測定皮膚紅斑的方法

2023-05-24 20:03:56

專利名稱：測定皮膚紅斑的方法
技術領域：
本發明的方法涉及測定皮膚紅斑的方法。本發明的方法使用常規照片的數字圖像 分析法，這些照片可以通過低成本數位照相機獲得。該方法可用於展示旨在防止和/或減 少紅斑的皮膚護理產品的功效，即使此類紅斑肉眼不可見。2.現有技術的描述 皮膚炎症通常表現為皮膚發紅(紅斑)。紅斑很多情況下與尿布溼疹、粉刺、皮炎、 溼疹和其他皮膚病症有關。已設計多種皮膚護理產品用於防止炎症，例如防曬霜，或用於減 輕炎症，例如尿布溼疹軟膏。即使使用了此類皮膚護理產品後仍可能存在明顯的皮膚炎症， 但是此類炎症可能肉眼不可見。雖然在很多情況下，患有此類炎症的個體可以報告在使用 了此類產品後仍存在炎症和疼痛症狀，但嬰兒或不能表達自身感受的其他人雖然接受了治 療但還會繼續忍受症狀。因此，需要能夠更準確地展示此類皮膚護理產品功效的方法。皮膚紅斑主要是由血管舒張和血紅蛋白濃度局部升高造成。可以使用幾種方法測 量皮膚中的血紅蛋白濃度。已使用比色計進行血紅蛋白分析。比色計給出了用於測量顏色的標準化參數值 L*、a*和b*，其中a*用作「紅色」含量的指標，因此a*與皮膚紅斑有關。已在基於漫反射光譜法的血紅蛋白分析方法中使用分光光度計，根據漫反射光譜 法收集從皮膚反射的光並將其分解為光譜分量。已使用光譜分析法計算包括氧合血紅蛋白 和脫氧血紅蛋白(與紅斑有關)在內的發色團濃度。各種光反射裝置，例如窄譜反射分光 光度計也能夠給出紅斑指數。光譜成像是將光譜信息與二維空間信息相結合以計算強度圖的方法，該圖對應於 包括氧合血紅蛋白和脫氧血紅蛋白在內的發色團濃度。在分析血紅蛋白時還利用了皮膚數 字彩色圖像分析法。上述所有方法在測定炎症時均有不足，不能達到炎症皮膚治療效果要求的測定程 度。基於反射的方法只給出對點的測定，並受到結合該方法使用的探針的限制。光譜成像 是繪製血紅蛋白濃度圖最準確的方法，但需要昂貴的專用儀器。使用數字圖像分析的方法 未適當考慮有助於紅斑感知的所有皮膚光學參數。因此，仍需要測定皮膚紅斑的方法。

發明內容
本發明的方法提供測定皮膚紅斑的方法，該方法包括以下步驟a)在正交偏振條 件下使用包含在圖像觀察區域內的白色校準基準獲取皮膚的數字圖像；b)確定白色校準 基準的紅色、綠色和藍色通道的強度中值；C)對於表示皮膚的所有像素，通過計算白色基 準值比率對數，即每個通道(紅色、綠色和藍色)的白色基準的像素強度值除以皮膚反射 值，即對應的各個通道(紅色、綠色和藍色)處單獨的像素強度值，將圖像每個像素的紅色、 綠色和藍色強度值給出的皮膚反射值轉換為吸光度值，其中吸光度等於
log (I白色(紅色、綠色、藍色)/I碰(紅色、綠色、藍色))d)對於表示皮膚的所有像素，從綠色通道的吸光度值中減去紅色通道的吸光度 值(Abs (綠色)-Abs (紅色))；e)對於表示皮膚的所有像素，從藍色通道的吸光度值中減 去紅色通道的吸光度值(Abs (藍色)-Abs (紅色))；f)計算步驟(d)中得到的數值除以步 驟(e)中得到的數值之比，比值=(Abs(綠色)_Abs(紅色))/(Abs(藍色)_Abs(紅色))， 以及g)建立步驟(f)中得到的比值的強度圖。