CN114288555B - 一种基于皮肤电阻抗的射频美容仪自适应调频系统 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种基于皮肤电阻抗的射频美容仪自适应调频系统，属于美容仪控制技术领域，包括：激励电极，工作时与目标皮肤接触，用于产生射频电信号；测量电极，工作时与目标皮肤接触，用于测量目标皮肤的电压矢量；中央处理器，分别与激励电极及测量电极连接，用于根据电压矢量确定当前目标皮肤的电阻抗，根据电阻抗确定射频频率和射频幅度，并产生控制信号；控制信号用于根据射频频率和射频幅度，调节射频电信号的频率和幅度，基于目标皮肤电阻抗确定的射频频率和射频幅度更精确，提高了射频美容仪调频的准确度，并节约了调频的时间。

Description

一种基于皮肤电阻抗的射频美容仪自适应调频系统

技术领域

本发明涉及美容仪控制领域，特别是涉及一种基于皮肤电阻抗的射频美容仪自适应调频系统。

背景技术

人体皮肤的真皮层结缔组织由各种细胞，胶原纤维，弹性纤维和网状纤维，基质等构成。射频美容仪器发出的无线电波射入真皮层结缔组织，引发组织的自然电阻运动产生热能。由于胶原纤维在五十五摄氏度至七十摄氏度时会立即产生收缩的特性，射频会造成皮肤即时的紧致感。与此同时，射频电波还会刺激真皮层再生新的胶原纤维，从而托起皮肤的支架，使真皮层的厚度和密度增加，对皮肤的紧致度和细纹进行长期的改善。

射频技术的划分是产生射频信号的电极头的划分，以及射频信号的划分；电极头目前可以划分为：单极，双极以及多极。但是不论使用的电极技术是单极，双极或者多极，其释放的射频频率均分为两种：

1、频率固定的射频能量，设备监测到皮肤达到指定温度后射频停止释放，设备监测到皮肤温度下降后射频再开机加热。此种方式为频率固定射频，设备所发射出的射频能量聚焦深度恒定，不可调节，在皮肤表皮层较厚的位置加热效率低，浪费时间。在皮肤表皮层较薄的位置加热效率高，但皮肤升温更快，用户面临被烫伤的风险。

2、频率根据预设的方式编程好以对应不同的档位，不同的档位分别对应快速加热，中速加热以及慢速加热，运行原理和频率固定的射频类似。此种方式为预编程频率射频，虽然设备所发射出的射频能量可以手动调节档位，但不会随皮肤表皮层厚度的变化而变化，在皮肤表皮层较厚的位置加热效率低，浪费时间；在皮肤表皮层较薄的位置加热效率高，但皮肤升温更快，用户面临被烫伤的风险。

因此，传统家用射频美容仪射频信号频率恒定或遵循预先设定的变化规律，其工作频率一般设置在1MHz至4MHz之间不变。然而对于脸部不同部位的靶点，如眼皮，额头，脸颊等，皮肤表皮层至真皮层厚度不同，传统射频美容仪使用恒定不变的频率，对应的聚焦加热位置深度不变，不能自适应调频，导致能量聚集加热区域可能作用不到准确的真皮层，导致加热效率低、浪费时间等问题。

基于上述问题，亟需一种自适应调频系统以实现射频美容仪的自适应调频，提高加热的效率并降低调频时间。

发明内容

本发明的目的是提供一种基于皮肤电阻抗的射频美容仪自适应调频系统，可实现自适应调频，并提高射频美容仪调频的准确性。

为实现上述目的，本发明提供了如下方案：

一种基于皮肤电阻抗的射频美容仪自适应调频系统，所述基于皮肤电阻抗的射频美容仪自适应调频系统包括：

激励电极，工作时与目标皮肤接触，用于产生射频电信号；

测量电极，工作时与目标皮肤接触，用于测量所述目标皮肤的电压矢量；

中央处理器，分别与所述激励电极及所述测量电极连接，用于根据所述电压矢量确定当前目标皮肤的电阻抗，根据所述电阻抗生成调整射频电信号的射频频率和射频幅度的控制信号，并将所述控制信号发送至所述激励电极。

