CN113520427B - 一种利用x射线检测皮肤状态的装置、方法、存储介质和处理设备 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种利用X射线检测皮肤状态的装置、方法、存储介质和处理设备。一种利用X射线检测皮肤状态的装置，所述装置包括：分析单元，用于基于X射线经皮肤后的衍射图像和/或散射图像，获得所述皮肤中磷脂的晶相特征和/或蛋白的结构。所述方法，包括如下步骤：分析X射线经皮肤后的衍射图像和/或散射图像，获得所述皮肤中磷脂的晶相特征和/或蛋白的结构。本发明提出一套完整的护肤品或皮肤药物和皮肤相互作用的X射线检测方法，具有高效率和高精度的特点，解决了目前日化和生物医药行业在新护肤品和皮肤药物研发中面临的检测效率低和微量物质检测难的问题。
Description
技术领域
本发明属于X射线图像拍摄法技术领域，具体涉及一种利用X射线检测皮肤状态的装置、方法、存储介质和处理设备。
背景技术
为了获得最合理的配方，需要对护肤品和皮肤药物中的物质配比进行仔细的筛选和调控。然而护肤品和皮肤药物的配方一般都比较复杂，往往含有到几种到几十种物质，其中有些物质的含量十分微小。因此在研发新护肤品和皮肤药物的过程中，检测方法的效率和精度都至关重要。
物质与皮肤相互作用的体内检测手段往往涉及到生物活体，检测效率低下；当前主流的物质和皮肤相互作用的体外检测手段往往需要在物质与皮肤相互作用后，对皮肤进行处理，检测效率也不高(Roy et al.,Pharmacognosy Reviews,2013)。
发明内容
鉴于以上所述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种利用X射线检测皮肤状态的装置、方法、存储介质和处理设备，用于解决现有技术中存在的难题。
为实现上述目的及其他相关目的，本发明是通过以下技术方案获得的。
本发明的目的之一在于提供一种利用X射线检测皮肤状态的装置，所述装置包括：
分析单元，用于基于X射线经皮肤后的衍射图像和/或散射图像，获得所述皮肤中磷脂的晶相特征和/或蛋白的结构。
优选地，所述装置还包括存储单元，用于数据存储。
优选地，所述装置还包括皮肤状态评价或比较单元，用于依据若干个所述皮肤中磷脂的晶相特征和/或蛋白的结构获得对应的皮肤状态，并评价皮肤状态和/或比较若干个皮肤状态的优劣。
更优选地，所述皮肤状态包括皮肤的平整光滑程度、皮肤保湿能力、皮肤含水率和皮肤通透性中的一种或多种。
更优选地，所述皮肤状态评价或比较单元用于：
根据所述磷脂的晶相类型评价或比较皮肤的保湿能力；
和/或，根据所述磷脂的周期大小评价或比较皮肤的含水率；
和/或，根据所述磷脂的电子密度评价或比较皮肤的含水率和/或通透性；
和/或，根据所述磷脂的取向性评价或比较皮肤的平整光滑程度；
和/或，根据所述蛋白的大小评价或比较皮肤的含水率；
和/或，根据所述蛋白的形状评价或比较皮肤的平整光滑程度。
优选地，所述分析单元包括衍射图像分析模块和/或散射图像分析模块；所述衍射图像分析模块用于依据衍射图像中衍射峰的位置和强度获得所述皮肤中磷脂的晶相特征；所述散射图像分析模块用于依据散射图像中散射强度和动量转移进行积分，得到一维散射曲线，分析一维散射曲线，获得所述皮肤中蛋白的结构。
优选地，所述磷脂是指皮肤角质层中多层磷脂中的磷脂，具体地为神经酰胺。
优选地，所述磷脂的晶相特征选自晶相类型、周期大小、电子密度和取向性中的一种或多种。
优选地，所述蛋白的结构包括蛋白的形状或大小。
优选地，所述蛋白为角蛋白。
更优选地，所述衍射图像分析模块还包括第一衍射子模块、第二衍射子模块和第三衍射子模块中的一种或多种，所述第一衍射子模块基于衍射峰位置，获得皮肤中磷脂的周期大小；所述第二衍射子模块基于衍射峰位置采用摇摆测试分析，获得皮肤中磷脂的取向性；所述第三衍射子模块基于衍射峰位置和强度采用傅里叶合成方法，获得皮肤中磷脂的电子密度。
