CN101843475A - 测定皮肤红斑的方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及利用数字图像测定皮肤红斑和测定皮肤护理产品功效的方法。

Description

测定皮肤红斑的方法

发明背景

1.技术领域

本发明的方法涉及测定皮肤红斑的方法。本发明的方法使用常规照片的数字图像分析法，这些照片可以通过低成本数字照相机获得。该方法可用于展示旨在防止和/或减少红斑的皮肤护理产品的功效，即使此类红斑肉眼不可见。

2.现有技术的描述

皮肤炎症通常表现为皮肤发红(红斑)。红斑很多情况下与尿布湿疹、粉刺、皮炎、湿疹和其他皮肤病症有关。已设计多种皮肤护理产品用于防止炎症，例如防晒霜，或用于减轻炎症，例如尿布湿疹软膏。即使使用了此类皮肤护理产品后仍可能存在明显的皮肤炎症，但是此类炎症可能肉眼不可见。虽然在很多情况下，患有此类炎症的个体可以报告在使用了此类产品后仍存在炎症和疼痛症状，但婴儿或不能表达自身感受的其他人虽然接受了治疗但还会继续忍受症状。因此，需要能够更准确地展示此类皮肤护理产品功效的方法。

皮肤红斑主要是由血管舒张和血红蛋白浓度局部升高造成。可以使用几种方法测量皮肤中的血红蛋白浓度。

已使用比色计进行血红蛋白分析。比色计给出了用于测量颜色的标准化参数值：L*、a*和b*，其中a*用作“红色”含量的指标，因此a*与皮肤红斑有关。

已在基于漫反射光谱法的血红蛋白分析方法中使用分光光度计，根据漫反射光谱法收集从皮肤反射的光并将其分解为光谱分量。已使用光谱分析法计算包括氧合血红蛋白和脱氧血红蛋白(与红斑有关)在内的发色团浓度。各种光反射装置，例如窄谱反射分光光度计也能够给出红斑指数。

光谱成像是将光谱信息与二维空间信息相结合以计算强度图的方法，该图对应于包括氧合血红蛋白和脱氧血红蛋白在内的发色团浓度。在分析血红蛋白时还利用了皮肤数字彩色图像分析法。

上述所有方法在测定炎症时均有不足，不能达到炎症皮肤治疗效果要求的测定程度。基于反射的方法只给出对点的测定，并受到结合该方法使用的探针的限制。光谱成像是绘制血红蛋白浓度图最准确的方法，但需要昂贵的专用仪器。使用数字图像分析的方法未适当考虑有助于红斑感知的所有皮肤光学参数。因此，仍需要测定皮肤红斑的方法。

发明内容

本发明的方法提供测定皮肤红斑的方法，该方法包括以下步骤：a)在正交偏振条件下使用包含在图像观察区域内的白色校准基准获取皮肤的数字图像；b)确定白色校准基准的红色、绿色和蓝色通道的强度中值；c)对于表示皮肤的所有像素，通过计算白色基准值比率对数，即每个通道(红色、绿色和蓝色)的白色基准的像素强度值除以皮肤反射值，即对应的各个通道(红色、绿色和蓝色)处单独的像素强度值，将图像每个像素的红色、绿色和蓝色强度值给出的皮肤反射值转换为吸光度值，其中吸光度等于：

log(I_白色(红色、绿色、蓝色)/I_皮肤(红色、绿色、蓝色))

d)对于表示皮肤的所有像素，从绿色通道的吸光度值中减去红色通道的吸光度值：(Abs(绿色)-Abs(红色))；e)对于表示皮肤的所有像素，从蓝色通道的吸光度值中减去红色通道的吸光度值：(Abs(蓝色)-Abs(红色))；f)计算步骤(d)中得到的数值除以步骤(e)中得到的数值之比，比值＝(Abs(绿色)-Abs(红色))/(Abs(蓝色)-Abs(红色))，以及g)建立步骤(f)中得到的比值的强度图。

本发明的方法还提供展示皮肤护理产品功效的方法，该方法包括：根据上述方法获取皮肤区域的数字图像并分析该皮肤；将皮肤护理产品应用到相同的皮肤区域并保持有效的时间量；接着在一段时间后，根据上述方法获取该皮肤区域随后的数字图像并分析该皮肤；比较图像的强度图以展示该皮肤红斑的减少。根据治疗情况或效果评估的不同，第一和第二图像采集之间的时间间隔可能不同。例如，保湿剂或抗炎剂的功效可以在短时间内得到证明，该时间大约可按分或小时计算。然而，对于改善例如过敏反应、接触性皮炎、粉刺之类的皮肤状况的长效活性成分的，其功效可能需要更长的时间才能显示出来，该时间可能按天、周或月计算。