可选地，所述激励电极包括第一正电极和第一负电极；所述第一正电极及所述第一负电极均与目标皮肤接触，且所述第一正电极及所述第一负电极均与所述中央处理器连接。

可选地，所述测量电极包括第二正电极和第二负电极；所述第二正电极及所述第二负电极均与目标皮肤接触，且所述第二正电极及所述第二负电极均与所述中央处理器连接。

可选地，所述中央处理器包括：

电压分布确定单元，与所述测量电极连接，用于基于预先构建的目标函数，根据所述电压矢量，确定目标皮肤电压分布；

阻抗矩阵确定单元，与所述电压分布确定单元连接，用于根据所述目标皮肤电压分布，计算当前目标皮肤的阻抗矩阵；

电阻抗确定单元，与所述阻抗矩阵确定单元连接，用于根据所述阻抗矩阵，计算当前目标皮肤的电阻抗；

控制单元，分别与所述电阻抗确定单元及所述激励电极连接，用于生成调整射频电信号的射频频率和射频幅度的控制信号，并发送至所述激励电极。

可选地，所述目标函数为：

其中，y(σ)为目标函数值，

为目标皮肤电压分布，

为电压矢量，ε为正则化参数，Q为正则化矩阵，σ为目标皮肤的电导率，[]^T表示对矩阵转置。

可选地，根据以下公式，确定当前目标皮肤的阻抗矩阵：

其中，R₀为当前目标皮肤的阻抗矩阵，

为目标皮肤电压分布，I₀为激励电极的激励电流，R_接触为测量电极与目标皮肤表面的接触电阻。

可选地，根据以下公式，计算当前目标皮肤的电阻抗：

其中，Z为当前目标皮肤的电阻抗，R_N为当前目标皮肤的阻抗矩阵中的元素，

为目标皮肤的阻抗矩阵R₀中N个元素的均值，argmin{}为求一组序列中参数值最小的元素。

可选地，根据以下公式，确定射频频率和射频幅度：

f_rf＝[f₀/μZ]；A_rf＝A₀×f₀/f_rf；

其中，f_rf为射频频率，f₀为初始频率，μ为电阻系数，Z为当前目标皮肤的电阻抗，A_rf为射频幅度，A₀为初始幅度。

可选地，根据以下公式，确定射频电信号：

其中，RF为射频电信号，A_rf为射频幅度，f_rf为射频频率，t为当前时刻。

根据本发明提供的具体实施例，本发明公开了以下技术效果：通过激励电极向目标皮肤发射射频电信号，测量电极测量目标皮肤的电压矢量，中央处理器根据电压矢量确定当前目标皮肤的电阻抗，根据电阻抗确定射频频率和射频幅度，并产生控制信号，根据射频频率和射频幅度调节射频电信号的射频频率和射频幅度，电阻抗的不同即可反应出目标皮肤的厚度不同，进而实现了针对不同目标皮肤的厚度自适应调节射频频率，极大地节约了调频的时间，且基于目标皮肤电阻抗确定的射频频率和射频幅度更精确，提高了射频美容仪调频的准确度。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明基于皮肤电阻抗的射频美容仪自适应调频系统的模块结构示意图；

图2为本发明基于皮肤电阻抗的射频美容仪自适应调频系统的使用流程图；

图3为在额头区域使用美容仪及适配的较高频率射频信号的示意图；

图4为在颈部区域使用美容仪及适配的中等频率射频信号的示意图；

图5为在脸颊区域使用美容仪及适配的较低频率射频信号的示意图；

图6为目标皮肤阻抗与射频频率之间的关系示意图。

符号说明：

目标皮肤-1，激励电极-2，测量电极-3，中央处理器-4，电压分布确定单元-41，阻抗矩阵确定单元-42，电阻抗确定单元-43，控制单元-44。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

本发明的目的是提供一种基于皮肤电阻抗的射频美容仪自适应调频系统，通过激励电极向目标皮肤发射射频电信号，测量电极测量目标皮肤的电压矢量，中央处理器根据电压矢量确定当前目标皮肤的电阻抗，根据电阻抗确定射频频率和射频幅度，并产生控制信号，根据射频频率和射频幅度调节射频电信号的射频频率和射频幅度，电阻抗的不同即可反应出目标皮肤的厚度不同，进而实现了针对不同目标皮肤的厚度自适应调节射频频率，极大地节约了调频的时间，且基于目标皮肤电阻抗确定的射频频率和射频幅度更精确，提高了射频美容仪调频的准确度。

为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。

如图1所示，本发明基于皮肤电阻抗的射频美容仪自适应调频系统包括：激励电极2、测量电极3及中央处理器4。

其中，所述激励电极2工作时与目标皮肤1接触，所述激励电极2用于产生射频电信号。具体地，所述激励电极2包括第一正电极和第一负电极；所述第一正电极及所述第一负电极均与目标皮肤1接触，且所述第一正电极及所述第一负电极均与所述中央处理器4连接。优选地，所述目标皮肤1为面部皮肤。本发明只作用于人体的头部，更精确为脸部，用以区分目前美容仪作用于脸部的哪个部分，针对各个部分提供精确的射频电信号。

