피부의 각질층에 존재하는 수분은 피부 건강에 영향을 미치는 중요한 요인 중의 하나이다. 건강한 피부는 그 밑에 있는 조직을 보호하고 질병을 일으키는 미생물과 독소로부터의 장벽 역할을 한다. 다양한 생리적인 조건과 환경 요인은 피부의 장벽으로서의 기능을 손상시킬 수 있으며 그 때문에 피부의 수분이 손실되어 피부가 건조해지게 된다. 피부 수분을 측정하는 것은 피부 건강을 살피고 피부가 장벽으로서의 기능을 잘 수행하는지를 나타내는 척도가 될 수 있다. 근적외선을 이용하여 피부 수분을 신속하고 비파괴적으로 측정할 수 있는 방법을 연구하는데 있어 고려되어야 하는 여러 조건에 대해 연구하고, 이에 따른 결과를 실제 피부 수분 측정에 적용하여 적합한 정량 모델을 개발하고자 하였다. 근적외 ...
피부의 각질층에 존재하는 수분은 피부 건강에 영향을 미치는 중요한 요인 중의 하나이다. 건강한 피부는 그 밑에 있는 조직을 보호하고 질병을 일으키는 미생물과 독소로부터의 장벽 역할을 한다. 다양한 생리적인 조건과 환경 요인은 피부의 장벽으로서의 기능을 손상시킬 수 있으며 그 때문에 피부의 수분이 손실되어 피부가 건조해지게 된다. 피부 수분을 측정하는 것은 피부 건강을 살피고 피부가 장벽으로서의 기능을 잘 수행하는지를 나타내는 척도가 될 수 있다. 근적외선을 이용하여 피부 수분을 신속하고 비파괴적으로 측정할 수 있는 방법을 연구하는데 있어 고려되어야 하는 여러 조건에 대해 연구하고, 이에 따른 결과를 실제 피부 수분 측정에 적용하여 적합한 정량 모델을 개발하고자 하였다. 근적외 분광분석 시스템은 근적외선을 피부에 조사하였을 때 나타나는 확산 반사를 이용하여 측정하는 방법으로 반사 표준품에 의해 검출기에 도달하는 빛의 강도를 일정하게 조절하여야 한다. 이 때 사용되는 반사 표준품의 반사율에 따라 측정된 피부 스펙트럼의 흡광도가 달라져 O-H 밴드의 포화 현상이 나타나기도 하다. 99 %의 반사율을 나타내는 반사 표준품을 사용하였을 때는 스펙트럼의 흡광도가 높아져 1920 nm 부근에서 수분의 포화가 나타났으나, 40 %의 반사율을 나타내는 반사 표준품을 사용하였을 때는 이러한 포화현상을 피할 수 있었다. 근적외 분광분석기에 사용되는 광섬유 프로브의 특징을 연구하기 위해서 광섬유 프로브의 조사부와 검출부 사이의 간격이 0.33, 0.84 및 1.34 mm인 세 가지 종류의 프로브를 사용하여 피부에 대한 빛의 침투 거리에 관한 실험과 광섬유 프로브의 말단과 피부 표면과의 거리를 1.5 ~ 3.0 mm로 변화시킬 때 근적외선의 피부 침투거리에 미치는 영향을 검토하였다. 광섬유 프로브의 조사부와 검출부 사이의 간격이 멀어질수록 근적외선이 피부에 깊이 침투하여 흡광도가 높아졌으며, 프로브 말단과 피부 표면과의 거리가 커질수록 근적외선이 피부에 침투하는 거리가 짧아져 흡광도가 낮아졌다. 또한 흰쥐의 피부를 이용한 광섬유 프로브의 조사부와 검출부 사이의 간격에 따른 피부침투거리 측정 실험에서 거리가 0.33 mm인 광섬유 프로브의 근적외선 피부 침투거리는 1.0 ~ 1.4 mm 사이이었고, 조사부와 검출부 사이의 간격이 0.84 및 1.34 mm인 광섬유 프로브에서는 근적외선의 피부침투 거리가 17 mm 이상이었다. 