更优选地，所述散射图像分析模块还包括第一散射子模块、第二散射子模块、第三散射子模块和第四散射子模块中的一种或多种，所述第一散射子模块基于一维曲线采用Guinier分析方法，获得蛋白的大小；所述第二散射子模块基于一维曲线采用Porod定理，获得蛋白的大小；所述第三散射子模块基于一维曲线采用Kratky分析方法，获得蛋白的形状；所述第四散射子模块基于一维曲线采用模型拟合，获得蛋白的形状和/或大小。
本发明的目的之二在于提供一种利用X射线检测皮肤状态的方法，包括如下步骤：
分析X射线经皮肤后的衍射图像和/或散射图像，获得所述皮肤中磷脂的晶相特征和/或蛋白的结构。
优选地，依据所述磷脂的晶相特征和/或蛋白的结构评价指标或比较指标评价皮肤状态。
优选地，针对所述衍射图像中衍射峰的位置和强度进行分析，获得所述皮肤中磷脂的晶相特征。
优选地，针对所述散射图像中的散射强度和动量转移进行积分，得到一维散射曲线，分析一维散射曲线，获得所述皮肤中蛋白的结构。
优选地，所述磷脂是指皮肤角质层中多层磷脂中的磷脂，具体地为神经酰胺。
优选地，所述皮肤中蛋白为角蛋白。
优选地，所述磷脂的晶相特征选自晶相类型、周期大小、电子密度和取向性中的一种或多种。
优选地，所述蛋白结构包括蛋白的形状和/或大小。
更优选地，所述皮肤状态包括皮肤的平整光滑程度、皮肤保湿能力、皮肤含水率和皮肤通透性中的一种或多种。
更优选地，根据所述磷脂的晶相类型评价或比较皮肤的保湿能力。多层磷脂是表皮的保湿屏障，磷脂的晶相特征对保湿至关重要。
更优选地，根据所述磷脂的周期大小评价或比较皮肤的含水率。水含量高会增加多层磷脂厚度，磷脂的周期大代表皮肤的含水率高；而磷脂的周期小代表皮肤的含水率低。
更优选地，根据所述磷脂的电子密度评价或比较皮肤的含水率和/或通透性。磷脂的电子密度越高代表皮肤的含水率和/或通透性越好，磷脂的电子密度越低代表皮肤的含水率和/或通透性越差。
更优选地，根据所述磷脂的取向性评价或比较皮肤的平整光滑程度。磷脂的取向性越窄，表示皮肤的平整光滑程度好；磷脂的取向性越宽，表示皮肤的平整光滑程度差。
更优选地，根据所述蛋白的大小评价或比较皮肤的含水率。水含量提高会使角蛋白溶胀蛋白大表示皮肤的含水率高，蛋白小表示皮肤的含水率低。
更优选地，根据所述蛋白的形状评价或比较皮肤的平整光滑程度。蛋白扭曲代表皮肤的平整光滑程度差。
更优选地，衍射图像的分析方法包括摇摆曲线法、基于Pseudo-Voigt算法的衍射峰形拟合和傅里叶合成中的一种或多种。
更优选地，散射图像的分析方法包括Guinier分析、Porod定理、Kratky分析和模型拟合中的一种或多种。
本发明的目的之三在于提供一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，该程序被处理器执行时实现上述所述方法的步骤。
本发明的目的之四在于提供一种计算机处理设备，包括处理器及上述所述的计算机可读存储介质，所述处理器执行所述计算机可读存储介质上的计算机程序，实现上述所述方法的步骤。
本发明的目的之五在于提供一种用于检测皮肤状态的装置，包括至少一个X射线分析仪和上述所述的计算机处理设备，所述计算机处理设备与所述X射线分析仪信号连接。
优选地，X射线分析仪至少包括X射线源和探测器，所述皮肤位于X射线源和探测器之间，其中：
所述X射线源选自X射线球管、旋转阳极X射线管、液态金属靶X射线源、高次谐波产生装置、同步辐射装置和X射线自由电子激光试验装置中的一种；
和/或，所述探测器选自CCD探测器、CMOS X射线探测器、光子计数型X射线探测器和单通道探测器中的一种或多种。
更优选地，所述探测器的单个像素为20～100μm。
更优选地，所述探测器的像素为10万～400万。
更优选地，所述探测器的帧率为0.1赫兹～100赫兹。
更优选地，所述X射线源发出的X射线的能量为0.5～18keV。
更优选地，所述X射线源发出的X射线的波长为0.07～2.5nm。
更优选地，所述X射线源发出的X射线与皮肤的入射角为0.1～3°。
更优选地，所述X射线源发出的X射线与皮肤的入射角为90°。
更优选地，所述探测器和皮肤的距离为100mm～20m。
