CN103829927B - 用于测定和显示皮肤细胞代谢能的体系和方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及用于测定和显示个体的皮肤细胞代谢能的基于计算机的体系和方法，所述体系和方法基于从所述个体收集的一组生物学数据，其包括但不限于：皮肤起皱、皮肤纹理、皮肤色素沉着、皮肤水合、年龄、紫外线暴露、和/或卫生习惯。具体地，本发明可用于在销售柜台的关于她们的皮肤代谢能的消费者化妆品咨询，并且针对将改善她们的皮肤代谢能的适当化妆品作出相应的推荐。
Description
技术领域
本发明涉及用于测定和显示个体的皮肤细胞代谢能的基于计算机的体系和方法，所述体系和方法基于从所述个体收集的一组生物学数据，其包括但不限于：皮肤起皱、皮肤纹理、皮肤色素沉着、皮肤水合、年龄、紫外线暴露、和/或卫生习惯。本发明还涉及用于向消费者作出基于她们的如此计算的相应皮肤能量分数的护肤品推荐的体系和方法。
背景技术
多种最先进的皮肤成像技术的最近发展已使得医疗专业人士和研究者使皮肤细胞可视化并评估它们的生理学和代谢状况更容易且更快。例如，二维数字皮血管镜图像能够通过CCD相机和图像处理软件获得。超声和OCT系统使得能够从皮肤的表皮和真皮层捕获三维图像。多光子断层摄影术是新型的多维成像技术，其采用荧光和二次谐波发生来实现亚细胞的分辨率而不必将组织染色。它利用了某些内源性荧光团，例如NADP(H)、黄素、弹性蛋白、胶原和黑素，并且依赖于由其产生的荧光来实现对深部组织细胞和它们的细胞区室的功能成像（参见，Karsten,Clinical Multiphoton Tomography,JOURNAL OFBIOPHOTONICS,NO.1，第13-23页(2008))。具体地，这些内源性荧光团能够使用不同的照明波长容易地激发，用于互补成像以提供关于线粒体功能、细胞的能量代谢和呼吸作用、氧化应激和凋亡的信息（参见，Ahmed A Heikal,Intracellular Coenzymes as Natural Biomarkers for Metabolic Activities and Mitochondrial Anomalies,BIOMARKMED.4(2)，第241-263页(2010年4月))。
尽管有此类深度可视化方法和工具可用，在亚细胞水平上评价和评估个体的皮肤状况仍然是昂贵的且耗时的，尤其是此类个体的皮肤细胞代谢能。具体地，这些方法和工具限于在研究实验室中使用，并且它们不适于对消费者皮肤状况的实时的、直接面向消费者的评价和评估。
因此，对于更快且更成本有效的皮肤评价和评估，仍然存在对能够被用于对个体消费者的皮肤状况实施实时的、直接面向消费者的评价和评估的改进的体系和方法的需求。
更具体地，存在对用于在护肤或化妆品的销售柜台测定和显示个体消费者的皮肤细胞代谢能，以便使得能够基于所测定的个体消费者的皮肤细胞代谢能为护肤和化妆品提供个性化推荐的市场亲和的体系和方法的需求。
发明内容
本发明提供了用于更快且更成本有效地评价和评估特定个体的皮肤细胞代谢能的基于计算机的体系和方法。
在一个具体实施例中，本发明涉及用于测定和显示皮肤细胞代谢能的体系，其包括：
(a)用于从个体收集一组生物学数据的一种或多种便携式设备，其中该组生物学数据选自与所述个体有关的皮肤起皱、皮肤纹理、皮肤色素沉着、皮肤水合、年龄、紫外线暴露、卫生习惯、以及它们的组合；