광섬유 프로브 말단을 피부 표면에 밀착하여 피부를 측정한 경우에는 피부의 수분 증가에 따라 NIR 스펙트럼의 흡광도가 높아졌으나, 광섬유 프로브 말단과 피부 표면사이에 거리가 생기면 피부 수분이 증가하더라도 NIR 스펙트럼의 흡광도가 낮아지는 현상이 나타났다. 따라서 피부 수분을 정량적으로 측정하기 위해서는 광섬유 프로브 말단과 피부 표면사이의 거리를 0.0 mm(밀착)로 하는 것이 더 적합할 것으로 생각되었다. 근적외 분광분석 시스템의 안정성을 확인하기 위해 폴리스틸렌 판과 피부에 대한 재현성을 측정한 결과 폴리스틸렌 판을 측정하였을 때 평균 RSD(%)는 0.03이었고, 광섬유 프로브를 피부에 밀착시켜 연속적으로 측정했을때 0.33, 접촉과 비접촉을 반복하여 측정했을 정우 3.63로 비교적 양호한 결과를 보여 근적외선 분광분석 시스템의 안정성을 확인할 수 있었다. 근적외 분광분석 시스템의 파장 영역인 1100 ~ 2200 nm에서 각 파장에 따라 측정된 흡광도와 피부 수분과의 상관관계를 알아본 실험에서 스펙트럼을 1차 미분한 경우 1437 nm에서 0.86의 상관계수를 나타내 비교적 양호한 상관관계를 나타냈다. 근적외 분광분석 시스템으로 99 %와 40 %의 반사율을 나타내는 반사 표준품으로 광섬유 프로브 조사부와 검출부 사이의 간격과 프로브 말단과 피부 표면 사이의 거리를 변화 시켜 사람의 피부 스펙트럼을 얻고, 전기전도 도법에 의해 측정된 피부의 상대 수분량을 기준으로 1130 ~ 1850 nm 영역의 log (1/R) 스펙트럼을 사용하여 각각의 조건에 따라 PLSR을 수행하여 피부 수분 정량 모델을 작성하였다. 광섬유 프로브의 조사부와 검출부 사이의 간격이 0.34 mm인 프로브로 99 %의 반사율을 나타내는 반사 표준품을 사용하여 측정한 경우 광섬유 프로브 말단과 피부 표면 사이의 거리가 0.0 mm일 때 SEC 6.70, SEP 6.96이고 프로브 말단과 피부 표면 사이의 거리가 3.0 mm 일 때 SEC 4.57, SEP 5.05이었다. 동일한 광섬유 프로브로 40 %의 반사율을 나타내는 반사 표준품을 사용해 측정한 경우에는 프로브 말단과 피부 표면사이의 거리가 0.0 mm일 때 SEC 6.16, SEP 6.44이었고, 프로브 말단과 피부 표면사이의 거리가 3.0 mm일 때 SEC 4.85, SEP 4.99를 나타내었다. 99 %나 40 %의 반사율을 나타내는 반사 표준품을 사용한 경우 비슷한 결과를 나타내었고, 광섬유 프로브 말단과 피부 표면 사이의 거리가 증가함에 따라 calibration 결과는 더 좋아지는 것을 알 수 있었다. 이상의 결과는 근적외 분광분석 시스템의 최적화를 위한 조건을 연구하여 간편하고 신속하며 안정적으로 피부수분을 측정할 수 있음을 나타낸다. 또한 광섬유 프로브의 조사부와 검출부 사이의 거리 변화를 주어 근적외선이 피부를 침투하는 거리를 알아보는 연구를 통해 사람의 피부 수분 뿐만 아니라 혈당 분석이나 헤모글로빈, 빌리루빈 측정 같은 인체 내 성분에 대해 근적외선을 이용하여 비침습적으로 모니터링 할 수 있는 방법을 연구하는데 기초 자료로 활용될 수 있을 것으로 생각된다.
