CN109045490B - 一种超声与皮肤量化一体的美容系统 - Google Patents

一种超声与皮肤量化一体的美容系统 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种超声与皮肤量化一体的美容系统,美容系统包括信息采集及控制系统、超声系统和量化系统;量化系统采集皮肤量化参数并发送至信息采集及控制系统,信息采集及控制系统接收皮肤量化参数生成三维结构图像以及人体皮肤皱纹的三维数据;超声波系统包括与信息采集及控制系统电连接的模式控制和超声换能器,模式控制还依次电连接有主振电路、推动电路、功率放大电路和匹配电路;通过采集每个人的皮肤量化参数生成三维结构图像以及人体皮肤皱纹的三维数据,改变超声波输出的模式以及能量,使超声波更加均匀作用于整个面部,可以达到更好的美容疗效。

Description

一种超声与皮肤量化一体的美容系统
技术领域
本发明涉及皮肤美容设备技术领域,尤其是一种超声与皮肤量化一体的美容系统。
背景技术
近年来,人们对高品质生活的关注正变得越来越高,尤其对于追求美丽健康生活的欲望日益升高。在这种趋势下,保持健康且美丽的面部状态变成很重要的一点,而随着人的衰老,皮肤胶原蛋白流失,皮肤越来越松弛,皮下脂肪也会松弛下垂,并且分布不均,传统的切除和抽脂容易引起疼痛、疤痕和局部凹凸不平等严重后遗症,而按摩、热敷、理疗和涂抹化妆品见效甚微。
超声波的引入成为一个很好的美容手段,其通过特有的体表和深层的温热作用、机械按摩作用、空化作用机理达到改善、促进面部血液、淋巴、经络系统微循环、细胞新陈代谢、营养物质吸收,具有美容增白、理疗保健、去脂减肥、预防和治疗皮肤病的显著效果,适用于成年各种年龄段的人群。如中国专利CN2017109482427公开一种超声波美容仪,包括高频波产生单元、低频波产生单元、混频单元、功率放大单元、换能器单元、单片机控制单元和电源单元;高频波产生单元产生高频信号,低频波产生单元产生低频信号,高频信号和低频信号经混频单元调制得到微弱的超声波信号,超声波信号经功率放大单元放大之后驱动换能器单元输出,单片机控制单元控制换能器单元的超声波输出强度,然而,在现有的超声美容临床研究中,超声波能量过大会对皮肤有伤害,能量过小则美容效果差;同时现有技术中还存在对比量化指标方法太繁琐,有的量化指标对皮肤存在创伤性且不精确,人为主观性太强,重复性太差的技术问题。
发明内容
本发明所要解决的技术问题就是在于针对上述现有技术中的不足,提供一种超声与皮肤量化一体的美容系统。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是:一种超声与皮肤量化一体的美容系统,美容系统包括信息采集及控制系统、超声系统和量化系统;所述量化系统采集皮肤量化参数并发送至所述信息采集及控制系统,所述信息采集及控制系统接收皮肤量化参数生成三维结构图像以及人体皮肤皱纹的三维数据;所述超声波系统包括与所述信息采集及控制系统电连接的模式控制和超声换能器,所述模式控制根据所述信息采集及控制系统采集的三维结构图像以及人体皮肤皱纹的三维数据调整所述超声换能器输出的模式;所述模式控制还依次电连接有主振电路、推动电路、功率放大电路和匹配电路;所述主振电路用于产生与所述超声换能器相对应的振荡信号;振荡信号通过推动电路、功率放大电路和匹配电路转换成驱动所述超声换能器产生所需频率的超声波,作用于皮肤表层。
进一步的,所述信息采集及控制系统电连接设置有定时电路。
进一步的,所述超声系统还包括与所述信息采集及控制系统电连接的可调电源。
进一步的,所述超声换能器电连接设置有保护电路。
进一步的,所述信息采集及控制系统的外部还连接有显示屏。
进一步的,所述量化系统为共聚焦激光扫描显微镜、干扰条纹光投影技术或OCT系统任意一种。
