WO2009108024A2 - 피부 조직 형광 측정 장치 및 방법 - Google Patents

피부 조직 형광 측정 장치 및 방법 Download PDF

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WO2009108024A2
WO2009108024A2 PCT/KR2009/000984 KR2009000984W WO2009108024A2 WO 2009108024 A2 WO2009108024 A2 WO 2009108024A2 KR 2009000984 W KR2009000984 W KR 2009000984W WO 2009108024 A2 WO2009108024 A2 WO 2009108024A2
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fluorescence
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서근주
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주식회사 이노제스트
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    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61B—DIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
    • A61B5/00—Measuring for diagnostic purposes; Identification of persons
    • A61B5/44—Detecting, measuring or recording for evaluating the integumentary system, e.g. skin, hair or nails
    • A61B5/441—Skin evaluation, e.g. for skin disorder diagnosis
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61B—DIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
    • A61B5/00—Measuring for diagnostic purposes; Identification of persons
    • A61B5/0059—Measuring for diagnostic purposes; Identification of persons using light, e.g. diagnosis by transillumination, diascopy, fluorescence
    • A61B5/0071—Measuring for diagnostic purposes; Identification of persons using light, e.g. diagnosis by transillumination, diascopy, fluorescence by measuring fluorescence emission

Definitions

  • the present invention relates to an apparatus and method for measuring skin tissue fluorescence. More specifically, the present invention relates to a skin tissue fluorescence measuring apparatus and method for determining the amount of the compound from the light emitted by the fluorescence of the compound in the skin tissue in response to the irradiated excitation light.
  • AGEs Advanced Glycation Endproducts
  • AGE is produced by normal metabolism and aging. Therefore, the accumulation of AGE in the body is inevitable. Even in healthy people, the accumulation of AGE increases with age. In addition, once AGE is produced, it remains in the body for a long time.
  • AGE is a modified protein that circulates in the body and causes complications in diabetic and nephropathy patients, including retinopathy, peripheral vascular disorders and seizure due to cardiovascular disorders. Many studies have reported a strong correlation between mortality and AGE accumulation in patients with diabetes-related cardiovascular disease. It also affects the brain function and is involved in the development and exacerbation of Alzheimer's disease.
  • HbA1c is a method of measuring the average blood glucose level of 8 to 12 weeks, compared to the general blood glucose measurement is a method of measuring the actual amount of glucose in the blood for a short period of time, such as fasting blood sugar, postprandial blood sugar.
  • the glucose screening method using HbA1c is a method of measuring the amount of glycosylated Haemoglobin (Glycosylated Haemoglobin) by binding blood glucose to hemoglobin, and is a method of measuring diabetes progression for 3-4 months.
  • HbA1c is also a kind of glycosylated protein, which can be seen as an intermediate before the AGEs, but the life of red blood cells in the human body does not accumulate in the body for 8-12 weeks, but disappears.
  • AGE accumulation increases rapidly in diabetic patients with persistent hyperglycemia, AGE accumulation is known to be possible due to renal dysfunction and other causes. Therefore, if the AGE measurement is higher than the mean, it may be an indicator for diabetic or renal dysfunction, an indicator of body aging, the possibility of sudden death due to cardiovascular disease, and the possibility of developing Alzheimer's disease (dementia). It can be a predictive indicator.
  • the risk of complications can be predicted by determining the increase in final AGE accumulation due to diabetes by measuring AGE at least 6 months. Based on these results, it is possible to determine whether more advanced diet, exercise therapy and drug treatment are needed.
  • Pentosidine carboxymethyl-lysine, gluorolink, pyraline, crossline, methylglyoxal-lysine dimer, besperlysine, threcidine, etc. are known and are currently being searched for more final glycated proteins. There is.
  • a relatively simple way to measure AGE is to use skin fluorescence.
  • Skin (dermis) collagen is the most common protein and easily glycosylated, so as humans age, the amount of AGE that accumulates in the skin increases.
  • the degree of glycation of collagen in the dermis is proportional to the overall AGE substance, especially Pepsin-Digestible (pentosidine) and Collagenase-Digestible Cross-links, when the ultraviolet rays of a certain wavelength are emitted (Ultra Violet Ray). It is known to emit light in a particular visible light band.
  • WO 01/22869 discloses a method and apparatus for determining fluorescence of skin tissue.
  • light emitted from skin tissue is detected using optical fibers.
  • US patent application Ser. No. 11 / 610,423 discloses a time resolved fluorescent device for testing and diagnosing diabetes in a non-invasive way.
