(미도시)가 구비될 수 있으며, 따라서 사용자는 측정된 피부 강성을 바로 확인할 수 있다.
한편, 본 실시예의 프로브(110)는, 도 1에 도시된 바와 같이, 탐침 형상으로 마련되어 피부와 직접적으로 접촉하며 피부의 강성을 검출하는 구성이다. 이러한 프로브(110)는 도 4에 도시된 것처럼, 후술할 변형 발생부(130)의 구동에 의해 피부를 누름으로써 변형을 발생시킬 수 있다.
본 실시예의 계측부(120)는, 변형 발생부(130)를 통해 프로브(110)로 피부를 누를 때 발생되는 변형 정도를 전기 신호로 변환하는 부분으로서 로드셀(load cell)로 마련될 수 있다. 다시 말해, 계측부(120)는 프로브(110)에 의한 피부의 변형을 통해 피부의 강성 예를 들면 탄성을 계측할 수 있으며, 따라서 계측된 정보가 바로 디스플레이부에 표시될 수 있다.
그리고 본 실시예의 변형 발생부(130)는, 구동부(140)에 의해 회전하며 피부에 변형을 발생시킬 수 있으며, 또한 변형량을 μm 단위로 측정할 수 있는 마이크로미터(micrometer)로 마련될 수 있다.
이러한 구성에 의해서, 구동부(140)에 의해 변형 발생부(130)가 회전함으로써 프로브(110)에 접촉된 피부에 변형을 발생시킬 수 있으며, 변형 정도를 통해 계측부(120)가 반력을 측정함으로써 측정 부위의 피부 강성을 정확하게 측정할 수 있다.
한편, 본 실시예의 좌표 로딩부(160)는, 도 3에 개략적으로 도시된 바와 같이, 측정 부위 예를 들면 족부(101)가 로딩되는 부분으로서, 플레이트(161) 및 플레이트(161)를 일정 높이에서 지지하는 복수 개의 다리부재(165)를 구비할 수 있다.
이러한 좌표 로딩부(160)의 플레이트(161)에는 일방향 및 그의 가로 방향을 따라 복수 개의 관통홀(163)이 규칙적으로 형성될 수 있다. 따라서, 전술한 피부 강성 측정 장치(100)의 프로브(110)를, 도 4에 도시된 바와 같이, 각 관통홀(163)에 인입시킨 후 빼냄으로써 각 관통홀(163)의 위치에 놓인 피부 부위의 강성을 측정할 수 있다.
이 때 강성 추출 방법은 다음의 두 가지 방정식을 통해 구할 수 있다.
먼저, Linear Fitting Equation을 통해 강성을 추출할 수 있는데, 이 방정식은 다음과 같다.
Figure pat00010
(F는 반력, δ는 변형률)
여기서, 변형률의 기울기인 A가 강성이 된다. 그런데, Linear Fitting의 경우, 도 5에 도시된 바와 같이, 실제 그래프와 차이가 있으므로 지수함수를 이용하여 다시 피팅할 수 있다. 이는 다음의 Exponential Fitting Equation을 통해 보다 정확한 강성을 추출할 수 있다.
Figure pat00011
이러한 식을 통해 획득된
Figure pat00012
가 강성이다. 이러한 방정식, 즉 지수함수를 적용한 방정식을 획득된 그래프는 도 6에 표현되었으며 실제 그래프와 차이가 거의 없음을 알 수 있다. 즉, 정확한 강성을 추출할 수 있는 것이다.
다만, 이 때 좌표 로딩부(160)의 관통홀(163)들 사이에 위치하는 피부 부위의 강성은 직접 측정을 통해서 얻지 못하는데, 이는 외삽법(Extrapolation) 또는 내삽법(Interpolation) 등의 보간법을 통해 구할 수 있다.
도 7을 참조하면, 전술한 강성 추출 방법에 의해 피부 부위별 강성을 추출할 수 있으며, 이어서 보간법을 통해 강성이 측정되지 않은 피부의 부위까지 강성을 유추할 수 있고, 이를 통해 족부 강성 지도를 완성할 수 있다. 즉, 족부 전체의 강성을 표현하고 있는 강성 지도를 획득할 수 있는 것이다.
한편 본 실시예의 피부 강성 측정 장치(100)는 전술한 것처럼 탄성과 같은 강성도 측정하여 측정 피부의 전체적인 강성 지도를 획득할 수 있지만 아울러 점성도 정확하게 측정할 수 있으며 점성 지도까지 획득할 수 있다.
도 4를 참조하면, 하나의 관통홀(163)로 피부 강성 측정 장치(100)의 프로브(110)를 인입시켜 피부를 가압하는 경우 도 8의 A 곡선을 얻을 수 있고, 프로브(110)를 피부로부터 언로딩하는 경우 도 8의 B 곡선을 얻을 수 있다. 그리고 A 곡선과 B 곡선의 사이 영역의 면적을 통해 피부의 점성 정도를 도출할 수 있다.
여기서, 점성 계수는 다음의 식으로부터 얻을 수 있다.
가령, 피부에 주기적인 하중이 가해지는 경우, 점성 감쇠(Viscous damping) 시 주기당 에너지는,
Figure pat00013
(
Figure pat00014
,
Figure pat00015
,
Figure pat00016
)이며, 구조적 감쇠(structure damping) 시 주기당 에너지는,
Figure pat00017
(α : harmonic oscillation 주파수 관련 상수)이다.
그리고 이러한 점성 감쇠 및 구조적 감쇠는 다음과 같은 관계를 갖는다.
Figure pat00018
여기서,
Figure pat00019
는 점성 계수를 나타낸다.
이와 같은 식을 이용하여, 각 관통홀(163)에 대응되게 위치하는 피부 부위의 점성을 얻을 수 있으며, 이에 따라 이들 정보를 조합함으로써 이력 곡선(Hysteresis Loop)을 획득할 수 있다.
그리고, 이력 곡선을 통해 점성을 구함으로써 측정 부위의 전 영역에 대한 점성 지도 역시 얻을 수 있다.
한편, 도 9를 통해, 프로브(110)를 이용하여 피부에 변형을 가한 뒤 프로브(110)를 복귀시키지 않는 경우 피부의 반력 추이를 살펴볼 수 있다. 프로브(110)가 피부에 닿는 초기에는 많은 변화가 있지만 시간이 경과할수록 반력의 변화량은 감소함을 알 수 있다. 이를 토대로 피부의 이완 작용 시 피부 강성 및 점성 계측이 가능하다.
이와 같이, 본 발명의 일 실시예에 의하면, 측정하고자 하는 피부 부위의 피부 강성을 정확하면서도 효율적으로 측정할 수 있을 뿐만 아니라 보간법을 이용하여 측정되지 않은 부분까지 강성을 도출함으로써 정확한 강성 지도를 획득할 수 있는 장점이 있다.
아울러, 측정하고자 하는 피부 부위의 점성을 획득할 수 있고 측정 부위의 전체적인 점성 지도까지 얻을 수 있는 장점도 있다.
한편, 본 발명은 기재된 실시예에 한정되는 것이 아니고, 본 발명의 사상 및 범위를 벗어나지 않고 다양하게 수정 및 변형할 수 있음은 이 기술의 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 자명하다. 따라서 그러한 수정예 또는 변형예들은 본 발명의 특허청구범위에 속한다 하여야 할 것이다.
100 : 피부 강성 측정 장치
110 : 프로브 120 : 계측부
130 : 변형 발생부 140 : 구동부
150 : 케이스 160 : 좌표 로딩부

