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      用于測量皮膚的光損傷的裝置和方法

      文檔序號:6456039閱讀:216來源:國知局
      專利名稱:用于測量皮膚的光損傷的裝置和方法
      技術領域
      本發(fā)明涉及用于確定皮膚狀況的裝置和方法,具體涉及使用對人的數(shù) 字成像來探知受檢者的皮膚的光損傷的如此裝置和方法。
      背景技術
      在從美容和健康角度評定一個人的皮膚時,由例如日曬引起的光損傷
      量是重要的因素。高受照量已與由u-v輻照誘導的細胞突變引起的皮膚癌
      風險的增加相關聯(lián)。日曬還對皮膚有有害的美容效果,例如皮膚損失彈性
      和顏色均勻性,這從"老年斑"或太陽斑(solar lentigenes)可以看出。已知光
      損傷與皮膚的內(nèi)部變化相關聯(lián)或由其表示,而觀測到的外部皮膚性質以這 些內(nèi)部變化為基礎。這些內(nèi)部變化的一種出現(xiàn)在淺層(乳頭狀)真皮中。 具體地,隨著人變老以及他們的累積日曬增加,彈性組織變性物質以反常 簇集的彈性纖維伴隨變形的膠原纖維的形式在淺層真皮中累積。
      通過皮膚科醫(yī)生對一個人皮膚的外觀和物理檢査或皮膚樣本的歷史檢 查能得到光損傷程度的信息,然而,需要昂貴的專業(yè)服務的這些技術不方 便、有時候令人不愉快,而且常常不能產(chǎn)生對諸如臉之類的大面積皮膚的 光損傷的相對于標準容易理解的、量化的測量。
      已經(jīng)提出多種成像系統(tǒng),它們通過照相拍攝人臉的圖像用于對皮膚的 健康和美學外觀的分析。例如在不同時間或在不同照明條件下利用不同的 照度和過濾頻率拍攝的不同圖像可相互比較以獲得對比如在治療之前和之 后的不同時間皮膚狀況的了解,以探知皮膚狀況的趨勢。這通常通過人工 操作員觀察照片以基于色彩、肌理等等確定它們之間的變化來實現(xiàn)。
      雖然照相皮膚成像和通過人工觀察的分析非常有用,但它在此領域中 留下一個要實現(xiàn)的目標,即在不依賴專業(yè)評估和判斷的情況下以一種更客 觀和可重復的方式更加富于洞察力地進行這樣的分析。

      發(fā)明內(nèi)容
      用于探知和評估人的光損傷的現(xiàn)有技術方法和裝置的局限被本發(fā)明克 服,本發(fā)明包括用于通過測量皮膚對藍光照射的綠光響應來檢測皮膚中的 彈性組織變性物質的裝置。在本發(fā)明的一個實施例中,綠光信號響應的強 度在數(shù)字圖像中被記錄為像素強度值。如果積累許多人的這些數(shù)據(jù),則可 通過定量分析收集群體標準和概況,通過它們能定量地與個體作比較。根 據(jù)本發(fā)明的一個實施例,定量分析的一個有用的方法是確定面部區(qū)上綠光 強度響應的分布,較大的強度變化指示較大的光損傷。
      附圖簡述


      圖1是根據(jù)本發(fā)明的數(shù)字成像系統(tǒng)的圖解示圖。
      圖2是拍攝了數(shù)字圖像的第一受檢者群體的3*值關于年齡的曲線圖。
      圖3是個體和群體的特定皮膚區(qū)域的像素強度的直方圖。
      圖4是第二群體樣本的彈性組織變性物質的熒光關于年齡的曲線圖。
      圖5是第三群體樣本的彈性組織變性物質的熒光關于年齡的曲線圖。
      發(fā)明詳細描述