  • the U.S. patent application discloses a method of measuring fluorescence in terms of the time, not the image, of the fluorescence emitted by the final glycation product excited by ultraviolet light using pulses.
  • US Pat. No. 6,728,560 discloses a non-invasive analyte concentration measurement and apparatus and methods for monitoring, analyzing and controlling tissue conditions such as glucose levels in tissues.
  • the patent does not disclose a method for measuring fluorescence emitted by tissue in skin excited by ultraviolet light.
  • US Pat. No. 6,477,393 discloses an apparatus and method for non-invasive measurement of glucose concentration in a biological matrix.
  • the patent discloses a method of using light reflected from the skin surface rather than the fluorescence emitted by tissues in the skin stimulated by ultraviolet light.
  • the prior art uses fiber optics to detect excitation light or to detect light emitted from skin tissue.
  • the number of optical and mechanical components used, such as reflecting mirrors or spectrometers, is large, which limits the size of the device.
  • It is a basic object of the present invention to provide a light source comprising: one or more light sources for irradiating excitation light; A light guide plate which receives the excitation light irradiated from the light source and induces the excitation light to be irradiated to the skin tissue of the subject by using total internal reflection interference; A detector for detecting light emitted by fluorescence of the compound in the skin tissue in response to the excitation light; And it provides a skin tissue fluorescence measurement apparatus comprising a signal processing unit for determining the amount of the compound from the signal obtained from the detector.
  • Another object of the invention is i) irradiating excitation light to the skin tissue of the subject using the total internal reflection interference; ii) detecting light emitted from the tissue by fluorescence of a compound in the skin tissue in response to the excitation light; And iii) processing the signal obtained from the light emitted from the skin tissue to determine the amount of the compound.
  • Basic object of the present invention described above is at least one light source for irradiating excitation light;
  • a light guide plate which receives the excitation light irradiated from the light source and induces the excitation light to be irradiated to the skin tissue of the subject by using total internal reflection interference;
  • a detector for detecting light emitted by fluorescence of the compound in the skin tissue in response to the excitation light;
  • it can be achieved by providing a skin tissue fluorescence measurement device comprising a signal processing unit for determining the amount of the compound from the signal obtained from the detector.
  • the wavelength of the excitation light is preferably 280 nm to 500 nm.
  • the apparatus of the present invention may further include a control unit for controlling the light source so that the intensity of the excitation light changes discontinuously and periodically by discontinuously increasing the power supplied to the light source from a minimum value to a maximum value at regular intervals. have.
  • the signal processing unit uses dots, hair, blood vessels, scars, and the like using the skin color of the subject determined by analyzing signals obtained from light of different intensities emitted by the compound in the skin tissue in response to excitation light irradiated at different intensities. Measurement accuracy can be improved by eliminating error factors such as wounds.
  • the light source may include a band-pass filter for passing only excitation light having a specific range of wavelengths.
  • the bandpass filter By using the bandpass filter, the wavelength range of the excitation light can be adjusted, and thus the amount of compound in the desired skin tissue can be accurately measured.
  • the compound may be a final glycation product, tyrosine, tryptophan or elastin and the like.
  • pentosidine one of the final glycation products, absorbs excitation light at 335 nm wavelength and emits light having a peak wavelength of 385 nm.
  • collagenase digestable crosslinks absorb excitation light at a wavelength of 370 nm to emit light having a peak wavelength of 440 nm.
  • the light source may be selected from a light emitting diode, a laser diode or an ultraviolet lamp.
  • the light-guiding plate is preferably transparent polycarbonate, glass or acrylic resin. Ultraviolet rays incident on the light guide plate cause total reflection within the light guide plate so that they are not emitted up and down of the light guide plate.
  • the refractive index of the medium in contact with the light guide plate is changed to interfere with total internal reflection of the ultraviolet light. Therefore, the ultraviolet rays are irradiated onto the skin of the subject.
  • the detector is preferably a CCD, a CMOS, a photodiode or a phototransistor.
  • the detector may include an ultraviolet filter to block ultraviolet rays reaching the detector.
  • the apparatus for measuring skin tissue fluorescence of the present invention may further include a display unit displaying an image signal processed by the digital signal processor, and may further include a battery for supplying power to the digital signal processor and a light source. have.
  • Still another object of the present invention described above is i) irradiating excitation light to skin tissue of a subject using internal total reflection interference; ii) detecting light emitted from the tissue by fluorescence of a compound in the skin tissue in response to the excitation light; And iii) processing the signal obtained from the light emitted from the skin tissue to determine the amount of the compound.
  • the wavelength of the excitation light may be 280 nm to 500 nm.
