一种利用数学模型计算人皮肤胶原蛋白相关3个参数的方法技术

一种利用数学模型计算人皮肤胶原蛋白相关3个参数的方法，本发明专利技术通过建立两个层级的分析模型，即皮肤光谱分析模型和皮肤胶原蛋白相关参数数学模型，从而在皮肤光谱与光敏感的胶原蛋白相关参数之间建立起关联，实现由一组皮肤参数模拟出虚拟光谱，然后通过虚拟光谱与实际光谱利用信息处理技术进行优化迭代，能够找到一组最优解，达到指定的拟合度标准，实现人皮肤胶原蛋白相关参数量化分析的目的。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及计算生物学领域，涉及建立皮肤光谱的分析模型的方法以及构建皮肤胶原蛋白相关参数的建模方法，特别是涉及一种利用数学模型计算人皮肤胶原蛋白相关参数的方法。
技术介绍
光与物质相互作用会引起物质内部原子及分子能级的电子跃迁，使物质对光的吸收、反射、散射等在波长及强度信息上发生变化，光谱仪可用于检测并处理这类变化。与其他分析方法相比，光谱检测具有非破坏、高灵敏、高精准的特点，因而在各类材料的检测和鉴定方面得到广泛的应用。生物学与光学的研究表明，人类皮肤是由多种生物学成分组成，其中的一些成分对光谱作用敏感，各成分具有特定的可见光光学性质，并且，这些皮肤成分含量已由生物学方法进行了测定。因此，形成一种籍于皮肤的可见光谱的数据处理方法实现皮肤的生物学成分量化分析是可行的。但在建模方面，要求可见光光学作用分析完整、皮肤参数尽量齐全，才能体现皮肤参数的光学性质细节，达到可见光全波段所需的量化分析精度要求。目前，在皮肤参数量化分析领域主要存在以下手段，1)基于图像的皮肤分析。由于是平面的图像分析，其所能测得参数的与光谱的立体数据相比准确性有较大差距。所期望的其他的皮肤成分参数和皮肤结构参数无法获得。2)基于生物阻抗的皮肤水份检测。此种检测成分参数单一且精度不够。3)基于超声波的皮肤超声影像诊断系统。此种方式主要是对皮肤的结构组织进行定性观察，无法进行皮肤参数量化分析。4)基于X射线的三维断层成像的皮肤CT影像分析系统。此种方式主要是对皮肤的结构组织进行定性观察，无法进行皮肤参数量化分析。5)皮肤光谱检测系统。属于
研究项目。此种方式是利用光谱进行某波段的直观比较观察，没有形成信息处理模型。胶原蛋白是人体延缓衰老必须补足的营养物质，占人体全身总蛋白质的30％以上，它广泛地存在于人体的皮肤、骨骼、肌肉、软骨、关节、头发组织中，起着支撑、修复、保护的三重抗衰老作用。胶原蛋白可以补充皮肤各层所需的营养，使皮肤中胶原活性增强，具有滋润皮肤，延缓衰老、美容、消皱、使皮肤保持弹性的功效而胶原蛋白的老化，则会使皮肤出现皱纹。对胶原蛋白的活性、效能和蛋白物理学指标的检测，逐渐成为医疗、美容行业的关注内容。因此，为了实现精确的皮肤胶原蛋白相关参数的量化目的，急需设计一种基于皮肤光谱进行胶原蛋白相关参数量化分析的方案，在光敏感的胶原蛋白生物学参数和光谱特征之间建立关联，从而达到对不同人、不同部位差异尽可能多的分析维度和精度，并形成大数据处理的基础，对人皮肤胶原蛋白的定性、定量建立新的精准分析方法。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种利用数学模型计算人皮肤胶原蛋白相关参数的方法。填补了利用光谱模型进行皮肤胶原蛋白量化分析的空白，分析出可以描述皮肤光谱特征的一组胶原蛋白相关参数，其虚拟出的皮肤光谱与实际皮肤光谱的拟合度非常高，提高分析的精确性。为实现上述专利技术目的，本专利技术提供的技术方案是：一种利用数学模型计算人皮肤胶原蛋白相关3个参数的方法，所述方法包括以下步骤：步骤一根据可见光照射皮肤时吸收、反射、散射、透射的特征，将皮肤从上之下抽象为皮肤粗糙表面层、皮肤表皮层、皮肤真皮层、皮下组织层四层；步骤二根据皮肤真皮层的吸收、反射、散射、透射特征，建立在皮肤真皮层中光反射率、透射率方程，计算皮肤真皮层的散射系数；步骤三根据瑞利散射理论，建立胶原蛋白瑞利散射系数与胶原蛋白含量、胶原蛋白纤维半径之间关系的方程；步骤四根据米氏散射理论，建立胶原蛋白米氏散射系数与胶原蛋白含量、胶原蛋白纤维束半径之间关系的方程；步骤五建立表示在皮肤真皮层中所述散射系数与皮肤胶原蛋白体积分数、皮肤胶原蛋白纤维半径或直径、皮肤胶原蛋白纤维束半径或直径之间关系的方程。