本發(fā)明涉及一種皮膚狀態(tài)評(píng)價(jià)方法，尤其涉及一種基于主成分分析法實(shí)現(xiàn)的面部皮膚狀態(tài)評(píng)價(jià)方法，屬于計(jì)算機(jī)輔助診斷技術(shù)領(lǐng)域。

背景技術(shù)：

目前，人們通常采用目視主觀判斷法判斷皮膚狀態(tài)的好壞。這種方法雖然簡(jiǎn)單直觀，但也存在不少的問(wèn)題：第一，目視存在很大的主觀性。因?yàn)椴煌娜藢?duì)同一幅皮膚圖像可能會(huì)得出不同的目視結(jié)果，同一個(gè)人在不同的狀況下也可能有不同的判斷。第二，供對(duì)比的“標(biāo)準(zhǔn)圖像”大多是西方國(guó)家人群的“標(biāo)準(zhǔn)”，用來(lái)評(píng)判中國(guó)人的皮膚不可避免地會(huì)帶來(lái)誤差。第三，某些時(shí)候的測(cè)試只針對(duì)細(xì)微的變化，僅憑目視無(wú)法區(qū)分。

在現(xiàn)有技術(shù)中，已經(jīng)出現(xiàn)了一些用于皮膚表面檢測(cè)的儀器，可以檢測(cè)皮膚表面的很多生理特性，例如皮膚的表面紋理結(jié)構(gòu)、皺紋的深度和密度、水分、油分、斑點(diǎn)、角質(zhì)等。雖然國(guó)內(nèi)外已經(jīng)對(duì)皮膚表面參數(shù)檢測(cè)技術(shù)有了一些研究進(jìn)展，但目前的商用皮膚診斷系統(tǒng)不能結(jié)合主要參數(shù)進(jìn)行綜合的診斷，得出皮膚的整體狀況，并給予評(píng)價(jià)。幾乎所有的商用產(chǎn)品都只是檢測(cè)皮膚的某一個(gè)生理指標(biāo)，集成度低，診斷結(jié)果片面。

中國(guó)醫(yī)科大學(xué)的高倩等人在《中國(guó)美容醫(yī)學(xué)》2013年第1期上發(fā)表了論文《以因子分析方法定量評(píng)價(jià)人群手背部皮膚老化》。在該論文中，采用主成分因子分析方法對(duì)測(cè)量獲得的人群手背部皮膚紋理間距(x1)、網(wǎng)格數(shù)(x2)、角度最大值(x3)和角度差值(x4)進(jìn)行分析，構(gòu)建皮膚老化綜合評(píng)分模型。經(jīng)求解特征根及因子旋轉(zhuǎn)，提取了兩個(gè)公因子，分別代表自然老化因子和光老化因子。以此為基礎(chǔ)，構(gòu)建皮膚老化綜合評(píng)分計(jì)算公式為：0.6150x1+21.7488/x2+0.0095x3+0.0178x4－3.8962。該皮膚老化綜合得分隨著年齡、每日日光暴露時(shí)間以及皮膚老化級(jí)別的增加均呈增加趨勢(shì)。利用皮膚老化綜合評(píng)分模型，能夠獲得個(gè)體皮膚老化程度，便于在不同個(gè)體間進(jìn)行皮膚老化的比較。但是，該論文主要針對(duì)手背部皮膚的老化狀態(tài)進(jìn)行定量評(píng)價(jià)，所采用的評(píng)估指標(biāo)和評(píng)分模型并不適用于面部皮膚的狀態(tài)評(píng)價(jià)。

在申請(qǐng)?zhí)枮?00410081746.6的中國(guó)專(zhuān)利申請(qǐng)中，公開(kāi)了一種皮膚分析系統(tǒng)。它利用在顧客終端上帶有相機(jī)的移動(dòng)電話(huà)，將分析皮膚脂肪成分多少的脂肪成分分析膠帶按壓到顧客皮膚上而取得的脂肪成分分析試樣、以及分析皮膚保濕功能的保濕功能分析膠帶按壓到顧客皮膚上而取得的水分分析試樣進(jìn)行攝像，作為圖像數(shù)據(jù)發(fā)送到主機(jī)裝置內(nèi)，由主機(jī)裝置的主計(jì)算機(jī)解析圖像數(shù)據(jù)進(jìn)行皮膚分析。該皮膚分析系統(tǒng)在短時(shí)間即可客觀地、精密地分析出顧客皮膚的當(dāng)時(shí)狀態(tài)，但其僅僅檢測(cè)皮膚的某一個(gè)或者某一些生理指標(biāo)，仍然無(wú)法進(jìn)行皮膚的整體狀況評(píng)價(jià)，而且評(píng)價(jià)結(jié)果往往是片面的。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明所要解決的技術(shù)問(wèn)題在于提供一種基于主成分分析法實(shí)現(xiàn)的面部皮膚狀態(tài)評(píng)價(jià)方法。

