Тепловизионный мониторинг в косметологии

ИННОВАЦИИ № 7 (84), 2005

сследования и разработки Тепловизионный мониторинг в косметологии

Б. Г. Вайнер,

ведущий научный сотрудник ИФП СО РАН, доцент НГУ, к. ф.-м. н., заслуженный ветеран СО РАН Институт физики полупроводников СО РАН

Продемонстрированы многосторонние и ранее недостижимые возможности, открывающиеся перед косметологией при использовании теплови-зионного метода контроля. Работа посвящена применению тепловизоров в косметических салонах, предназначенных для ухода за здоровой кожей широких слоев населения. Отмечена перспективность коротковолнового спектрально-узкополосного матричного тепловидения для решения рассматриваемых задач. Метод физически обоснован, проиллюстрирован примерами из реальной косметологической практики, показана его коммерческая привлекательность.

Введение

Современная косметология представлена сегодня мощной индустрией разнообразных биологических и химических препаратов, а также богатейшим арсеналом аппаратных средств, осуществляющих механические, гальванические, электромагнитные и другие способы воздействия на кожу. В связи с этим представляется важным поиск эффективных методов контроля качества и применимости разрабатываемой в косметологии продукции, ориентированной на широкое использование.

В публикуемых материалах, связанных с научными и практическими достижениями косметологии, много внимания уделяется описанию самого производимого продукта, но редко встречаются сведения о методах и результатах исследования эффективности действия препаратов и процедур. Более того, организация всестороннего и квалифицированного контроля косметических препаратов и новой техники сегодня крайне затруднена из-за непрерывно нарастающего притока последних. Часто заключение об эффективности воздействия составляется на основании субъективной (визуальной) оценки конечного состояния кожи или исходя из самочувствия клиента. Такой подход к решению проблемы трудно признать достаточным для обеспечения доверия к используемым средствам, ситуация чревата проникновением на рынок сомнительных видов изделий, способных отразиться на здоровье людей или привести к необоснованным затратам потребителей. Все это актуализирует поиск надежных, физически обоснованных

Scope of new, inaccessible earlier, versatile capabilities of cosmetology armed with the infrared thermography technique is demonstrated. Prime attention is paid to use of infrared monitoring in the beauty salons aimed at skin care of wide sections of healthy population. Potentialities of the narrow spectral range short-wave infrared thermography for solving the problems in question are indicated. The cosmetological use of described merchantable method is physically proved and illustrated by examples taken from real practice.

способов объективного контроля в косметологии, пригодных для широкого применения в салонах непосредственно в процессе косметического сеанса с целью проверки корректности осуществляемых воздействий и оценки эффективности проводимых процедур.

В настоящей работе описан новый для косметологии эффективный метод контроля, позволяющий объективно оценить действие косметических средств и препаратов на организм человека в реальном масштабе времени, существенно повысить производительность и качество труда косметологов. Этот метод — инфракрасная (дистанционная) термография, или тепловидение.

Несмотря на длительное успешное применение тепловидения в медицине (в частности, в дерматологии), косметология, занимающаяся здоровой кожей, долгое время оставалась безучастной к данной технологии. Богатые перспективы использования тепловидения в этой области были представлены в 1997 г. в нашем докладе на Международном форуме «Технологии красоты» (г. Москва) и вскоре — на ряде конференций [1]. В 1999 г. был получен соответствующий патент РФ (№ 2142634). Появившиеся в дальнейшем сообщения, посвященные этой проблематике (см., например, [2]), свидетельствуют о том, что тепловидение стало постепенно обосновывать новую область своих многогранных приложений — косметологию. К сожалению, эта тенденция развивается сегодня крайне медленно, что большей частью связано с недостаточным пониманием огромных возможностей рассматриваемого метода в данной сфере.

Настоящая работа посвящена применению тепло-визионного метода в том направлении косметологии,

где результаты указанной науки используются в профессиональных косметических салонах, занимающихся уходом за кожей широких масс здорового населения.