本发明的方法还提供展示皮肤护理产品温和性的方法，该方法包括：根据上述方法获取皮肤区域的数字图像并分析该皮肤；将皮肤护理产品应用到相同的皮肤区域并保持有效的时间量；根据上述方法获取该皮肤区域后续的数字图像并分析该皮肤；比较图像的强度图以展示皮肤红斑未增加。

附图说明

图1示出了皮肤图像向对应于该图像上每个区域的强度直方图的转化。

图2展示了若干受试者皮肤上红斑强度的平均增加情况。

图3是受试者皮肤的照片。

图4是图3中所拍摄皮肤的红斑强度图。

图5是受试者皮肤的照片。

图6是图5中所拍摄皮肤的红斑强度图。

图7是受试者面部皮肤的红斑强度图。

图8是图7中红斑强度图的色彩映射图。

具体实施方式

在本发明的方法中可以使用各种类型的照相机。此类照相机的例子包括(但不限于)，标准35mm照相机、使用快速冲洗胶卷的照相机(例如可从Polaroid Corporation(Cambridge，Mass.USA)购得的照相机)和数字照相机。由于其提供快速获得受试者图像的方法，因此优选地使用数字照相机。使用数字照相机还可以将图像显示于大型显示器上，使受试者能够容易地放大特别关注的皮肤区域图像(例如，面部区域)，并且可以将图像打印在报告中，该报告还可包含针对受试者检查图像时注意到的任何问题的产品建议。适用的数字照相机的例子包括(但不限于)，拍摄图像为至少100万像素的照相机，优选至少为400万像素的照相机。此类数字照相机的例子包括(但不限于)，尼康D1X(Nikon D1X，Nikon，Tokyo，Japan)和富士S1(Fuji S1，Fuji，Tokyo，Japan)。

本文中使用的下列术语具有以下所述的含义：

“正交偏振条件”：成像条件，该成像条件包括位于光源前的第一偏振滤光器和位于照相机镜头前的第二偏振滤光器，其中两个滤光器的偏振轴相互正交。

“白色校准基准”：特定反射率百分比(例如80％)对应的均匀白色卡片。

“强度中值”：图像关注区域对应的一组像素强度值的算术中值。

“皮肤反射值”：皮肤对应的图像关注区域的像素强度值。

“吸光度值”：由以下方程式定义的吸光度：吸光度＝log{(白色基准的反射率)/(关注对象的反射率)}。

在一个实施例中，本发明的方法包括为受试者拍摄偏光照片的步骤。“偏光照片”是指采用以下光源拍摄的受试者的照片，该光源为(i)所发射的光穿过偏振滤光器的光源和/或(ii)所发射的光穿过在进入照相机镜头之前或之后对该光进行过滤的偏振滤光器的光源。

在一个实施例中，对受试者皮肤拍照时照相机和一个或多个闪光单元(优选两个闪光单元)基本位于同一平面上，并且闪光单元的设置使得每个闪光单元、受试者皮肤和照相机之间形成约35度至55度角，例如约45度角。在一个实施例中，偏振滤光器放置在每个闪光单元之前。“偏振滤光器”是指对入射光进行过滤以使发射出的光几乎完全只有偏振光的滤光器。本文中使用的术语“几乎完全”是指至少达到75％，优选地为90％，最优选地为至少95％。偏振滤光器的例子包括(但不限于)，例如可从Edmund Scientific(Barrington，N.J.USA)购得的偏振板，例如GlanThomson偏振棱镜，或以近似布鲁斯特角反射光的偏振反射器。偏振滤光器可以是线性偏振滤光器或环形偏振滤光器。

在本发明方法的另一实施例中，在闪光单元和偏振滤光器之间设置了漫射器。

在本发明方法的另一实施例中，在光源处使用了线性偏振滤光器，并且该线性偏振滤光器的布置使得发射光的电场与该光源、受试者皮肤和照相机所形成的平面基本垂直(正交)。

在本发明方法的另一实施例中，闪光单元设置在照相机和受试者皮肤上方的垂直平面上，以使得闪光单元、受试者皮肤和照相机之间所形成的角为约35度至55度，优选地为约45度。使用位于透射电场垂直方向(例如，平行于上述平面)的线性偏振滤光器对闪光单元进行过滤。这种布置能使皮肤发出的表面眩光最小化，从而增强皮肤表面下的特征，如红斑(发红)、血管和色素沉着。