本發明的方法還提供展示皮膚護理產品功效的方法，該方法包括根據上述方法 獲取皮膚區域的數字圖像並分析該皮膚；將皮膚護理產品應用到相同的皮膚區域並保持有 效的時間量；接著在一段時間後，根據上述方法獲取該皮膚區域隨後的數字圖像並分析該 皮膚；比較圖像的強度圖以展示該皮膚紅斑的減少。根據治療情況或效果評估的不同，第一 和第二圖像採集之間的時間間隔可能不同。例如，保溼劑或抗炎劑的功效可以在短時間內 得到證明，該時間大約可按分或小時計算。然而，對於改善例如過敏反應、接觸性皮炎、粉刺 之類的皮膚狀況的長效活性成分的，其功效可能需要更長的時間才能顯示出來，該時間可 能按天、周或月計算。 本發明的方法還提供展示皮膚護理產品溫和性的方法，該方法包括根據上述方 法獲取皮膚區域的數字圖像並分析該皮膚；將皮膚護理產品應用到相同的皮膚區域並保持 有效的時間量；根據上述方法獲取該皮膚區域後續的數字圖像並分析該皮膚；比較圖像的 強度圖以展示皮膚紅斑未增加。


圖1示出了皮膚圖像向對應於該圖像上每個區域的強度直方圖的轉化。圖2展示了若干受試者皮膚上紅斑強度的平均增加情況。圖3是受試者皮膚的照片。圖4是圖3中所拍攝皮膚的紅斑強度圖。圖5是受試者皮膚的照片。圖6是圖5中所拍攝皮膚的紅斑強度圖。圖7是受試者面部皮膚的紅斑強度圖。圖8是圖7中紅斑強度圖的色彩映射圖。
具體實施例方式在本發明的方法中可以使用各種類型的照相機。此類照相機的例子包括 (但不限於)，標準35mm照相機、使用快速衝洗膠捲的照相機(例如可從Polaroid Corporation (Cambridge,Mass. USA)購得的照相機)和數位照相機。由於其提供快速獲得 受試者圖像的方法，因此優選地使用數位照相機。使用數位照相機還可以將圖像顯示於大 型顯示器上，使受試者能夠容易地放大特別關注的皮膚區域圖像(例如，面部區域)，並且 可以將圖像列印在報告中，該報告還可包含針對受試者檢查圖像時注意到的任何問題的產 品建議。適用的數位照相機的例子包括(但不限於)，拍攝圖像為至少100萬像素的照相機， 優選至少為400萬像素的照相機。此類數位照相機的例子包括(但不限於)，尼康DlX(Nikon DlX, Nikon，Tokyo, Japan)禾口富士 Sl (Fuji Si，Fuji，Tokyo, Japan)。
本文中使用的下列術語具有以下所述的含義「正交偏振條件」成像條件，該成像條件包括位於光源前的第一偏振濾光器和位於照相機鏡頭前的第二偏振濾光器，其中兩個濾光器的偏振軸相互正交。「白色校準基準」特定反射率百分比(例如80%)對應的均勻白色卡片。「強度中值」圖像關注區域對應的一組像素強度值的算術中值。「皮膚反射值」皮膚對應的圖像關注區域的像素強度值。「吸光度值」由以下方程式定義的吸光度吸光度=log{(白色基準的反射率)/ (關注對象的反射率)}。在一個實施例中，本發明的方法包括為受試者拍攝偏光照片的步驟。「偏光照片」 是指採用以下光源拍攝的受試者的照片，該光源為(i)所發射的光穿過偏振濾光器的光源 和/或(ii)所發射的光穿過在進入照相機鏡頭之前或之後對該光進行過濾的偏振濾光器 的光源。