本申请的利用X射线检测皮肤的方法，通过对皮肤进行X射线衍射或X射线散射表征，在无需对皮肤进行额外处理的情况下，能高效检测护肤品或皮肤药物对皮肤结构的影响。X射线表征的空间分辨率可以达到分子-原子尺度，可实现高检测效率和高检测精度，适用于开展新护肤品和皮肤药物的研发。
与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：
1)本发明利用X射线检测皮肤的方法，解决了目前日化和生物医药行业在新护肤品和皮肤药物研发中，进行护肤品和皮肤药物与皮肤作用效果检测时，面临的检测效率低和微量物质检测难的问题。
2)采用本发明的检测方法，可实现对皮肤的高时间分辨研究，最高可达毫秒至微秒的时间分辨率，具有高效率和高精度的特点。
附图说明
图1为本申请利用X射线以反射方式照射皮肤生成X射线衍射波和散射波的原理示意图。
图2为本申请利用X射线以透射方式照射皮肤生成X射线衍射波和散射波的原理示意图。
其中，图1和图2中的附图图标为：1、X射线源，3、探测器，4、皮肤，5、光学元件，7、物质。
图3a为本申请中采用X射线照射皮肤时，皮肤固定方式之一。
图3b为本申请中采用X射线照射皮肤时，皮肤固定方式之二。
图4为本申请实施例1中采用不同分子量的聚乙二醇水溶液滴加在模型皮肤后，根据衍射峰的位置获得的模型皮肤中多层磷脂周期大小随时间的变化图。
图5为本申请实施例1中采用不同分子量的聚乙二醇水溶液滴加在模型皮肤后，经X射线摇摆测试分析获得的模型皮肤中衍射强度随摇摆角的变化图。
图6为本申请实施例2中模型皮肤的衍射图像经傅里叶合成分析获得的皮肤中多层磷脂中的一个磷脂双分子层的电子密度和膜内纵向位置的关系图。
图7为本申请实施例2中模型皮肤的散射图像中散射强度和动量转移的关系图，以及根据曲线经球模型拟合后的蛋白形态的示意图。
图8为本申请的利用X射线检测皮肤状态的方法的流程示意图。
图9为本申请的利用X射线检测皮肤状态的装置的流程示意图。
其中，图9中的附图标记为：11、分析单元，12、皮肤状态评价或比较单元，13、存储单元。
具体实施方式
以下通过特定的具体实例说明本发明的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点与功效。本发明还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本发明的精神下进行各种修饰或改变。需说明的是，在不冲突的情况下，以下实施例及实施例中的特征可以相互组合。
需要说明的是，以下实施例中所提供的图示仅以示意方式说明本发明的基本构想，遂图式中仅显示与本发明中有关的组件而非按照实际实施时的组件数目、形状及尺寸绘制，其实际实施时各组件的型态、数量及比例可为一种随意的改变，且其组件布局型态也可能更为复杂。
本发明提供了一种利用X射线检测皮肤状态的装置，所述装置包括：
分析单元，用于基于X射线经皮肤后的衍射图像和/或散射图像，获得所述皮肤中磷脂的晶相特征和/或蛋白的结构。
根据本申请的装置，所述装置还包括皮肤状态评价或比较单元，用于依据若干个所述皮肤中磷脂的晶相特征和/或蛋白的结构获得对应的皮肤状态，并评价皮肤状态和/或比较若干个皮肤状态的优劣。
具体地，所述皮肤状态包括皮肤的平整光滑程度、皮肤保湿能力、皮肤含水率和皮肤通透性中的一种或多种。
具体地，所述皮肤状态评价或比较单元用于：根据所述磷脂的晶相类型评价或比较皮肤的保湿能力；和/或，根据所述磷脂的周期大小评价或比较皮肤的含水率；和/或，根据所述磷脂的电子密度评价或比较皮肤的含水率和/或通透性；和/或，根据所述磷脂的取向性评价或比较皮肤的平整光滑程度；和/或，根据所述蛋白的大小评价或比较皮肤的含水率；和/或，根据所述蛋白的形状评价或比较皮肤的平整光滑程度。
根据本申请的装置，所述装置还包括存储单元，用于数据存储。
根据本申请的装置，所述磷脂是指皮肤角质层中多层磷脂中的磷脂，具体地为神经酰胺。所述蛋白为角蛋白。所述磷脂的晶相特征选自晶相类型、周期大小、电子密度和取向性中的一种或多种。所述蛋白结构包括蛋白的形状或大小。
