[논문]850 nm 파장대 근적외선과 갈바닉 전류기반의 눈가 주름 치료기 개발 및 영상 분석을 통한 치료성능 검증

안성수; 권기진

doi:10.9717/kmms.2018.21.12.1379

850 nm 파장대 근적외선과 갈바닉 전류기반의 눈가 주름 치료기 개발 및 영상 분석을 통한 치료성능 검증
Design of 850 nm Near Infrared and Galvanic Current Based Eyeglass-Type Device for Periorbital Wrinkle Treatment and Verification of Treatment Performance through Image Analysis 원문보기

멀티미디어학회논문지 = Journal of Korea Multimedia Society, v.21 no.12, 2018년, pp.1379 - 1386

안성수 (Machinery & Robot Research Division, Daegu Mechatronics & Materials Institute) , 권기진 (Department of Automatic Electrical Engineering, Yeungnam University College)

Abstract ▼ AI-Helper

In this paper, we proposed eyeglass type periorbital wrinkle treatment device for reducing and improving periorbital wrinkles using near infrared LED of 850nm wavelength and galvanic current. The proposed periorbital wrinkle treatment device is equipped with a control system based on F-PCB. It consists of eight near-infrared LEDs and four indicator LEDs for treatment of right and left periorbital wrinkles. The eyeglass frame is coated with conductive material, so galvanic current can flow to the skin of periorbital wrinkle contacted to it. One male adult in the mid-40s was allowed to use the device for 10 minutes every day for 4 weeks. After 4 weeks, image analysis using optical equipment for measuring wrinkles indicated that wrinkle indexes were reduced.

주제어

표/그림 (12)

그림 Fig. 1. Skin structure.
그림 Fig. 2. The electromagnetic spectrum.
그림 Fig. 3. Skin penetration depth according to light wavelength.
그림 Fig. 4. System design concept. (a) Appearance size, (b) Light source and galvanic output section
그림 Fig. 5. Control system block diagram.
그림 Fig. 6. Fabricated control board based on F-PCB.
그림 Fig. 7. Periorbital wrinkle treatment prototype.
그림 Fig. 8. Treatment operation flowchart.
표 Table 1. Galvanic current measurement results
그림 Fig. 9. Before and after wrinkle treatment photos. (a)Right-D0, (b) Right-D29, (c) Left-D0, (d) Left-D29.
그림 Fig. 10. Changes in wrinkle indexes before and after use. (a) Right periorbital wrinkle, (b) Left periorbital wrinkle.
표 Table 2. Changes in wrinkle indexes before and after use

AI 본문요약
AI-Helper

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문제 정의

본 논문에서는 앞서 언급한 방법들 중 수술, 주사요법 등 전문적인 병원에서 눈가주름을 개선하던 방법에서 탈피하고 개인이 일상생활에서 눈가주름 치료를 위해 안면부에 편리하게 장착이 가능한 안경타입의 눈가주름치료기를 제안한다. 제안된 치료기는 850 nm 파장대의 LED를 통한 근적외선과 갈바닉 전류를 동시에 이용하여 눈가주름부위에 직접 조사하는 방식으로 눈가의 주름을 치료하게 되며 스마트폰과 연동하여 LED광 세기 및 갈바닉 전류의 세기를 조절할 수 있는 구조로 개발되었다.
본 논문에서는 피부노화가 진행됨에 따라 사람의 얼굴에서 주름이 가장 쉽게 발생되는 부위인 눈가주름 개선을 위해 근적외선과 갈바닉 전류를 복합적으로 이용하고 일상 생활에서도 사용이 가능한 안경 형태의 눈가 주름 치료기를 제안하고 프로토타입 시스템을 제작하였다. 제작된 주름치료기는 850nm 파장대의 근적외선을 방출하는 LED와 400㎂의 갈바닉전류를 흘릴 수 있는 전극으로 구성되어 있으며 10분 정도의 충전시간 및 30분정도의 연속사용시간을 가진다.