為實(shí)現(xiàn)上述的發(fā)明目的，本發(fā)明采用下述的技術(shù)方案：

一種基于主成分分析法的面部皮膚狀態(tài)評(píng)價(jià)方法，包括如下步驟：

采用皮膚檢測(cè)儀器，測(cè)試表征面部皮膚狀態(tài)的多項(xiàng)生理指標(biāo)；

基于各所述生理指標(biāo)，基于主成分分析法建立主成分模型，對(duì)面部皮膚狀態(tài)進(jìn)行綜合評(píng)價(jià)。

其中較優(yōu)地，所述生理指標(biāo)包括但不限于：面部皮膚血液灌注量、面部皮膚溫度、皮膚黑色素含量、皮膚血紅素含量、皮膚平均粗糙度Rz、皮膚平滑深度Rp、皮膚算術(shù)平均粗糙度Ra、皮膚水分含量、臉頰水分散失量、皮膚油脂含量、皮膚色度、皮膚光澤度、臉頰彈性R2、臉頰彈性R5、臉頰彈性R7、臉頰皮膚PH值、pO2平均值、pCO2平均值中的一種或者多種。

其中較優(yōu)地，利用面部皮膚血液灌注量和面部皮膚溫度綜合反映皮膚氣血運(yùn)行情況。

其中較優(yōu)地，利用皮膚彈性、紋理度、pO2平均值、pCO2平均值綜合反映皮膚“質(zhì)地”。

其中較優(yōu)地，所述皮膚彈性由所述臉頰彈性R2、所述臉頰彈性R5、所述臉頰彈性R7表征。

其中較優(yōu)地，所述紋理度由所述皮膚平均粗糙度Rz、所述皮膚平滑深度Rp、所述皮膚算術(shù)平均粗糙度Ra表征。

其中較優(yōu)地，利用皮膚水分含量、臉頰水分散失量、皮膚油脂含量、皮膚PH值綜合反映皮膚潤(rùn)澤度。

其中較優(yōu)地，利用皮膚黑色素含量、皮膚血紅素含量、皮膚色度綜合反映皮膚的色。

本發(fā)明所提供的面部皮膚狀態(tài)評(píng)價(jià)方法完全由皮膚檢測(cè)儀器和計(jì)算機(jī)基于客觀的生理指標(biāo)計(jì)算實(shí)現(xiàn)，所獲得的評(píng)價(jià)結(jié)果與現(xiàn)有目視比較主觀判斷法的評(píng)價(jià)結(jié)果高度匹配，可以替代依靠人工完成的專(zhuān)家診斷結(jié)果。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合具體實(shí)施例對(duì)本發(fā)明的技術(shù)內(nèi)容展開(kāi)詳細(xì)具體的說(shuō)明。

針對(duì)面部皮膚的特點(diǎn)，本發(fā)明首先提出了多種用于評(píng)價(jià)面部皮膚狀態(tài)的生理指標(biāo)。在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中，這些生理指標(biāo)包括但不限于：面部皮膚血液灌注量、面部皮膚溫度、皮膚黑色素含量、皮膚血紅素含量、皮膚平均粗糙度Rz、皮膚平滑深度Rp、皮膚算術(shù)平均粗糙度Ra、皮膚水分含量、臉頰水分散失量、皮膚油脂含量、皮膚色度、皮膚光澤度、左臉頰彈性R2、左臉頰彈性R5、左臉頰彈性R7、左臉頰皮膚PH值、pO2平均值、pCO2平均值等。在本發(fā)明的其它實(shí)施例中，上述生理指標(biāo)可以根據(jù)實(shí)際需要進(jìn)行調(diào)整或增減，例如將左臉頰采集的生理指標(biāo)改為從右臉頰采集等。這些改變是本領(lǐng)域普通技術(shù)人員都能掌握的常規(guī)技術(shù)手段，在此就不一一舉例說(shuō)明了。