根据本申请的装置，所述分析单元包括衍射图像分析模块和/或散射图像分析模块；所述衍射图像分析模块用于依据衍射图像中衍射峰的位置和强度获得所述皮肤中磷脂的晶相特征；所述散射图像分析模块用于依据散射图像中散射强度和动量转移进行积分，得到一维散射曲线，分析一维散射曲线，获得所述皮肤中蛋白的结构。
具体地，所述衍射图像分析模块还包括第一衍射子模块、第二衍射子模块和第三衍射子模块中的一种或多种，所述第一衍射子模块基于衍射峰位置，获得皮肤中磷脂的周期大小；所述第二衍射子模块基于衍射峰位置采用摇摆测试分析，获得皮肤中磷脂的取向性；所述第三衍射子模块基于衍射峰位置和强度采用傅里叶合成方法，获得皮肤中磷脂的电子密度。
具体地，所述散射图像分析模块还包括第一散射子模块、第二散射子模块、第三散射子模块和第四散射子模块中的一种或多种，所述第一散射子模块基于一维曲线采用Guinier分析方法，获得蛋白的大小；所述第二散射子模块基于一维曲线采用Porod定理，获得蛋白的大小；所述第三散射子模块基于一维曲线采用Kratky分析方法，获得蛋白的形状；所述第四散射子模块基于一维曲线采用模型拟合，获得蛋白的形状和/或大小。
如图8所示，本发明还提供一种利用X射线检测皮肤状态的方法，包括如下步骤：
S1、分析X射线经皮肤后的衍射图像和/或散射图像，获得所述皮肤中磷脂的晶相特征和/或蛋白的结构。
根据本申请的方法，依据所述磷脂的晶相特征和/或蛋白的结构评价指标或比较指标评价皮肤状态。具体地，所述皮肤状态包括皮肤的平整光滑程度、皮肤保湿能力、皮肤含水率和皮肤通透性中的一种或多种。
根据本申请的方法，针对所述衍射图像中衍射峰的位置和强度进行分析，获得所述皮肤中磷脂的晶相特征。
根据本申请的方法，针对所述散射图像中的散射强度和动量转移进行积分，得到一维散射曲线，分析一维散射曲线，获得所述皮肤中蛋白的结构。
根据本申请的方法，所述磷脂是指皮肤角质层中多层磷脂中的磷脂，具体地为神经酰胺。
根据本申请的方法，所述皮肤中蛋白为角蛋白。
根据本申请的方法，所述磷脂的晶相特征选自晶相类型、周期大小、电子密度和取向性中的一种或多种。
根据本申请的方法，所述蛋白的结构包括蛋白的形状和/或大小。
具体地，根据所述磷脂的晶相类型评价或比较皮肤的保湿能力。多层磷脂是表皮的保湿屏障，磷脂的晶相特征对保湿至关重要。
具体地，根据所述磷脂的周期大小评价或比较皮肤的含水率。水含量高会增加多层磷脂厚度，磷脂的周期大代表皮肤的含水率高；而磷脂的周期小代表皮肤的含水率低。
具体地，根据所述磷脂的电子密度评价或比较皮肤的含水率和/或通透性。磷脂的电子密度越高代表皮肤的含水率和/或通透性越好，磷脂的电子密度越低代表皮肤的含水率和/或通透性越差。
具体地，根据所述磷脂的取向性评价或比较皮肤的平整光滑程度。磷脂的取向性越窄，表示皮肤的平整光滑程度好；磷脂的取向性越宽，表示皮肤的平整光滑程度差。
具体地，根据所述蛋白的大小评价或比较皮肤的含水率。水含量提高会使角蛋白溶胀蛋白大表示皮肤的含水率高，蛋白小表示皮肤的含水率低。
具体地，根据所述蛋白的形状评价或比较皮肤的平整光滑程度。蛋白扭曲代表皮肤的平整光滑程度差。
根据本申请的方法，衍射图像的分析方法包括摇摆曲线法、基于Pseudo-Voigt算法的衍射峰形拟合和傅里叶合成中的一种或多种。
根据本申请的方法，散射图像的分析方法包括Guinier分析、Porod定理、Kratky分析和模型拟合中的一种或多种。
本发明还提供一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，该程序被处理器执行时实现上述所述方法的步骤。
本发明还提供一种计算机处理设备，包括处理器及上述所述的计算机可读存储介质，所述处理器执行所述计算机可读存储介质上的计算机程序，实现上述所述方法的步骤。
计算机可读存储介质：
本领域普通技术人员可以理解：实现上述各方法实施例的全部或部分步骤可以通过计算机程序相关的硬件来完成。前述的计算机程序可以存储于一计算机可读存储介质中。该程序在执行时，执行包括上述各方法实施例的步骤；而前述的存储介质包括：ROM、RAM、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。