在一個實施例中，對受試者皮膚拍照時照相機和一個或多個閃光單元(優選兩 個閃光單元)基本位於同一平面上，並且閃光單元的設置使得每個閃光單元、受試者皮 膚和照相機之間形成約35度至55度角，例如約45度角。在一個實施例中，偏振濾光器 放置在每個閃光單元之前。「偏振濾光器」是指對入射光進行過濾以使發射出的光幾乎 完全只有偏振光的濾光器。本文中使用的術語「幾乎完全」是指至少達到75%，優選地 為90%，最優選地為至少95%。偏振濾光器的例子包括(但不限於)，例如可從Edmund Scientific (Barrington, N. J. USA)購得的偏振板，例如GlanThomson偏振稜鏡，或以近似 布魯斯特角反射光的偏振反射器。偏振濾光器可以是線性偏振濾光器或環形偏振濾光器。在本發明方法的另一實施例中，在閃光單元和偏振濾光器之間設置了漫射器。在本發明方法的另一實施例中，在光源處使用了線性偏振濾光器，並且該線性偏 振濾光器的布置使得發射光的電場與該光源、受試者皮膚和照相機所形成的平面基本垂直 (正交)。在本發明方法的另一實施例中，閃光單元設置在照相機和受試者皮膚上方的垂直 平面上，以使得閃光單元、受試者皮膚和照相機之間所形成的角為約35度至55度，優選地 為約45度。使用位於透射電場垂直方向(例如，平行於上述平面)的線性偏振濾光器對閃 光單元進行過濾。這種布置能使皮膚發出的表面眩光最小化，從而增強皮膚表面下的特徵， 如紅斑(發紅)、血管和色素沉著。在本發明方法的一個實施例中，採用兩種光源拍攝了受試者的照片，一種光源為 所發射的光穿過偏振濾光器的光源，另一種光源為所發射的光穿過在進入照相機鏡頭之前 或之後對該光進行過濾的偏振濾光器的光源。當偏振濾光器相互垂直對齊(例如，一個水 平放置，一個垂直放置)時，皮膚表面的特徵，例如紅斑、色素沉著、血管和毛髮在視覺上有 所增強並且消除了皮膚表面的鏡面反射(眩光)。圖像分析要求a)在正交偏振條件下使用包含在圖像觀察區域內的白色校準基 準獲取皮膚的數字圖像；b)確定白色校準基準的紅色、綠色和藍色通道的強度中值；C)對 於表示皮膚的所有像素，通過計算白色校準基準除以每個紅色、綠色和藍色通道處的皮膚 反射值的比率對數，將由圖像每個像素的紅色、綠色和藍色強度值給出的皮膚反射值轉換 為吸光度值，其中該吸光度等於Iogdefi(紅色、綠色、藍色VIigft(紅色、綠色、藍色))；d)對於表示皮膚的所有像素，從綠色通道的吸光度值中減去紅色通道的吸光度值；e)對於表 示皮膚的所有像素，從藍色通道的吸光度值中減去紅色通道的吸光度值；f)計算步驟(d) 中得到的數值除以步驟(e)中得到的數值之比，以及g)建立步驟(f)中得到的比值的強度 圖。在一個實施例中，所構建的紅斑強度圖可以作為灰度強度圖存在。在另一個實施 例中，可以使用色彩映射圖，即一側灰度強度值與另一側投射顏色之間的對應圖表，其中每 個強度值均使用顏色表示。可以使用色彩映射圖增強對應於紅斑強度具體範圍的特徵(參 見實例5)。通過這種方式，灰度色標圖像可以投射為「偽色彩」；可以選擇色彩映射圖中顏 色的順序，從而增強對應於具體灰度範圍的特徵外觀。此類方法可用於測定紅斑，能夠展示抗炎皮膚護理產品的功效或展示皮膚護理產 品的溫和性。