  • the intensity of the excitation light may vary discontinuously and periodically.
  • the skin color of the subject determined by analyzing signals obtained from light of different intensities emitted by the compound in the skin tissue in response to the excitation light irradiated at the different intensities. It may further comprise removing error elements such as spots, hairs, blood vessels, scars, wounds. This allows more accurate measurement results.
  • the compound may be a final glycation product, tyrosine, tryptophan, elastin and the like.
  • the irradiation of the excitation light utilizes a total internal reflection disturbance phenomenon, the number of optical / mechanical parts such as an optical fiber or a reflection mirror is reduced. Therefore, a compact device can be manufactured.
  • FIG. 1 is a block diagram of a skin tissue fluorescence measurement apparatus of the present invention.
  • Figure 1 shows a preferred embodiment of the skin tissue fluorescence measurement device according to the present invention.
  • Ultraviolet irradiation of the first light emitting diode 1 and the second light emitting diode is controlled through the digital signal processing apparatus 6.
  • the digital signal processing apparatus 6 increases the power supplied to the first light emitting diode 1 by dividing it in 60 steps from the lowest value to the maximum value for 1 second. The same operation is performed on the second diode.
  • Ultraviolet rays incident on the subject's skin reach the dermis and then excite electrons of the final glycation product present in the dermis.
  • the excited electrons return to the ground state and emit fluorescence.
  • the fluorescence emitted by the final saccharification product passes through the light guide plate 3 and then through the ultraviolet filter 4.
  • the ultraviolet filter 4 serves to block ultraviolet rays emitted from the light emitting diodes 1 or ultraviolet rays reflected from the skin.
  • the fluorescence which has passed through the ultraviolet filter 4 is detected by the CMOS sensor 5.
  • the CMOS sensor 5 obtains a VGA image at 60 frames per second. Since the ultraviolet rays irradiated from the light emitting diodes 1 have different intensities, the images obtained at this time also have different intensities.
  • the image of the CMOS sensor 5 is temporarily stored in the memory of the digital signal processing body and then subjected to signal processing.
  • the illuminance of the image obtained using the CMOS sensor 5 is measured by the digital signal processing apparatus 6.
  • the skin color of the subject is determined by analyzing the image pixels. When the skin color of the subject is determined, image pixels due to error elements such as dots, hairs, wounds, scars, etc. are excluded from the measurement object by the digital signal processing apparatus 6.
  • the normalized value that is, the amount of the final glycation product
  • the normalized value is calculated through multivariate analysis based on the data of the intensity and the fluorescence of the input ultraviolet rays in 60 steps.
  • the amount of the final saccharification product is displayed in the LCD window 8.

Abstract

본 발명은 피부 조직 형광 측정 장치 및 방법에 관한 것이다. 보다 상세하게는, 본 발명은 조사된 여기광에 반응하는, 피부 조직 내의 화합물의 형광에 의하여 방출된 빛으로 부터 상기 화합물의 양을 결정하는 피부 조직 형광 측정 장치 및 방법에 대한 것이다.

Description

피부 조직 형광 측정 장치 및 방법
본 발명은 피부 조직 형광 측정 장치 및 방법에 관한 것이다. 보다 상세하게는, 본 발명은 조사된 여기광에 반응하는, 피부 조직 내의 화합물의 형광에 의하여 방출된 빛으로 부터 상기 화합물의 양을 결정하는 피부 조직 형광 측정 장치 및 방법에 대한 것이다.
인체 내에서 단백질이 혈당(혈액 내 글루코스)과 만나면 메일라드 반응(Maillard reaction)으로 알려진 비효소적 당화(glycation) 및 당산화(glycoxidation)가 일어난다. 메일라드 반응의 안정한 최종 산물들을 집합적으로 최종 당화 산물(AGEs; Advanced Glycation Endproducts)이라 한다. 일반적으로 AGE는 혈당의 평균 수준에 비례하는 속도로 인체 내에 축적된다.
AGE는 정상적인 대사작용 및 노화에 의하여 생성된다. 따라서 AGE의 체내 축적은 불가피하다. 건강한 사람일지라도 나이에 비례하여 AGE의 축적량이 증가한다. 또한, 일단 AGE가 생성되면, 체내에 오랫동안 잔류한다.
특히, 당뇨병에 의한 고혈당증이 지속되면 많은 양의 AGE가 체내에 축적되고, 신장 기능에 이상이 있는 경우에도 AGE의 체외 방출이 되지 않아 많은 양의 AGE가 체내에 축적된다. 또한 흡연 등 기타 생활 습관도 영향을 주는 것으로 알려져 있다.