本发明还提供一种用于检测皮肤状态的装置，包括至少一个X射线分析仪和上述所述的计算机处理设备，所述计算机处理设备与所述X射线分析仪信号连接。
具体地，X射线分析仪至少包括X射线源和探测器，所述皮肤位于X射线源和探测器之间，其中：
所述X射线源选自X射线球管、旋转阳极X射线管、液态金属靶X射线源、高次谐波产生装置、同步辐射装置和X射线自由电子激光试验装置中的一种；
和/或，所述探测器选自CCD探测器、CMOS X射线探测器、光子计数型X射线探测器和单通道探测器中的一种或多种。
更具体地，所述探测器的单个像素为20～100μm。所述探测器的像素为10万～400万。所述探测器的帧率为0.1赫兹～100赫兹。所述X射线源发出的X射线的能量为0.5～18keV。所述X射线源发出的X射线的波长为0.07～2.5nm。所述X射线源发出的X射线与皮肤的入射角为0.1～3°。所述X射线源发出的X射线与皮肤的入射角为90°。所述探测器和皮肤的距离为100mm～20m。
本申请中，皮肤为从生物体分离得到的真实皮肤样品和通过非生物方式制备得到的模型皮肤。真实皮肤样品的制备：首先将所需的皮肤部分(表皮、全皮等)从人体或动物组织中分离，压制成合适的形状(一般是片状)，保存在储存液中备用。模型皮肤的制备：通过在细胞房内培养适合的皮肤细胞，通过细胞分裂的方式得到皮肤的不同子结构(角质层、颗粒层、棘层、基底层等)，从而最终获得人造皮肤并保存在储存液内备用；或者将多种磷脂、蛋白和其它生物分子按照生物体内的真实比例进行配比，采用自组装成膜法或者囊泡破裂法制备具有多层结构的模型皮肤，保存在冰箱内备用。
本申请中，皮肤表面可以负载有呈溶液、乳液、膏或凝胶的物质，物质适用于不同目的护肤品和皮肤药物。物质与皮肤的相互作用方式包括涂抹、浸泡和混合。所有物质都可以通过涂抹(手动或旋涂)在皮肤表面的方式进行物质与皮肤相互作用的体外模拟。涂抹式是本方法中主要使用的作用方式，因为它与实际的相互作用方式更为相似，且适用于透射式和反射式两种X射线入射方式；浸泡式是指将皮肤浸泡在含有待检测物质的溶液中的方式模拟两者相互作用；直接混合式是指在制备皮肤模型时，直接将待检测物质与皮肤模型的原料混合，制备出含有待检测物质的模型皮肤。在物质和皮肤进行相互作用时，可以通过控制皮肤所处的环境，模拟物质和皮肤相互作用的实际环境，例如控制温度、湿度、照明条件等。典型的温度为人体表温度37.5摄氏度，典型湿度为30％到80％相对湿度(极限环境湿度)，典型照明条件为功率800-1200瓦每平方米的氙灯或氩灯。这种环境控制既可以在专门的腔体内进行，也可以在通风橱内或开放环境下进行。
如图1所示，利用X射线照射皮肤产生X射线衍射波和散射波的原理示意图，其中图1为X射线源1产生的X射线以入射角为0.1～3°照射皮肤4，经皮肤发射后在探测器3上产生衍射波和散射波。
如图2所示，利用X射线照射皮肤产生X射线衍射波和散射波的原理示意图，图2中为X射线源1产生的X射线以入射角为90°透射并穿过皮肤4，在探测器3上产生散射波和衍射波。
如图3所示，为采用X射线照射皮肤时，皮肤的固定方式，其中3a为皮肤通过硅基底进行固定，皮肤上负载有呈溶液、乳液、膏状或凝胶状的物质；图3b表示皮肤通过加两端夹持装置进行固定，皮肤上负载有呈溶液、乳液、膏状或凝胶状的物质。皮肤固定也可以为只包含允许X射线通过的腔体。
如图9所述，为本申请的利用X射线检测皮肤状态的装置的流程示意图。其中，11为分析单元，12为皮肤状态评价或比较单元，13为存储单元。
本申请实施例中，为了便于试验，皮肤可通过商业渠道购买获得或制备获得。本申请实施例中的商业模型皮肤，购买自法国BiopredicInternational公司的无汗腺模型皮肤。本申请实施例中自制模型皮肤的制备方法为，基于物理法在载玻片上制备模型皮肤，下层为磷脂自组装形成的多层磷脂，上层为包含角蛋白的模型皮肤细胞(囊泡)。
实施例1
本实施例中，利用X射线检测皮肤状态的装置及方法，包括如下步骤：