피부의 각질층에 존재하는 수분은 피부 건강에 영향을 미치는 중요한 요인 중의 하나이다. 건강한 피부는 그 밑에 있는 조직을 보호하고 질병을 일으키는 미생물과 독소로부터의 장벽 역할을 한다. 다양한 생리적인 조건과 환경 요인은 피부의 장벽으로서의 기능을 손상시킬 수 있으며 그 때문에 피부의 수분이 손실되어 피부가 건조해지게 된다. 피부 수분을 측정하는 것은 피부 건강을 살피고 피부가 장벽으로서의 기능을 잘 수행하는지를 나타내는 척도가 될 수 있다. 근적외선을 이용하여 피부 수분을 신속하고 비파괴적으로 측정할 수 있는 방법을 연구하는데 있어 고려되어야 하는 여러 조건에 대해 연구하고, 이에 따른 결과를 실제 피부 수분 측정에 적용하여 적합한 정량 모델을 개발하고자 하였다. 근적외 분광분석 시스템은 근적외선을 피부에 조사하였을 때 나타나는 확산 반사를 이용하여 측정하는 방법으로 반사 표준품에 의해 검출기에 도달하는 빛의 강도를 일정하게 조절하여야 한다. 이 때 사용되는 반사 표준품의 반사율에 따라 측정된 피부 스펙트럼의 흡광도가 달라져 O-H 밴드의 포화 현상이 나타나기도 하다. 99 %의 반사율을 나타내는 반사 표준품을 사용하였을 때는 스펙트럼의 흡광도가 높아져 1920 nm 부근에서 수분의 포화가 나타났으나, 40 %의 반사율을 나타내는 반사 표준품을 사용하였을 때는 이러한 포화현상을 피할 수 있었다. 근적외 분광분석기에 사용되는 광섬유 프로브의 특징을 연구하기 위해서 광섬유 프로브의 조사부와 검출부 사이의 간격이 0.33, 0.84 및 1.34 mm인 세 가지 종류의 프로브를 사용하여 피부에 대한 빛의 침투 거리에 관한 실험과 광섬유 프로브의 말단과 피부 표면과의 거리를 1.5 ~ 3.0 mm로 변화시킬 때 근적외선의 피부 침투거리에 미치는 영향을 검토하였다. 광섬유 프로브의 조사부와 검출부 사이의 간격이 멀어질수록 근적외선이 피부에 깊이 침투하여 흡광도가 높아졌으며, 프로브 말단과 피부 표면과의 거리가 커질수록 근적외선이 피부에 침투하는 거리가 짧아져 흡광도가 낮아졌다. 또한 흰쥐의 피부를 이용한 광섬유 프로브의 조사부와 검출부 사이의 간격에 따른 피부침투거리 측정 실험에서 거리가 0.33 mm인 광섬유 프로브의 근적외선 피부 침투거리는 1.0 ~ 1.4 mm 사이이었고, 조사부와 검출부 사이의 간격이 0.84 및 1.34 mm인 광섬유 프로브에서는 근적외선의 피부침투 거리가 17 mm 이상이었다. 광섬유 프로브 말단을 피부 표면에 밀착하여 피부를 측정한 경우에는 피부의 수분 증가에 따라 NIR 스펙트럼의 흡광도가 높아졌으나, 광섬유 프로브 말단과 피부 표면사이에 거리가 생기면 피부 수분이 증가하더라도 NIR 스펙트럼의 흡광도가 낮아지는 현상이 나타났다. 따라서 피부 수분을 정량적으로 측정하기 위해서는 광섬유 프로브 말단과 피부 표면사이의 거리를 0.0 mm(밀착)로 하는 것이 더 적합할 것으로 생각되었다. 근적외 분광분석 시스템의 안정성을 확인하기 위해 폴리스틸렌 판과 피부에 대한 재현성을 측정한 결과 폴리스틸렌 판을 측정하였을 때 평균 RSD(%)는 0.03이었고, 광섬유 프로브를 피부에 밀착시켜 연속적으로 측정했을때 0.33, 접촉과 비접촉을 반복하여 측정했을 정우 3.63로 비교적 양호한 결과를 보여 근적외선 분광분석 시스템의 안정성을 확인할 수 있었다. 근적외 분광분석 시스템의 파장 영역인 1100 ~ 2200 nm에서 각 파장에 따라 측정된 흡광도와 피부 수분과의 상관관계를 알아본 실험에서 스펙트럼을 1차 미분한 경우 1437 nm에서 0.86의 상관계수를 나타내 비교적 양호한 상관관계를 나타냈다. 근적외 분광분석 시스템으로 99 %와 40 %의 반사율을 나타내는 반사 표준품으로 광섬유 프로브 조사부와 검출부 사이의 간격과 프로브 말단과 피부 표면 사이의 거리를 변화 시켜 사람의 피부 스펙트럼을 얻고, 전기전도 도법에 의해 측정된 피부의 상대 수분량을 기준으로 1130 ~ 1850 nm 영역의 log (1/R) 스펙트럼을 사용하여 각각의 조건에 따라 PLSR을 수행하여 피부 수분 정량 모델을 작성하였다. 광섬유 프로브의 조사부와 검출부 사이의 간격이 0.34 mm인 프로브로 99 %의 반사율을 나타내는 반사 표준품을 사용하여 측정한 경우 광섬유 프로브 말단과 피부 표면 사이의 거리가 0.0 mm일 때 SEC 6.70, SEP 6.96이고 프로브 말단과 피부 표면 사이의 거리가 3.0 mm 일 때 SEC 4.57, SEP 5.05이었다. 동일한 광섬유 프로브로 40 %의 반사율을 나타내는 반사 표준품을 사용해 측정한 경우에는 프로브 말단과 피부 표면사이의 거리가 0.0 mm일 때 SEC 6.16, SEP 6.44이었고, 프로브 말단과 피부 표면사이의 거리가 3.0 mm일 때 SEC 4.85, SEP 4.99를 나타내었다. 99 %나 40 %의 반사율을 나타내는 반사 표준품을 사용한 경우 비슷한 결과를 나타내었고, 광섬유 프로브 말단과 피부 표면 사이의 거리가 증가함에 따라 calibration 결과는 더 좋아지는 것을 알 수 있었다. 이상의 결과는 근적외 분광분석 시스템의 최적화를 위한 조건을 연구하여 간편하고 신속하며 안정적으로 피부수분을 측정할 수 있음을 나타낸다. 또한 광섬유 프로브의 조사부와 검출부 사이의 거리 변화를 주어 근적외선이 피부를 침투하는 거리를 알아보는 연구를 통해 사람의 피부 수분 뿐만 아니라 혈당 분석이나 헤모글로빈, 빌리루빈 측정 같은 인체 내 성분에 대해 근적외선을 이용하여 비침습적으로 모니터링 할 수 있는 방법을 연구하는데 기초 자료로 활용될 수 있을 것으로 생각된다.
Skin hydration is a key factor contributing to skin health. Healthy skin protects the underlying tissues and acts as a barrier to disease-causing organism and toxins. A variety of physiological and environmental conditions can compromise the barrier function of skin thereby exacerbating water loss a...