所述测量电极3工作时与目标皮肤1接触，所述测量电极3用于测量所述目标皮肤1的电压矢量。具体地，所述测量电极3包括第二正电极和第二负电极；所述第二正电极及所述第二负电极均与目标皮肤1接触，且所述第二正电极及所述第二负电极均与所述中央处理器4连接。本发明使用测量电极3的正负极，完全覆盖了射频作用的范围，通过对穿过该范围的电流进行分析，可得到射频美容仪作用的靶点位置(真皮层)的介质厚度。

所述中央处理器4分别与所述激励电极2及所述测量电极3连接，所述中央处理器4用于根据所述电压矢量确定当前目标皮肤1的电阻抗，根据所述电阻抗生成调整射频电信号的射频频率和射频幅度的控制信号，并将所述控制信号发送至所述激励电极。所述激励电极2在所述射频频率、射频幅度和激励电流的作用下，向目标皮肤1发射射频电信号。激励电流为中央处理器4为激励电极2提供的电流。

由于面部皮肤各个部位所需要的射频频率都不相同，故本发明结合以上电流的探测属性实现了自适应变频，使用户获得更精确、更安全的美容体验。

具体地，所述中央处理器4包括：电压分布确定单元41、阻抗矩阵确定单元42、电阻抗确定单元43及控制单元44。

其中，所述电压分布确定单元41与所述测量电极3连接，所述电压分布确定单元41用于基于预先构建的目标函数，根据所述电压矢量，确定目标皮肤1电压分布。在本实施例中，目标函数的构建方法包括但不限于使用有限元分析方法。所述目标函数为：

其中，y(σ)为目标函数值，

为目标皮肤电压分布，

为电压矢量，ε为正则化参数，Q为正则化矩阵，σ为目标皮肤的电导率，[]^T表示对矩阵转置。目标皮肤的电导率可根据电压矢量及公式

确定，其中，

为劈形算符，点乘函数表示散度，

表示求

的梯度。

可选地，通过求解目标函数即可获得目标皮肤电压分布，其求解方法包括但不限于牛顿拉夫森法、梯度下降法、梯度追踪法。此求解过程以目标函数小于预设值为迭代终止条件。

所述阻抗矩阵确定单元42与所述电压分布确定单元41连接，所述阻抗矩阵确定单元42用于根据所述目标皮肤电压分布，计算当前目标皮肤的阻抗矩阵。

具体地，根据以下公式，确定当前目标皮肤的阻抗矩阵：

其中，R₀为当前目标皮肤的阻抗矩阵，

为目标皮肤电压分布，I₀为激励电极的激励电流，R_接触为测量电极与目标皮肤表面的接触电阻，为预先确定的量。

所述电阻抗确定单元43与所述阻抗矩阵确定单元42连接，所述电阻抗确定单元43用于根据所述阻抗矩阵，计算当前目标皮肤的电阻抗。

具体地，根据以下公式，计算当前目标皮肤的电阻抗：

其中，Z为当前目标皮肤的电阻抗，R_N为当前目标皮肤的阻抗矩阵中的元素，

为目标皮肤的阻抗矩阵R₀中N个元素的均值，argmin{}为求一组序列中参数值最小的元素。

所述控制单元44分别与所述电阻抗确定单元43及所述激励电极2连接，所述控制单元44用于根据所述电阻抗生成调整射频电信号的射频频率和射频幅度的控制信号，并将所述控制信号发送至所述激励电极。

具体地，根据以下公式，确定射频频率和射频幅度：

f_rf＝[f₀/μZ]；A_rf＝A₀×f₀/f_rf；

其中，f_rf为射频频率，f₀为初始频率，μ为电阻系数，Z为当前目标皮肤的电阻抗，A_rf为射频幅度，A₀为初始幅度。初始频率和初始幅度为家用射频美容仪启动运行时提供的频率和幅度。

根据以下公式，确定射频电信号：

其中，RF为射频电信号，A_rf为射频幅度，f_rf为射频频率，t为当前时刻。

本发明基于皮肤电阻抗反馈计算得到的射频频率和射频幅度更精准，能精确区分毫米级的皮肤介质区别。

为了更好的理解本发明的方案，如图2所示，下面进一步进行说明本发明基于皮肤电阻抗的射频美容仪自适应调频系统的使用流程：

第1步：将激励电极和测量电极充分接触目标皮肤的表面。

第2步：中央处理器CPU控制激励电极产生短时低频电信号，激励电流设置为I₀(I₀为短时低频电信号初始值)。

第3步：测量电极测量目标皮肤的电压矢量φ₀，并反馈给CPU。

第4步：根据电压矢量求解目标函数，得到目标皮肤电压分布

第5步：根据目标皮肤电压分布

计算当前目标皮肤的阻抗矩阵R₀。

第6步：根据阻抗矩阵计算当前目标皮肤的电阻抗Z。

第7步：根据电阻抗Z，确定射频频率f_rf和射频幅度A_rf，如图6所示为电阻抗与射频频率之间的关系示意图。

第8步：根据射频频率控制激励电极产生对应的射频信号RF。

第9步：每经过一个时间循环，重复第2步至第8步。

第10步：达到预设美容时间，美容仪关机。

如图3的(a)部分为在额头区域使用美容仪，图3的(b)部分为本发明适配的较高频率射频信号；图4的(a)部分为颈部区域使用美容仪，图4的(b)部分为本发明适配的中等频率射频信号；图5的(a)部分为在脸颊区域使用美容仪，图5的(b)部分为本发明适配的较低频率射频信号。