以商业模型皮肤为试验对象，将分子量分别为20000、8000和800的30wt％聚乙二醇水溶液滴加至模型皮肤表面，必要时借助旋涂机器将粘度很高的聚乙二醇水溶液涂抹均匀，并将模型皮肤放置在硅基底上。
将铜靶X射线球管打开产生能量为8keV和波长为0.15nm的X射线束，通过毛细管准直器进行准直，通过锗单色器进行单色化、再利用狭缝将光斑大小限制为1毫米×1毫米，最后利用CCD探测器采集衍射图像。其中，X射线束的入射角度为0.3°；探测器和皮肤定位台的距离为0.5米。
在涂抹完成后，每100ms进行一次X射线衍射图像的采集，共持续30min到1h。采集完成衍射图像后采用，采用X射线摇摆测试对衍射图像进行分析。摇摆测试时入射角和出射角的中心均为0.9°。
从X射线衍射结果中的衍射峰的位置可以获得皮肤中多层磷脂的周期大小，而摇摆测试分析可以直接使用，结果见图3。
图4为不同分子量聚乙二醇水溶液滴加在模型皮肤后，根据衍射峰的位置获得的模型皮肤中多层磷脂周期大小随时间的变化图。由图中可知，PEG20000作用下的多层磷脂的周期一直保持最大，表明PEG20000更有利于提高皮肤的含水量。
图5为不同分子量聚乙二醇水溶液滴加在模型皮肤后，经X射线摇摆测试分析所获得的衍射强度随摇摆角的变化图。从图可知，PEG20000的峰比较窄，表明皮肤的取向性更好，说明PEG20000更有利于提高皮肤的平整和光滑程度。
实施例2
本实施例中，利用X射线检测皮肤状态的装置及方法，包括如下步骤：
以自制模型皮肤为试验对象，其中一组添加不同浓度的人参提取物，即实验组；另一组不含人参提取物作为参照，即对照组。实验组中，人参提取物的浓度分别为0.01％、0.1％、1％和10％。
将模型皮肤置于载玻片上，置于37.5℃、相对湿度分为45％的腔体内，进行皮肤的X射线检测。该腔体可以进行精确的温湿度控制，且可以允许X射线通过。
将钼靶旋转阳极打开产生能量为15.4keV和波长为0.07nm的X射线束，通过Goebel镜对X射线进行偏转和聚焦，通过光阑将光斑大小限制为直径1毫米，最后利用采用雪崩型光电二极管(FMB OXFORD)，进行一维XRD扫描；采用计数型面阵探测器(Eiger 2X 1M，Dectris)采集衍射图像和散射图像。其中，X射线与皮肤的入射角度为0.3°；探测器和皮肤定位台的距离为5米。
采用傅里叶合成对X射线衍射图像进行分析，采用球模型拟合方法对X射线散射图像进行分析，结果见图4。
图6为本申请实施例2中模型皮肤的衍射图像经傅里叶合成分析获得的皮肤中磷脂膜中的一个磷脂双分子层的电子密度和膜内纵向位置的关系图。从图可知，测试组的磷脂的亲水区(图中电子密度大于1的部分，包括磷脂双分子层的外层的亲水端)的厚度明显大于对照组，说明人参提取物的加入显著提高了多层磷脂中的含水量。
图7为本申请实施例2中模型皮肤的散射图像中散射强度和动量转移的关系曲线图，以及关系曲线经球模型拟合后的蛋白形态的示意图。从曲线上方的球模型拟合结果可知，人参提取物的加入显著提高了皮肤中蛋白的大小，证明了人参提取物的保湿效果良好。
实施例3
本实施例中，利用X射线检测皮肤状态的装置及方法，包括如下步骤：
以商业模型皮肤为试验对象，将12个涂有面霜(兰蔻菁纯面霜)的商业模型皮肤放置在硅基底上，置于37.5℃、相对湿度为35％的恒温恒湿环境下，每隔1h从涂抹有面霜的皮肤样品组中取出一个皮肤，用含水棉签轻轻拭去面霜，再将商业模型皮肤存入冰箱内待测。
上海光源的BL19U2线站(同步辐射)产生能量为15keV和波长为0.07nm的X射线束。通过偏转镜对光进行偏转、KB镜对光进行聚焦、铝衰减片对光进行衰减、硅单色器对光进行单色化、再利用用狭缝将光斑大小限制为约0.3×0.05毫米平方，最后采用计数型面阵探测器采集散射图像。其中，X射线束的入射角度为90°；探测器和皮肤定位台的距离为3米。
进行散射图像的采集，单个样品的测试时间是1s。
采用球模型拟合的方法对散射图像进行分析，获得皮肤中角蛋白的大小变化，典型结果参见图7。蛋白的大小能反应皮肤的含水率，蛋白越大代表皮肤的含水率越高。
实施例4