AGE를 제거하거나 AGE 생성 반응을 지연시키는 방법이나 약물이 현재 활발히 연구 중지만, 현재까지 뚜렷한 결과물가 나오지 않은 상태이다.
전술한 바와 같이 당뇨병으로 인하여 고혈당이 지속되거나 신장 기능에 이상이 있는 경우 많은 양의 AGE가 체내에 축적된다. 특히, 당뇨병과 신장 기능 이상으로 인한 합병증의 주요한 이유가 AGE의 축적 때문이라는 많은 연구결과가 보고되고 있다.
AGE는 변형된 단백질로서 체내에서 순환하면서 망막병증, 말초혈관 장애, 심혈관 장애로 인한 발작 등 당뇨병 환자나 신장병 환자의 합병증을 유발한다. 당뇨로 인한 심혈관 질환 환자의 사망률과 AGE 축적 정도가 깊은 상관 관계를 가진다는 연구 결과들이 많이 보고되었다. 또한 뇌기능에도 이상을 미쳐 알츠하이머병의 발생과 악화에도 관여한다.
당뇨 환자의 경우 혈당 관리를 위하여 주기적인 혈당 측정이 요구된다. 혈액으로부터 혈당을 측정하는 종래의 장비의 경우 정확성은 만족할 만하다. 그러나 검사를 위한 공복, 채혈의 고통, 혈당 측정 스트랩의 가격 문제 등의 이유로 환자들이 주기적 측정을 기피하는 경향이 있다.
일반적인 혈당 측정이 공복혈당, 식후 혈당 등 짧은 기간 동안의 혈액 내 글루코스(Glucose)의 실제 양을 측정하는 방법인 것에 비하여, HbA1c 측정은 8 내지 12 주간의 평균 혈당치를 측정하는 방법이다.
HbA1c를 사용하는 당조 선별방법은 혈당이 헤모글로빈에 결합하여 당화된 헤모글로빈(Glycosylated Haemoglobin)의 양을 측정하는 방법으로서 3-4 개월 동안의 당뇨병 진행을 측정할 수 있는 방법이다.
HbA1c도 일종의 당화 단백질로서 AGEs로 되기 전 단계의 중간 물질로 볼 수 있지만, 인체 내에서 적혈구의 수명이 8-12 주인 이유로 체내에 축적되지는 않고 사라진다.
당뇨 환자가 고혈당이 지속 되면 AGE 축적이 급격히 증가하지만, AGE 축적은 신장 기능 이상 및 기타 다른 원인에 의해서도 가능한 것으로 알려져 있다. 따라서 AGE 측정치가 평균치에 비교하여 높은 경우 당뇨병, 신장 기능 이상 등을 의심하게 하는 지표가 될 수 있으며, 신체 노화도의 지표가 되고, 심혈관 질환으로 인한 돌연사 가능성을 예측하며, 알츠하이머(치매) 발병 가능성을 예측하는 지표가 될 수 있다.
또한, 당뇨병 환자의 경우 최소 6개월 이상 주기의 AGE 측정을 통하여 당뇨병으로 인한 최종 AGE 축적도 증가치를 파악함으로써 합병증 발병 위험도를 예측할 수 있다. 이러한 결과에 따라 더욱 강화된 식이 요법, 운동 요법 및 약물 치료가 필요한지 판단할 수 있다.
현재까지 여러종류의 최종 당화된 단백질들이 알려져 있습니다. 펜토시딘, 카복시메틸-라이신,프루오로링크, 피랄린, 크로스라인, 메틸그리옥살-라이신 이합체,베스퍼라이신, 트레오시딘 등등이 알려져 있고 현재 더 많은 최종 당화 단백질을 찾으려는 연구가 진행되고 있습니다.
비교적 간편하게 AGE를 측정하는 방법은 피부 형광을 이용하는 방법이다. 피부(진피) 콜라겐은 가장 흔한 단백질이며 쉽게 당화 과정을 거치므로, 인간이 나이가 들어감에 따라 피부에 축적되는 AGE의 양은 증가한다.
진피층의 콜라겐이 당화(Glycation)된 정도는 전체적인 다른 AGE 물질에 비례한다는 것이 알려져 있고, 특히 Pepsin-Digestible(pentosidine)과 Collagenase-Digestible Cross-links는 특정 파장의 자외선(Ultra Violet Ray)을 비추었을 때 특정 가시광선 대역의 빛을 방출한다는 현상이 알려져 있다.
