用于在体外预测防晒制剂的防晒系数的系统和方法

摘要

描述了用于例如通过光谱/图像分析在体外预测防晒制剂的防晒因子(SPF)的系统和方法。

说明书

发明内容

在一个方面，本公开提供了一种用于生成紫外线(UV)吸收分析的系统，该系统通常包括：浸渍有标记的皮肤组织体模，该标记配置为吸收UV光并响应于吸收UV光而生成可检测信号；询问器，其被配置为响应于所述标记吸收的UV光而基于标记生成的可检测信号生成询问数据；以及分析器，其可通信地联接至询问器，并被配置为从询问器接收询问数据，其中，分析器被配置为至少部分地基于所述询问数据生成UV光吸收分析。

在另一方面，本公开提供了生成防晒制剂的UV吸收分析的方法，该方法通常包括：由分析器从询问器接收由询问器生成的询问数据，该询问数据至少部分地基于由浸渍在皮肤组织体模中的标记响应于标记吸收UV光而生成的可检测信号；其中，皮肤组织体模的至少一部分涂覆有防晒制剂，并通过分析器至少部分地基于询问数据来生成防晒制剂的UV吸收分析。

提供该前述发明内容来以简化形式介绍一些概念，这些概念将在下面的具体实施方式中进一步描述。该发明内容不旨在标识所要求保护的主题的关键特征，也不旨在用于帮助确定所要求保护的主题的范围。

附图说明

图1示出了根据本公开实施例的系统。

图2示出了根据本公开实施例的另一系统。

图3A是根据本公开的实施例的用各种波长范围的UV光照射的部分地涂覆有防晒制剂的皮肤组织体模(phantom)的一系列图像。

图3B以图形方式示出了根据本公开的实施例的随波长变化的涂覆有防晒制剂的图3A的皮肤组织体模的一部分发出的光致发光的光与未涂覆防晒制剂的皮肤组织体模的一部分发出的光致发光的光的比率。

图4以图形方式示出了随波长变化的以辐照度(W/m

当结合附图时，通过参考以下具体实施方式，所要求保护的主题的各方面和许多伴随的优点将因为更好理解而变得更加容易理解。

在附图中相同的附图标记指代相同的元件，下面结合附图阐述的具体实施方式旨在作为所公开的主题的各种实施例的描述，而不旨在仅表示这些实施例。在本公开中描述的每个实施例仅被提供为示例或示例性说明，并且不应被解释为比其他实施例优选或有利。本文提供的示例性例子并非旨在穷举所要求保护的主题或将所要求保护的主题限制为所公开的精确形式。

具体实施方式

本公开总体上涉及用于在体外确定防晒因子(“SPF”)的系统和方法。

随着皮肤癌和其他与皮肤相关的疾病的增加，对皮肤保护的认识也增加了。皮肤保护通常以防晒制剂的形式出现，例如防晒乳液、防晒喷雾剂、防晒膏等。皮肤保护可以限制或防止皮肤免受某些类型的暴露，例如暴露于波长范围为10nm至400nm的紫外线(UV)电磁能(例如日光)。然而，许多人不了解他们选择的一种或多种形式的皮肤保护的强度，并且当他们认为自己受到保护时仍然容易受到暴露。

现有的皮肤护理等级是皮肤保护的不完善指标。在美国，防晒皮肤护理被给定SPF值。SPF值旨在衡量到达皮肤的产生晒伤的紫外线的比例(例如，被给定“SPF 30”等级的防晒制剂表示有1/30的产生晒伤的紫外线到达用防晒制剂护理的皮肤)。但是，由于多种原因，该读数不准确。在这方面，SPF的体内测试包括在志愿者的皮肤上施加防晒制剂，并测量当暴露于日光源时发生晒伤前经历多长时间。在一实例中，产生晒伤的暴露于紫外线的量因人而异。在另一个示例中，由任何皮肤护理提供的保护量基于将施加于皮肤的皮肤护理的量和均匀性而变化。在另一个示例中，可见的皮肤损伤通常是由B型紫外线辐射(UVB)引起的，其波长在280nm至315nm范围内，而SPF值基于对皮肤造成的可见损伤。但是，对皮肤的不可见的损害是由暴露于其他电磁辐射源(如波长范围为315nm至400nm的A型紫外线辐射(UVA)、其他紫外线电磁辐射或非紫外线电磁辐射)造成的。因此，某些皮肤护理可能具有较高的SPF值，以表明它们对UVB的防护效果很好，而UVA或其他形式的电磁辐射的防护却很少甚至没有。

