[發明專利]一種利用數學模型計算人皮膚光吸收相關的19個生物學參數的方法

有效

• 申請號: 201610182873.8
• 申請日: 2016-03-28
• 公開（公告）號: CN105868159B
• 公開（公告）日: 2017-06-27
• 發明（設計）人: 陳威
• 申請（專利權）人: 陳威
• 主分類號: G06F17/11
• 分類號: G06F17/11;G06F17/50
• 代理公司: 北京中濟緯天專利代理有限公司11429
• 代理人: 張曉霞

1.一種利用數學模型計算人皮膚光吸收相關的19個生物學參數的方法，其特征在于：所述方法包括以下步驟：

步驟一 根據可見光照射皮膚時吸收、反射、散射、透射的特征，從皮膚表面至皮膚內部抽象為皮膚表面層、皮膚表皮層、皮膚真皮層、皮下組織層四層；

步驟二 根據皮膚表皮層的光吸收、反射、散射、透射的特征，建立在皮膚表皮層中光反射和光透射方程，計算在皮膚表皮層的吸收系數；

步驟三 根據皮膚真皮層的光吸收、反射、散射、透射的特征，建立在皮膚真皮層中光反射方程，計算在皮膚真皮層的吸收系數；

步驟四 建立表示在皮膚表皮層中的所述吸收系數與表皮層黑色素體積分數、表皮層優黑素濃度、表皮層褐黑素濃度、表皮層水分體積分數、表皮層油脂體積分數、表皮層中胡蘿卜素濃度之間關系的方程；

步驟五 建立表示在皮膚真皮層中的所述吸收率與真皮層水分體積分數、血液體積分數、血紅蛋白濃度、血液中氧化血紅蛋白體積分數、血液中脫氧血紅蛋白體積分數、血液中一氧化碳血紅蛋白體積分數、血液中高鐵血紅蛋白體積分數、血液中硫化血紅蛋白體積分數、真皮層胡蘿卜素濃度、真皮層膽紅素濃度、血液中血小板體積分數、血液中血紅蛋白體積分數、真皮層彈性蛋白體積分數之間關系的方程；

在步驟二中，所述在皮膚表皮層中光反射和光透射的方程為

和

其中，為從空氣進入表皮層的光反射率，為從空氣進入表皮層的光透射率，為從真皮層進入表皮層的光反射率，為光從真皮層進入表皮層的光透射率，σ_α^epi為表皮層吸收系數，為表皮層散射系數，d_epi為表皮層厚度，L_air→L_epi代表光由空氣進入表皮層，L_derm→L_epi代表光由真皮層進入表皮層；

在步驟三中，所述在皮膚真皮層中光反射方程為其中，為從表皮層進入真皮層的光反射率，為真皮層吸收系數，為真皮層散射系數，d_derm為真皮層厚度，L_epi→L_derm代表光由上方表皮層進入真皮層；

在步驟四中，所述方程為

$\begin{array}{c}{\mathrm{\σ}}_a^{epi}=f_{me}(c_{eu}{\mathrm{\σ}}_a^{eu}+c_{ph}{\mathrm{\σ}}_a^{ph})+(1-f_{me})f_{h_{2}o}^{epi}{\mathrm{\σ}}_a^{h_{2}o}+(1-f_{me})(1-f_{h_{2}o}^{epi})f_{lipid}{\mathrm{\σ}}_a^{lipid}+(1-\\ f_{me})(1-f_{h_{2}o}^{epi})(1-f_{lipid})(c_{\mathrm{\β}c}^{epi}{\mathrm{\σ}}_a^{\mathrm{\β}c}+{\mathrm{\σ}}_a^{baseline})\end{array}$

其中表示表皮層吸收系數，f_me表示表皮層黑色素體積分數，c_eu表示表皮層優黑素濃度，表示優黑素吸收系數，c_ph表示褐黑素濃度，表示褐黑素吸收系數，表示表皮水分體積分數，表示水分吸收系數，f_lipid表示表皮層油脂體積分數，表示油脂吸收系數，表示表皮層胡蘿卜素濃度，表示胡蘿卜素吸收系數，表示皮膚基線吸收系數；

在步驟五中，所述方程為

$\begin{array}{c}{\mathrm{\σ}}_a^{derm}=\\ f_{h_{2}o}^{derm}{\mathrm{\σ}}_a^{h_{2}o}+(1-f_{h_{2}o}^{derm})f_{blood}(S_{oxy}{c}_{blood}{\mathrm{\σ}}_a^{oxy}+(1-S_{oxy})S_{deoxy}{c}_{blood}{\mathrm{\σ}}_a^{deoxy}+\\ (1-S_{oxy})(1-S_{deoxy})S_{co}{c}_{blood}{\mathrm{\σ}}_a^{co}+\\ (1-S_{oxy})(1-S_{deoxy})(1-S_{co})S_{met}{c}_{blood}{\mathrm{\σ}}_a^{met}+(1-S_{oxy})(1-S_{deoxy})(1-S_{co})(1-\\ S_{met})S_{sulf}{c}_{blood}{\mathrm{\σ}}_a^{sulf}+c_{\mathrm{\β}c}^{derm}{\mathrm{\σ}}_a^{\mathrm{\β}c}+c_{br}{\mathrm{\σ}}_a^{br}+f_{plt}{\mathrm{\σ}}_a^{plt})+\\ (1-f_{h_{2}o}^{derm})(1-{\mathrm{Hf}}_{blood})f_{ela}{\mathrm{\σ}}_a^{ela}+(1-f_{h_{2}o}^{derm})(1-{\mathrm{Hf}}_{blood})(1-f_{ela}){\mathrm{\σ}}_a^{baseline}\end{array}$

其中，表示真皮層吸收系數，表示真皮層水分體積分數，表示水分吸收系數，f_blood表示血液體積分數，S_oxy表示血液中含氧血紅蛋白體積分數即血氧濃度，c_blood表示血紅蛋白濃度，表示含氧血紅蛋白吸收系數，S_deoxy表示血液中脫氧血紅蛋白體積分數，表示脫氧血紅蛋白吸收系數，S_co表示血液中一氧化碳血紅蛋白體積分數，表示一氧化碳血紅蛋白吸收系數，S_met表示血液中高鐵血紅蛋白體積分數，表示高鐵血紅蛋白吸收系數，S_sulf表示血液中硫化血紅蛋白體積分數，表示硫化血紅蛋白吸收系數，表示真皮層胡蘿卜素濃度，表示胡蘿卜素吸收系數，c_br表示膽紅素濃度，表示膽紅素吸收系數，f_plt表示血液中血小板體積分數，表示血小板吸收系數，H表示血液中血紅蛋白體積分數，f_ela表示彈性蛋白體積分數，表示彈性蛋白吸收系數，表示皮膚基線吸收系數。

2.根據權利要求1所述的一種利用數學模型計算人皮膚光吸收相關的19個生物學參數的方法，其特征在于：所述方法還包括步驟六，將步驟四、步驟五中計算的生物學相關參數所虛擬的皮膚表皮層、真皮層吸收系數與從皮膚測量的光譜所解析出的表皮層、真皮層吸收系數擬合。