그래서 피부에 특정 파장의 자외선을 비추었을 때 방출되는 특정 가시광선의 양을 측정하는 방법을 통하여 비교적 간단하게 AGE 축적 정도를 측정하고 그 값과 여러 임상 측정 결과(합병증, 심장 질환 등등)가 유의한 상관관계를 보임을 보고하는 많은 연구 결과들이 있다.
국제특허 공개 WO 01/22869는 피부 조직의 형광 결정 방법 및 장치를 개시한다. WO WO 01/22869에서는, 피부 조직에서 방출된 빛을 광섬유를 이용하여 검출한다.
국제특허 공개 WO 2005/045393은 개체 조직(tissue)의 조직 상태를 판정하는 방법을 개시한다. 상기 국제특허출원은 다수의 파장을 이용하여 측정하는 방법을 개시한다.
미합중국 특허출원 제11/610,423호는 비침습적 방법으로 당뇨병을 검사 및 진단하는 시간분해 형광 장치를 개시한다. 상기 미합중국 특허출원은 펄스를 사용하고, 또한 자외선에 의하여 여기된 최종 당화 산물이 방출하는 형광을 영상이 아닌 시간(lifetime)의 측면에서 형광을 측정하는 방법을 개시한다.
미합중국 특허 제6,728,560호는 비침습적인 피분석물 농도 측정, 그리고 조직내 포도당치와 같은 조직 상태를 감시, 분석 및 조절하는 장치 및 방법을 개시한다. 상기 특허는 자외선에 의하여 여기된 피부내의 조직이 방출하는 형광을 영상으로 측정하는 방법을 개시하지 아니한다.
미합중국 특허 제6,477,393호는 생체 기질(biological matrix) 내의 포도당 농도를 비침습적으로 측정하는 장치 및 방법을 개시한다. 상기 특허는 자외선 의하여 자극된 피부내 조직이 방출하는 형광이 아닌 피부 표면에서 반사된 빛을 이용하는 방법을 개시한다.
상기 종래 기술들은 여기광의 조사 또는 피부 조직에서 방출된 빛을 검출하는 데에 광섬유를 사용한다. 또한, 반사거울 또는 분광계와 같은 사용되는 광학적 및 기계적 부품의 수가 많아 장치의 크기를 줄이는 데 한계가 있다.
본 발명의 기본적인 목적은 여기광을 조사하는 하나 이상의 광원; 상기 광원으로부터 조사된 여기광을 수광하고, 내부 전반사 방해를 이용하여 상기 여기광이 피검자의 피부 조직으로 조사되도록 유도하는 도광판; 상기 여기광에 반응하는, 상기 피부 조직 내의 화합물의 형광에 의하여 방출된 빛을 검출하는 검출기; 및 상기 검출기로부터 얻은 신호로부터 상기 화합물의 양을 결정하는 신호 처리부를 포함하는, 피부 조직 형광 측정 장치를 제공하는 것이다.
본 발명의 또 다른 목적은 i) 여기광을 내부 전반사 방해를 이용하여 피검자의 피부 조직에 조사하는 단계; ii) 상기 여기광에 반응하는, 상기 피부 조직 내의 화합물의 형광에 의하여 상기 조직으로부터 방출된 빛을 검출하는 단계; 및 iii) 상기 피부 조직으로부터 방출된 빛으로부터 얻은 신호를 처리하여 상기 화합물의 양을 결정하는 단계를 포함하는, 피부 조직 형광 측정 방법을 제공하는 것이다.
전술한 본 발명의 기본적인 목적은 여기광을 조사하는 하나 이상의 광원; 상기 광원으로부터 조사된 여기광을 수광하고, 내부 전반사 방해를 이용하여 상기 여기광이 피검자의 피부 조직으로 조사되도록 유도하는 도광판; 상기 여기광에 반응하는, 상기 피부 조직 내의 화합물의 형광에 의하여 방출된 빛을 검출하는 검출기; 및 상기 검출기로부터 얻은 신호로부터 상기 화합물의 양을 결정하는 신호 처리부를 포함하는, 피부 조직 형광 측정 장치를 제공함으로써 달성될 수 있다.
상기 여기광의 파장은 280 nm 내지 500 nm인 것이 바람직하다. 또한, 본 발명의 장치는 상기 광원에 공급되는 전력을 일정 시간을 주기로 최저치에서 최대치까지 불연속적으로 증가시킴으로써 상기 여기광의 세기가 불연속적이고 주기적으로 변하도록 상기 광원을 제어하는 제어부를 추가로 포함할 수 있다.