如本文所用，皮膚護理產品包括(但不限於)，旨在用作清潔劑、保溼劑、遮光 齊U、抗皺組合物、抗癢組合物、抗炎組合物、皮膚色素沉著防治產品或抗痤瘡產品的膏霜、乳 液、軟膏、溶液。例如，可以在應用抗炎膏霜之前和之後拍攝圖像。此類圖像能夠使消費者 看到與炎症相關的紅斑的減少。同樣，如果產品不能有效地充分減少紅斑，本發明的方法將能夠展示和輔助確定 治療效果。下列實例用於輔助說明，無意限制本發明的方法。實例1 抗炎活件成分的功效 對比基液，評價了 70%乙醇/30%丙二醇基液中三種天然提取物(A = 4%茉莉提 取物/3%向日葵提取物，B = 2%茉莉提取物/2%向日葵提取物，以及C= 1% Symatrix) 的抗炎活性。使用其中一種測試製劑(A、B、C和安慰劑)處理了 6名志願者背部的四塊矩 形區域。然後，每個矩形區域中三個較小圓形區域接受了對應0. 5、1和1. 5MED劑量的UVB 輻射。輻射後一天獲取圖像。使用本發明的方法(以及相關算法)轉化圖像以生成紅斑強 度圖。在標記的皮膚位點周圍畫出所關注的圓形區域，並根據對應於每個區域的強度直方 圖(圖1)計算紅斑強度的平均偏差、標準偏差以及中值。計算所有6名受試者紅斑強度的 平均增加值(圖2)。結果展示本發明的方法使人能夠辨別出抗炎活性及防曬功效最強的測 試物質。實例2 保溼劑的撫慰效果為評估兩種保溼劑(A和B)在皮膚屏障功能降低後對皮膚刺激症狀的治療效果， 實施了一項研究。在志願者前臂掌側的三個位點黏貼10條膠帶，然後用0. 16ml的5% SLS(月桂基硫酸鈉)溶液在閉合條件下處理兩小時。除去貼片後，將測試物質應用於指定 的皮膚位點(2 μ 1/cm2)，保留一個位點不處理。在隨後四天中，每天將測試物質應用到相應 位點。研究期間，每天拍攝圖像。圖3中的實例示出了第三天時志願者手臂的照片。各個 位點的紅斑明顯。然而，不可能以嚴重程度來描述這些位點或只通過觀察圖片來評估紅斑 數量。然後使用本發明的方法分析該圖像，圖4中示出了得到的紅斑強度圖。可計算每 個位點紅斑強度的平均偏差、標準偏差和中值。在本實例中，從左至右的位點顯示出的紅 斑指數分別為130 (保溼劑A)、132 (保溼劑B)和134 (未處理)，而相鄰皮膚的紅斑指數為 119。本實例展示使用本發明的方法可以區別保溼劑減少紅斑的效果並且辨別出最有效的一種。
實施例3 清潔劑的溫和度為評估清潔劑(強生嬰兒洗髮沐浴乳(J0hnS0n，S Head-t0-T0e BabyWash)，可 從Johnson & Johnson Consumer公司(Skillman，NJ)商購獲得)對皮膚的溫和性並且將 其與水進行比較，實施了一項研究。在閉合情況下，用下列物質對志願者前臂掌側的三個位 點處理3小時a)清潔劑25%濃度的蒸餾水稀釋液、b)清潔劑10%濃度的蒸餾水稀釋液以 及c)蒸餾水。在處理完成時以及處理後的第1天和第2天拍攝圖像。圖5中的實例示出了 第二天時志願者手臂的照片。在所有三個治療位點處，很難辨別出任何紅斑的跡象。然後 使用本發明的方法分析該圖像，圖6中示出了得到的紅斑強度圖。計算每個位點紅斑強度 的平均偏差、標準偏差和中值。