进一步的,所述OCT系统包括宽带红外光源、红光光源、环形器、光纤耦合器、参考臂、扫描装置和光谱采集系统;所述光谱采集系统电连接于所述信息采集及控制系统,其中,所述参考臂包括反射镜;所述扫描装置包括依次连接光纤准直器、扫描振镜和物镜;所述宽带红外光源发出的红外光依次经过所述环形器和光纤耦合器被分为两束光;其中,一束光进入所述参考臂被其内部的所述反射镜反射按照原光路返回成为参考光;另一束光发射到所述扫描装置连接的光纤准直器,所述光纤准直器射出的光发射到扫描振镜,经扫描振镜射出的光经物镜聚焦照射到人脸的不同位置,经人脸不同位置反射或散射的光沿着原光路返回并形成干涉信号。
进一步的,所述光谱采集系统接收干涉信号并将干涉信号发送至所述信息采集控制系统。
进一步的,宽带红外光源采用光源中心波长为1310nm,半高全宽60nm,发射功率25mW,其照射在人脸上功率为20mW。
与现有技术相比,本发明的有益效果是:本发明的量化系统采集皮肤量化参数并发送至所述信息采集及控制系统,所述信息采集及控制系统接收皮肤量化参数生成三维结构图像以及人体皮肤皱纹的三维数据;所述模式控制根据所述信息采集及控制系统采集的三维结构图像以及人体皮肤皱纹的三维数据调整所述超声换能器的超声波输出的模式,同时,通过主振电路、推动电路、功率放大电路和匹配电路,将高频电信号转换为同频率的信号传递,改变超声换能器的输出能量,从而使超声波更加均匀作用于整个面部,可以达到更好的美容疗效。
附图说明
图1所示为本发明的超声与皮肤量化一体的美容系统的结构示意图;
图2所示为本发明的超声系统的结构示意图;
图3所示为本发明的量化系统结构示意图;
图4所示为超声换能器的结构示意图。
具体实施方式
以下结合具体实施例对本发明作进一步详细说明。应当理解,此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明,并不用于限定本发明。
参见图1-4所示,一种超声与皮肤量化一体的美容系统,美容系统包括信息采集及控制系统100、超声系统200和量化系统300;所述量化系统300采集皮肤量化参数并发送至所述信息采集及控制系统100,所述信息采集及控制系统100接收皮肤量化参数生成三维结构图像以及人体皮肤皱纹的三维数据;所述超声波系统200包括与所述信息采集及控制系统100电连接的模式控制215和超声换能器214,所述模式控制215根据所述信息采集及控制系统100采集的三维结构图像以及人体皮肤皱纹的三维数据调整所述超声换能器214的超声波输出的模式;同时所述模式控制215还依次电连接有主振电路210、推动电路211、功率放大电路212和匹配电路213;所述主振电路210用于产生与所述超声换能器214相对应的振荡信号;振荡信号通过推动电路211、功率放大电路212和匹配电路213转换成驱动所述超声换能器214产生所需频率的超声波,本系统通过主振电路210、推动电路211、功率放大电路212和匹配电路,将高频电信号转换为同频率的信号传递;所述超声换能器214其形状为面具状且形状可以根据每个人脸的形状进行调整。其中,所述模式控制215为连续模式或间歇模式;本系统通过采集每个人的皮肤量化参数生成三维结构图像以及人体皮肤皱纹的三维数据,通过改变超声波输出的模式及能量,使超声波更加均匀作用于整个面部,可以达到更好的美容疗效;且可以通过美容前后的量化数据对比可使美容师或美容者更清晰直观的看到美容效果;
进一步的,所述信息采集及控制系统100电连接设置有定时电路216,本系统通过定时电路216设定时间,从而控制不同模式下本系统的工作时间。
进一步的,所述超声换能器214电连接设置有保护电路218,所述保护电路218用于检测超声换能器214的工作温度,当温度超出超声换能器214设定的额定值时,自动切断输出,保证本系统使用过程的安全问题。
进一步的,所述超声系统200还包括与所述信息采集及控制系统100电连接的可调电源217,所述信息采集及控制系统100根据人体皮肤皱纹的三维数据及皮肤厚度调整所述可调电源217的电压和电流,从而改变所述超声波换能器214输出的超声波强度,进而达到更好的治疗效果。