(b)用于计算指示所述个体的皮肤细胞代谢能的皮肤能量分数的一种或多种计算设备，其中所述皮肤能量分数作为所述一种或多种生物学数据的函数计算，其中此类函数通过以下建立：
(1)从个体的样本群体收集所述一种或多种生物学数据和皮肤细胞样本；
(2)通过检测一种或多种生物标记的浓度和/或分布测量所述收集的皮肤细胞样本的代谢能；并且
(3)通过统计学方法，将所述测量的皮肤细胞样本的代谢能与从所述个体的样本群体收集的此类一种或多种生物学数据相关联；以及
(c)用于在店内销售柜台显示所述计算的皮肤能量分数的一种或多种输出显示设备。
在另一个实施例中，本发明涉及用于测定和显示皮肤细胞代谢能的方法，其包括以下步骤：
(a)从个体收集一组生物学数据，其中所述组的生物学数据选自与所述个体有关的皮肤起皱、皮肤纹理、皮肤色素沉着、皮肤水合、年龄、紫外线暴露、卫生习惯、以及它们的组合；
(b)计算指示所述个体的皮肤细胞代谢能的皮肤能量分数，其中此类皮肤能量分数作为所述一种或多种生物学数据的函数计算，其中此类函数通过以下建立：
(1)从个体的样本群体收集所述一种或多种生物学数据和皮肤细胞样本；
(2)通过检测一种或多种生物标记的浓度和/或分布测量所述收集的皮肤细胞样本的代谢能；并且
(3)通过统计学方法，将所述测量的皮肤细胞样本的代谢能与从所述个体的样本群体收集的此类一种或多种生物学数据相关联；以及
(c)在店内销售柜台显示所述计算的皮肤能量分数。
上述体系和方法还可涉及用于基于如此计算的皮肤能量分数提供作出化妆品或护肤品推荐的设备或步骤。
附图说明
图1A是前臂内侧皮肤在24μm深度处的双光子NADP(H)层析图像。
图1B是示出皮肤细胞激活和焕新的基于NADP(H)的多光子成像的流程图。
图2A是来自22岁女性个体的皮肤细胞样本的双光子NADP(H)层析图像。
图2B是来自60岁女性个体的皮肤细胞样本的双光子NADP(H)层析图像。
图3是显示两根柱的图，一根代表从她们的20多岁个体收集的面部皮肤样本中的平均颗粒细胞NADP(H)水平，并且另一根代表从她们的60多岁个体收集的面部皮肤样本中的平均颗粒细胞NADP(H)水平。
图4是将从80名健康日本女性个体收集的面部皮肤样本中的颗粒细胞NADP(H)水平对她们的年龄所作的图，以一条线指示颗粒细胞NADP(H)水平和个体的年龄之间的相关性。
图5A-13B是示例性计算机截屏图，从而显示了从个体收集生物学数据和计算/显示基于此类生物学数据计算的皮肤能量分数的步骤，皮肤能量分数指示此类个体的皮肤细胞代谢能。
具体实施方式
本文所公开的尺寸和值不应被理解为严格限于所述确切数值。相反，除非另外指明，每个此类尺寸旨在表示所述值以及围绕该值的功能上等同的范围。例如，所公开的尺寸“40mm”旨在表示“约40mm”。
本发明提供了用于以快且成本有效的方式测定和显示个体的皮肤细胞代谢能的基于计算机的体系，以便使得能够在店内销售柜台使用此类体系来支持对消费者的实时皮肤能量诊断，以及支持对可帮助使此类消费者的皮肤增能和焕新的相应化妆品和护肤品的市场营销措施。
为了完成这些，本发明提出计算皮肤能量分数，其指示个体的皮肤细胞代谢能。皮肤能量分数是通过从个体消费者收集的各种生物学数据的函数计算的，所述生物学数据例如皮肤起皱、皮肤纹理、皮肤色素沉着、皮肤水合、年龄、紫外线暴露、和/或卫生习惯。计算皮肤能量分数的函数继而通过将从个体的样本群体收集的上文所列生物学数据中的一种或多种或全部与从此类个体收集的皮肤细胞样本中测量的代谢能水平相关联的实证研究而建立。由于对个体消费者的皮肤细胞中代谢能水平的实际测量是如此昂贵和耗时，以致阻碍了其在现实市场中的使用，本发明利用了实证来源的函数来计算皮肤能量分数，从而有效地消除了对实际的皮肤能量测量的需要。