제안 방법

근적외선 LED 입력 전류는 30 mA, 갈바닉 전류는 400 μA 출력으로 세팅한 후 Deep care 모드로 매일 10분간 사용하였다.
7에서 볼 수 있다. 근적외선 LED에서 출력되는 빛은 투명재질의 플라스틱 판을 통해 눈가부위로 조사되도록 제작되었다. 또한 피부에 집적 접촉되는 프레임부위는 앞서 설명한 대로 골드코팅 처리하여 갈바닉 전류가 눈가주름부위로 흐를 수 있게 구현되어있다.
전체적인 크기는 정면에서 봤을 때 좌우폭 160 mm, 측면 길이 167 mm, 측면 높이 약 47 mm로구성되어 있으며 착용 시 눈가 및 눈밑 부위 각각 2군데를 LED광원으로 조사하며 빛이 나오는 테두리 부분이 전극처리되어 밀착되는 피부 부위 주변으로 갈바닉 전류가 흐르는 구조이다. 기구 디자인을 바탕으로 주름치료기 제어시스템의 설계를 진행하였다.
본 임상실험에 앞서 제작된 프로토타입 주름치료기를 40대 중반 남성 1명에 대해 4주 동안 사용하고 난 후 눈가주름의 변화를 측정하였다. 근적외선 LED 입력 전류는 30 mA, 갈바닉 전류는 400 μA 출력으로 세팅한 후 Deep care 모드로 매일 10분간 사용하였다.
시스템의 설계방향은 앞서 설명한 바와 같이 피부에 가장 깊이 투과되는 800～900 nm파장대를 가지는 근적외선과 갈바닉 전류의 조합으로 치료를 수행하고 안경형으로 눈가에 직접 착용하여 TV시청, 독서 등 일상 활동이 가능한 구조로 아래와 같은 세부적인 사항들을 가지고 설계를 진행하였다.
제안된 주름치료기는 850 nm 파장대의 근적외선을 방출하는 LED를 기반으로 설계하였으며 안면부 좌우 각각 눈밑 부위 조사를 위한 근적외선 850 nm 파장대 LED 3개와 근적외선 방출을 알려주는 인디케이터용 LED 1개를 배치하고 좌우 눈가 부위 같은 파장대의 근적외선 LED 1개 및 인디케이터용 적색 LED 1개를 배치하는 방식으로 총 12개의 LED를 배치하였다. 피부에 닿는 근적외선 방출부에는 PC재질의 확산판을 달아 근적외선이 골고루 퍼질 수 있도록 구현하였고 갈바닉 전극은 3.
본 논문에서는 앞서 언급한 방법들 중 수술, 주사요법 등 전문적인 병원에서 눈가주름을 개선하던 방법에서 탈피하고 개인이 일상생활에서 눈가주름 치료를 위해 안면부에 편리하게 장착이 가능한 안경타입의 눈가주름치료기를 제안한다. 제안된 치료기는 850 nm 파장대의 LED를 통한 근적외선과 갈바닉 전류를 동시에 이용하여 눈가주름부위에 직접 조사하는 방식으로 눈가의 주름을 치료하게 되며 스마트폰과 연동하여 LED광 세기 및 갈바닉 전류의 세기를 조절할 수 있는 구조로 개발되었다.
제작된 눈가주름치료기 상용화 시 사용상의 문제점 여부를 파악하기 위해 고온 및 저온 저장 후 동작 여부 검증, 갈바닉 전류 측정, 충전시간 및 연속사용 시간 측정으로 이루어진 기본적인 성능 시험을 수행하였다.
치료 전(D0)과 치료 후(D29)의 주름측정은 미세주름영상 측정 장치인 Skin Visionmeter(SV 600)을 이용하여 좌우 눈가의 동일부위 3회씩 측정하여 각각의 평균값을 구하였다. SV 600의 분석 소프트웨어를 통해 정량화된 주름은 R1, R2, R3, R4, R5값으로 표시된다.
근적외선 LED 입력 전류는 30 mA, 갈바닉 전류는 400 μA 출력으로 세팅한 후 Deep care 모드로 매일 10분간 사용하였다. 치료기 착용 시 왼쪽 눈가 부위에는 비티민 C를 주성분으로 하는 에센스를 바르고 오른쪽 눈가에는 에센스를 바르지 않은 상태로 사용하여 기능성 화장품과 병행해서 사용했을 경우의 눈가주름 변화도 함께 관찰하고자 하였다.
제안된 주름치료기는 850 nm 파장대의 근적외선을 방출하는 LED를 기반으로 설계하였으며 안면부 좌우 각각 눈밑 부위 조사를 위한 근적외선 850 nm 파장대 LED 3개와 근적외선 방출을 알려주는 인디케이터용 LED 1개를 배치하고 좌우 눈가 부위 같은 파장대의 근적외선 LED 1개 및 인디케이터용 적색 LED 1개를 배치하는 방식으로 총 12개의 LED를 배치하였다. 피부에 닿는 근적외선 방출부에는 PC재질의 확산판을 달아 근적외선이 골고루 퍼질 수 있도록 구현하였고 갈바닉 전극은 3.1절 시스템 컨셉과 같이눈 밑부분과 눈가에 접촉되는 기구부에 골드(Au)로 코팅하여 제어 보드와 기구 프레임이 체결될 때 사용되는 볼트에 의해 갈바닉 전류가 흐르도록 구현하였다.