Техническое оснащение измерений

Представленные материалы получены на базе тепловизионных измерений, сопровождавших плановую работу косметологов в профессиональном косметическом салоне «Виола» (Россия, г. Новосибирск). Был использован компьютерный медицинский тепловизор нового поколения ТКВр-ИФП, построенный на основе матричного (128x128) детектора ИК излучения. Быстродействие прибора составляло до 50 кадров в секунду, температурная чувствительность была равной 0,03°С (для температуры объекта 30°С). Необычным для тепловизоров общего назначения свойством описанного аппарата была работа в узкой полосе коротковолновой части ИК спектра (область чувствительности 2,5-3 мкм). Отметим, что тепловизоры с подобным построением в мире аналогов не имеют, они уверенно зарекомендовали себя в медико-биологических исследованиях человека [3].

Тепловизионное обследование абсолютно безвредно, поскольку при нем отсутствуют какие-либо факторы воздействия на организм со стороны прибора, измеряется лишь собственное тепловое (инфракрасное, или ИК) излучение самого человека. Следует сказать, что современное тепловидение — это не только прием и визуализация излучения. Неотъемлемыми его качествами являются также автоматизированная обработка изображений и интеллектуальный анализ полученных термограмм, ориентированный на особенности исследуемых объектов. В этом смысле современное тепловидение неотделимо от его конкретной предназначенности. Одной из таких предназначенностей служит косметология.

Физические и физиологические механизмы, способствующие адекватной применимости тепловидения в косметологии

Кожа человека отражает сложные физико-химические и биологические процессы, протекающие в организме. Внешние воздействия на организм вызывают ее температурный отклик, обусловленный как местными биофизическими и биохимическими реакциями, так и реакциями, инициированными обратной связью с участием нейро-регуляторного аппарата. К одному из прямых и эффективных способов воздействия на кожу можно отнести косметологическое вмешательство.

Ниже приведен список физических и физиологических факторов, являющийся обоснованием адекватности применения метода дистанционной термографии в задачах косметологии.

1. Нанесение косметических и различных вспомогательных (сопутствующих процедуре) жидких препаратов на кожу сопровождается испарением ингредиентов, что приводит к охлаждению обрабатываемых зон.

2. Маскирование (изоляция) кожи от внешней среды нанесенными средствами и биохимическое

взаимодействие этих средств с клеточными компонентами влияет на протекание метаболических процессов и связанных с ними процессов тепловыделения.

3. Механический контакт косметических средств, рук косметолога и аппаратуры с кожей может вызывать рефлекторные реакции, сопровождаемые изменением интенсивности потоотделения, метаболизма и циркуляции крови, что отражается на поверхностной тепловой картине.

4. Травмирование кожи в результате неаккуратного применения агрессивных косметологических средств (кислот, мощных лазеров, пилинга и др.) может вызвать как понижение температуры за счет отеков, просачивания на поверхность и испарения тканевой жидкости или крови, так и повышение за счет местного расширения сосудов и развития воспалительной реакции.

5. Термоактивные аппаратные процедуры (обдув горячим паром и др.) приводят к прямой передаче тепла коже и сопровождаются соответствующей температурной реакцией (разогревом или понижением температуры за счет потоотделения).

6. Поскольку адекватное косметическое воздействие предполагает длительный положительный эффект, стойкие изменения характера поверхностного кровообращения, метаболизма и потоотделения (и соответствующая этому установившаяся тепловая картина) могут характеризовать эффективность косметологического вмешательства.

Различие подходов к применению тепловизионно-го метода в косметологии и в медицине

Тепловизионная картина (термограмма) объективно отражает процессы, связанные с теплопродукцией и теплопереносом в приповерхностных областях тела. Поскольку эти процессы и в особенности их динамические изменения характеризуют функциональный статус органов и тканей, тепловидение сохраняет за собой право оставаться самостоятельным методом контроля как в медицине, так и в косметологии. Вместе с тем, применение дистанционной термографии в косметологии имеет ряд специфических черт, не характерных для традиционной медицинской тепловизионной диагностики.

Ведущими факторами, определяющими в косметологии поверхностное поле температур, являются циркуляция крови (включая микроциркуляцию), интенсивность обменных процессов в приповерхностных тканях, теплопроводность подкожных слоев и влажность эпидермиса. Между этими составляющими существует взаимосвязь. Так, увеличение интенсивности циркуляции ухудшает прямую передачу тепла из глубоких слоев к поверхности. В свою очередь, увеличение объемного кровотока ускоряет метаболические процессы, сопровождающиеся тепловыделением. Оценку эффективности косметических средств и процедур проводят с учетом совокупного влияния всех вышеперечисленных факторов. В косметологии, в отличие от медицины, ведущее значение имеют влажность (или смочен-ность) кожи, коэффициенты отражения и черноты на-

ИННОВАЦИИ № 7 (84), 2005

ИННОВАЦИИ № 7 (84), 2005

несенных косметических слоев, толщина этих слоев и еще ряд специфичных для косметологического вмешательства характеристик.