皮肤代谢能测量
皮肤代谢能能够通过检测已知涉及人类皮肤细胞的细胞代谢途径之一的一种或多种生物标记的浓度和/或分布来测量。此类生物标记包括但不限于NADP(H)、黄素、弹性蛋白、胶原、黑素、原卟啉（protoprophyrin）IX单体、晚期糖基化终产物(AGE)、IL-1α、ATP等。
此类生物标记的浓度和/或分布能够通过本领域已知的各种方法和技术容易地检测，其包括常规的生物化学测定如毛细管电泳、循环测定、高效液相色谱分析和分光光度测定（例如，基于荧光素酶的液体闪烁分光光度测定），以及最近开发的方法如共聚焦显微镜法、光学相干断层摄影术、单/双/多光子断层摄影术等。
在本发明的一个优选的但并非必需的实施例中，基于NADP(H)的双光子断层摄影方法被用于测量皮肤代谢能水平。线粒体辅酶NADP(H)是存在于线粒体中的内源性荧光基团，并且其在细胞能量代谢、氧化应激和细胞凋亡中起着关键作用。能够使用特定波长激发NADP(H)的自发荧光用于互补成像方法，并且其是对蛋白质结合和局部环境敏感的。因此，NADP(H)是皮肤代谢能水平的尤其优选的生物标记。由JenLab GmbH(Germany)开发的体内双光子断层摄影术是新的深部皮肤可视化技术，它对于以高分辨率检测和测量NADP(H)和/或角质透明蛋白的浓度和分布是尤其有用的，从而使得能够详细、精确地观察皮肤（参见，Karsten Clinical Multiphoton Tomography,JOURNAL OF BIOPHOTONICS,NO.1，第13-23页(2008))。
图1A显示了通过MPTFlexTM柔性体内多光子激光设备（可从JenLab GmbH,Germany商购获得），以760nm的飞秒激光波长（WL）、350μm(水平)和200μm（垂直）的扫描范围、以及小于2μm（垂直）的空间分辨率，在24μm深度处（即，颗粒层细胞）获取的前臂内侧皮肤细胞的双光子断层摄影图像。图1B是逐步地示出皮肤细胞的基于NADP(H)的多光子图像如何能够用于评估皮肤细胞活化和焕新的流程图。
图2A是来自22岁女性个体的皮肤细胞样本的双光子NADP(H)层析图像。图2B是来自60岁女性个体的皮肤细胞样本的双光子NADP(H)层析图像。从不同年龄的女性个体的皮肤细胞样本获取的这两个图像之间的视觉差异是不证自明的。
实证研究的设计
为了探究来自个体的皮肤细胞代谢能水平和可影响皮肤代谢能的各种生物学数据，例如皮肤起皱、皮肤纹理、皮肤色素沉着、皮肤水合、年龄、紫外线暴露、卫生习惯等之间的相关性，实证研究能够被设计为：(1)从个体的样本群体收集皮肤细胞样本；(2)测量此类皮肤细胞样本中的代谢能水平，例如，通过使用双光子NADP(H)断层摄影术或一些其它适合的方法；(3)测量此类个体的皮肤状况，例如皮肤起皱、皮肤纹理（例如弹性和/或紧致度）、皮肤色素沉着（例如，斑点、色调、光辉、半透明性等）、皮肤水合等；并且(4)通过言语或书面询问从此类个体搜集关于年龄、紫外线暴露（例如，户外暴露的频率和持续时间以及防晒习惯）、卫生习惯（例如，运动习惯、膳食习惯、吸烟/饮酒习惯等）等。
然后本领域中熟知的统计学方法能够被用于限定来自个体的皮肤细胞代谢能水平和上文所述的生物学数据中的一种或多种或全部之间的相关性。一种适合的统计学方法为回归分析，其被实施以限定此类相关性。更优选地，多元线性回归分析旨在限定作为独立变量的所述代谢能水平和生物学数据之间的相关性。