传统的体外确定方法是在刚性、光滑的板上进行的，例如涂有待通过局部测量防晒制剂的紫外线吸收率而测试的防晒制剂的聚甲基丙烯酸甲酯板。这种使用刚性、光滑的塑料板的常规体外方法不能代表防晒制剂和分散或溶解于其中的UV过滤器如何吸收和聚集在包括表面不均匀性(特别是因为皮肤伸展、压缩、移动、折叠等)的皮肤上。

基于这些考虑，需要用于防晒制剂的体外测试的系统和方法，其能够更准确地反映出这些防晒制剂如何保护皮肤免受UV光的影响。

为此，以下讨论提供了用于生成UV吸收分析的系统和方法的示例，该系统和方法包括浸渍有标记的皮肤组织体模，该标记被配置为吸收UV光并响应于吸收UV光而生成可检测信号。如将在下面更详细地描述的，由涂有防晒制剂的皮肤组织体模生成的可检测信号的量可以与防晒制剂吸收的UV光的量相关。在这方面，如下面将更详细描述的，可检测信号的检测可用于生成用于测试的防晒制剂的表面SPF。此外，如下面将更详细描述的，皮肤组织体模在许多显著方式上方面(例如表面不均匀性、伸展性、压缩性，等等)类似于皮肤，使得包括皮肤组织体模的系统被配置为更精确地评估防晒制剂保护真实皮肤的能力。

在以下描述中，阐述了许多具体细节以便提供对本公开的一个或多个实施例的全面理解。然而，对于本领域的技术人员将显而易见的是，可以在没有一些或所有具体细节的情况下实施本公开的许多实施例。此外，应意识到本公开的实施例可以采用本文描述的特征的任何组合。

转到图1，示出了根据本公开的实施例的系统100。系统100包括询问器105，此处被示出为布置在询问器105内的皮肤组织体模108，以及此处示出为与询问器105和UV光源102通信联接的分析器124。

皮肤组织体模108被浸渍有标记119，标记119被配置为吸收UV光并响应于吸收UV光而生成可检测信号。在一个实施例中，标记119分散在皮肤组织体模108内。在一个实施例中，标记119与皮肤组织体模108处于固溶体中。在一个实施例中，标记是光致发光的。

在一个实施例中，可检测信号包括可见光。在一个实施例中，可检测信号包括近红外光。在一个实施例中，可检测信号包括红外光。如本文进一步讨论的，可检测信号可以包括与UV光不同的所有信号，例如从防晒制剂110散射的紫外线。

如图所示，皮肤组织体模108包括一个或多个表面不均匀性，在这里被示出为皮肤组织体模108的表面上的多个波浪。在一个实施例中，这种表面不均匀性包括皱纹、毛孔、酒窝、波浪等，它们类似于皮肤上模拟的表面不均匀性。在这方面，防晒制剂110以类似于防晒制剂涂覆到皮肤的一部分上的方式涂覆到皮肤组织体模108上。因此，包括皮肤组织体模108(其包含表面不均匀性)的系统100被配置为以考虑皮肤表面不均匀性的方式来测定防晒制剂，并因此被配置为提供防晒制剂的测定结果，其更代表防晒制剂在真实皮肤上的性能。