Skin hydration is a key factor contributing to skin health. Healthy skin protects the underlying tissues and acts as a barrier to disease-causing organism and toxins. A variety of physiological and environmental conditions can compromise the barrier function of skin thereby exacerbating water loss and resulting in dehydrated skin. Skin hydration measurements provide insight to the health of skin and are a strong indicator the integrity of skin barrier function. In this study, the rapid and nondestructive method for determination of the moisture in stratum corneum was developed. A portable NIR system with a fiber optic probe were used to acquire NIR diffuse reflectance spectra of human skin. The optimization of the system was investigated for human skin moisture. In the NIR spectra, saturation of OH band near 1920 nm was found. It is due to the high concentration of skin moisture and high absorption band of OH, the detector signal is very small. To avoid the saturation of water absorption in the skin, 40% reflectance ratio standard is better than 99 %.. Skin depth profiling was investigated by changing the gap between illumination and the receiving of radiation in the terminal of a fiber probe in the near infrared region. The distance between the fiber terminal and the skin surface was also studied. The collected near infrared(NIR)-radiation information could be controlled through making changes to the gap and distance of the fiber optic probe. It was conformed that the longer the gap we used, the deeper the site beneath the skin surface from which we could get information. Three kinds of probes with gaps such as 0.33 mm, 0.84 mm, and 1.34 mm were designed. The distance such as 1.5 mm, 2.0 mm, and 3.0 mm were studied to control the intensity of water absorbance. The dorsal skin of rat skin with different thicknesses of 1.0, 1.4, and 1.7 mm was used for the investigation of depth profiling depending on the gap of the probes. This study showed that when using a 0.33 mm- gap probe, we can get skin information from up to about 1.01.4 mm depth with rat skin. When using a 0.84 mm and 1.34mm gap-fiber optic probe, the NIR-radiation from the source passes through the skin sample and down to 1.7 mm below the skin surface before returning to the receiving part of the probe. Moreover, we found that the distance of fiber optic probe made the reversed peak, the higher the skin moisture, the lower the absorption of NIR spectrum. We measured human skin moisture depending on the gap size and distance of fiber optic probe. Partial least squares regression (PLSR) was applied to develop a calibration model. For practical use of the evaluation of human skin moisture, the PLS model for human skin moisture was developed in vivo the basis of the relative water content of stratum corneum from the conventional capacitance method. When using 0.33 mm gap and 0.0 mm distance fiber optic probe and 99 reflectance ratio standard at 1130 ~ 1830 nm, SEC and SEP were 6.70 and 6.96 respectively. When the distance is 3.0, SEC and SEP were 4.57 and 5.05. In case of 40 % reflectance ration standard, SEC and SEP were 6.16, 6.44 and 4.85, 4.99. These studies showed that the developed portable NIR system would be more effective and practical for calibration for human skin moisture. The portable NIR system can be used for human skin as a rapid and nondestructive method. This skin depth profiling study results would be a great help to condition the acquiring of NIR spectra for the non-invasive blood components monitoring such as blood glucose, bilirubin, oxygenization as well as human skin moisture.