本发明基于皮肤电阻抗的射频美容仪自适应调频系统，可自适应调节射频频率和射频幅度的大小。从根本上解决了射频频率恒定以及手动调节档位的弊端，保证了用户使用美容仪在皮肤的不同位置，如额头、或者脸颊时，既能有最好的抗皱紧致提拉美容效果，又能完全规避使用风险，不被烫伤，同时节约成本，可以在家用小型射频美容仪上使用。

本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处。综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。

Claims (7)

1.一种基于皮肤电阻抗的射频美容仪自适应调频系统，其特征在于，所述基于皮肤电阻抗的射频美容仪自适应调频系统包括：

激励电极，工作时与目标皮肤接触，用于产生射频电信号；

测量电极，工作时与目标皮肤接触，用于测量所述目标皮肤的电压矢量；

中央处理器，分别与所述激励电极及所述测量电极连接，用于根据所述电压矢量确定当前目标皮肤的电阻抗，根据所述电阻抗生成调整射频电信号的射频频率和射频幅度的控制信号，并将所述控制信号发送至所述激励电极；

所述中央处理器包括：

电压分布确定单元，与所述测量电极连接，用于基于预先构建的目标函数，根据所述电压矢量，确定目标皮肤电压分布；所述目标函数为：

其中，y(σ)为目标函数值，

为目标皮肤电压分布，

为电压矢量，ε为正则化参数，Q为正则化矩阵，σ为目标皮肤的电导率，[]^T表示对矩阵转置；

阻抗矩阵确定单元，与所述电压分布确定单元连接，用于根据所述目标皮肤电压分布，计算当前目标皮肤的阻抗矩阵；

电阻抗确定单元，与所述阻抗矩阵确定单元连接，用于根据所述阻抗矩阵，计算当前目标皮肤的电阻抗；

控制单元，分别与所述电阻抗确定单元及所述激励电极连接，用于根据所述电阻抗生成调整射频电信号的射频频率和射频幅度的控制信号，并发送至所述激励电极。

2.根据权利要求1所述的基于皮肤电阻抗的射频美容仪自适应调频系统，其特征在于，所述激励电极包括第一正电极和第一负电极；所述第一正电极及所述第一负电极均与目标皮肤接触，且所述第一正电极及所述第一负电极均与所述中央处理器连接。

3.根据权利要求1所述的基于皮肤电阻抗的射频美容仪自适应调频系统，其特征在于，所述测量电极包括第二正电极和第二负电极；所述第二正电极及所述第二负电极均与目标皮肤接触，且所述第二正电极及所述第二负电极均与所述中央处理器连接。

4.根据权利要求1所述的基于皮肤电阻抗的射频美容仪自适应调频系统，其特征在于，根据以下公式，确定当前目标皮肤的阻抗矩阵：

其中，R₀为当前目标皮肤的阻抗矩阵，

为目标皮肤电压分布，I₀为激励电极的激励电流，R_接触为测量电极与目标皮肤表面的接触电阻。

5.根据权利要求1所述的基于皮肤电阻抗的射频美容仪自适应调频系统，其特征在于，根据以下公式，计算当前目标皮肤的电阻抗：

其中，Z为当前目标皮肤的电阻抗，R_N为当前目标皮肤的阻抗矩阵中的元素，

为目标皮肤的阻抗矩阵R₀中N个元素的均值，argmin{}为求一组序列中参数值最小的元素。

6.根据权利要求1所述的基于皮肤电阻抗的射频美容仪自适应调频系统，其特征在于，根据以下公式，确定射频频率和射频幅度：

f_rf＝[f₀/μZ]；A_rf＝A₀×f₀/f_rf；

其中，f_rf为射频频率，f₀为初始频率，μ为电阻系数，Z为当前目标皮肤的电阻抗，A_rf为射频幅度，A₀为初始幅度。

7.根据权利要求1所述的基于皮肤电阻抗的射频美容仪自适应调频系统，其特征在于，根据以下公式，确定射频电信号：

其中，RF为射频电信号，A_rf为射频幅度，f_rf为射频频率，t为当前时刻。

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