系统100还包括询问器105，该询问器105被配置为响应于由标记119吸收的UV光而基于由标记119生成的可检测信号来生成询问数据。在所示的实施例中，询问器105包括这里被示出为容纳皮肤组织体模108的光检测壳体106、发射UV光116的UV光源102和配置为根据可检测信号生成询问数据的光检测器122。如图所示，UV光源102和光检测器122通信地联接至分析器124。UV光源102发射照射UV光116a。如图所示，照射UV光116a的一部分通过照射UV过滤器104，该UV过滤器配置为吸收照射UV光116a的第一部分，并允许过滤后的照射UV光116b穿过到皮肤组织体模108。在这方面，系统100被配置为限制撞击在皮肤组织体模108上的UV光，比如将撞击在皮肤组织体模108上的UV光限制为UV光的特定波长范围。如本文关于本公开的方法进一步描述的，通过限制撞击在防晒制剂上的UV光的范围，用户可以选择性地测定防晒制剂在特定波长范围内对UV光的吸收/散射特性。

如图所示，过滤的照射UV光116b撞击在防晒制剂110和皮肤组织体模108上。过滤的照射UV光116b的一部分从防晒制剂110散射，以提供散射的UV光116c。过滤的照射UV光116b的另一部分穿过防晒制剂110，并撞击在包括标记119的皮肤组织体模108上。如上所述，标记119响应于吸收过滤的照射UV光116b而生成可检测信号118a。如本文中进一步讨论的，可检测信号118a的量或强度可以与防晒制剂110在吸收、散射、反射等撞击在防晒制剂110上的过滤的照射UV光116b中的功效相关。防晒制剂110在阻止过滤的照射UV光116b到达皮肤组织体模108方面越好，可检测信号118a的量和/或强度就越低。

在一个实施例中，系统100包括信号UV过滤器120，该信号UV过滤器120被配置为吸收诸如从防晒制剂110散射的散射的UV光116c之类的UV光，并且被配置为允许可检测信号118a通过至光检测器122。如图所示，可检测信号118a穿过信号UV过滤器120，作为过滤的可检测信号118b撞击到光检测器122上，而散射的UV光116c则不穿过至光检测器122。在这方面，系统100配置为选择性地将过滤的可检测信号118b提供给光检测器122，从而，例如，增加光检测器122生成的信号的信噪比。

同样地，在一个实施例中，光检测壳体106被配置为基本上防止诸如照射UV光116a之类的照射UV光之外的、来自光检测壳体106外部的光进入光检测壳体106的内部。就这一点而言，光检测壳体106被配置为基本上防止除了过滤的可检测信号118b之外的光撞击到光检测器122上。因此，通过将光检测壳体106的内部与杂散光源隔离，进一步提高了信噪比。

分析器124通信地联接至询问器105，并被配置为从询问器105接收询问数据，例如由光检测器122响应于过滤的可检测信号118b而生成的数据。通过提高由询问器105生成的询问数据的信噪比，系统100配置为提供更准确的表面SPF。

如上所述，在一个实施方案中，本文所述的系统被配置为在特定波长范围内测定防晒制剂。在这方面，注意力转向图2，其中示出了根据本公开实施例的系统200。系统200包括浸渍有标记219的皮肤组织体模208、容纳皮肤组织体模208的询问器205和可操作地联接至询问器205的分析器224。

询问器205包括：光检测外壳206；皮肤组织体模208在此处被示出为布置于光检测外壳206内并部分涂有防晒制剂210；UV光源202，其被配置为发射照射UV光216a，其至少一部分撞击在皮肤组织体模208上；以及光检测器222，其被配置为基于可检测信号218a生成询问数据。

在所示的实施例中，询问器205进一步包括照射滤光轮204，该照射滤光轮204包括第一照射过滤器226a，该第一照射过滤器226a被配置为吸收照射UV光216a的第一部分并允许照射UV光216a的第二部分(过滤的照射UV光216b)穿过到皮肤组织体模208。照射滤光轮204还包括第二照射UV过滤器226b，该第二照射UV过滤器226b配置为吸收与照射UV光216a的第一部分不同的照射UV光216a的第三部分，并允许与过滤的照射UV光216b不同的照射UV光的第四部分(未示出)穿过到皮肤组织体模208。