      圖1圖解示出具有照射光源12 (例如閃光燈)和數(shù)字照相機14的數(shù) 字成像裝置10。受檢者S的圖像被照相機14記錄成RGB (紅、綠、藍) 格式的像素值矩陣16的形式。值矩陣16通常由拜爾濾光緊密耦合顯示CCD 產(chǎn)生,且該信息被存儲在諸如隨機存取存儲器(RAM)或閃存卡之類的存 儲器件中。RGB數(shù)據(jù)可被分離成通道或平面R、 G和B,每種顏色一個平 面。相對于受檢者S在不同位置設置的照射光L4的多種頻率可用來拍攝受 檢者S的數(shù)字圖像以捕捉關于受檢者皮膚的不同信息??稍诠庠?2和照相 機14上分別采用濾光器18、 20以控制投射在物體S上的光LI的光頻率/ 極性,以及控制允許進入照相機14的光LR (從受檢者S反射或發(fā)出)。 此類型的成像在共同待審的題為"利用藍光對皮膚成像的方法及其用途 (Method of Taking Images of the Skin Using Blue Light and the UseThereof)"且公開為美國專利申請公開No. US 2004/0146290 A1的美國專利 申請S/N 10/008,753、題為"對皮膚成像和查看圖像的裝置和方法(Apparatus for and Method of Taking and Viewing Images of the Skin),,且公開為美國專 利申請公開No. US 2005/0195316 Al ("美國公開No. 2005/0195316")的美國 專利申請S/N 10/978,284、以及題為"利用探頭的皮膚成像系統(tǒng)(Skin Imaging System wkh Probe )"且公開為美國專利申請公開No. US 2006/0092315 Al (美國公開No. 2006/0092315 )的美國專利申請S/N 11/169,813中被詳細地描述,以上這些申請通過引用整體結合在本文中。上 述申請公開了皮膚狀況和由各種照相參數(shù)——即照射光、濾光器18、 20等 等的具體組合——產(chǎn)生的圖像之間的各種相互關系。對不同照射頻率、角 度、極性等等的皮膚響應能揭示皮膚狀況的信息,而且皮膚狀況的此證據(jù) 可被記錄在數(shù)字圖像中并被再次調(diào)用以作分析之用。
      因為所記錄的圖像是數(shù)字形式,即數(shù)值的像素強度值的形式,所以圖 像本身能用于定量分析。例如,代替只是注意在時間T1拍照的受檢者臉頰 比在時間T2拍照的該受檢者的圖像更綠或不及——如熟練的人工觀察者 所辨別地,臉頰的特定區(qū)域中的綠色像素在時間Tl和T2的強度值可被定 量地比較。例如,兩個值可被數(shù)值地分析以量化該區(qū)域中的像素或多個像 素的強度的真實變化。數(shù)字圖像量化可用來辨別特定區(qū)域中的皮膚的平均 值,例如通過對特定區(qū)域中的多個像素值求和然后再除以像素數(shù)量。以此 方式,整個臉部區(qū)域可定量地被表征。也可進行各種其它量化分析,例如 可測試皮膚的成像區(qū)域以求得像素強度的標準差,或可將RGB數(shù)據(jù)轉換成 1^an^坐標空間,其中a^直表示經(jīng)數(shù)學分析(例如隨后圖像的a"直能直接 比較-相減)以用來辨別綠色中的變化的綠顯色。在2006年10月2日同時 提交的共同待審的題為"用于利用!^^M色彩空間分析皮膚的裝置和方法 (Apparatus and Method for Analyzing Skin Using L*a*b* Colorspace),,的美國 臨時專利申請No. 60/848,768中具體描述了 RGB圖像數(shù)據(jù)到1^*&*15*數(shù)據(jù)的 轉換,其內(nèi)容通過引用整體結合在本文中。
      給定具有量化數(shù)字圖像結果/數(shù)據(jù)的能力和獲得長時間的和跨越多個 群體的大量圖像數(shù)據(jù)樣本的能力,則此數(shù)據(jù)可被量化地分析以探知這些群