Claims (10)

  1. 피부의 강성을 측정하는 피부 강성 측정 장치에 있어서,
    피부 표면에 접촉되는 프로브;
    상기 프로브에 결합되어 상기 프로브에 의해 상기 피부가 변형되었을 때 반력을 계측하는 계측부;
    상기 계측부에 결합되어 상기 피부에 변형을 발생시키는 변형 발생부; 및
    상기 변형 발생부를 구동시키는 구동부;
    를 포함하며,
    상기 피부의 다수의 부분에 대해 측정을 실행함으로써 상기 피부의 강성 상태를 표현하는 강성 지도를 획득하는 피부 강성 측정 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 프로브의 선단이 외부로 노출되도록 상기 프로브, 상기 계측부, 상기 변형 발생부 및 상기 구동부를 감싸는 케이스를 더 포함하며,
    상기 케이스에는 상기 계측부에 의해 계측되는 상기 피부의 강성 정도를 디스플레이하는 디스플레이부가 구비되는 피부 강성 측정 장치.
  3. 제1항에 있어서,
    측정 대상인 상기 피부가 로딩되며, 상기 프로브의 선단이 관통되는 복수 개의 관통홀이 가로 및 세로 방향으로 규칙적으로 배치되는 좌표 로딩부를 더 포함하는 피부 강성 측정 장치.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 좌표 로딩부를 통해 상기 피부의 위치별 강성을 측정한 후, 보간법을 이용하여 상기 관통홀들 사이의 강성을 유추함으로써 상기 피부의 강성 지도를 획득하는 피부 강성 측정 장치.
  5. 제3항에 있어서,
    상기 프로브가 상기 피부에 로딩되었을 때와 상기 피부로부터의 언로딩되었을 때, 반력과 변형의 변화 그래프를 토대로 Hysteresis Loop(이력 곡선)를 획득함으로써 상기 피부의 점성을 추출하는 피부 강성 측정 장치.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 피부에 주기적인 하중이 가해지는 경우,
    점성 감쇠(Viscous damping) 시 주기당 에너지는,
    Figure pat00020
    (
    Figure pat00021
    ,
    Figure pat00022
    ,
    Figure pat00023
    )이며,
    구조적 감쇠(structure damping) 시 주기당 에너지는,
    Figure pat00024
    (α : harmonic oscillation 주파수 관련 상수)이며,
    상기 피부의 점성 계수는
    Figure pat00025
    인 피부 강성 측정 장치.
  7. 제5항에 있어서,
    측정된 상기 피부의 부위별 점성 정보를 토대로 상기 피부의 점성 지도를 획득하는 피부 강성 측정 장치.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 계측부는 로드셀(load cell)이고, 상기 변형 발생부는 마이크로미터(micrometer)인 피부 강성 측정 장치.
  9. 제1항에 따른 피부 강성 측정 장치에 의해 획득된 상기 피부의 변형에 따른 반력의 변화를 토대로, Linear Fitting Equation 또는 Exponential Fitting Equation을 이용하여 상기 피부의 강성을 추출하는 피부 강성 측정 장치의 측정 방법.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 Linear Fitting Equation은,
    Figure pat00026
    (F는 반력, δ는 변형률)이며,
    상기 Exponential Fitting Equation은,
    Figure pat00027

    이고, 상기
    Figure pat00028
    가 강성인 피부 강성 측정 장치의 측정 방법.
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