需要說(shuō)明的是，上述各項(xiàng)評(píng)價(jià)面部皮膚狀態(tài)的生理指標(biāo)并不是任意為之，而是發(fā)明人在深入研究美容皮膚科學(xué)之后，結(jié)合現(xiàn)有皮膚檢測(cè)儀器的技術(shù)特點(diǎn)和計(jì)算機(jī)輔助診斷的技術(shù)規(guī)律精心選擇的。舉例來(lái)說(shuō)，面部皮膚血液灌注量、面部皮膚溫度指標(biāo)可以綜合反映皮膚氣血運(yùn)行情況；皮膚彈性(由臉頰彈性R2、臉頰彈性R5、臉頰彈性R7表征)、紋理度(由皮膚平均粗糙度Rz、皮膚平滑深度Rp、皮膚算術(shù)平均粗糙度Ra表征)、pO2平均值、pCO2平均值綜合反映皮膚“質(zhì)地”；皮膚水分含量、臉頰水分散失量、皮膚油脂含量、皮膚PH值綜合反映皮膚潤(rùn)澤度；皮膚黑色素含量、皮膚血紅素含量、皮膚色度綜合反映皮膚的色；加上皮膚光澤度等客觀的生理指標(biāo)，包含了反映皮膚氣血、色度、質(zhì)、滋潤(rùn)度、光澤度的所有指標(biāo)信息，能夠全面、綜合、準(zhǔn)確地反映面部皮膚的整體狀態(tài)。

在本發(fā)明中，上述生理指標(biāo)可以通過(guò)如下的皮膚檢測(cè)儀器獲得。具體可以參見(jiàn)表1：

表1生理指標(biāo)與皮膚檢測(cè)儀器的對(duì)應(yīng)關(guān)系表

需要說(shuō)明的是，上述皮膚檢測(cè)儀器均是市售的常規(guī)醫(yī)學(xué)儀器，可以直接在市場(chǎng)上購(gòu)買(mǎi)得到。

在獲得上述皮膚檢測(cè)儀器之后，需要在一定的環(huán)境條件下采集上述的各項(xiàng)生理指標(biāo)。具體說(shuō)明如下：

志愿者(即被測(cè)試者，下同)潔面后，在恒溫恒濕環(huán)境中靜坐至少20分鐘，由上述測(cè)試儀輕貼于額頭、左眼角、左臉頰、下巴部位分別測(cè)試水分含量、水分散失量、油脂分泌量、皮膚色度、皮膚彈性、皮膚光澤度、皮膚黑色素含量、皮膚血紅素含量。

在恒溫恒濕環(huán)境中，志愿者頭部固定，將皮膚紋理測(cè)試儀掃描鏡頭對(duì)準(zhǔn)左臉頰，測(cè)試紋理度。

在恒溫恒濕環(huán)境中，將經(jīng)皮氧分壓探頭輕貼于左臉頰部位，測(cè)試pO2平均值和pCO2平均值，測(cè)試時(shí)間不少于15分鐘。

在恒溫恒濕環(huán)境中，志愿者頭部固定，將激光多普勒儀掃描鏡頭對(duì)準(zhǔn)左臉頰，測(cè)試面部皮膚血流灌注量。

在恒溫恒濕環(huán)境中，志愿者頭部固定，將紅外熱成像儀掃描鏡頭對(duì)準(zhǔn)志愿者左臉頰，設(shè)定溫度、濕度，測(cè)試志愿者的面部皮膚溫度。

關(guān)于上述各種皮膚檢測(cè)儀器在測(cè)試相應(yīng)生理指標(biāo)中的具體測(cè)試方法，可以參閱表2：

表2皮膚檢測(cè)儀器測(cè)試各項(xiàng)生理指標(biāo)的測(cè)試方法表

通過(guò)上述的各個(gè)步驟，我們可以得到一系列表征面部皮膚狀態(tài)的生理指標(biāo)。但如前所述，如果僅僅檢測(cè)皮膚的某一個(gè)或者某一些生理指標(biāo)，仍然無(wú)法得出皮膚的整體狀況評(píng)價(jià)，而且診斷結(jié)果往往是片面的。為了充分利用上述的各項(xiàng)生理指標(biāo)綜合評(píng)價(jià)面部皮膚的整體狀態(tài)，本發(fā)明中進(jìn)一步采用了主成分分析法(Principal Component Analysis，簡(jiǎn)稱(chēng)為PCA)對(duì)這些生理指標(biāo)進(jìn)行處理，具體說(shuō)明如下：