进一步地，所述方法还包括步骤六，将使用步骤五中计算的皮肤胶原蛋白相关参数所虚拟的皮肤真皮层散射系数与从皮肤测量光谱解析出的真皮层散射系数拟合。进一步地，在步骤二中，只考虑光反射光由光从上方表皮层中进入的途径，所述在皮肤真皮层中光反射方程为其中，为从表皮层进入真皮层的光反射率，为真皮层吸收系数，为真皮层散射系数，dderm为真皮层厚度，Lepi→Lderm代表光由上方表皮层进入真皮层。进一步地，在步骤三中，所述方程为， σ s s R a y l e i g h - = 24 π 3 λ 4 N 2 ( n 2 - 1 n 2 + 2 ) 2 ]]>其中表示单个胶原蛋白截面散射系数，N表示表示胶原蛋白密度，λ表示光的波长，n表示胶原蛋白纤维的相对反射率。进一步地，在步骤四中，所述方程为 σ s c a M i e = 2 x 2 Σ n = 1 ∞ ( 2 n + 1 ) ( | a n | 2 + | b n | 2 ) , ]]>其中表示真皮层散射效率，x＝kr是尺度参数，其中k表示电磁波的波数，r表示胶原蛋白纤维束的半径，an,表示电磁波E方向n阶散射场振幅，bn表示H方向的n阶散射场振幅。进一步地，在步骤五中，所本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种利用数学模型计算人皮肤胶原蛋白相关3个参数的方法，其特征在于：所述方法包括以下步骤：步骤一根据可见光照射皮肤时吸收、反射、散射、透射的特征，将皮肤从上至下抽象为皮肤表面层、皮肤表皮层、皮肤真皮层、皮下组织层四层；步骤二根据皮肤真皮层的吸收、反射、散射、透射特征，建立在皮肤真皮层中光反射率、透射率方程，计算皮肤真皮层的散射系数；步骤三根据瑞利散射理论，建立胶原蛋白瑞利散射系数与胶原蛋白含量、胶原蛋白纤维半径或直径之间关系的方程；步骤四根据米氏散射理论，建立胶原蛋白米氏散射系数与胶原蛋白含量、胶原蛋白纤维束半径或直径之间关系的方程；步骤五建立在皮肤真皮层中所述散射系数与皮肤胶原蛋白体积分数、皮肤胶原蛋白纤维半径或直径、皮肤胶原蛋白纤维束半径或直径之间关系的方程。

【技术特征摘要】
2016.03.28 CN 20161018446411.一种利用数学模型计算人皮肤胶原蛋白相关3个参数的方法，其特征在于：所述方法包括以下步骤：步骤一根据可见光照射皮肤时吸收、反射、散射、透射的特征，将皮肤从上至下抽象为皮肤表面层、皮肤表皮层、皮肤真皮层、皮下组织层四层；步骤二根据皮肤真皮层的吸收、反射、散射、透射特征，建立在皮肤真皮层中光反射率、透射率方程，计算皮肤真皮层的散射系数；步骤三根据瑞利散射理论，建立胶原蛋白瑞利散射系数与胶原蛋白含量、胶原蛋白纤维半径或直径之间关系的方程；步骤四根据米氏散射理论，建立胶原蛋白米氏散射系数与胶原蛋白含量、胶原蛋白纤维束半径或直径之间关系的方程；步骤五建立在皮肤真皮层中所述散射系数与皮肤胶原蛋白体积分数、皮肤胶原蛋白纤维半径或直径、皮肤胶原蛋白纤维束半径或直径之间关系的方程。2.根据权利要求1利用数学模型计算人皮肤散射相关的胶原蛋白3个参数的方法，其特征在于：所述方法还包括步骤六，将使用步骤五中计算的皮肤胶原蛋白相关参数所虚拟的皮肤真皮层散射系数与从皮肤测量光谱解析出的真皮层散射系数拟合。3.根据权利要求1利用数学模型计算人皮肤散射相关的胶原蛋白3个参数的方法，其特征在于：在步骤二中，所述在皮肤真皮层中光反射方程为其中，为从表皮层进入真皮层的光反射率，为真皮层吸收系数，为真皮层散射系数，dderm为真皮层厚度，Lepi→Lderm代表光由上方表皮层进入真皮层。4.根据权利要求1利用数学模型计算人皮肤散射相关的胶原蛋白3个参数的方法，其特征在于：在步骤三中，所述方程为 σ s s R a y l e i g h = 24 π 3 λ 4 N 2 ...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈威，
申请(专利权)人：陈威，
类型：发明
国别省市：北京;11