如图所示，第一照射UV过滤器226a和第二照射UV过滤器226b放置在照射滤光轮204的分开的部分上。此外，照射滤光轮204可操作地联接至分析器224，分析器224包括配置为选择性地将UV光过滤器226a或226b中的一个放置在照射UV光216a的路径中的电路。在这方面，照射滤光轮204被配置为选择性地吸收照射UV光216a的部分，并允许照射UV光216a的某些其他部分穿过到皮肤组织体模208。通过使用照射滤光轮204来选择性地吸收照射UV光216a的某些部分，并允许其他部分穿过到皮肤组织体模208和防晒制剂210，用户可以调谐到达浸渍在皮肤组织体模208中的标记219和/或撞击在防晒制剂210上的照射UV光216a。在这方面，用户可以在各种UV波长范围内选择性测定防晒制剂210。

在一个实施方案中，标记219是浸渍在皮肤组织体模208中的多个标记之一，并且其中多个标记中的每一个被配置为吸收UV光并响应于吸收UV光(例如过滤的照射UV光216b)而生成可检测信号。在一个实施例中，多个标记中的第一标记，例如标记219，吸收第一波长范围内的UV光，并且作为响应，第一标记219生成第一可检测信号，例如可检测信号218a。在一个实施例中，多个标记中的第二标记(未示出)吸收不同于第一波长范围的第二波长范围中的UV光，并且第二标记被配置为响应于吸收第二波长范围内的UV光而生成不同于第一可检测信号的第二可检测信号。就这一点而言，用户可以至少部分地基于第一可检测信号和第二可检测信号的量或强度来确定防晒制剂吸收、散射的两个或更多个不同的UV光波长范围的UV光的有效性。

当例如防晒制剂包括例如两个吸收不同波长范围的UV光的UV光吸收成分时，这种确定是有用的。如上所述，某些防晒制剂在UV光的第一波长范围(例如，UVB)中可充分保护，但是在UV光的第二波长范围(例如，UVA)中不可充分地保护。由于系统200配置为独立地分析两个或更多个UV波长范围，因此系统200例如适用于定量分析防晒制剂吸收、散射等例如UVA光和UVB光这两者的能力。

在所示的实施例中，询问器205进一步包括信号UV过滤器220，该信号UV过滤器220被配置为允许诸如可检测信号218a之类的可检测信号穿过，作为过滤的可检测信号218b，到达光检测器222。在一个实施例中，信号UV过滤器220进一步被配置为吸收或以其他方式阻止UV光，(诸如散射的UV光216c)撞击到光检测器222上。如在此参照图1进一步讨论的，对散射的UV光和其他UV光的这种过滤改善了信噪比，并以其他方式改善了基于可检测信号的询问数据的生成。

现在将描述根据本公开实施例的生成UV吸收分析的方法。在一个实施例中，该方法包括：至少部分地基于由浸渍在皮肤组织体模中的标记生成的可检测信号来生成询问数据。如本文关于图1和图2进一步讨论的，在一个实施例中，可检测信号是由标记响应于标记吸收UV光而生成的光致发光信号。在一个实施例中，询问数据是由诸如询问器105或205之类的询问器生成的，该询问器包括例如光检测器，诸如光检测器122和222。

在一个实施例中，这种询问数据由诸如分析器124和224之类的分析器接收。该分析器至少部分地基于该询问数据而生成防晒制剂的UV吸收分析。

在一个实施例中，生成防晒制剂的UV吸收分析包括：确定防晒制剂的透射光谱。在一个实施例中，透射光谱是穿过防晒制剂的UV电磁能(例如UV光)与撞击在防晒制剂上的UV电磁能的总量的比率。如本文中进一步描述的，通过使用浸渍有配置为响应于吸收UV光而生成可检测信号的标记的皮肤组织体模，可检测信号的量和/或强度与照射UV光的量和/或强度之间存在相关性。此外，通过分析由本文描述的系统生成的可检测信号，可以估计穿过涂覆皮肤组织体模的防晒制剂的而不是被该防晒制剂吸收、散射等的UV光的比例。

在一个实施例中，透射光谱是在多个UV波长范围处确定的。在这方面，注意力集中在图3A和图3B上。图3A是根据本发明的实施例的以各种波长范围的UV光照射的皮肤组织体模的一系列图像，该皮肤组织体模部分地涂覆有防晒制剂。如图3A所示，涂覆有防晒制剂的皮肤组织体模的部分比未涂覆防晒制剂的皮肤组织体模的部分更暗。如上所述，未涂覆防晒制剂的皮肤组织体模的部分比涂覆有防晒制剂的皮肤组织体模的部分生成更多的可检测信号，在此为光致发光的光，因为更多的UV光到达皮肤组织体模的该部分中的标记。