在本发明方法的一个实施例中，采用两种光源拍摄了受试者的照片，一种光源为所发射的光穿过偏振滤光器的光源，另一种光源为所发射的光穿过在进入照相机镜头之前或之后对该光进行过滤的偏振滤光器的光源。当偏振滤光器相互垂直对齐(例如，一个水平放置，一个垂直放置)时，皮肤表面的特征，例如红斑、色素沉着、血管和毛发在视觉上有所增强并且消除了皮肤表面的镜面反射(眩光)。

图像分析要求：a)在正交偏振条件下使用包含在图像观察区域内的白色校准基准获取皮肤的数字图像；b)确定白色校准基准的红色、绿色和蓝色通道的强度中值；c)对于表示皮肤的所有像素，通过计算白色校准基准除以每个红色、绿色和蓝色通道处的皮肤反射值的比率对数，将由图像每个像素的红色、绿色和蓝色强度值给出的皮肤反射值转换为吸光度值，其中该吸光度等于log(I_白色(红色、绿色、蓝色)/I_皮肤(红色、绿色、蓝色))；d)对于表示皮肤的所有像素，从绿色通道的吸光度值中减去红色通道的吸光度值；e)对于表示皮肤的所有像素，从蓝色通道的吸光度值中减去红色通道的吸光度值；f)计算步骤(d)中得到的数值除以步骤(e)中得到的数值之比，以及g)建立步骤(f)中得到的比值的强度图。

在一个实施例中，所构建的红斑强度图可以作为灰度强度图存在。在另一个实施例中，可以使用色彩映射图，即一侧灰度强度值与另一侧投射颜色之间的对应图表，其中每个强度值均使用颜色表示。可以使用色彩映射图增强对应于红斑强度具体范围的特征(参见实例5)。通过这种方式，灰度色标图像可以投射为“伪色彩”；可以选择色彩映射图中颜色的顺序，从而增强对应于具体灰度范围的特征外观。

此类方法可用于测定红斑，能够展示抗炎皮肤护理产品的功效或展示皮肤护理产品的温和性。如本文所用，皮肤护理产品包括(但不限于)，旨在用作清洁剂、保湿剂、遮光剂、抗皱组合物、抗痒组合物、抗炎组合物、皮肤色素沉着防治产品或抗痤疮产品的膏霜、乳液、软膏、溶液。例如，可以在应用抗炎膏霜之前和之后拍摄图像。此类图像能够使消费者看到与炎症相关的红斑的减少。

同样，如果产品不能有效地充分减少红斑，本发明的方法将能够展示和辅助确定治疗效果。下列实例用于辅助说明，无意限制本发明的方法。

实例1：抗炎活性成分的功效

对比基液，评价了70％乙醇/30％丙二醇基液中三种天然提取物(A＝4％茉莉提取物/3％向日葵提取物，B＝2％茉莉提取物/2％向日葵提取物，以及C＝1％Symatrix)的抗炎活性。使用其中一种测试制剂(A、B、C和安慰剂)处理了6名志愿者背部的四块矩形区域。然后，每个矩形区域中三个较小圆形区域接受了对应0.5、1和1.5MED剂量的UVB辐射。辐射后一天获取图像。使用本发明的方法(以及相关算法)转化图像以生成红斑强度图。在标记的皮肤位点周围画出所关注的圆形区域，并根据对应于每个区域的强度直方图(图1)计算红斑强度的平均偏差、标准偏差以及中值。计算所有6名受试者红斑强度的平均增加值(图2)。结果展示本发明的方法使人能够辨别出抗炎活性及防晒功效最强的测试物质。

实例2：保湿剂的抚慰效果

为评估两种保湿剂(A和B)在皮肤屏障功能降低后对皮肤刺激症状的治疗效果，实施了一项研究。在志愿者前臂掌侧的三个位点黏贴10条胶带，然后用0.16ml的5％SLS(月桂基硫酸钠)溶液在闭合条件下处理两小时。除去贴片后，将测试物质应用于指定的皮肤位点(2μl/cm²)，保留一个位点不处理。在随后四天中，每天将测试物质应用到相应位点。研究期间，每天拍摄图像。图3中的实例示出了第三天时志愿者手臂的照片。各个位点的红斑明显。然而，不可能以严重程度来描述这些位点或只通过观察图片来评估红斑数量。

然后使用本发明的方法分析该图像，图4中示出了得到的红斑强度图。可计算每个位点红斑强度的平均偏差、标准偏差和中值。在本实例中，从左至右的位点显示出的红斑指数分别为130(保湿剂A)、132(保湿剂B)和134(未处理)，而相邻皮肤的红斑指数为119。本实例展示使用本发明的方法可以区别保湿剂减少红斑的效果并且辨别出最有效的一种。