进一步的,所述信息采集及控制系统100的外部还连接有显示屏(附图中未示出),所述显示屏用于显示信息采集及控制系统100采集的三维结构图像以及人体皮肤皱纹的三维数据进行显示。
进一步的,所述量化系统300为共聚焦激光扫描显微镜、干扰条纹光投影技术或OCT系统任意一种。
如图3所示,本系统以所述OCT系统为例,所述OCT系统包括宽带红外光源311、红光光源312、环形器313、光纤耦合器314、参考臂315、扫描装置316和光谱采集系统317;所述光谱采集系统317电连接于所述信息采集及控制系统100,其中,所述参考臂315包括反射镜318;所述扫描装置316包括依次连接光纤准直器319、扫描振镜320和物镜321;所述宽带红外光源311发出的红外光依次经过环形器313和光纤耦合器314被分为两束光;其中,一束光进入所述参考臂315被其内部的所述反射镜318反射按照原光路返回成为参考光;另一束光发射到扫描装置316连接的光纤准直器319,所述光纤准直器319射出的光发射到扫描振镜320,经扫描振镜320射出的光经物镜321聚焦照射到人脸的不同位置,经人脸不同位置反射或散射的光沿着原光路返回,即依次发射到321物镜、扫描振镜320和光纤准直器319,经光纤准直器319出射的测量光与参考光发射到光纤耦合器314发生干涉,经光纤耦合器314射出的干涉光经环形器313发射到光谱采集系统317并形成干涉信号;本实施例中的宽带红外光源311采用光源中心波长为1310nm,半高全宽60nm,发射功率25mW,其照射在人脸上功率为20mW。
进一步的,所述光谱采集系统317接收干涉信号,所述光谱采集系统317接收的干涉信号采用插值、色散补偿、傅里叶变换等图像进行处理得到人脸的三维OCT结构图像以及人体皮肤皱纹的三维数据,并将并将干涉信号发送至所述信息采集控制系统100;人体皮肤皱纹的三维数据包括:皮肤粗糙度、平均粗糙度值、平滑深度和算术平均粗糙度四项指标及皮肤厚度等。
其中,以色散补偿举例,其中色散补偿法可以归于校正光谱的变形,而校正光谱的变形采用的方法为高阶系数拟合光谱坐标,所述光谱采集系统317内部设置的光电传感器CCD像素对应的波长λ(n)表示成如下形式:
λ(n)=c0+c1(n-1)+c2(n-1)2+...+ck(n-1)k n=1,2,...N
其中,ck为k阶光谱坐标校正系数,N为像素点个数,c0示光谱起始偏移量偏移,它的作用是使λ(n)产生平移,不影响波形。使标定后的参考光光谱与光源标准光谱的相似系数最大,可以根据实际问题通过编程在一定数值区间内找出最佳c0。c1表示光谱仪的分辨率,其变化会导致光谱的展宽或压缩,c2…ck表示二阶以上光谱坐标校正系数,以平面反射镜作为样品的干涉信号,通过标定光谱求得的峰值位置与实际光程差吻合。
二阶以上的校正系数主要是校正光谱的非线性变形,是消除色散对分辨率影响的主要参数,应用一定数值区间内循环差的办法,就能找出最佳二阶以上系数。但是,二阶系数对色散的补偿作用明显,而三阶以上系数作用很小,因此本申请中算法仅讨论到二阶系数。所以,CCD上各像素对应的波长表示如下:
λ(n)=c0+c1(n-1)+c2(n-1)2
忽略三阶以上的校正系数,求解二阶以上校正所需条件与求解c1条件相同。已知光源标准光谱、原始参考光光谱和以平面反射镜作为样品的干涉光谱,就可以按照c1,c2,c0的顺序逐个求得各阶校正系数。
图像优化步骤:对采集图像进行再配准处理和运动补偿处理。对采集图像进行再配准处理具体为:对采集图像进行图像预处理,处理反射亮纹进行去噪,针对每一帧的图像进行上边缘轮廓提取,采用运动估计算法对图像进行再配准。对采集图像进行运动补偿处理具体为:基于相邻帧关系对全局进行运动估计,同时采用扫描图像相邻帧基线相关性,对全局进行图像移动检测,然后利用互相关算法,制定滑动窗口对每帧图像进行滑动像素误差估计,针对求取的运动估计位移采用补偿法进行图像恢复以达到模板的匹配。补偿法首先将系统一次扫描中采集的全部干涉信号平均而求得直流分量,然后将波数域的干涉信号进行二倍补零后做傅里叶变换,得到空间域样品的结构图像,其中补零技术将图像中深度方向上两像素之间的距离减小为原始图像的一半,然后利用基于互相关算法的图像配准方法对局部的结构图像进行配准,从而得到人脸的三维OCT结构图像以及人体皮肤皱纹的三维数据。