      7體內(nèi)的關系和趨勢,例如建立標準化的皮膚狀況。本發(fā)明涉及探知和報告 個體或群體的光損傷水平。當然同樣的通過數(shù)字成像進行數(shù)據(jù)收集和對從 群體和個體收集的數(shù)據(jù)進行數(shù)值分析的方法可用來作出關于皮膚狀況的其 它參數(shù)的結論。
      如應用到光損傷分析地,醫(yī)學文獻指出日曬的小時數(shù)與光損傷水平之 間的相互關系。有關的相互關系存在于年齡和光損傷(即人年齡越大,可 能光損傷越多)、人在特定緯度下呆的時間(更強的日曬會有更多的光損 傷)、依據(jù)黑色素量的皮膚類型(較多的色素沉著導致較少的光損傷)等 等。因此本發(fā)明認識到,為了評估光損傷的可能性可對光損傷敏感的群體 進行分組,而且可評估和量化這些群體的樣本的光損傷的水平以標識和量 化一個人將會遇到或擁有的影響光損傷的預兆性因子。因此,本發(fā)明認識 到進行涉及不同的人的大規(guī)模成像研究和記錄他們不同的屬性和經(jīng)歷以建 立可經(jīng)受定量分析的數(shù)字圖像樣本的數(shù)據(jù)庫的用途。然后定量分析可用來 量化獨立地或組合地導致光損傷的各種風險因素。
      至于通過數(shù)字成像可取得的光損傷的預兆性指示器,本發(fā)明認識到皮 膚對藍光照射的綠熒光強度響應是存在彈性組織變性物質的指示器。如上
      所述,光損傷與彈性組織變性物質的存在相關。圖2是7,825個受檢者的 &*值根據(jù)年齡的曲線圖?;貧w線RL的斜率是負的,表示當受檢者變老時, &*值減少,對應于指示較大光損傷的"綠色"的增加。
      給定綠熒光信號強度響應于藍光的上述相互關系和根據(jù)數(shù)字圖像的分 析量化該關系的能力,尋求有關他/她的光損傷水平的信息的個體可將他們 呈現(xiàn)在藍光——即具有從約380 nm到約430 nm的波長的光——之下的一 個或多個數(shù)字成像期。例如,可利用具有干涉濾光器18的一個或多個閃光 進行成像。照相機14也可具有例如用來消除400 nm以下波長的長波通過 濾光器的濾光器20,諸如來自肖特玻璃技術(Schott Glass Technologies) 公司的GG-420或GG-440濾光器或來自伊士曼柯達(Eastman Kodak)公 司的WrattenNo. 8。在拍攝RGB格式的數(shù)字圖像之后,綠光信號數(shù)據(jù)G被 分離出來并被分析。
      對于任意圖像的所有像素,都存在相關聯(lián)的像素強度,其由光敏元件
      8的光響應確定,例如由CCD陣列中的電容元件中感生的電壓來確定。此圖 像概況和隱含的強度數(shù)據(jù)可用來定量地評估在其圖像被拍攝在該圖像中的
      受檢者s中存在的光損傷水平。
      至于許多其它測量,光損傷的程度或等級的測量結果在與某些標準相 比較時具有增強的意義,這些標準比如有關群體的標準或均值。相比于此 標準,個體的狀況可被表征為較好或較壞、通過百分點排列、或置于刻度
      內(nèi),例如1到IO等級。然后此數(shù)值表征可與通過對相關群體的統(tǒng)計研究而
      建立的結果可能性相關聯(lián)。例如,如果個體被發(fā)現(xiàn)具有少于相似年齡、色
      素沉著、以及地理位置的人的標準50%的光損傷,而且統(tǒng)計研究指示這樣 的人在60歲時遭受諸如黑色素瘤、皺紋、或老年斑之類的光損傷相關的疾 病或狀況的機會較低,那么他們的低分可以指示他們遭遇這樣的狀況的風 險較低(如果他們繼續(xù)他們當前的行為做法)。反之,證實具有相對高數(shù) 值的光損傷分數(shù)的人會有較大風險,因此改變行為和/或對該狀況進行治療 是明智的。
      為了建立比較標準,個體可標識關于自身的特定數(shù)據(jù),特別是有關通 過群體研究已顯示出預兆光損傷的任一種數(shù)據(jù),諸如年齡、色素沉著(人
