[发明专利]一种利用数学模型计算人皮肤光吸收相关的19个生物学参数的方法

权利要求书

1.一种利用数学模型计算人皮肤光吸收相关的19个生物学参数的方法，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，从皮肤表面至皮肤内部抽象为皮肤表面层、皮肤表皮层、皮肤真皮层、皮下组织层四层；

步骤二 根据皮肤表皮层的光吸收、反射、散射、透射的特征，建立在皮肤表皮层中光反射和光透射方程，计算在皮肤表皮层的吸收系数；

步骤三 根据皮肤真皮层的光吸收、反射、散射、透射的特征，建立在皮肤真皮层中光反射方程，计算在皮肤真皮层的吸收系数；

步骤四 建立表示在皮肤表皮层中的所述吸收系数与表皮层黑色素体积分数、表皮层优黑素浓度、表皮层褐黑素浓度、表皮层水分体积分数、表皮层油脂体积分数、表皮层中胡萝卜素浓度之间关系的方程；

步骤五 建立表示在皮肤真皮层中的所述吸收率与真皮层水分体积分数、血液体积分数、血红蛋白浓度、血液中氧化血红蛋白体积分数、血液中脱氧血红蛋白体积分数、血液中一氧化碳血红蛋白体积分数、血液中高铁血红蛋白体积分数、血液中硫化血红蛋白体积分数、真皮层胡萝卜素浓度、真皮层胆红素浓度、血液中血小板体积分数、血液中血红蛋白体积分数、真皮层弹性蛋白体积分数之间关系的方程；

在步骤二中，所述在皮肤表皮层中光反射和光透射的方程为

和

其中，为从空气进入表皮层的光反射率，为从空气进入表皮层的光透射率，为从真皮层进入表皮层的光反射率，为光从真皮层进入表皮层的光透射率，σ_α^epi为表皮层吸收系数，为表皮层散射系数，d_epi为表皮层厚度，L_air→L_epi代表光由空气进入表皮层，L_derm→L_epi代表光由真皮层进入表皮层；

在步骤三中，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，d_derm为真皮层厚度，L_epi→L_derm代表光由上方表皮层进入真皮层；

在步骤四中，所述方程为

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

其中表示表皮层吸收系数，f_me表示表皮层黑色素体积分数，c_eu表示表皮层优黑素浓度，表示优黑素吸收系数，c_ph表示褐黑素浓度，表示褐黑素吸收系数，表示表皮水分体积分数，表示水分吸收系数，f_lipid表示表皮层油脂体积分数，表示油脂吸收系数，表示表皮层胡萝卜素浓度，表示胡萝卜素吸收系数，表示皮肤基线吸收系数；

在步骤五中，所述方程为

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

其中，表示真皮层吸收系数，表示真皮层水分体积分数，表示水分吸收系数，f_blood表示血液体积分数，S_oxy表示血液中含氧血红蛋白体积分数即血氧浓度，c_blood表示血红蛋白浓度，表示含氧血红蛋白吸收系数，S_deoxy表示血液中脱氧血红蛋白体积分数，表示脱氧血红蛋白吸收系数，S_co表示血液中一氧化碳血红蛋白体积分数，表示一氧化碳血红蛋白吸收系数，S_met表示血液中高铁血红蛋白体积分数，表示高铁血红蛋白吸收系数，S_sulf表示血液中硫化血红蛋白体积分数，表示硫化血红蛋白吸收系数，表示真皮层胡萝卜素浓度，表示胡萝卜素吸收系数，c_br表示胆红素浓度，表示胆红素吸收系数，f_plt表示血液中血小板体积分数，表示血小板吸收系数，H表示血液中血红蛋白体积分数，f_ela表示弹性蛋白体积分数，表示弹性蛋白吸收系数，表示皮肤基线吸收系数。

2.根据权利要求1所述的一种利用数学模型计算人皮肤光吸收相关的19个生物学参数的方法，其特征在于：所述方法还包括步骤六，将步骤四、步骤五中计算的生物学相关参数所虚拟的皮肤表皮层、真皮层吸收系数与从皮肤测量的光谱所解析出的表皮层、真皮层吸收系数拟合。