상기 신호 처리부가 각각의 다른 세기로 조사된 여기광에 반응하여 피부 조직 내의 화합물이 방출한 각각 다른 세기의 빛으로부터 얻은 신호들의 분석을 통하여 결정된 피검자의 피부색을 이용하여 점, 털, 혈관, 흉터, 상처와 같은 오류 요소를 제거하여 측정 정확도를 높일 수 있다.
상기 광원은 특정 범위의 파장을 갖는 여기광(exitation light)만을 통과시키는 대역통과 필터(band-pass filter)를 포함할 수 있다. 상기 대역통과 필터를 사용함으로써 상기 여기광의 파장 범위를 조절할 수 있고, 따라서 원하는 피부 조직 내의 화합물의 양을 정확하게 측정할 수 있다.
상기 화합물은 최종 당화 산물, 티로신, 트립토판 또는 엘라스틴 등일 수 있다. 예를 들면, 최종 당화 산물 중 하나인 펜토시딘(pentosidine)의 경우에는, 335 nm 파장의 여기광을 흡수하여 피크 파장이 385 nm인 빛을 방출한다. 또한 콜라게나제 다이제스터블 크로스링크(collagenase digestible crosslinks)의 경우 370 nm 파장의 여기광을 흡수하여 피크 파장이 440 nm인 빛을 방출한다.
또한, 상기 광원은 발광 다이오우드, 레이저 다이오우드 또는 자외선 램프 등으로부터 선택될 수 있다.
상기 도광판(light-guiding plate)은 투명한 폴리카보네이트, 유리 또는 아크릴 수지인 것이 바람직하다. 상기 도광판에 입사된 자외선은 그 내부에서 전반사를 일으키게 되어 상기 도광판의 상하로 방출되지 아니한다.
상기 도광판이 피검자의 피부에 접촉하면 도광판에 접하는 매질의 굴절률이 바뀌게 되어 상기 자외선의 내부 전반사가 방해를 받게 된다. 따라서 상기 자외선이 피검자의 피부에 조사되게 된다.
상기 검출기는 CCD, CMOS, 광다이오우드 또는 광트랜지스터인 것이 바람직하다. 또한, 피부에 여기광을 조사할 때에 피부에서 반사된 여기광이 상기 검출기에 검출되는 것을 방지하기 위하여, 상기 검출기는 검출기에 도달하는 자외선을 차단하기 위하여 자외선 필터를 포함할 수 있다.
본 발명의 피부 조직 형광 측정 장치는 상기 디지털 신호 처리장치에서 처리된 영상 신호를 표시하는 표시부를 추가로 포함할 수 있고, 상기 디지털 신호 처리장치와 광원에 전력을 공급하는 배터리를 추가로 포함할 수 있다.
전술한 본 발명의 또 다른 목적은 i) 여기광을 내부 전반사 방해를 이용하여 피검자의 피부 조직에 조사하는 단계; ii) 상기 여기광에 반응하는, 상기 피부 조직 내의 화합물의 형광에 의하여 상기 조직으로부터 방출된 빛을 검출하는 단계; 및 iii) 상기 피부 조직으로부터 방출된 빛으로부터 얻은 신호를 처리하여 상기 화합물의 양을 결정하는 단계를 포함하는, 피부 조직 형광 측정 방법을 제공함으로써 달성될 수 있다.
상기 여기광의 파장은 280 nm 내지 500 nm일 수 있다. 또한, 상기 여기광의 세기가 불연속적이고 주기적으로 변할 수 있다.
본 발명의 방법의 iii)단계에 있어서, 상기 각각의 다른 세기로 조사된 여기광에 반응하여 피부 조직 내의 화합물이 방출한 각각 다른 세기의 빛으로부터 얻은 신호들의 분석을 통하여 결정된 피검자의 피부색을 이용하여 점, 털, 혈관, 흉터, 상처와 같은 오류 요소를 제거하는 단계를 추가로 포함할 수 있다. 이로써 보다 정확한 측정 결과를 얻을 수 있다.
상기 화합물은 최종 당화 산물, 티로신, 트립토판, 엘라스틴 등일 수 있다.
본 발명에 따른면, 여기광의 조사가 내부 전반사 방해 현상을 이용하기 때문에 광섬유나 반사거울과 같은 광학적/기계적 부품의 수가 줄어든다. 따라서 소형의 장치를 제작할 수 있다.
또한 여기광의 세기를 변화시켜 조사함으로써, 점, 털, 상처, 흉터 및 혈관과 같은 측정 오류 요소를 제거함으로써 AGE와 같은 화합물의 양을 정확하게 측정할 수 있다.
도 1은 본 발명의 피부 조직 형광 측정 장치의 구성도이다.