      種)、在特定地理位置/緯度的居住年數(shù)、關于戶外活動、防曬霜使用等等 的生活方式和習慣。給定此數(shù)據(jù),可從所收集和分析的數(shù)字圖像的數(shù)據(jù)庫 和與這些因素相關聯(lián)的有關光損傷結果和水平的其它源提取相關數(shù)據(jù)。然 后可將該個體的綠光強度響應數(shù)據(jù)與積累的群體數(shù)據(jù)比較以得出相對于總 群體和/或相對于任一特定相關群體的光損傷的分數(shù)或百分點。以此方式, 光損傷可被量化為數(shù)值,而且該數(shù)值能表示與由不同興趣群體建立的標準 的差異。
      此外,相比于群體組,受測人可將自身呈現(xiàn)于時間上分隔開的一個以 上的成像期以辨別或監(jiān)控他們的光損傷水平的變化和涉及使光損傷恢 復——例如使用Trentinoin/Retin八~~~的皮膚治療的功效。
      在分析人臉皮膚中,針對特定相關聯(lián)的屬性檢查臉部的特定區(qū)域是有 好處的,因為臉部的不同區(qū)域在形式和功能上都是特定的,而且與環(huán)境不 同地相互作用。例如,覆蓋鼻子上表面的皮膚暴露給最直接和最強的日曬,即從晌午到午后的日曬,從而具有較大的光損傷可能性。反之,眼皮的皮 膚因為在眼睛睜開時眼皮的皺起和縮回眼眶內(nèi)而得到遠離日光的保護。因 此光損傷對于已暴露給更多輻照的人的皮膚從區(qū)域到區(qū)域將會強烈地不 同,即日曬區(qū)將比非日曬區(qū)呈現(xiàn)更高的光損傷,而對于有限光照的人,其 臉部的受較多日曬的區(qū)域將與受較少日曬的區(qū)域區(qū)別較少。因此臉部(或 其它身體區(qū)域,例如手背表面相對于手掌表面)上的綠光強度信號的大范 圍變化是光損傷的指示器,因為它指示了更大的日曬。
      以相同的方式,皮膚對日曬的響應在皮膚表面上會不同,諸如臉部或 背部。皮膚中具有較少色素和黑色素產(chǎn)生能力較低的人傾向于產(chǎn)生雀斑, 其指示皮膚對日曬的響應不均勻和表皮上的光損傷不均勻。因此,對藍光 的綠光響應信號的高度可變性是光損傷(例如與具有低色素水平的人的有 雀斑的皮膚相關聯(lián))的指示器。
      圖3示出分布在諸如面部區(qū)之類的皮膚區(qū)域上的不同水平的綠熒光響 應像素強度的像素個數(shù)的示例性虛構的直方圖。實線指示個體a的讀數(shù), 而虛線指示與群體Hp相關聯(lián)的那些值。如可從曲線圖中理解地,該群體的
      中值像素強度Mp低于個體的中值強度M^這是較大光損傷的指示。此外, 個體的像素強度組H^扁離個體的中值N^變化的程度高于群體的強度組Hp 偏離群體的中值Mp變化的程度。這是個體的像素強度的標準差大于較大組 (群體)的像素強度的標準差的指示。如上所述,這也是個體具有比標準 的光損傷量更高的光損傷的指示器,因為他/她的面部區(qū)上的綠光信號強度 呈現(xiàn)出更寬的變化。這可類似于雀斑。
      圖4和5分別示出兩組人——非洲裔美國人和高加索人的彈性組織變 性物質的熒光與年齡的關系。在圖4和5的每一個中,樣本大小是200個 人,而測試在夏天(S)和冬天(W)進行。在兩個組中存在由夏天的日光 強度和日曬的增加和冬天相應的減少引起的光損傷水平的季節(jié)性變化。以 下是涉及計算這些曲線的過程的詳細描述。
      對每一個受檢者,臉部的興趣區(qū)域必須被定義以確保圖像不會呈現(xiàn)來 自除彈性組織變性物質之外的諸如角質或卟啉之類的其它熒光團的信號。 而且,必須確保熒光的評估是基于臉部的相似區(qū)域,以保證量化對各個受檢者都一致。根據(jù)對圖像的視覺觀察,受檢者被評估以確定各個一致給出 的測量不受"角質"和"卟啉"的存在的影響。測量取自眼睛之下的臉頰。對于 所有受測者,興趣區(qū)域(ROI)被限定為眼睛之下的左臉頰上的矩形區(qū)域,