在實(shí)際問(wèn)題的研究中，往往會(huì)涉及眾多有關(guān)的變量(即本發(fā)明中的各項(xiàng)生理指標(biāo))。但是，變量太多不但會(huì)增加計(jì)算的復(fù)雜性，而且也會(huì)給合理地分析問(wèn)題和解釋問(wèn)題帶來(lái)困難。一般說(shuō)來(lái)，雖然每個(gè)變量都提供了一定的信息，但其重要性有所不同，而在很多情況下，變量間有一定的相關(guān)性，從而使得這些變量所提供的信息在一定程度上有所重疊。因而人們希望對(duì)這些變量加以“改造”，用為數(shù)極少的互補(bǔ)相關(guān)的新變量來(lái)反映原變量所提供的絕大部分信息，通過(guò)對(duì)新變量的分析達(dá)到解決問(wèn)題的目的。

主成分分析法是將多個(gè)變量通過(guò)線(xiàn)性變換以選出較少個(gè)數(shù)重要變量的一種多元統(tǒng)計(jì)分析方法，并且通過(guò)該方法可以計(jì)算出綜合得分。關(guān)于主成分分析法的進(jìn)一步說(shuō)明，可以參閱何曉群編著的《多元統(tǒng)計(jì)分析(第四版)》(中國(guó)人民大學(xué)出版社2015年4月出版，ISBN：9787300208480)等，在此就不具體說(shuō)明了。

在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中，將現(xiàn)有的18個(gè)生理指標(biāo)作線(xiàn)性組合，作為新的綜合指標(biāo)。優(yōu)選的做法就是用F1(18個(gè)指標(biāo)的一個(gè)線(xiàn)性組合)(選取的第一個(gè)線(xiàn)性組合，即第一個(gè)綜合指標(biāo))的方差來(lái)表達(dá)，即Var(F1)越大，表示F1(18個(gè)指標(biāo)的一個(gè)線(xiàn)性組合)包含的信息越多。因此在所有的線(xiàn)性組合中選取的F1(18個(gè)指標(biāo)的一個(gè)線(xiàn)性組合)應(yīng)該是方差最大的，故稱(chēng)F1(18個(gè)指標(biāo)的一個(gè)線(xiàn)性組合)為第一主成分。如果第一主成分不足以代表原來(lái)18個(gè)指標(biāo)的信息，再考慮選取F2(18個(gè)指標(biāo)的另一個(gè)線(xiàn)性組合)即選第二個(gè)線(xiàn)性組合，為了有效地反映原來(lái)信息，F(xiàn)1(18個(gè)指標(biāo)的線(xiàn)性組合)已有的信息就不需要再出現(xiàn)在F2(18個(gè)指標(biāo)的另一個(gè)線(xiàn)性組合)中，用數(shù)學(xué)語(yǔ)言表達(dá)就是要求Cov(F1,F2)＝0，則稱(chēng)F2(18個(gè)指標(biāo)的另一個(gè)線(xiàn)性組合)為第二主成分，依此類(lèi)推可以構(gòu)造出第三、第四，……，第十八個(gè)主成分。表3顯示了本發(fā)明實(shí)施例中的各項(xiàng)生理指標(biāo)及含義。

