음압자극에 따른 피부 혈색소 변화측정을 위한 광학측정기기 개발 및 평가

Abstract

피부색은 피부과, 피부미용과, 성형외과, 대체의학을 포함한 다양한 의료 분야에서 치료 및 진단방법 중 하나로 피부병리의 상태를 대변하는 기본적인 요소로서 이용되어왔다. 피부색에 대한 정량적이고 객관적인 정보를 제공하고자 국제조명위원회(CIE)에서 제정한 L*a*b* 표색계를 이용하여 색정보를 표현하는 연구 및 장비들이 활발하게 진행되고 있다. 상업적으로 개발되는 색 측정장비들은 대표적으로 협대역 반사율 색차계(narrowband reflectance colorimeter), 삼극치 반사율 색차계(tri-stimulus reflectance colorimeter), 광학 분광계(spectrometer) 등이 있다. 이러한 장비들의 대부분이 CIE L*a*b* 표색계를 이용하여 정량적인 색정보를 제공하고 있다. 피부에 대한 일정 음압자극을 가하여 피부변형 및 피부색 변화를 일으키며 음압에 의한 생리학적 현상을 이용한 진단 및 치료분야로는 피부과에서의 포도주색반점(port-wine stain, PWS) 제거술, 성형외과 및 정형외과에서의 피부재건술(skin reconstruction surgery), 대체의학 중 한의학에서의 부항(cupping) 등이 있다. 하지만 이러한 진단 및 치료분야에 있어서 피부색에 대한 정량적인 정보 제공에 관련된 연구는 미흡한 실정이다. 따라서 본 연구를 통해 피부에 일정음압을 가하여 피부변형과 피부색 변화를 유발시켜 얻어지는 피부의 기계적·생리적 변화를 이용하여 효과적인 포도주색반점 제거술, 부항시술, 다중화상 피부재건술과 같은 진료에 대한 정량적이고 객관적인 색정보를 제공하고자 광학측정기기를 개발 및 평가하고자 한다.개발된 시스템의 최적화 및 교정을 위해 표준색상계(ColorChecker, Munsell, USA)에 대한 RGB 색측정 센서의 작동거리 측정실험과 상용화된 색차계(CR-400, Konica Minolta, Japan)와의 표준색상계에 대한 비교측정실험을 하였다. RGB 색측정 센서는 7.5㎜이상 이격시 L*값이 급격하게 감소함을 확인하였으며, 상용화된 색차계와 비교실험을 통해 L*와 a*값의 상관관계가 높음을 확인하였다. 또한 개발된 시스템의 측정 신뢰도 및 재현성을 알아보기 위해 질병이 없는 건강한 평균연령 23.1세 남성자원자 12명에 대해 등세모근 4곳, 넓은등근 6곳에 대한 음압자극을 적용하고 전·중·후, 24시간 후, 72시간 후 측정결과 분석을 통해 진단에 사용될 수 있는 요소 추출을 하고자 하였다. 데이터 추출은 피부로부터 측정된 RGB 값으로부터 피부색을 결정짓는 주요 요소인 멜라닌과 헤모글로빈의 양을 대변할 수 있는 CIE L*a*b* 표색계 중 L*와 a* 값으로 변환하였으며 홍반지표(erythema index, E.I.)값을 계산하여 추출하였다. L*값은 12명 모두 자극부위 10군데에서 자극 후 감소하였으며, 시간경과에 따라 증가를 통해 회복현상을 확인하였다. a*값의 경우 L*값과 반대 패턴을 보이며 회복현상을 확인할 수 있었으며 E.I.값과 동일한 패턴을 확인할 수 있었다. 본 연구를 통해 일정 음압자극을 가하여 변화하는 실시간으로 피부 혈색소 측정이 가능한 장비를 개발하였고, 최적화 및 보정을 통해 상업용 색차계와 높은 상관관계를 가지는 측정능력을 확인하였다. 또한 피부색을 대변할 수 있는 정량적이고 객관적인 데이터를 제공할 수 있는 알고리즘을 통해 음압자극에 대한 피부상태 및 근 골격계의 이상여부를 확인할 수 있는 진단요소 제공이 가능할 것으로 기대된다.