      其中ROI的上左角與眼睛的中心水平對準且與鼻子的中心垂直對準。
      為了量化各個ROI的彈性組織變性物質,藍熒光(BF)圖像的綠通道 (RGB數(shù)據(jù))被選擇,因為彈性蛋白交鍵在光譜的綠光區(qū)處發(fā)熒光。此外, 由BF圖像的綠通道限定的熒光信號必須被修正以使測量不受面部色素沉 著影響。對應于臉部上的同一ROI的可視圖像的綠通道用來使信號歸一化。 經(jīng)色素修正的BF圖像的綠通道在ROI的區(qū)域上平均化。所得數(shù)值被稱為 "背景藍熒光指數(shù)",以BBFI命名。
      數(shù)據(jù)庫中的各個受檢者的BBFI被提取而且BBFI的平均值和標準差被 計算以分析BBFI因變于年齡和皮膚類型的相關性。在圖4和5的兩個曲線 圖中概括了所得結果。圖4示出夏天的非洲裔美國人的BBFI作為年齡的函 數(shù),而圖5示出夏天和冬天的高加索人的BBFI作為年齡的函數(shù)。
      應當理解本文中所描述的各實施例僅僅是示例性的,本領域技術人員 可在不背離本發(fā)明精神和范圍的情況下作出許多變化和修改。所有這些變 化和修改旨在被包括在本公開內(nèi)容的范圍內(nèi)。
      權利要求
      1. 一種用于檢測皮膚的光損傷的方法,所述方法包括以下步驟(A)將皮膚暴露給約380nm到430nm的波長范圍的光;(B)測量綠光響應。
      2. 如權利要求1所述的方法,其特征在于,所述綠光響應至少部分地可 歸因于皮膚外表面之下的彈性組織變性物質。
      3. 如權利要求2所述的方法,其特征在于,還包括以下步驟在成像的 皮膚上標識多個興趣區(qū)域;獲取所述多個興趣區(qū)域的至少一個圖像;以及比較記錄在所述多個區(qū)域的圖像中的所得綠光響應。
      4. 如權利要求3所述的方法,其特征在于,從區(qū)域到區(qū)域的綠光響應的變化被解釋為指示光損傷。
      5. 如權利要求4所述的方法,其特征在于,通過計算從區(qū)域到區(qū)域的綠 光響應的變化的標準差來量化所述變化。
      6. 如權利要求2所述的方法,其特征在于,還包括為構成具有統(tǒng)計意義 的組的不同的人的皮膚多次重復步驟(A)和(B)以建立組模型。
      7. 如權利要求6所述的方法,其特征在于,還包括標識預兆個體的組模 型和將所述個體的綠光響應與所述預兆組模型作比較的步驟。
      8. 如權利要求7所述的方法,其特征在于,所述個體的綠光響應與所述 組模型的綠光響應之間的關系被表述為百分點等級。
      9. 如權利要求6所述的方法,其特征在于,所述人基于以下的至少一項 被選出包含在一個組中種族、皮膚色素沉著、居住地的地理位置以及日曬的 程度。
      10. 如權利要求6所述的方法,其特征在于,還包括在具有顯著不同的日 照水平的多個不同季節(jié)中進行所述步驟(A)和(B)的步驟。
      11. 如權利要求6所述的方法,其特征在于,還包括以下步驟在所述皮膚上標識多個興趣區(qū)域;然后針對所述組中的每個人獲取所述每一興趣區(qū)域的 至少一個圖像;以及比較存儲在所述多個區(qū)域的圖像中的所得綠光響應。
      12. 如權利要求2所述的方法,其特征在于,所述綠光響應被記錄在圖像數(shù)據(jù)中,而且還包括將成像色空間轉換成1/^*13*色空間、和在所述綠光響應 測量中使用3*軸的步驟。
      13. 如權利要求2所述的方法,其特征在于,還包括多次執(zhí)行步驟(A)和(B)從而產(chǎn)生相應的綠光響應的步驟,從所述響應中可辨別出所述人的光損傷的趨勢。
