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The effect of dermal histologic parameters on the optical skin properties: the analysis using crossed polarized light imaging on fresh cadavers

  • 홍지혁 (대학원 의학과 피부과학전공)

초록/요약

배경 피부의 밝기는 표면반사와 표면하반사의 총합으로 이루어진다. 표면하반사는 피부에서 반사된 전체 빛의 90% 이상을 차지하며, 콜라겐섬유와 같은 진피의 미세구조와 관련되어 있다고 보여진다. 목적 진피의 어떤 조직학적 특성이 피부의 밝기와 관련이 있는지 조사하는 것이다. 연구대상 및 방법 총 15개의 카데바가 피부영상과 피부조직 표본을 얻기 위해 사용되었다. 10 개의 카데바는 이마, 뺨, 팔, 복부, 하체의 다섯 부위의 피부를, 나머지 5개의 카데바는 esthetic unit에 근거하여, 이마, 코, 윗입술, 턱, 눈밑 부분, 관자놀이, 광대, 하악의 여덟 부위의 피부를 제공해주었다. 우선, 불투명한 깔때기 모양의 도구를 이용해 동일한 거리와, light emitting diode(LED) 렌즈내장조명으로 각 부위의 이미지를 일관성 있게 얻어, 각 실험 부위의 피부색을 측정했다. 둘째로, 백색과 녹색 LED로 각각 교차편광영상을 얻었다. 이후 모든 실험부위의 촬영된 이미지들의 Commission International d’Eclairage L*a*b* (CIELAB)값을 계산하였다. 카데바에서 얻은 피부 슬라이드 표본을 Masson’s trichrome 염색과 Hematoxylin & eosin 염색으로 처리하였다. 디지털카메라가 연결된 광학현미경을 이용하여 슬라이드들을 촬영하여 분석을 위한 이미지를 얻었다. Masson’s trichrome 염색된 슬라이드에서 이미지 분석 소프트웨어의 기능인 color thresholding 방법을 사용하여 콜라겐섬유의 밀도를 측정하였다. 또한, 콜라겐섬유의 직경, 표피와 진피의 두께, 피지샘의 크기 등을 Hematoxylin & eosin 슬라이드에서 측정하였다. 상관분석은 측정을 통해 얻은 CIELAB 값과 피부 표본에서 측정된 조직학적 특징들 사이의 통계적 관계를 알아보기 위해 시행되었다. 결과 상관분석에서 색채이미지의 L*값은 콜라겐섬유의 밀도(깊이 0-0.3 mm, r=0.2672, P=0.0014, 0.3-0.6 mm, r=0.4201, P=0.0002, 0.6-0.9 mm, r=0.2966, P=0.0173), 진피의 두께(r=0.5437, P<0.0001)와 유의미한 양의 상관관계를 보였고, 표피의 두께와는 음의 상관관계를 보였다(r=-0.2350, P=0.0454). 색채이미지의 a*값은 콜라겐섬유의 밀도(깊이 0-0.3 mm, r=-0.4731, P<0.0001, 0.3-0.6 mm, r=-0.4431, P<0.0001, 0.6-0.9 mm, r=-0.3877, P=0.0015)와 유두 밑 그물까지의 깊이(r=-0.2786, P=0.0214), 진피의 두께(r=-0.6387, P<0.0001), 피지샘의 크기(r=0.2419, P=0.0406)와 음의 상관관계를 보였다. 백색 교차편광이미지의 L*값은 망상진피의 콜라겐섬유 직경(r=0.2877, P=0.0136)과 진피의 두께(r=0.2378, P=0.0428)에서 양의 상관관계를 보였으며, 유두 밑 그물까지의 깊이(r=-0.3439, P=0.0041)와는 음의 상관관계를 보였다. 녹색 교차편광이미지의 L*값은 진피 내의 콜라겐섬유의 밀도(깊이 0-0.3 mm, r=0.4955, P<0.0001, 0.3-0.6 mm, r=0.4402, P=0.0001, 0.6-0.9 mm, r=0.3586, P=0.0036), 망상진피의 콜라겐섬유 직경(r=0.3358, P=0.0037), 진피의 두께(r=0.4862, P<0.0001)와 양의 상관관계를 보였다. 표피의 두께(r=-0.2586, P=0.0272)와는 음의 상관관계를 보였다. 결론 이번 연구 결과에 따르면, 피부의 밝기는 진피의 콜라겐섬유의 밀도와 굵기, 진피의 두께와 같은 진피 구조의 특성들과 관련이 있었다. 추가적인 연구를 통해 진피의 미세구조를 변화시킴으로써 피부의 밝기를 증가시킬 수 있을 것이다.