实施例3：清洁剂的温和度

为评估清洁剂(强生婴儿洗发沐浴乳(

Head-to-Toe BabyWash)，可从Johnson & Johnson Consumer公司(Skillman，NJ)商购获得)对皮肤的温和性并且将其与水进行比较，实施了一项研究。在闭合情况下，用下列物质对志愿者前臂掌侧的三个位点处理3小时：a)清洁剂25％浓度的蒸馏水稀释液、b)清洁剂10％浓度的蒸馏水稀释液以及c)蒸馏水。在处理完成时以及处理后的第1天和第2天拍摄图像。图5中的实例示出了第二天时志愿者手臂的照片。在所有三个治疗位点处，很难辨别出任何红斑的迹象。然后使用本发明的方法分析该图像，图6中示出了得到的红斑强度图。计算每个位点红斑强度的平均偏差、标准偏差和中值。在本实例中，从左至右的位点显示出的红斑指数分别为182、180和181，而相邻皮肤的红斑指数为178。本实例展示使用本发明的方法可以区别清洁剂或浓缩清洁剂对皮肤的温和性。

实例4：面部亚临床炎症记录

在以下实例中，使用本发明的方法(以及相关算法)分析了人面部的正交偏振图像。图7中示出了红斑强度图。红斑分布图中去除了由于面部自然曲率而造成的阴影和人工痕迹。由于提高了对比度，因此可以在红斑分布图上轻易辨别出原始图像上出现的所有炎性病变。嘴唇区域的高强度值表明嘴唇上的血液浓度高。在红斑分布图上还可以明显看到亚临床炎性区域，例如鼻部、脸颊和下巴区域的弥漫性红斑。此外，还可以辨别氧合血红蛋白浓度降低的区域，例如眼周和鼻唇沟周围的区域。

实例5：定制色彩映射图的使用

为了更好地观察到隐藏的亚临床红斑，可以采用色彩映射方案显示红斑强度图，色彩映射方案可根据应用进行定制。使用图像底部指明的色彩映射图显示图7中红斑分布图的示例如下(图8)。

上述实例说明，使用本发明的方法，人们可以评估清洁剂的温和性、抗炎剂和其他皮肤刺激护理产品的活性，以及皮肤疾病的治疗功效，此类皮肤疾病包括(但不限于)，粉刺、酒糟鼻、刺激性接触性皮炎、过敏性接触性皮炎、尿布皮炎、特应性皮炎、皮脂溢性皮炎。本发明的方法还可用于监测此类疾病的发展。

Claims (3)

1.测定皮肤红斑的方法，所述方法包括：

a)在正交偏振条件下使用包含在图像观察区域内的白色校准基准获取皮肤的数字图像；

b)确定所述白色基准的红色、绿色和蓝色通道的强度中值；

c)对于表示皮肤的所有像素，通过分别取所述白色校准基准除以每个所述红色、绿色和蓝色通道处的皮肤反射值的比率的对数，将由所述图像每个像素的红色、绿色和蓝色强度值给出的皮肤反射值计算为吸光度值，其中所述吸光度等于：log(I_白色(红色、绿色、蓝色)/I_皮肤(红色、绿色、蓝色))

d)对于表示皮肤的所有像素，从所述绿色通道的吸光度值中减去所述红色通道的吸光度值；

e)对于表示皮肤的所有像素，从所述蓝色通道的吸光度值中减去所述红色通道的吸光度值；

f)计算步骤(d)中得到的数值除以步骤(e)中得到的数值的比值；以及

g)建立步骤(f)中得到的比值的强度图。

2.展示皮肤护理产品功效的方法，所述方法包括：

根据权利要求1所述的方法，拍摄皮肤区域的数字图像并分析所述皮肤；

将皮肤护理产品应用到相同皮肤区域并保持有效的时间量；

根据权利要求1所述的方法，拍摄所述皮肤区域随后的数字图像并分析所述皮肤；以及

比较所述图像的强度图以展示所述皮肤红斑的减少。

3.展示皮肤护理产品温和性的方法，所述方法包括：

根据权利要求1所述的方法，拍摄皮肤区域的数字图像并分析所述皮肤；

将皮肤护理产品应用到相同皮肤区域并保持有效的时间量；

根据权利要求1所述的方法，拍摄所述皮肤区域随后的数字图像并分析所述皮肤；以及

比较所述图像的强度图以展示所述皮肤红斑未增加。

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