이하, 본 발명의 구성 요소와 기술적 특징을 다음의 도면을 통하여 보다 상세하게 설명하고자 한다. 그러나 하기의 도면은 본 발명을 상세하게 설명하기 위한 것일 뿐, 본 발명의 구성요소의 기술적 범위를 실시예 또는 도면에 예시한 것들로 한정하고자 하는 것은 아니다.
도 1은 본 발명에 따른 피부 조직 형광 측정 장치의 바람직한 일 실시태양을 나타낸다.
디지털 신호 처리장치(6)를 통하여 제1 발광 다이오우드(1)와 제2 발광 다이오우드(나타나 있지 않음)의 자외선 조사를 제어한다. 디지털 신호 처리장치(6)가 제1 발광 다이오우드(1)에 공급되는 전력을 1초 동안에 최저치에서 최대치까지 60 단계로 나누어 차례로 증가시킨다. 그리고 제2 다이오우드에 대하여도 동일한 작동을 수행한다.
이렇게 조사된 자외선 중 370 nm 근방의 파장을 갖는 자외선만이 대역통과 필터(2)를 통과하여 투명한 폴리카보네이트로 만들어진 도광판(3) 속으로 입사한다. 상기 도광판(3)이 공기와 접촉하고 있을 때, 상기 도광판(3)에 입사된 자외선이 그 내부에서 전반사를 일으키도록 상기 도광판(3)의 두께 그리고 상기 발광 다이오우드(1)와 상기 도광판(3) 간의 거리를 조절한다. 이러한 내부 전반사에 의하여 상기 도광판(3)의 상하부 방향으로는 자외선이 방출되지 아니한다.
진피층 내의 최종 당화 산물의 양을 측정하기 위하여, 상기 도광판(3)에 피검자의 피부를 접촉시키면 피부의 굴절률이 공기의 굴절률과 다르기 때문에 내부 전반사 방해가 일어난다. 이러한 내부 전반사 방해에 의하여 도광판(3) 내부에서 전반사되는 자외선이 피검자의 피부로 입사하게 된다.
피검자의 피부로 입사된 자외선은 진피층까지 도달하게 되고, 이어서 진피층 내에 존재하는 최종 당화 산물의 전자를 여기시킨다. 여기된 전자가 바닥 상태로 돌아가면서 형광을 방출한다.
최종 당화 산물에 의하여 방출된 형광은 도광판(3)을 통과한 후 자외선 필터(4)를 통과한다. 상기 자외선 필터(4)는 발광 다이오우드(1)에서 조사된 자외선 또는 피부에서 반사된 자외선을 차단하는 역할을 한다.
자외선 필터(4)를 통과한 형광은 CMOS 센서(5)에 의하여 검출된다. 상기 CMOS 센서(5)는 초당 60 프레임으로 VGA급 영상을 얻는다. 발광 다이오우드(1)에서 조사된 자외선이 각각 다른 세기를 갖기 때문에, 이때 얻어지는 영상은 각각 그 세기도 다르다. CMOS 센서(5)의 영상은 디지털 신호 처리장체의 메모리에 임시 저장되었다가 신호처리 과정을 거친다.
디지털 신호 처리장치(6)에 의하여 CMOS 센서(5)를 사용하여 얻은 영상의 조도가 측정된다. 이러한 영상 화소 분석을 통하여 피검자의 피부색이 결정된다. 피검자의 피부색이 결정되면, 점, 털, 상처, 흉터 등의 오류 요소에 의한 영상 화소가 디지털 신호 처리장치(6)에 의하여 측정 대상에서 제외된다.
측정 대상에서 제외된 영상 화소들의 평균 노출 조도를 계산한 후, 60 단계의 입력 자외선의 강도와 형광에 관한 데이터를 바탕으로 다변량 분설을 통하여 정규화된 수치, 즉 최종 당화 산물의 양을 산출한다. 상기 최종 당화 산물의 양이 LCD 창(8)에 표시된다.
본 발명의 장치 및 방법에 의하여 최종 당화 산물의 양을 측정함으로써, 당뇨병 또는 신장병의 발병 여부 및 진행 상태를 확인할 수 있다.
또한, 육안이나 현미경으로 관찰이 어려운 여드름균, 피부의 색소 침착, 및 각종 피부 질환의 유무를 확인할 수 있다.

Claims (17)

  1. 여기광을 조사하는 하나 이상의 광원;
    상기 광원으로부터 조사된 여기광을 수광하고, 내부 전반사 방해를 이용하여 상기 여기광이 피검자의 피부 조직으로 조사되도록 유도하는 도광판;
    상기 여기광에 반응하는, 상기 피부 조직 내의 화합물의 형광에 의하여 방출된 빛을 검출하는 검출기; 및
    상기 검출기로부터 얻은 신호로부터 상기 화합물의 양을 결정하는 신호 처리부를 포함하는, 피부 조직 형광 측정 장치.
