CN102293636A - 测量皮肤水合的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明的方法涉及用于测量皮肤水合的装置。本发明的方法利用由至少两个偏振器过滤的至少两个波长来创建用个人护理产品处理的皮肤的数字图像。本方法可用于演示旨在增加皮肤水合和/或防止皮肤脱水的皮肤护理产品的效果,即使当这种脱水不容易被肉眼发现时。
Description
背景技术
本发明涉及一种用于测量皮肤水合的方法。本发明的方法利用由至少两个偏振器过滤的至少两种波长来创建经个人护理产品处理的皮肤的数字图像。此方法可用于演示皮肤护理产品的功效,该产品旨在增加皮肤水合和/或防止皮肤脱水,即使当这种脱水不容易被肉眼发现时。
技术领域
术语“皮肤水合”是指角质层、皮肤最外层的角质层中的水量,并且通常被用作对皮肤健康的量度之一。健康皮肤的一般特征包括:角质层的水浓度从皮肤表面的大约15至25%逐渐增加到活表皮将近70%。脱水的皮肤通常和屏障功能弱有关,通常导致对抗引发疾病的有机体、毒素和环境的保护降低。增加水合的一种方法是在皮肤上涂保湿剂。
通常使用电技术(例如,测量皮肤电容、电导、阻抗)或光学技术(例如,成像、光谱)来测量皮肤水合。电方法是最通用的,其使用探针间接测量角质层的含水量。测量点就是探针接触皮肤表面的地方。电测量探针通常是基于电容(例如,德国Cologne的Courage+Khazaka electronicGmbH制造的CorneometerCM420)、电导(例如,日本IBS-Hamamatsu公司制造的Skicon-200EX)和阻抗(例如,美国Portsmouth,NewHampshire的NOVA技术公司制造的Nova DPM900)。
最近的出版物描述了利用数字成像的新型光学方法。
阿塔斯(Attas)等人在《振动光谱学》卷28(2002)第37-43页中利用了电磁波谱的NIR(近红外)区域。Attas讨论单波长(1460nm),在IR区域中最大和最小的水吸收的比率,并整合1300-1600nm的区域。由于此方法在超过1000nm的IR区域中操作,因此它需要专用且昂贵的设备。此外,Attas没有描述对平行或正交平行偏振滤光器的使用。
Arimoto在《皮肤研究与技术》卷13(2007)第49-54页中描述了在可视区中组合正交偏振和平行偏振来增强皮肤表面信息。尽管Arimoto的方法提供了皮肤含水量的间接分布,但是其没有提供可以量化的水含量分布图或考虑在500nm时黑素的作用。
Robinson等人(US 20060239547A1)阐述了通过对皮肤的光学测量来测定化妆品的皮肤特性的方法和装置。Robinson未生成数字图像,用于测绘皮肤表面。
Stamatas等人在《生物光学期刊》卷12(5)(2007)第051603-1至051603-7页中讨论了适于仅使用正交偏振光来研究皮肤更深处的水的光谱成像方法。
发明内容
本发明的方法涉及一种用于测量皮肤水合的数字成像方法,该方法使用不同光谱波长的偏振光提供皮肤表面水合能量化的可视地图,所述不同的光谱波长为:显现水强烈吸收电磁辐射的一个波长和显现水最小吸收电磁辐射的另一个波长。在第一波长生成正交偏振和平行偏振数字图像。然后将在第一波长获得的正交偏振和平行偏振图像组合归一化为第二波长处的图像,由此生成提供皮肤的含水量信息的可视地图。
本发明的方法提供了一种比先前已知的方法更直接的测量皮肤水合的方法,因为此方法是基于水的吸收特性。此结果为可用于可视化和量化水量的数字图像(地图),所述水包含在皮肤的各层包括所述角质层中。
附图说明
图1为示出根据本发明的适合测量皮肤水合的示例装置的示意图;
图2为示出根据本发明的适合测量皮肤水合的替代示例装置的示意图;
图3示出在平行偏振条件下在800nm拍摄的经过处理的受试者的图像;
图4示出在正交偏振条件下在800nm拍摄的经过处理的受试者的图像;
图5示出在平行偏振条件下在970nm拍摄的经过处理的受试者的图像;
图6示出在正交偏振条件下在970nm拍摄的经过处理的受试者的图像;