      14. 如權利要求13所述的方法,其特征在于,所述趨勢可用來評估所述 人對所述光損傷的治療的響應。
      15. 如權利要求2所述的方法,其特征在于,所述綠光響應被記錄成數(shù)字 成像數(shù)據(jù),而且還包括將彈性組織變性物質的綠光響應與皮膚色素的綠光響應 分離開的步驟。
      16. 如權利要求15所述的方法,其特征在于,所述分離步驟包括以白光 和藍光拍攝圖像,然后歸一化來自以白光拍攝的圖像的圖像數(shù)據(jù)和來自以藍光 拍攝的圖像的圖像數(shù)據(jù),其中白光和藍光圖像分別是具有基本相同的色素和彈 性組織變性物質特性的皮膚區(qū)域。
      17. 如權利要求3所述的方法,其特征在于,所述多個區(qū)域的至少一個被 選擇成低角質、低卟啉區(qū)域。
      18. 如權利要求17所述的方法,其特征在于,所述至少一個區(qū)域是眼睛 下的臉頰上的區(qū)域。
      19. 一種用于檢測人的皮膚的光損傷的裝置,包括 數(shù)字照相機;計算機; 光源;使380 nm到430 nm的光通過的濾光器,所述通過的光用于照射人的皮膚 以產(chǎn)生綠光響應,所述照相機以多個像素強度值的形式記錄綠光響應,所述計 算機被編程為能夠使可歸因于皮膚色素的綠光響應區(qū)別于由彈性組織變性物 質引起的綠光響應。
      20. —種用于檢測皮膚的光損傷的方法,所述方法包括以下步驟-(A) 基于皮膚相似性選擇多個人;(B) 標識具有不同日曬概率的多個面部區(qū)域;(C) 對于所述多個人的每一個,使所述多個皮膚區(qū)域的每一個暴露給約380 nm到430nm的波長范圍的光,并利用數(shù)字照相機拍攝多個數(shù)字圖像,每 一個數(shù)字圖像具有綠光響應數(shù)據(jù);(D) 將所述綠光響應數(shù)據(jù)轉換成1^*3*15*色空間中的&*等值,所述綠光 響應數(shù)據(jù)至少部分地可歸因于所述皮膚表面下方的彈性組織變性物質,所述彈 性組織變性物質指示光損傷;(E) 定量地分析所述綠光響應數(shù)據(jù),以對所述多個人確定所有圖像的所 述綠光響應數(shù)據(jù)的平均值和區(qū)域之間的標準差中的至少一個;(F) 將個體的所述綠光響應數(shù)據(jù)的所述平均值和所述標準差中的至少一 個與步驟(E)的定量分析的綠光響應數(shù)據(jù)作比較,以示出所述個體的光損傷 與所述多個其它人相比如何,從而給出光損傷的相對測量結果。
      全文摘要
      一種用于評估光損傷的裝置和方法具有數(shù)字成像系統(tǒng),該數(shù)字成像系統(tǒng)用于記錄藍光成像,具體用于記錄指示彈性組織變性物質和光損傷的人的皮膚的綠光信號響應強度。因為圖像數(shù)據(jù)具有以RGB或L*a*b*色空間表示的數(shù)值強度值,所以取自一個圖像的圖像數(shù)據(jù)可與一個或多個其它圖像的圖像數(shù)據(jù)數(shù)值地比較,而且該圖像數(shù)據(jù)順從數(shù)值和概率分析。與群體概況/圖像數(shù)據(jù)的比較允許個體的圖像數(shù)據(jù)比如通過相對分數(shù)或百分率被數(shù)值地表征。圖像數(shù)據(jù)還可用來確定比如臉部的表面上的變化程度,其中更廣的變化指示更大的光損傷。
      文檔編號G06K9/00GK101523410SQ200780036597
      公開日2009年9月2日 申請日期2007年10月1日 優(yōu)先權日2006年10月2日
      發(fā)明者G·O·庫拉, G·帕俑克, N·科列斯 申請人:強生消費者公司
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