대상 데이터

4는 최종적으로 설계된 시스템의 기구 디자인이다. 전체적인 크기는 정면에서 봤을 때 좌우폭 160 mm, 측면 길이 167 mm, 측면 높이 약 47 mm로구성되어 있으며 착용 시 눈가 및 눈밑 부위 각각 2군데를 LED광원으로 조사하며 빛이 나오는 테두리 부분이 전극처리되어 밀착되는 피부 부위 주변으로 갈바닉 전류가 흐르는 구조이다. 기구 디자인을 바탕으로 주름치료기 제어시스템의 설계를 진행하였다.
본 논문에서는 피부노화가 진행됨에 따라 사람의 얼굴에서 주름이 가장 쉽게 발생되는 부위인 눈가주름 개선을 위해 근적외선과 갈바닉 전류를 복합적으로 이용하고 일상 생활에서도 사용이 가능한 안경 형태의 눈가 주름 치료기를 제안하고 프로토타입 시스템을 제작하였다. 제작된 주름치료기는 850nm 파장대의 근적외선을 방출하는 LED와 400㎂의 갈바닉전류를 흘릴 수 있는 전극으로 구성되어 있으며 10분 정도의 충전시간 및 30분정도의 연속사용시간을 가진다. 40대 중반 남성 피실험자 1명을 대상으로 10동안 4주간 연속으로 왼쪽 눈가에 비타민 C 제재의 에센스와 병행하여 사용하고 반대편 눈가에는 에센스를 바르지 않고 치료를 수행한 간이 임상실험에서 에센스와 병행한 경우 눈가 주름 지표 5가지에서 지표가 향상되었고 기기 자체만으로 사용한 경우 R5를 제외한 4가지 지표에서 주름이 개선되는 결과를 보였다.