图7示出使用图4和图6所示的图像生成的深处水含量分布图;以及
图8示出使用图3至图6所示的图像生成的表面水含量分布图。
具体实施方式
本发明利用光谱成像系统来生成皮肤的图像。一种合适的光谱成像系统包括定制的照相机(FORTH Photonics,Athens,Greece),该照相机具有25mm微距镜头和能够多光谱(高达约30个窄带滤光器)和/或高光谱(大于约30个窄带滤光器)成像(以下,多光谱和高光谱两者统称为“ms/hs”)的线性偏振器。所述照相机包括多个窄带滤光器,例如在约700至约1000nm的光谱范围中4至50个窄带滤光器。用于图像采集的设置包括滤光器选择、曝光时间和照相机增益,这些设置优选地通过计算机软件来控制。
在另一个实施例中,将商业照相机(如,Nikon G10)配合在该照相机前面的滤光轮使用。该滤光轮可优选地由计算机控制,利用适当的软件或命令来选择所需的滤光器,随后接着将滤光轮的位置变到所需的滤光器(例如,将该滤光器从800nm移动到970nm)。
在本发明的方法中优选地利用线性偏振宽带光源。一种合适的线性偏振光源为v600、Syris、Gray、ME。
本文中使用的下列术语具有以下所述的含义:
“正交或正交偏振条件”:意思是包括在所述光源前的第一偏振滤光器和在所述照相机镜头前的第二偏振滤光器且所述两个滤光器的偏振轴彼此正交的成像条件。
“平行偏振条件”:包括在所述光源前的第一偏振滤光器和在所述照相机镜头前的第二偏振滤光器且所述两个滤光器的偏振轴彼此平行的成像条件。
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”的意思是(i)使用发射光穿过偏振滤光器的光源和/或(ii)穿过在光进入所述照相机镜头前进行滤光的偏振滤光器拍摄的所述受试者的照片。
如本文中所使用的,标识符“PP”系指平行偏振。
如本文中所使用的,标识符“XP”系指正交偏振或正交。
在一个实施例中,对受试者皮肤拍照时照相机与一个或多个光源(优选为一个)基本位于同一平面上,并且光源的设置使得每个光源、受试者皮肤和照相机之间形成的角度为约15度至约70度,更优选地,约45度。在一个实施例中,每个光源前放置有偏振滤光器。
“偏振滤光器”是指过滤入射光以发射偏振光的滤光器。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Glan Thomson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圆形偏振滤光器。
优选地在两个波长执行测量。第一波长λ1优选地在约700至约900nm的范围内,更优选地为800nm,即水不显现出强烈吸收光的范围。第二波长λ2优选地在约900至约1000nm的范围内,优选地为970nm,即水的吸光度高的范围。
“镜面反射”或“眩光”是部分光在入射到具有和发散光的介质不同折射率的材料表面时改变方向。在皮肤成像的情况下,第一介质是空气,并且第二介质是角质层。在此情况下,镜面反射约为入射光强度的4%(基于菲涅尔定律)。余下的入射光穿透皮肤组织并且经过吸收。皮肤组织中的光将在角质层中经过几次散射事件之后从皮肤穿出(由此保持其偏振状态),或穿入更深处并且在从皮肤穿出前经过多次反射事件而成为漫反射光。
在本发明的方法的一个实例中(并且如图1所示),卤素光源LS1发射光,该光在到达所述皮肤表面之前穿过偏振器P1。从所述皮肤反射的光随后穿过第二偏振器P3。P1和P3为两个不同的偏振器,因此一个偏振器可以正交或平行于另一个偏振器。例如,如果P1设置于特定平面中,则可以旋转P3,以便它正交或平行于P1。如图1所示,可使用扩散片D1,以获得更均匀的照明。但是,对于此发明的方法,图1的实施例所示的扩散片D1不是必要的。