Skin hydration is a key factor contributing to skin health. Healthy skin protects the underlying tissues and acts as a barrier to disease-causing organism and toxins. A variety of physiological and environmental conditions can compromise the barrier function of skin thereby exacerbating water loss and resulting in dehydrated skin. Skin hydration measurements provide insight to the health of skin and are a strong indicator the integrity of skin barrier function. In this study, the rapid and nondestructive method for determination of the moisture in stratum corneum was developed. A portable NIR system with a fiber optic probe were used to acquire NIR diffuse reflectance spectra of human skin. The optimization of the system was investigated for human skin moisture. In the NIR spectra, saturation of OH band near 1920 nm was found. It is due to the high concentration of skin moisture and high absorption band of OH, the detector signal is very small. To avoid the saturation of water absorption in the skin, 40% reflectance ratio standard is better than 99 %.. Skin depth profiling was investigated by changing the gap between illumination and the receiving of radiation in the terminal of a fiber probe in the near infrared region. The distance between the fiber terminal and the skin surface was also studied. The collected near infrared(NIR)-radiation information could be controlled through making changes to the gap and distance of the fiber optic probe. It was conformed that the longer the gap we used, the deeper the site beneath the skin surface from which we could get information. Three kinds of probes with gaps such as 0.33 mm, 0.84 mm, and 1.34 mm were designed. The distance such as 1.5 mm, 2.0 mm, and 3.0 mm were studied to control the intensity of water absorbance. The dorsal skin of rat skin with different thicknesses of 1.0, 1.4, and 1.7 mm was used for the investigation of depth profiling depending on the gap of the probes. This study showed that when using a 0.33 mm- gap probe, we can get skin information from up to about 1.01.4 mm depth with rat skin. When using a 0.84 mm and 1.34mm gap-fiber optic probe, the NIR-radiation from the source passes through the skin sample and down to 1.7 mm below the skin surface before returning to the receiving part of the probe. Moreover, we found that the distance of fiber optic probe made the reversed peak, the higher the skin moisture, the lower the absorption of NIR spectrum. We measured human skin moisture depending on the gap size and distance of fiber optic probe. Partial least squares regression (PLSR) was applied to develop a calibration model. For practical use of the evaluation of human skin moisture, the PLS model for human skin moisture was developed in vivo the basis of the relative water content of stratum corneum from the conventional capacitance method. When using 0.33 mm gap and 0.0 mm distance fiber optic probe and 99 reflectance ratio standard at 1130 ~ 1830 nm, SEC and SEP were 6.70 and 6.96 respectively. When the distance is 3.0, SEC and SEP were 4.57 and 5.05. In case of 40 % reflectance ration standard, SEC and SEP were 6.16, 6.44 and 4.85, 4.99. These studies showed that the developed portable NIR system would be more effective and practical for calibration for human skin moisture. The portable NIR system can be used for human skin as a rapid and nondestructive method. This skin depth profiling study results would be a great help to condition the acquiring of NIR spectra for the non-invasive blood components monitoring such as blood glucose, bilirubin, oxygenization as well as human skin moisture.
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