本实施例中，利用X射线检测皮肤状态的装置及方法，包括如下步骤：
以商业模型皮肤为试验对象，将商业模型皮肤置于载玻片上，放入37.5℃、相对湿度50％的腔体内，进行皮肤的X射线检测。该腔体可以进行精确的温湿度控制，且可以允许X射线通过。在模型皮肤的表面手动涂抹少量乳膏或凝胶(999皮炎平复方醋酸地塞米松乳膏、999三九皮炎平糠酸莫米松凝胶)。
将液体镓靶X射线光机(瑞典Excillum公司)打开，产生能量为9.2keV和波长0.13nm的X射线束，通过索拉片准直器对X射线进行准直，通过狭缝将光斑大小限制为1毫米×1毫米，最后采用CMOS探测器采集衍射图像的收集。其中，X射线束的入射角度为0.3°；探测器和皮肤定位台的距离为0.5米。每1min进行一次衍射图像采集，共持续8h。典型曝光时间为30秒。
针对得到的衍射图像中衍射峰的位置和强度采用傅里叶合成进行分析，获得多层磷脂的电子密度和膜内纵向位置的关系图，典型结果参见图6，获得多层磷脂中的疏水端的长烃基链的长度(图中电子密度低于1的部分)。长烃基链的长度是评估磷脂分子排列的紧密程度和细胞膜的通透性的重要参数，磷脂分子排列越紧密代表皮肤的通透性越差。通过比较长烃基链长度随时间的变化，可以检测皮炎乳膏/凝胶对皮肤通透性的影响。
综上所述，本发明有效克服了现有技术中的种种缺点而具高度产业利用价值。
上述实施例仅例示性说明本发明的原理及其功效，而非用于限制本发明。任何熟悉此技术的人士皆可在不违背本发明的精神及范畴下，对上述实施例进行修饰或改变。因此，举凡所属技术领域中具有通常知识者在未脱离本发明所揭示的精神与技术思想下所完成的一切等效修饰或改变，仍应由本发明的权利要求所涵盖。
Claims (16)
1.一种利用X射线检测皮肤状态的装置，其特征在于，所述装置包括：
分析单元，用于基于X射线经皮肤后的衍射图像，获得所述皮肤中磷脂的晶相特征；
所述分析单元包括衍射图像分析模块，所述衍射图像分析模块用于依据衍射图像中衍射峰的位置和强度获得所述皮肤中磷脂的晶相特征，所述磷脂的晶相特征选自晶相类型、周期大小、电子密度和取向性；
所述衍射图像分析模块还包括第一衍射子模块、第二衍射子模块和第三衍射子模块，所述第一衍射子模块基于衍射峰位置，获得皮肤中磷脂的周期大小；所述第二衍射子模块基于衍射峰位置采用摇摆测试分析，获得皮肤中磷脂的取向性；所述第三衍射子模块基于衍射峰位置和强度采用傅里叶合成方法，
获得皮肤中磷脂的电子密度；
所述装置还包括皮肤状态评价或比较单元，所述皮肤状态评价或比较单元用于：
根据所述磷脂的晶相类型评价或比较皮肤的保湿能力；
根据所述磷脂的周期大小评价或比较皮肤的含水率；
根据所述磷脂的电子密度评价或比较皮肤的含水率和/或通透性；
根据所述磷脂的取向性评价或比较皮肤的平整光滑程度。
2.如权利要求1所述的装置，其特征在于，所述分析单元还用于基于X射线经皮肤后的散射图像，获得所述皮肤中蛋白的结构。
3.如权利要求1或2所述的装置，其特征在于，所述皮肤状态评价或比较单元还用于依据若干个所述皮肤中磷脂的晶相特征和/或蛋白的结构获得对应的皮肤状态，并评价皮肤状态和/或比较若干个皮肤状态的优劣。
4.如权利要求1所述的装置，其特征在于，所述装置还包括存储单元，用于数据存储。
5.如权利要求2所述的装置，其特征在于，所述分析单元还包括散射图像分析模块；所述散射图像分析模块用于依据散射图像中散射强度和动量转移进行积分，得到一维散射曲线，分析一维散射曲线，获得所述皮肤中蛋白的结构；
和/或，所述蛋白的结构包括蛋白的形状或大小；
和/或，所述蛋白为角蛋白。
6.根据权利要求5所述的装置，其特征在于，所述散射图像分析模块还包括第一散射子模块、第二散射子模块、第三散射子模块和第四散射子模块中的一种或多种，所述第一散射子模块基于一维曲线采用Guinier分析方法，获得蛋白的大小；所述第二散射子模块基于一维曲线采用Porod定理，获得蛋白的大小；所述第三散射子模块基于一维曲线采用Kratky分析方法，获得蛋白的形状；所述第四散射子模块基于一维曲线采用模型拟合，获得蛋白的形状和/或大小。