图3B图形化地示出了随波长变化的由防晒制剂涂覆的图3A的皮肤组织体模的一部分所发射的光致发光的光与未被防晒制剂涂覆的皮肤组织体模的一部分的比率。在一个实施例中，生成UV吸收分析包括：从由该防晒制剂涂覆的皮肤组织体模的一部分生成防晒制剂询问数据；从未被防晒制剂涂覆的皮肤组织体模的一部分生成控制询问数据；并取防晒制剂询问数据与控制询问数据的比率，如图3B所示，针对各种波长。在一个实施例中，如图3A所示，未被防晒制剂涂覆的皮肤组织体模的一部分是不同于被防晒制剂涂覆的皮肤组织体模的一部分的一部分皮肤组织体模。可替代地，在一个实施例中，生成用于特定波长范围的透射光谱包括：采用由皮肤组织体模的一部分在涂覆有防晒制剂时生成的可检测信号与皮肤组织体模的相同部分在未涂覆防晒制剂时生成的可检测信号的比率。

在一个实施例中，透射光谱是在皮肤组织体模的多个部分处确定的。因此，在一个实施例中，生成询问数据包括：利用例如成像传感器在皮肤组织体模的多个部分处生成询问数据，该成像传感器包括例如多个像素，该多个像素被配置为显示(register)来自皮肤组织体模的多个部分的可检测信号。如进一步讨论的，在一个实施例中，皮肤组织体模包括多个表面不均匀性，其被配置为产生防晒制剂的不均匀涂层。通过在皮肤组织体模的多个部分处生成询问数据，用户可以测定表面SPF或UV吸收是如何随皮肤组织体模的位置(诸如包括表面不均匀性的位置)而变化的。

在一个实施例中，生成透射光谱包括在皮肤组织体模的多个部分处在多个波长下生成询问数据。

在一个实施例中，UV吸收分析包括生成第一UV吸收分析；例如通过拉伸、折叠和/或压缩皮肤组织体模来破坏处理(distressing)皮肤组织体模；并对受损的皮肤组织体模进行第二UV吸收分析。在这点上，用户可以确定关于防晒制剂防止UV光到达被拉伸、折叠、压缩等之后的皮肤的能力的效果(如果有的话)。因为本公开的皮肤组织体模像皮肤一样拉伸、折叠和压缩，所以本文描述的方法被配置为考虑到例如可能在用户的皮肤上出现的防晒制剂的任何聚集、分散等。这与通常在防晒制剂的体外测试中使用的刚性塑料板相反，该刚性塑料板不会像皮肤那样拉伸、折叠或压缩。

在一个实施例中，UV吸收分析包括生成涂覆在皮肤组织体模的至少一部分上的防晒制剂的表面SPF，如本文进一步所述。在一个实施例中，表面SPF由下式计算：

其中，

Eλ是红斑作用光谱(UV范围内的皮肤敏感性)，

Sλ是太阳辐照光谱(UV范围内的标准太阳能)，

Tλ是防晒制剂的透射光谱，并且

Δλ是

图4图形化地示出了随波长变化的以辐照度(W/m

根据该公式，可以基于防晒制剂的透射光谱来计算SPF，该透射光谱通过本文进一步描述的系统和方法根据波长来确定。

本文公开的某些实施例利用电路以便可操作地联接两个或更多个组件，生成信息，确定操作条件，控制设备或方法，处理信号等。可以使用任何类型的电路。在一个实施例中，电路包括一个或多个计算设备等，例如处理器(例如，微处理器)、中央处理单元(CPU)、数字信号处理器(DSP)、专用集成电路(ASIC)、现场可编程门阵列(FPGA)等或其任何组合，并且可以包括离散的数字或模拟电路元件或电子器件或它们的组合。在一个实施例中，电路包括具有多个预定义的逻辑组件的一个或多个ASIC。在一实施例中，电路包括具有多个可编程逻辑组件的一个或多个FPGA。