具体地，使用双光子断层摄影技术，测量从80位健康日本女性(n=80)的样本组收集的颗粒细胞样本中的NADP(H)水平，来进行实证研究。另外，使用可从Aram-Huvis(Korea)商购获得的APSII-100Aramo便携式扫描仪测量此类个体的皮肤起皱、皮肤纹理、皮肤色素沉着和皮肤水合。本领域中熟知的各种其它皮肤测量设备也能够被用于进行皮肤测量。
然后，将所测量的从样本组收集的颗粒细胞样本中的NADP(H)水平与她们的年龄相关联。具体地，图3是显示了两根柱的图，一根代表从她们的20多岁个体收集的面部皮肤样本中的平均颗粒细胞NADP(H)水平，另一根代表从她们的60多岁个体收集的面部皮肤样本中的平均颗粒细胞NADP(H)水平。从她们的20多岁个体收集的面部皮肤样本中的平均颗粒细胞NADP(H)水平为约38.82，而从她们的60多岁个体收集的面部皮肤样本中的平均颗粒细胞NADP(H)水平为约32.73。因此，显然更年轻个体的皮肤细胞中的平均颗粒细胞NADP(H)水平比更年老个体的显著更高，其具有p<0.05的统计显著性。
图4是以测量的颗粒细胞NADP(H)水平对个体的年龄所作的图。具体地，基于所观察到的NADP(H)水平和年龄之间的相关性，得出了r＝-0.234x+48.442的线性回归函数，如图4中的直线所示。然后，该线性回归函数能够被用于基于此类个体的年龄预测个体的皮肤细胞中的NADP(H)水平。
此类线性回归函数能够被进一步扩展为包括附加的变量，以形成线性多元回归函数。例如，从80位健康日本女性的样本群体收集的附加的生物学信息，包括皮肤状况如皮肤起皱、皮肤纹理（例如弹性和/或紧致度）、皮肤色素沉着（例如，斑点、色调、光辉、半透明性等）、皮肤水合等，以及生活方式选择如紫外线暴露（例如，户外暴露的频率和持续时间以及防晒习惯）、卫生习惯（例如，运动习惯、膳食习惯、吸烟/饮酒习惯等）等，能够被包括，以建立多元回归函数，从而实现对NADP(H)水平的更好预测。
生物学数据收集
生物学数据，包括个体的皮肤状况和生物方式选择，能够通过适于本专利申请的实践的本领域已知的任何方法收集。例如，年龄和生活方式选择信息能够通过问卷或调查容易地收集，问卷或调查能够为纸质形式或电子形式，并且能够在现场或远程传输地（即，通过电话、传真、或互联网）提供。如果所述问卷或调查为电子形式，其能够由个体使用者在现场（即，在化妆品或护肤品销售柜台处）或远程地（即，在个体使用者的办公室或家中）填写。皮肤状况信息能够通过使用特别设计以实施某些皮肤测量的手持式设备，如APSII-100Aramo便携式扫描仪，或配备有用于获取个体使用者皮肤的数字图像的数码相机和用于基于此类数字图像分析皮肤状况的计算机软件的个人计算机来收集。
皮肤能量分数计算
一旦建立来自个体的皮肤细胞代谢能水平和生物学数据中的一种或多种之间的函数或相关性，皮肤能量分数即能够作为指示个体的皮肤代谢能的参数相应地计算。
例如，至多100的比例皮肤能量分数能够作为个体的年龄、皮肤状况和生活方式选择的权重总和计算，而分配给这些变量中的每一个的权重是通过在上文所述的实证建立的线性回归函数中与其相关联的系数或估计的其对个体皮肤具有的影响确定的。优选地，但并非必需地，分配给全部这些生物学数据的权重是通过在上文所述的实证建立的多元线性回归函数中与它们相关联的系数确定的。
在本发明的一个具体实施例中，至多100的皮肤能量分数（SK）是根据以下函数计算的：