Существенное отличие косметологического тепловидения от традиционного медицинского состоит в том, что регистрация и, главное, интерпретация температурных изменений производятся в косметологии непосредственно в процессе сеанса. В медицине, правда, известен так называемый метод активной термографии, когда в ходе обследования производят воздействие на организм холодной водой, фармакологическими средствами и т. д., наблюдая трансформацию тепловой картины во времени. Однако на практике использование активной термографии — редкое исключение, что обусловлено известной трудоемкостью и нетехнологичностью сопутствующих операций, дополнительными временными затратами, обременительностью для больного.

Отметим, наконец, что назначением медицинского тепловидения является выявление патологических состояний. Основное же назначение этого метода в косметологии — оценка эффективности действия косметических средств и процедур. Последнее требует проведения анализа тепловых полей с критериями, принципиально отличными от принятых в медицине. В частности, то, что служит артефактом в медицинском тепловидении, часто является информативным элементом для косметологии. Такими классическими «артефактами» служат кремы, гели, маски, секрет потовых желез и пр. В правилах подготовки пациентов к термографическому обследованию вообще содержится указание «не пользоваться косметическими средствами». Необходимость предварительной адаптации больного перед обследованием (около 15-20 минут) — принципиальное требование медицины. В косметологии же, напротив, решающее значение имеют результаты измерений в реальном масштабе времени (например, сразу после удаления косметических средств с поверхности тела).

Примеры применения матричного тепловидения в косметологии и их интерпретация

Приведенные выше аргументы убедительно показывают, что применение тепловидения в области косметологии является инновационной технологией. Метод тепловидения позволяет косметологу визуально контролировать сопровождающие его работу процессы, скрытые от возможностей привычного зрения. О некоторых картинах, открывающихся с помощью современной ИК техники, бывает трудно даже догадываться. Несколько типичных примеров ИК контроля в косметологии приведено на рис. 1.

Здесь верхняя строка демонстрирует улучшение циркуляции в пальцах рук в результате действия тепловой процедуры — парафиновой ванны. На левой термограмме пальцы холодные («термоампутированные»), и отводящие от них кровь крупные вены, особенно хорошо заметные в правой части тыльной стороны кисти, холоднее окружающих тканей (выглядят темнее). На правой термограмме (после процедуры) мы видим прямо противоположную картину.

Вторая строка показывает, что тепловизор эффективно контролирует точность производимых косметологом операций. Слева хорошо заметна граница нанесенной на лицо маски (темное поле обусловлено испарением ингредиентов). На правой термограмме в области шеи можно увидеть светлое поле, показывающее место, упущенное косметологом при протирке кожи раствором.

В третьей строке даны термограммы до и после нанесения маски, содержащей фруктовые кислоты. Детально этот случай описан в [4]. Хорошо заметен эффект адекватного воздействия процедуры — общего понижения температуры лица. Выраженное понижение температуры носа связано со сверхчувствительностью этого органа к внешним раздражителям [3, 4].

Наконец, четвертая строка таблицы демонстрирует интегральный эффект косметического сеанса. Общее улучшение циркуляции крови в зоне лица подтверждается более гомогенной температурной картиной, регистрируемой в конце сеанса (справа) по сравнению с той, что была запечатлена перед косме-тологическими вмешательствами (слева).

Важной проблемой у косметологов является определение времени испарения или впитывания косметического средства, чтобы начать наносить следующий препарат. Тепловидение позволяет решить этот вопрос. В [4] нами показано, что обработанная кожа в большинстве случаев логарифмически восстанавливает свою температуру со временем, причем характерная продолжительность процесса после увлажнения составляет около 7-8 минут, а после обработки спиртовыми растворами — около 1-2 минут.