来自LS1的光穿过对着特定皮肤区域SUT的P1。然后此光以特定角(θ1)被反射离开目标皮肤,穿透第二偏振器(在图1中示出为P3)和滤光轮F,而被数码照相机获取。滤光轮F1能够在具有中心位于不同波长的带的带通滤波器之间进行切换。优选地,所述带通滤光器为窄带(带宽为5-20nm)滤光器。优选地,所述滤光器具有高透射率(>80%)。优选地,所述滤光器为干涉(或二向色)滤光器。在一个实施例中,液晶可调滤光器(LCTF)系统可替换所述滤光轮。对于本发明,优选的波长为约700至约900nm,更优选地为800nm,和约900至约1000nm,更优选地为970nm。为了分析皮肤表面,所述数码照相机获取或拍摄四张图像:
1.在以约700至约900nm中的第一波长λ1过滤的平行偏振条件下皮肤的数字图像;
2.在以约700至约900nm中的第一波长λ1过滤的正交偏振条件下皮肤的数字图像;
3.在以约900至约1000nm中的第二波长λ2过滤的平行偏振条件下皮肤的数字图像;
4.在以约900至约1000nm中的第二波长λ2过滤的正交偏振条件下皮肤的数字图像;
在图2所示的本发明的另一个示例中,示出了两个卤素光源(LS1和LS2)与光学扩散片(D1和D2)和偏振器(分别为P1和P2)的组合。在一个优选的实施例中,P1和P2以相同的方式定向。第三偏振器(在图2中示出为P3)定向为正交或平行于P1和P2。
在图2中,来自LS1和LS2的光穿过P1和P2对齐到特定的皮肤区域。然后此光被目标皮肤反射,穿透P3和滤光轮,然后被数码照相机获取。在图2所示的示例中,反射角θ1和θ2优选地相同。
将所记录的图像代入公式中。该公式以像素*像素为基础应用,其导致产生反射率值(数字)。然后使用所述数字来建立皮肤表面的地图。此地图与皮肤水合相关。
“反射率值”:照相机以特定波长和特定偏振状态(正交或平行)记录的光强度。
在两个波长获得的正交偏振图像和平行偏振图像优选地用于确定由于水导致的光吸收,如以下公式所定义的:
如本文中所使用的,项“α”是被调节以说明平行偏振图像中的漫反射光的量的项。在本发明优选的实施例中,α优选地在0和1之间,更优选地在约0.2和约0.4之间,优选地为约0.3。
如本文中所使用的,“λ”系指在反射光进入照相机探测器之前对其进行过滤的以纳米或nm测量的波长。
在本发明方法的另一实施例中,将光扩散片放置在光源单元和偏振滤光器之间。
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光源、受试者皮肤和照相机所形成的平面基本平行或垂直(正交)。
在本发明方法的另一实施例中,将偏振光源(一个或多个)设置在照相机和受试者皮肤上方的垂直平面上,以使得光源、受试者皮肤和照相机所形成的角度为约15度至70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光源进行滤光。
在800和970nm拍摄的正交偏振和平行偏振的图像的示例
所述成像系统设置成图1中所示的配置。没有使用可选的扩散片D1来获取这些图像。角θ1大约为25度。使用取自一名显现干性皮肤的28岁男性志愿者的左小腿的皮肤区域,用裸指将保湿霜,约0.1ml的EnydrialLait Hydratant Corps(得自RoC,France),均匀地涂抹在小腿的指定区域。使用纸巾擦拭表面来去除任何多余的霜剂。敷用时间花费了将近1分钟,并且在敷用之后的约五分钟内进行测量。拍摄了四张图像。第一图像(图3)是在平行偏振条件下在800nm拍摄的。第二图像(图4)是在正交偏振条件下在800nm拍摄的。第三图像和第四图像(图5和图6)都是在970nm分别在平行偏振和正交偏振条件下拍摄的。
然后使用以下公式处理图像来获得深处和表面含水量:
深处(活表皮和真皮)水含量分布图(图7):
表面(角质层)水含量分布图(图8):
其中,α=0.30。
在表面水含量分布图中可看到来自保湿调理霜增加的水合。
Claims (6)
2.根据权利要求1所述的方法,其中所述数字图像是在处理之前生成的。
3.根据权利要求1所述的方法,其中所述数字图像是在处理之后生成的。
4.根据权利要求1所述的方法,其中所述第一波长为约800nm。
5.根据权利要求1所述的方法,其中所述第二波长为约970nm。
6.根据权利要求1所述的方法,其中α为约0.3。
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