SK=A+B+C
其中A是颗粒细胞NADP(H)水平的加权的基于年龄的预测值，B是加权的生活方式选择分数，并且C是加权的皮肤状况分数。
首先，颗粒细胞NADP(H)水平的加权的基于年龄的预测值A计算为(-0.234×年龄+48.442)×0.8297，其来源于如图4中所示的年龄和颗粒细胞NADP(H)之间的实证建立的线性回归函数，其具有附加的加权因子0.8297。对于35岁的个体，颗粒细胞NADP(H)水平的加权的基于年龄的预测值A为约33.444。
加权的生活方式选择分数B是基于下表计算的：
表1：生活方式选择分数（B）的计算
加权的皮肤状况分数C是基于下表计算的：
表1：皮肤状况分数(C)的计算
因此，对于具有如上所述的年龄、皮肤状况和生活习惯选择的个体，所计算的总皮肤能量分数（SK）为A、B和C的总和，其为大约81.9。
直接面向消费者的数据收集和皮肤能量分数显示
如上文所述的计算皮肤能量分数的算法能够被应用到软件程序中，从而使得能够进行皮肤能量分数的计算机辅助自动计算。然后，配备有此类软件程序和收集一种或多种生物学数据的设备如APSII-100Aramo便携式扫描仪或数码相机的基于计算机的体系能够在化妆品和护肤品的销售柜台处容易地使用，以进行对个体消费者的皮肤细胞代谢能的实时的、成本有效的分析。
图5A-13B是示例性的计算机截屏图，从而详细显示了从个体收集生物学数据和计算/显示基于此类生物学数据计算的皮肤能量分数的步骤，皮肤能量分数指示此类个体的皮肤细胞代谢能。具体地，图5A显示了当皮肤能量分析程序开始时的初始截屏图。图5B是特别设计用于从个体使用者收集年龄信息的截屏图。图6A-6D是设计用于收集紫外线暴露数据（即，工作日和周末期间的户外持续时间和防晒剂使用）的截屏图。图7A-7D是提供用于收集与个体使用者的生活方式选择（即，吸烟、运动和膳食习惯）相关的信息的截屏图。图8A-10C是提供用于收集与个体的皮肤状况（即，皮肤起皱、纹理、色素沉着和水合）相关的信息的截屏图。这些皮肤状况参数中的每一个能够通过手持式电子设备如APSII-100Aramo便携式扫描仪或数码相机，或适于捕获皮肤状况相关信息的任何其它设备来测量。图11A-13B是显示计算的最终皮肤能量分数连同下一个步骤或处理的相应建议或推荐的截屏图。在本发明的一个优选的但并非必需的实施例中，所述体系还提供了个体消费者能够使用，以便在将来改善她们的皮肤能量分数的具体护肤品或化妆品的推荐。
除非明确排除或换句话讲限制，本文所引用的每篇文献，包括任何交叉引用的或相关的专利或专利申请，均特此以引用方式全文并入本文。任何文献的引用不是对其作为本文所公开的或受权利要求书保护的任何发明的现有技术，或者其单独地或者与任何其它参考文献的任何组合，或者参考、提出、建议或公开任何此类发明的认可。此外，当本发明中术语的任何含义或定义与以引用方式并入的文件中术语的任何含义或定义矛盾时，应当服从在本发明中赋予该术语的含义或定义。
尽管已用具体实施例来说明和描述了本发明，但是对那些本领域的技术人员显而易见的是，在不背离本发明的精神和范围的情况下可作出许多其它的改变和变型。因此，随附权利要求书旨在涵盖本发明范围内的所有此类改变和变型。
Claims (17)
1.一种用于测定和显示皮肤细胞代谢能的体系，包括：
(a)用于从个体收集一组生物学数据的一种或多种便携式设备或纸质或电子问卷，其中所述组的生物学数据选自与所述个体有关的皮肤起皱、皮肤纹理、皮肤色素沉着、皮肤水合、年龄、紫外线暴露、卫生习惯、以及它们的组合；