以上所述仅是本发明的优选实施方式,应当指出的是,对于本技术领域的普通技术人员来说,在不脱离本发明原理的前提下,还可以做出若干改进和润饰,这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (8)

1.一种超声与皮肤量化一体的美容系统,其特征在于:美容系统包括信息采集及控制系统(100)、超声系统(200)和量化系统(300);所述量化系统(300)采集皮肤量化参数并发送至所述信息采集及控制系统(100),所述信息采集及控制系统(100)接收皮肤量化参数生成三维结构图像以及人体皮肤皱纹的三维数据;所述超声系统(200)包括与所述信息采集及控制系统(100)电连接的模式控制(215)和超声换能器(214),所述模式控制(215)根据所述信息采集及控制系统(100)采集的三维结构图像以及人体皮肤皱纹的三维数据调整所述超声换能器(214)输出的模式;所述模式控制(215)还依次电连接有主振电路(210)、推动电路(211)、功率放大电路(212)和匹配电路(213);所述主振电路(210)用于产生与所述超声换能器(214)相对应的振荡信号;振荡信号通过推动电路(211)、功率放大电路(212)和匹配电路(213)转换成驱动所述超声换能器(214)产生所需频率的超声波,作用于皮肤表层,所述量化系统为OCT系统,所述OCT系统包括宽带红外光源(311)、红光光源(312)、环形器(313)、光纤耦合器(314)、参考臂(315)、扫描装置(316)和光谱采集系统(317);所述光谱采集系统(317)电连接于所述信息采集及控制系统(100),其中,所述参考臂(315)包括反射镜(318);所述扫描装置(316)包括依次连接光纤准直器(319)、扫描振镜(320)和物镜(321);所述宽带红外光源(311)发出的红外光依次经过所述环形器(313)和光纤耦合器(314)被分为两束光;其中,一束光进入所述参考臂(315)被其内部的所述反射镜(318)反射按照原光路返回成为参考光;另一束光发射到所述扫描装置(316)连接的光纤准直器(319),所述光纤准直器(319)射出的光发射到扫描振镜(320),经扫描振镜(320)射出的光经物镜(321)聚焦照射到人脸的不同位置,经人脸不同位置反射或散射的光沿着原光路返回并形成干涉信号。
2.根据权利要求1所述的超声与皮肤量化一体的美容系统,其特征在于:所述信息采集及控制系统(100)电连接设置有定时电路(216)。
3.根据权利要求1所述的超声与皮肤量化一体的美容系统,其特征在于:所述超声系统(200)还包括与所述信息采集及控制系统(100)电连接的可调电源(217)。
4.根据权利要求1所述的超声与皮肤量化一体的美容系统,其特征在于:所述超声换能器(214)电连接设置有保护电路(218)。
5.根据权利要求1所述的超声与皮肤量化一体的美容系统,其特征在于:所述信息采集及控制系统(100)的外部还连接有显示屏。
6.根据权利要求1所述的超声与皮肤量化一体的美容系统,其特征在于:所述量化系统(300)也可以为共聚焦激光扫描显微镜或干扰条纹光投影技术任意一种。
7.根据权利要求1所述的超声与皮肤量化一体的美容系统,其特征在于:所述光谱采集系统(317)接收干涉信号并将干涉信号发送至所述信息采集及 控制系统(100)。
8.根据权利要求1所述的超声与皮肤量化一体的美容系统,其特征在于:所述宽带红外光源(311)的光源中心波长为1310nm,半高全宽60nm,发射功率25mW。
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