Рис. 2 отображает в деталях поведение температуры в ходе термоактивного косметического воздействия — озонированного распаривания лица. Шум на графике обусловлен турбулентностью потока пара, производящего своего рода «тепловой массаж» кожи. Провал, хорошо заметный на всех характеристиках и появляющийся через 40 секунд после начала тепловой процедуры, позволяет уловить момент резкого увеличения активности потовых желез (эффект «лавинного» потоотделения). Этот момент может быть принят за точку отсчета для определения времени дальнейшей тепловой обработки.

Заключение

Проведенные исследования показывают, что кос-метологическое вмешательство поддается надежному дистанционному контролю. Метод тепловидения позволяет с помощью камеры, установленной в косметическом салоне или исследовательской космето-логической лаборатории, в реальном масштабе времени (непосредственно в процессе сеанса) бесконтактно, объективно, с высокой чувствительностью и точностью определять, а в ряде случаев и корректировать следующие параметры и эффекты, сопровождающие косметологическое воздействие:

время стабилизации влажности кожи после нанесения увлажняющих средств;

степень неоднородности слоя маски (последнее вызывает неоднородное воздействие на кожу);

\Ы А

Рис. 1. Примеры тепловизионного мониторинга в косметологии

реальные границы нанесенного косметического средства;

дефекты протирки кожи жидкими препаратами; фокусировку горячего потока при распаривании и однородность распределения поверхностной температуры в зоне воздействия; момент времени, когда достигнут требуемый разогрев кожи, а также характер изменения поверхностной температуры;

время восстановления (возвращения к нормальным значениям) температуры кожи после проведения термоактивных процедур; начало реакции (момент «включения») организма в ответ на действие косметического средства или процедуры;

степень активизации кровотока в руслах поверхностных кровеносных сосудов; ответ лимфатической системы на косметологи-ческое вмешательство;

побочное действие косметической процедуры (в частности, начало аллергической реакции, еще не определяемое визуально);

травмы при механической, лазерной и иных видах обработки кожи;

реакция кожных доброкачественных новообразований, попадающих в зону воздействия (изменение интенсивности кровотока и метаболических процессов в области образований);

Рис. 2. Изменение температуры кожи в разных точках лица при озонированном распаривании. 1 — нос, 2 — лоб,

3 — подбородок. Основной поток пара был направлен на область носа

> неучтенный при разработке выход косметологи-ческой аппаратуры из стандартного теплового режима;

> результирующая эффективность проведенного косметического сеанса.

Тепловидение предоставляет возможность документировать биологическое состояние поверхности тела человека. Применительно к косметологии это позволяет ввести в практику сравнение термограмм, полученных до и после сеанса, а также их длительное хранение в цифровом архиве. Анализ таких изображений позволит выявить отдаленные результаты, связанные с посещением салона, а в возможных спорных случаях разрешить проблему (устранить претензию) путем сопоставления текущей и исходной тепловых картин.

Материалы настоящей работы убедительно демонстрируют коммерческую привлекательность внедрения тепловизионного метода в область косметологии. Есть все основания считать, что быстродействующие и высокочувствительные тепловизоры должны в скором времени стать неотъемлемым атрибутом любого высокоорганизованного косметического салона и войти в арсенал контрольно-измерительного оборудования фирм-разработчиков косметических средств и новых косметологических методов. Для реализации этих задач коротковолновое спектрально-узкополосное матричное тепловидение может служить одним из наиболее перспективных и к настоящему времени уже хорошо проверенных на практике физико-технических решений.

Литература

1. В. Я. Беленький, Б. Г. Вайнер. Тепловизионный метод контроля действия косметических препаратов на кожу. В сб. : Вторая Международная научно-практическая конференция «Биологически активные вещества и новые продукты в косметике», 24-26 ноября 1997 г. Тез. докл. Москва, РПКА. 1997, с. 57.

2. S. Alaverdieva, A. Krivova. Antioxidant balance in cosmetic formulations. Cosmetics & Medicine (English edition), 1999, no. 1, p. 11-15.

3. Б. Г. Вайнер. Матричное тепловидение в физиологии: Исследование сосудистых реакций, перспирации и терморегуляции у человека. Новосибирск: Издательство СО РАН, 2004. 96 с.

4. B. G. Vainer. Treated skin temperature regularities revealed by IR thermography. Proc. SPIE, 2001, vol. 4360, p. 470-481.

ИННОВАЦИИ № 7 (84), 2005