(b)用于计算指示所述个体的皮肤细胞代谢能的皮肤能量分数的一种或多种计算设备，其中所述皮肤能量分数作为所述一种或多种生物学数据的函数被计算，其中所述函数通过以下建立：
(1)从个体的样本群体收集所述一种或多种生物学数据和皮肤细胞样本；
(2)通过检测一种或多种生物标记的浓度和/或分布来测量所述收集的皮肤细胞样本的代谢能；并且
(3)通过统计学方法，将所述测量的皮肤细胞样本的代谢能与从所述个体的样本群体收集的所述一种或多种生物学数据相关联；以及
(c)用于在店内销售柜台显示所述计算的皮肤能量分数的一种或多种输出显示设备。
2.根据权利要求1所述的体系，其中所述一种或多种输出显示设备还为所述个体提供基于所述计算的皮肤能量分数的护肤品推荐。
3.根据权利要求1所述的体系，其中所述一种或多种便携式设备包括手持式电子设备、个人电脑、纸质或电子问卷、以及它们的组合。
4.根据权利要求1所述的体系，其中所述一种或多种便携式设备包括个人电脑。
5.根据权利要求1所述的体系，其中所述一种或多种便携式设备包括用于测量所述个体的皮肤起皱、皮肤纹理、皮肤色素沉着和皮肤水合中的一种或多种的手持式电子设备。
6.根据权利要求1所述的体系，其中所述一种或多种便携式设备包括用于询问所述年龄、紫外线暴露和卫生习惯的个人电脑或问卷。
7.根据权利要求1所述的体系，其中所述卫生习惯选自吸烟习惯、运动习惯和膳食习惯。
8.根据权利要求1所述的体系，其中所述一种或多种生物标记选自NADP(H)、黄素、弹性蛋白、胶原蛋白、黑素、原卟啉IX单体、以及它们的组合。
9.根据权利要求1所述的体系，其中所述一种或多种生物标记为NADP(H)。
10.根据权利要求1所述的体系，其中所述一种或多种生物标记的浓度和/或分布通过体内双光子断层摄影术检测获得。
11.根据权利要求1所述的体系，其中所述统计学方法为回归分析。
12.根据权利要求1所述的体系，其中所述统计学方法为多元线性回归分析。
13.根据权利要求1所述的体系，其中所述计算的皮肤能量分数为从所述个体收集的所述组中全部生物学数据的函数。
14.根据权利要求1所述的体系，其中从所述个体收集的所述组的生物学数据包括所述个体的年龄。
15.根据权利要求1所述的体系，其中从所述个体收集的所述组的生物学数据包括所述个体的皮肤起皱、皮肤纹理、皮肤色素沉着、皮肤水合、年龄、紫外线暴露和卫生习惯。
16.一种用于测定和显示皮肤细胞代谢能的方法，包括以下步骤：
(a)从个体收集一组生物学数据，其中所述组的生物学数据选自与所述个体有关的皮肤起皱、皮肤纹理、皮肤色素沉着、皮肤水合、年龄、紫外线暴露、卫生习惯、以及它们的组合；
(b)计算指示所述个体的皮肤细胞代谢能的皮肤能量分数，其中所述皮肤能量分数作为从所述个体收集的所述组中的一种或多种生物学数据的函数被计算，其中所述函数通过以下建立：
(1)从个体的样本群体收集所述一种或多种生物学数据和皮肤细胞样本；
(2)通过检测一种或多种生物标记的浓度和/或分布来测量所述收集的皮肤细胞样本的代谢能；并且
(3)通过统计学方法，将所述测量的皮肤细胞样本的代谢能与从所述个体的样本群体收集的所述一种或多种生物学数据相关联；以及
(c)在店内销售柜台显示所述计算的皮肤能量分数。
17.根据权利要求16所述的方法，还包括基于所述计算的皮肤能量分数为所述个体推荐一种或多种护肤品的步骤。
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