[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

技術領域

本發明涉及計算生物學，涉及建立皮膚光譜的分析模型的方法以及人皮膚光吸收相關的生物學參數的建模方法，特別是涉及一種利用數學模型人皮膚光吸收相關的19個生物學參數的方法。

背景技術

光與物質相互作用會引起物質內部原子及分子能級的電子躍遷，使物質對光的吸收、反射、散射等在波長及強度信息上發生變化，光譜儀可用于檢測并處理這類變化。與其他分析方法相比，光譜檢測具有非破壞、高靈敏、高精準的特點，因而在各類材料的檢測和鑒定方面得到廣泛的應用。

生物學與光學的研究表明，人類皮膚是由多種生物學成分組成，其中的一些成分對光譜作用敏感，各成分具有特定的可見光光學性質，并且，這些皮膚成分含量已由生物學方法進行了測定。因此，形成一種籍于皮膚的可見光譜的數據處理方法實現皮膚的生物學成分量化分析是可行的。但在建模方面，要求可見光光學作用分析完整、皮膚參數盡量齊全，才能體現皮膚參數的光學性質細節，達到可見光全波段所需的量化分析精度要求。

目前，在皮膚參數量化分析領域主要存在以下手段，1)基于圖像的皮膚分析。由于是平面的圖像分析，其所能測得參數的與光譜的立體數據相比準確性有較大差距。所期望的其他的皮膚成分參數和皮膚結構參數無法獲得。2)基于生物阻抗的皮膚水份檢測。此種檢測成分參數單一且精度不夠。3)基于超聲波的皮膚超聲影像診斷系統。此種方式主要是對皮膚的結構組織進行定性觀察，無法進行皮膚參數量化分析。4)基于X射線的三維斷層成像的皮膚CT影像分析系統。此種方式主要是對皮膚的結構組織 進行定性觀察，無法進行皮膚參數量化分析。5)皮膚光譜檢測系統。屬于研究項目。此種方式是利用光譜進行某波段的直觀比較觀察，沒有形成信息處理模型。

優黑素、褐黑素、胡蘿卜素、膽紅素、血紅蛋白、一氧化碳血紅蛋白、高鐵血紅蛋白、硫化血紅蛋白、油脂等廣泛存在在皮膚的表皮層和真皮層，具有多種重要的生物學功能：例如決定毛發顏色，維持細胞代謝，抗氧化，作為血液、結締組織的組成部分，同時也可以作為病理檢驗的特征參數，用于檢驗高鐵血紅蛋白血癥、硫化血紅蛋白血癥、一氧化碳中毒癥等。通常醫學檢驗的手段是針對不同生物檢驗目標采用不同的化驗方法，分別進行生化實驗得到結果。如果希望得到上述所有參數的數值，就要進行數個檢驗實驗，不僅需要檢驗成本高，而且費時費力，且人工檢驗存在實驗誤差，檢驗結果精確度也難以保證。

因此，為了實現上述皮膚生物學參數的精確量化目的，急需設計一種基于皮膚光譜進行的光吸收相關的生物學參數量化分析的方案，在皮膚表皮層和真皮層中光敏感的相關生物學參數和吸收光譜特征之間建立關聯，從而達到對不同人、不同部位差異盡可能多的分析維度和精度，并形成大數據處理的基礎，為人皮膚優黑素、褐黑素、胡蘿卜素、膽紅素等參數建立新的精準的定量分析方法。

發明內容

本發明的目的是提供一種利用數學模型人皮膚光吸收相關的19個生物學參數的方法，填補了利用光譜模型進行與光吸收相關的生物學參數量化分析的空白，分析出可以描述皮膚光譜特征的一組與光吸收相關的生物學參數構建數學模型，僅通過幾次運算過程即可獲得全部檢測結果，并且其虛擬出的皮膚光譜與實際皮膚光譜的擬合度非常高，提高分析的精確性。

為實現上述發明目的，本發明提供的技術方案是：

一種利用數學模型計算人皮膚與光吸收相關的19個生物學參數的方法，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，將皮膚從 上之下抽象為皮膚粗糙表面層、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和光透射方程，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。