성능/효과

제작된 주름치료기는 850nm 파장대의 근적외선을 방출하는 LED와 400㎂의 갈바닉전류를 흘릴 수 있는 전극으로 구성되어 있으며 10분 정도의 충전시간 및 30분정도의 연속사용시간을 가진다. 40대 중반 남성 피실험자 1명을 대상으로 10동안 4주간 연속으로 왼쪽 눈가에 비타민 C 제재의 에센스와 병행하여 사용하고 반대편 눈가에는 에센스를 바르지 않고 치료를 수행한 간이 임상실험에서 에센스와 병행한 경우 눈가 주름 지표 5가지에서 지표가 향상되었고 기기 자체만으로 사용한 경우 R5를 제외한 4가지 지표에서 주름이 개선되는 결과를 보였다. 또한 인체 피부에 이상반응이나 부작용이 없는 것으로 확인되었다.
갈바닉 전류의 경우 전류의 느낌이 부드러운 정도인 400 μA 정도의 값을 가지는지를 확인하기 위해 디지털 멀티미터로 출력 전류값을 측정하였고 3회 측정 후 평균 약 416 μA 정도의 값을 가짐을 확인하여 기기 사용 시 피부 자극과 관련된 영향은 없을 것으로 생각된다.
고온 저장 시험은 온도 80℃, 습도 80% R.H에서 24시간 저장 후 상온에서 2시간 방치한 뒤 기기의정상 동작 여부 확인, 그리고 저온 저장 시험은 -10℃에서 24시간 저장 후 상온에서 2시간 방치한 뒤 기기의 정상 동작 여부를 확인하는 방식으로 진행하였고 두 가지 경우 모두에서 기기가 정상 동작하는 것을 확인하였다
주름의 정도를 나타내는 지표인 R1부터 R5의 값을 보면 치료기 단독으로 치료를 진행한 경우 R5를 제외한 R1, R2, R3, R4 지표에서 주름 개선 효과를 보였으며 비타민 C 제재의 에센스와 치료기를 같이 사용한 경우 모든 지표에서 주름 개선 효과가 있음을 보여주고 있다. 특히 이들 지표 중 주름 개선여부를 판단하는데 대표적으로 이용되는 R2에서 에센스와 병행하여 치료를 한 경우 치료기 단독으로 사용했을 때 보다 효과가 좀 더 있는 것으로 나타났다.
주름의 정도를 나타내는 지표인 R1부터 R5의 값을 보면 치료기 단독으로 치료를 진행한 경우 R5를 제외한 R1, R2, R3, R4 지표에서 주름 개선 효과를 보였으며 비타민 C 제재의 에센스와 치료기를 같이 사용한 경우 모든 지표에서 주름 개선 효과가 있음을 보여주고 있다. 특히 이들 지표 중 주름 개선여부를 판단하는데 대표적으로 이용되는 R2에서 에센스와 병행하여 치료를 한 경우 치료기 단독으로 사용했을 때 보다 효과가 좀 더 있는 것으로 나타났다. 그리고 치료기를 사용하는 동안 피부 이상반응은 나타나지 않았다.

후속연구

그러나 보다 객관적이고 유의미한 주름개선효과를 입증하기 위해서는 피실험대상자의 수와 치료기간을 늘려야 할 것으로 판단되며 향후 피실험 대상자 수 및 치료기간을 늘린 임상실험을 진행할 예정이다.
개인마다 안면의 형상이 틀리기 때문에 우선적으로 한국인의 표준 안면 윤곽 사이즈에 대한 데이터를 확보하여 내수용을 위한 기구 구조 개선이 필요하며 나아가 해외 시장 진출을 위해 해당 국가별 안면 윤곽 사이즈를 고려한 수출용을 위한 기구 개선이 필요하다. 또한 착용 시 LED에서 방출되는 근적외선이 눈동자에 직접적으로 영향을 주지 않고 갈바닉 전극이 피부에 완전히 밀착될 수 있는 구조에 대한 개선도 필요하다고 판단됨에 따라 차후 기구적인 개선점들을 보완이 진행될 예정이다. 시스템적인 보완이 완료된 후 다수의 치료기를 제작하여 성별 및 연령대를 다양화하고 피실험 대상자의 표본수를 늘려 통계적으로 유의미한 치료성능 검증을 위한 본 임상실험을 수행할 예정이다.
또한 착용 시 LED에서 방출되는 근적외선이 눈동자에 직접적으로 영향을 주지 않고 갈바닉 전극이 피부에 완전히 밀착될 수 있는 구조에 대한 개선도 필요하다고 판단됨에 따라 차후 기구적인 개선점들을 보완이 진행될 예정이다. 시스템적인 보완이 완료된 후 다수의 치료기를 제작하여 성별 및 연령대를 다양화하고 피실험 대상자의 표본수를 늘려 통계적으로 유의미한 치료성능 검증을 위한 본 임상실험을 수행할 예정이다. 향후 이상피부를 검출할 수 있는 알고리듬[12]을 탑재한다면 눈가주름의 정도 및 치료가 동시에 가능한 복합 치료기로의 발전도 기대할 수 있을 것이라 판단된다.
시스템적인 보완이 완료된 후 다수의 치료기를 제작하여 성별 및 연령대를 다양화하고 피실험 대상자의 표본수를 늘려 통계적으로 유의미한 치료성능 검증을 위한 본 임상실험을 수행할 예정이다. 향후 이상피부를 검출할 수 있는 알고리듬[12]을 탑재한다면 눈가주름의 정도 및 치료가 동시에 가능한 복합 치료기로의 발전도 기대할 수 있을 것이라 판단된다.