表3主成分分析法中的各項(xiàng)生理指標(biāo)及含義

在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中，對(duì)99名志愿者分別采集了面部皮膚血液灌注量、面部皮膚溫度、皮膚黑色素含量、皮膚血紅素含量、皮膚平均粗糙度Rz、皮膚平滑深度Rp、皮膚算術(shù)平均粗糙度Ra、皮膚水分含量、臉頰水分散失量、皮膚油脂含量、皮膚色度、皮膚光澤度、左臉頰彈性R2、左臉頰彈性R5、左臉頰彈性R7、左臉頰皮膚PH值、pO2平均值、pCO2平均值等18個(gè)生理指標(biāo)后，通過(guò)數(shù)學(xué)模型的建立獲得志愿者的全面皮膚信息，并在此基礎(chǔ)上對(duì)志愿者的面部皮膚狀態(tài)進(jìn)行評(píng)分。相應(yīng)的主成分模型示例如下：

y＝21.394188737+0.054353493X1－0.055652051X2+0.099629126X3－0.000609357X4－0.005039551X5+0.098269605X6+0.716072457X7+3.953186040X8+6.366813676X9+11.849840196X10－1.059176542X11+45.867828627X12+5.245549682X13+5.036579879X14+0.087006994X15－0.296695998X16+0.029508273X17+0.213612855X18

其中，X1至X18的生理指標(biāo)含義如表3所示。

在生成上述主成分模型的過(guò)程中，可以借助現(xiàn)有的成熟工具軟件如MATLAB或者R程序完成。這是本領(lǐng)域普通技術(shù)人員都能掌握的常規(guī)技術(shù)手段，在此就不具體說(shuō)明了。

為了驗(yàn)證本面部皮膚狀態(tài)評(píng)價(jià)方法的具體效果，發(fā)明人基于上述99名志愿者的面部皮膚狀態(tài)數(shù)據(jù)，邀請(qǐng)多位皮膚科專(zhuān)家對(duì)被評(píng)價(jià)者的整體面部進(jìn)行綜合評(píng)價(jià)得分(總分為100分)，然后將專(zhuān)家評(píng)分結(jié)果與上述主成分模型的數(shù)據(jù)建模得分(總分為100分)進(jìn)行匹配度計(jì)算，結(jié)果發(fā)現(xiàn)兩組數(shù)據(jù)的匹配度可以達(dá)到90％以上。由此可以看出，本發(fā)明所提供的基于主成分分析法的面部皮膚狀態(tài)評(píng)價(jià)方法雖然完全由皮膚檢測(cè)儀器和計(jì)算機(jī)基于客觀的生理指標(biāo)計(jì)算實(shí)現(xiàn)，但所獲得的評(píng)價(jià)結(jié)果與現(xiàn)有目視比較主觀判斷法的評(píng)價(jià)結(jié)果高度匹配，在實(shí)踐中完全可以替代依靠人工完成的專(zhuān)家評(píng)分結(jié)果。

需要說(shuō)明的是，在上述實(shí)施例中采用了主成分分析法對(duì)多項(xiàng)涉及面部皮膚狀態(tài)的生理指標(biāo)進(jìn)行了綜合評(píng)價(jià)，但采用其他的多元統(tǒng)計(jì)分析方法也是可行的，例如因子分析法(factor analysis)等。這種轉(zhuǎn)換也是本領(lǐng)域普通技術(shù)人員都能掌握的常規(guī)技術(shù)手段，在此就不展開(kāi)說(shuō)明了。

利用本發(fā)明所提供的面部皮膚狀態(tài)評(píng)價(jià)方法能夠客觀、準(zhǔn)確、全面地表述用戶(hù)的皮膚狀態(tài)。通過(guò)皮膚數(shù)據(jù)采集后，用戶(hù)能夠很清晰地了解到自身全面的皮膚狀態(tài)，對(duì)于今后的護(hù)膚品選擇提供指導(dǎo)性的意見(jiàn)。此外，化妝品企業(yè)通過(guò)獲得皮膚評(píng)價(jià)得分能夠很清晰地了解到消費(fèi)者的皮膚狀態(tài)，通過(guò)消費(fèi)者的皮膚狀態(tài)的信息獲得能夠更有針對(duì)性的開(kāi)發(fā)產(chǎn)品，并能夠更有針對(duì)性的將此部分產(chǎn)品投向靶向市場(chǎng)。

以上對(duì)本發(fā)明所提供的基于主成分分析法的面部皮膚狀態(tài)評(píng)價(jià)方法進(jìn)行了詳細(xì)的說(shuō)明。對(duì)本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員而言，在不背離本發(fā)明實(shí)質(zhì)精神的前提下對(duì)它所做的任何顯而易見(jiàn)的改動(dòng)，都將屬于本發(fā)明專(zhuān)利權(quán)的保護(hù)范圍。