在本實例中，從左至右的位點顯示出的紅斑指數分別為182、 180和181，而相鄰皮膚的紅斑指數為178。本實例展示使用本發明的方法可以區別清潔劑 或濃縮清潔劑對皮膚的溫和性。實例4 面部亞臨床炎症記錄在以下實例中，使用本發明的方法(以及相關算法)分析了人面部的正交偏振圖 像。圖7中示出了紅斑強度圖。紅斑分布圖中去除了由於面部自然曲率而造成的陰影和人 工痕跡。由於提高了對比度，因此可以在紅斑分布圖上輕易辨別出原始圖像上出現的所有 炎性病變。嘴唇區域的高強度值表明嘴唇上的血液濃度高。在紅斑分布圖上還可以明顯看 到亞臨床炎性區域，例如鼻部、臉頰和下巴區域的瀰漫性紅斑。此外，還可以辨別氧合血紅 蛋白濃度降低的區域，例如眼周和鼻唇溝周圍的區域。
實例5 定製餼彩映射圖的使用為了更好地觀察到隱藏的亞臨床紅斑，可以採用色彩映射方案顯示紅斑強度圖， 色彩映射方案可根據應用進行定製。使用圖像底部指明的色彩映射圖顯示圖7中紅斑分布 圖的示例如下(圖8)。上述實例說明，使用本發明的方法，人們可以評估清潔劑的溫和性、抗炎劑和其他 皮膚刺激護理產品的活性，以及皮膚疾病的治療功效，此類皮膚疾病包括(但不限於)，粉 刺、酒糟鼻、刺激性接觸性皮炎、過敏性接觸性皮炎、尿布皮炎、特應性皮炎、皮脂溢性皮炎。 本發明的方法還可用於監測此類疾病的發展。
權利要求
測定皮膚紅斑的方法，所述方法包括a)在正交偏振條件下使用包含在圖像觀察區域內的白色校準基準獲取皮膚的數字圖像；b)確定所述白色基準的紅色、綠色和藍色通道的強度中值；c)對於表示皮膚的所有像素，通過分別取所述白色校準基準除以每個所述紅色、綠色和藍色通道處的皮膚反射值的比率的對數，將由所述圖像每個像素的紅色、綠色和藍色強度值給出的皮膚反射值計算為吸光度值，其中所述吸光度等於log(I白色(紅色、綠色、藍色)/I皮膚(紅色、綠色、藍色))d)對於表示皮膚的所有像素，從所述綠色通道的吸光度值中減去所述紅色通道的吸光度值；e)對於表示皮膚的所有像素，從所述藍色通道的吸光度值中減去所述紅色通道的吸光度值；f)計算步驟(d)中得到的數值除以步驟(e)中得到的數值的比值；以及g)建立步驟(f)中得到的比值的強度圖。
2.展示皮膚護理產品功效的方法，所述方法包括根據權利要求1所述的方法，拍攝皮膚區域的數字圖像並分析所述皮膚； 將皮膚護理產品應用到相同皮膚區域並保持有效的時間量；根據權利要求1所述的方法，拍攝所述皮膚區域隨後的數字圖像並分析所述皮膚；以及比較所述圖像的強度圖以展示所述皮膚紅斑的減少。
3.展示皮膚護理產品溫和性的方法，所述方法包括根據權利要求1所述的方法，拍攝皮膚區域的數字圖像並分析所述皮膚； 將皮膚護理產品應用到相同皮膚區域並保持有效的時間量；根據權利要求1所述的方法，拍攝所述皮膚區域隨後的數字圖像並分析所述皮膚；以及比較所述圖像的強度圖以展示所述皮膚紅斑未增加。
全文摘要
本發明涉及利用數字圖像測定皮膚紅斑和測定皮膚護理產品功效的方法。
文檔編號A61B5/00GK101843475SQ20101015565
公開日2010年9月29日 申請日期2010年3月26日 優先權日2009年3月26日
發明者G·斯塔馬塔斯 申請人:強生消費者公司