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초록/요약

Background: The brightness of skin is affected by surface reflection and subsurface reflection. It has been found that the subsurface reflection comprises more than 90% of the light reflected from the skin and is associated with the dermal micro-structures, such as collagen fiber. Objective: The aim of study was to investigate which histologic characteristics of dermis are related to the brightness of skin. Materials and Methods: Total fifteen cadavers were examined for photographs and skin specimens. Ten cadavers provided 5 parts of skin: forehead, cheek, forearm, abdomen, lower leg. Other five cadavers provided 8 facial parts based on esthetic units: forehead, nose, upper lip, chin, infraorbital area, temple, zygoma, mandible. Colorimetric images of each site were photographed without polarized light using funnel-shaped spacer. And, the gross photos were obtained using crossed-polarized light (CPL) with white and green light emitting diode (LED). The Commission International d’Eclairage L*a*b* (CIELAB) values of each image was measured. Obtained specimens were processed with Masson‘s trichrome stain and hematoxylin & eosin stain. These slides were photographed with the optical microscope connected to digital camera and theses images were used for measurements. Masson‘s trichrome stained slides were measured to investigate the density of collagen fibers using color thresholding method, the function of image analysis software. Also, the diameter of collagen fibers, the thickness of dermis and epidermis, the size of sebaceous gland were measured in hematoxylin & eosin stained slides. Correlational analysis was performed to determine the relationship between the measured CIELAB values ​​and the measured histologic features. Results: : In correlation analysis, the L* value of colorimetric images had positive correlations with the density of collagen fibers (0-0.3 mm depth, r=0.2672, P=0.0014, 0.3-0.6 mm depth, r=0.4201, P=0.0002, 0.6-0.9 mm depth, r=0.2966, P=0.0173), the thickness of dermis (r=0.5437, P<0.0001) and showed a negative correlation with the thickness of epidermis (r=-0.2350, P=0.0454). The a* value of colorimetric images had negative correlations with the density of collagen fibers (0-0.3 mm depth, r=-0.4731, P<0.0001, 0.3-0.6 mm depth, r=-0.4431, P<0.0001, 0.6-0.9 mm depth, r=-0.3877, P=0.0015), the depth to rete subpapillare (r=-0.2786, P=0.0214), the thickness of dermis (r=-0.6387, P<0.0001), and the size of sebaceous gland (r=0.2419, P=0.0406). The L* value of white CPL images showed positive correlations with the diameter of reticular collagen (r=0.2877, P=0.0136), the thickness of dermis (r=0.2378, P=0.0428), and a negative correlation with the depth to rete subpapillare (r=-0.3439, P=0.0041). The L* values of green CPL images had positive correlations with the density of collagen fibers (0-0.3 mm depth, r=0.4955, P<0.0001, 0.3-0.6 mm depth, r=0.4402, P=0.0001, 0.6-0.9 mm depth, r=0.3586, P=0.0036), the diameter of reticular collagen (r=0.3358, P=0.0037), the thickness of dermis(r=0.4862, P<0.0001), and showed a negative correlation with the thickness of epidermis (r=-0.2586, P=0.0272). Conclusion: According to the findings, the skin brightness was related to the properties of dermal structures, such as density and diameter of collagen, thickness of dermis. With further research, it is possible to enhance the brightness of skin by modifying dermal micro-structures.

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목차

I. Introduction ______________________________ 1

II. Materials and Methods ___________________ 2

III. Results _________________________________ 6

IV. Discussion _____________________________ 9

V. Conclusion _____________________________ 16

VI. References _____________________________ 18

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