  2. 제1항에 있어서, 상기 여기광의 파장이 280 nm 내지 500 nm인 것임을 특징으로 하는 피부 조직 형광 측정 장치.
  3. 제1항에 있어서, 상기 광원에 공급되는 전력을 일정 시간을 주기로 최저치에서 최대치까지 불연속적으로 증가시킴으로써 상기 여기광의 세기가 불연속적이고 주기적으로 변하도록 상기 광원을 제어하는 제어부를 추가로 포함하는 것임을 특징으로 하는 피부 조직 형광 측정 장치.
  4. 제1항에 있어서, 상기 광원이 특정 범위의 파장을 갖는 여기광만을 통과시키는 대역통과 필터를 포함하는 것임을 특징으로 하는 피부 조직 형광 측정 장치.
  5. 제1항에 있어서, 상기 광원이 발광 다이오우드, 레이저 다이오우드 및 자외선 램프로 이루어진 군에서 선택되는 것임을 특징으로 하는 피부 조직 형광 측정 장치.
  6. 제1항에 있어서, 상기 화합물이 최종 당화 산물, 티로신, 트립토판 및 엘라스틴으로 이루어진 군에서 선택되는 것임을 특징으로 하는 피부 조직 형광 측정 장치.
  7. 제1항에 있어서, 상기 도광판이 투명한 폴리카보네이트, 유리 및 아크릴 수지로 이루어진 군에서 선택되는 것임을 특징으로 하는 피부 조직 형광 측정 장치.
  8. 제1항에 있어서, 상기 검출기가 CCD, CMOS, 광다이오우드 및 광트랜지스터로 이루어진 군에서 선택되는 것임을 특징으로 하는 피부 조직 형광 측정 장치.
  9. 제1항에 있어서, 상기 검출기가 자외선 필터를 포함하는 것임을 특징으로 하는 피부 조직 형광 측정 장치.
  10. 제3항에 있어서, 상기 신호 처리부가 각각의 다른 세기로 조사된 여기광에 반응하여 피부 조직 내의 화합물이 방출한 각각 다른 세기의 빛으로부터 얻은 신호들의 분석을 통하여 결정된 피검자의 피부색을 이용하여 점, 털, 혈관, 흉터, 상처와 같은 오류 요소를 제거하여 측정 정확도를 높이는 것을 특징으로 하는 피부 조직 형광 측정 장치.
  11. 제1항에 있어서, 상기 신호 처리부에서 얻은 영상을 표시하는 표시부를 추가로 포함하는 것임을 특징으로 하는 피부 조직 형광 측정 장치.
  12. 제1항에 있어서, 상기 신호 처리부와 광원에 전력을 공급하는 배터리를 추가로 포함하는 것임을 특징으로 하는 피부 조직 형광 측정 장치.
  13. i) 여기광을 내부 전반사 방해를 이용하여 피검자의 피부 조직에 조사하는 단계;
    ii) 상기 여기광에 반응하는, 상기 피부 조직 내의 화합물의 형광에 의하여 상기 조직으로부터 방출된 빛을 검출하는 단계; 및
    iii) 상기 피부 조직으로부터 방출된 빛으로부터 얻은 신호를 처리하여 상기 화합물의 양을 결정하는 단계를 포함하는, 피부 조직 형광 측정 방법.
  14. 제13항에 있어서, 상기 여기광의 파장이 280 nm 내지 500 nm인 것임을 특징으로 하는 피부 조직 형광 측정 방법.
  15. 제13항에 있어서, 상기 여기광의 세기가 불연속적이고 주기적으로 변하는 것임을 특징으로 하는 피부 조직 형광 측정 방법.
  16. 제15항에 있어서, 상기 iii)단계가 상기 각각의 다른 세기로 조사된 여기광에 반응하여 피부 조직 내의 화합물이 방출한 각각 다른 세기의 빛으로부터 얻은 신호들의 분석을 통하여 결정된 피검자의 피부색을 이용하여 점, 털, 혈관, 흉터, 상처와 같은 오류 요소를 제거하는 단계를 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는 피부 조직 형광 측정 방법.
  17. 제13항에 있어서, 상기 화합물이 최종 당화 산물, 티로신, 트립토판 및 엘라스틴으로 이루어진 군에서 선택되는 것임을 특징으로 하는 피부 조직 형광 측정 방법.
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