在一个实施例中，电路包括硬件电路实施(例如，模拟电路中的实施、数字电路中的实施等，以及它们的组合)。在一个实施例中，电路包括电路和计算机程序产品的组合，该计算机程序产品具有存储在一个或多个计算机可读存储器上的软件或固件指令，这些软件或固件指令一起工作以使装置执行本文所述的一种或多种方法或技术。在一个实施例中，电路包括诸如微处理器或微处理器的部分之类的电路，其需要软件、固件等来进行操作。在一个实施例中，电路包括一种实施方式，其包括一个或多个处理器或其部分以及随附的软件、固件、硬件等。在一个实施例中，电路包括服务器、蜂窝网络设备、其他网络设备或其他计算设备中的基带集成电路或应用处理器集成电路或类似集成电路。在一实施例中，电路包括一个或多个远程定位的组件。在一个实施例中，远程定位的组件经由无线通信可操作地联接。在一实施例中，远程定位的的组件经由一个或多个接收器、发射器、收发器等可操作地联接。

在一实施例中，电路包括例如存储指令或数据的一个或多个存储设备。一个或多个存储设备的非限制性示例包括易失性存储器(例如，随机存取存储器(RAM)、动态随机访问存储器(DRAM)等)、非易失性存储器(例如，只读存储器(ROM)、电可擦可编程只读存储器(EEPROM)、光盘只读存储器(CD-ROM)等)、永久性存储器等。一个或多个存储设备的其他非限制性示例包括可擦可编程只读存储器(EPROM)、闪存等。一个或多个存储设备可以通过一个或多个指令、数据或电力总线联接到例如一个或多个计算设备。

在一个实施例中，本文描述的系统的电路包括被配置为接受信号承载介质(例如，计算机可读存储介质、计算机可读记录介质等)的计算机可读介质驱动器或存储器插槽。在一个实施例中，用于使系统执行任何公开的方法的程序可以存储在例如计算机可读记录介质(CRMM)、信号承载介质等上。信号承载介质的非限制性示例包括可记录类型的介质，例如任何形式的闪存、磁带、软盘、硬盘驱动器、光盘(CD)、数字视盘(DVD)、蓝光光盘、数字磁带、计算机存储器等，以及传输类型介质，诸如数字和/或模拟通信介质(例如，光纤电缆、波导、有线通信链路、无线通信链路(例如，发射器、接收器、收发器、传输逻辑、接收逻辑等)。信号承载媒体的其他非限制性示例包括但不限于DVD-ROM、DVD-RAM、DVD+RW、DVD-RW、DVD-R、DVD+R、CD-ROM、超级音频CD、CD-R、CD+R、CD+RW、CD-RW、视频光盘、超级视频光盘、闪存、磁带、磁光盘、MINIDISC、非易失性存储卡、EEPROM、光盘、光存储器、RAM、ROM、系统内存、Web服务器等。

应该注意的是，出于本公开的目的，诸如“上”、“下”、“垂直”、“水平”、“向内”、“向外”、“内部”、“外部”、“前”、“后”等术语应被解释为描述性的，并且不限制所要求保护的主题的范围。此外，本文中“包括”、“包含”或“具有”及其变体的使用意味着涵盖其后列出的项及其等同物以及额外的项。除非另有限制，否则本文中的术语“连接”，“联接”和“安装”及其变体被广泛使用，并且包括直接和间接连接、联接和安装。术语“约”是指所述值的加减5％。

在前面的描述中已经描述了本公开的原理、代表性实施例和操作模式。然而，本公开的旨在被保护的方面不应被解释为限于所公开的特定实施例。此外，本文描述的实施例应被认为是示例性的而不是限制性的。将理解的是，在不脱离本公开的精神的情况下，其他人可以进行变化和改变，并且可以采用等同物。因此，明确地旨在所有这样的变化、改变和等同物都落入所要求保护的本公开的精神和范围内。

尽管已经示出和描述了示例性实施例，但是应当理解，可以在不脱离本发明的精神和范围的情况下进行各种改变。