[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

说明书

技术领域

本发明涉及计算生物学，涉及建立皮肤光谱的分析模型的方法以及人皮肤光吸收相关的生物学参数的建模方法，特别是涉及一种利用数学模型人皮肤光吸收相关的19个生物学参数的方法。

背景技术

光与物质相互作用会引起物质内部原子及分子能级的电子跃迁，使物质对光的吸收、反射、散射等在波长及强度信息上发生变化，光谱仪可用于检测并处理这类变化。与其他分析方法相比，光谱检测具有非破坏、高灵敏、高精准的特点，因而在各类材料的检测和鉴定方面得到广泛的应用。

生物学与光学的研究表明，人类皮肤是由多种生物学成分组成，其中的一些成分对光谱作用敏感，各成分具有特定的可见光光学性质，并且，这些皮肤成分含量已由生物学方法进行了测定。因此，形成一种籍于皮肤的可见光谱的数据处理方法实现皮肤的生物学成分量化分析是可行的。但在建模方面，要求可见光光学作用分析完整、皮肤参数尽量齐全，才能体现皮肤参数的光学性质细节，达到可见光全波段所需的量化分析精度要求。

目前，在皮肤参数量化分析领域主要存在以下手段，1)基于图像的皮肤分析。由于是平面的图像分析，其所能测得参数的与光谱的立体数据相比准确性有较大差距。所期望的其他的皮肤成分参数和皮肤结构参数无法获得。2)基于生物阻抗的皮肤水份检测。此种检测成分参数单一且精度不够。3)基于超声波的皮肤超声影像诊断系统。此种方式主要是对皮肤的结构组织进行定性观察，无法进行皮肤参数量化分析。4)基于X射线的三维断层成像的皮肤CT影像分析系统。此种方式主要是对皮肤的结构组织 进行定性观察，无法进行皮肤参数量化分析。5)皮肤光谱检测系统。属于研究项目。此种方式是利用光谱进行某波段的直观比较观察，没有形成信息处理模型。

优黑素、褐黑素、胡萝卜素、胆红素、血红蛋白、一氧化碳血红蛋白、高铁血红蛋白、硫化血红蛋白、油脂等广泛存在在皮肤的表皮层和真皮层，具有多种重要的生物学功能：例如决定毛发颜色，维持细胞代谢，抗氧化，作为血液、结缔组织的组成部分，同时也可以作为病理检验的特征参数，用于检验高铁血红蛋白血症、硫化血红蛋白血症、一氧化碳中毒症等。通常医学检验的手段是针对不同生物检验目标采用不同的化验方法，分别进行生化实验得到结果。如果希望得到上述所有参数的数值，就要进行数个检验实验，不仅需要检验成本高，而且费时费力，且人工检验存在实验误差，检验结果精确度也难以保证。

因此，为了实现上述皮肤生物学参数的精确量化目的，急需设计一种基于皮肤光谱进行的光吸收相关的生物学参数量化分析的方案，在皮肤表皮层和真皮层中光敏感的相关生物学参数和吸收光谱特征之间建立关联，从而达到对不同人、不同部位差异尽可能多的分析维度和精度，并形成大数据处理的基础，为人皮肤优黑素、褐黑素、胡萝卜素、胆红素等参数建立新的精准的定量分析方法。

发明内容

本发明的目的是提供一种利用数学模型人皮肤光吸收相关的19个生物学参数的方法，填补了利用光谱模型进行与光吸收相关的生物学参数量化分析的空白，分析出可以描述皮肤光谱特征的一组与光吸收相关的生物学参数构建数学模型，仅通过几次运算过程即可获得全部检测结果，并且其虚拟出的皮肤光谱与实际皮肤光谱的拟合度非常高，提高分析的精确性。

为实现上述发明目的，本发明提供的技术方案是：

一种利用数学模型计算人皮肤与光吸收相关的19个生物学参数的方法，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，将皮肤从 上之下抽象为皮肤粗糙表面层、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和光透射方程，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。