질의응답

핵심어	질문	논문에서 추출한 답변
	미용은 어떤 역할을 하는가?	인간의 노화현상 중 피부노화는 외형적으로 확인이 가능하며 아름다움을 추구하는 인간의 본능과도 직결되어 있어 특히 여성층에서 피부노화의 진행을 늦추거나 개선하기 위해 상당한 노력과 비용을 지출하고 있다. 일반적으로 미용은 개인 용모의 미흡한 부분을 보완하여 만족감과 행복감을 부여함으로써 사회적 상호작용을 원활하게 유지 및 발전시키게 되고 개인의 정신건강뿐만 아니라 사회적 건강 증진에도 기여하는 역할을 하게 된다. 이와 관련하여 여성뿐만 아니라 남성들에게 있어서도 피부노화 억제는 삶에 대한 행복감을 증진시키는데 중요한 요소로 자리잡고 있다[1].
	40대 중반 남성을 대상으로 논문에서 제작한 주름치료기를 사용한 결과는 어땠는가?	제작된 주름치료기는 850nm 파장대의 근적외선을 방출하는 LED와 400㎂의 갈바닉전류를 흘릴 수 있는 전극으로 구성되어 있으며 10분 정도의 충전시간 및 30분정도의 연속사용시간을 가진다. 40대 중반 남성 피실험자 1명을 대상으로 10동안 4주간 연속으로 왼쪽 눈가에 비타민 C 제재의 에센스와 병행하여 사용하고 반대편 눈가에는 에센스를 바르지 않고 치료를 수행한 간이 임상실험에서 에센스와 병행한 경우 눈가 주름 지표 5가지에서 지표가 향상되었고 기기 자체만으로 사용한 경우 R5를 제외한 4가지 지표에서 주름이 개선되는 결과를 보였다. 또한 인체 피부에 이상반응이나 부작용이 없는 것으로 확인되었다.
	피부 주름의 발생 원인은 무엇인가?	손발 등의 신체 각 부위에 생긴다. 피부 주름은 여러 가지 내적, 외적 요인이작용하여 각질층 수분량의 저하, 각질층의 비후, 표피의위축, 진피의 교원섬유 및 탄력섬유의 변성 등에 의한 피부의 3차 구조의 변화를 유발하여 탄력성이나 신축성이 저하되어 발생하는 것이다. 주름을 비롯한 피부의 노화는 장시간에 걸쳐 일어나는 미세한 변화의 축적이기때문에 평상 시 피부가 받고 있는 자극을 막기 위하여 꾸준한 관리와 주의가 필요하다.

참고문헌 (12)

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원문보기 상세보기
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원문보기 상세보기
J.H. Kim, Improvement of the Clinical Experiment Which Uses the Micro-needle and Galvanic Current Machine of Skin Condition, Master's Thesis of Sookmyung Women's University, 2008.
M.S. Jeon and K.J. Cheoi, “Detection of Abnormal Region of Skin using Gabor Filter and Density-based Spatial Clustering of Applications with Noise,” Journal of Korea Multimedia Society, Vol. 21, No. 2, pp. 117-129, 2018.

저자의 다른 논문 :

표제어: PCR

동의어: Packet Collision Rate

용어 설명 출처 목록 (6)

용어 설명: PCR은 세균 특이성이 있는 primer를 이용하여 적은 수의 세균이 있을지라도 쉽게 검출할 수 있는 유용한 방법이며, 이를 이용하여 구강 내 치면세균막이나 타액에서 직접 세균을 검출할 수 있게 되었다[8].

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