7.根据权利要求3所述的装置，其特征在于，所述皮肤状态包括皮肤的平整光滑程度、皮肤保湿能力、皮肤含水率和皮肤通透性中的一种或多种；
所述皮肤状态评价或比较单元还用于：根据所述蛋白的大小评价或比较皮肤的含水率；
和/或，根据所述蛋白的形状评价或比较皮肤的平整光滑程度。
8.一种利用X射线检测皮肤状态的方法，其特征在于，包括如下步骤：
1)分析X射线经皮肤后的衍射图像，获得所述皮肤中磷脂的晶相特征；
2)依据所述磷脂的晶相特征作为评价指标和/或比较指标用于评价和/或比较皮肤状态；
其中，1)中，针对所述衍射图像中衍射峰的位置和强度进行分析，获得所述皮肤中磷脂的晶相特征，所述磷脂的晶相特征选自晶相类型、周期大小、电子密度和取向性；
根据衍射峰位置，获得皮肤中磷脂的周期大小；
根据衍射峰位置采用摇摆测试分析，获得皮肤中磷脂的取向性；
根据衍射峰位置和强度采用傅里叶合成方法，获得皮肤中磷脂的电子密度；其中，2)中，依据所述磷脂的晶相类型评价或比较皮肤的保湿能力，依据所述磷脂的周期大小评价或比较皮肤的含水率，依据所述磷脂的电子密度评价或比较皮肤的含水率和/或通透性，依据所述磷脂的取向性评价或比较皮肤的平整光滑程度。
9.如权利要求8所述的方法，其特征在于，1)中，还包括分析X射线经皮肤后的散射图像，获得所述皮肤中蛋白的结构；
和/或，所述磷脂是指皮肤角质层中多层磷脂中的磷脂。
10.如权利要求9所述的方法，其特征在于，还包括依据所述蛋白的结构作为评价指标和/或比较指标用于评价和/或比较皮肤状态；
和/或，针对所述散射图像中的散射强度和动量转移进行积分，得到一维散射曲线，分析一维散射曲线，获得所述皮肤中蛋白的结构；
和/或，所述皮肤中蛋白为角蛋白；
和/或，所述蛋白的结构包括蛋白的形状和/或大小。
11.如权利要求10所述的方法，其特征在于，所述皮肤状态包括皮肤的平整光滑程度、皮肤保湿能力、皮肤含水率和皮肤通透性中的一种或多种；和/或，根据所述蛋白的大小评价或比较皮肤的含水率；
和/或，根据所述蛋白的形状评价或比较皮肤的平整光滑程度；
和/或，采用Guinier分析方法分析所述一维散射曲线，获得蛋白的大小；采用Porod定理分析所述一维散射曲线，获得蛋白的大小；采用Kratky分析方法分析所述一维散射曲线，获得蛋白的形状；采用模型拟合分析所述一维散射曲线，获得蛋白的形状和/或大小。
12.一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，其特征在于，该程序被处理器执行时实现权利要求8～11任一项所述方法的步骤。
13.一种计算机处理设备，包括处理器及权利要求12所述的计算机可读存储介质，其特征在于，所述处理器执行所述计算机可读存储介质上的计算机程序，实现权利要求8～11任一项所述方法的步骤。
14.一种用于检测皮肤状态的设备，其特征在于，包括至少一个X射线分析仪和权利要求13所述的计算机处理设备，所述计算机处理设备与所述X射线分析仪信号连接。
15.如权利要求14所述的设备，其特征在于，X射线分析仪至少包括X射线源和探测器，所述皮肤位于X射线源和探测器之间，其中：
所述X射线源选自旋转阳极X射线管、液态金属靶X射线源、高次谐波产生装置、同步辐射装置和X射线自由电子激光试验装置中的一种；
和/或，所述探测器选自CCD探测器、CMOS X射线探测器和光子计数型X射线探测器中的一种或多种。
16.如权利要求15所述的设备，其特征在于，所述探测器的单个像素为20～100μm；
和/或，所述探测器的像素为10万～400万；
和/或，所述探测器的帧率为0.1赫兹～100赫兹；
和/或，所述X射线源发出的X射线的能量为0.5～18keV；
和/或，所述X射线源发出的X射线的波长为0.07～2.5nm；
和/或，所述X射线源发出的X射线与皮肤的入射角为0.1～3°；
和/或，所述X射线源发出的X射线与皮肤的入射角为90°；
和/或，所述探测器和皮肤的距离为100mm～20m。
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