图像分析在化妆品功效评价中的应用实例分享

近年来，消费者对化妆品的功效认知逐渐提升，对化妆品功能性诉求越来越高。2020年政府颁布《化妆品监督管理条例》，其中明确规定“化妆品的功效宣称应当有充分的科学依据，化妆品生产者对化妆品功效宣称负责”。对化妆品功效的科学性判定成为消费者、生产企业、政府监管部门的重点关注问题。

传统的化妆品功效评价常通过肉眼观察或借助放大镜进行定性描述，受主观因素影响较大，缺乏客观和科学的评价指标，不同研究者之间的评判标准难以统一量化，导致评价结果没法实现统一对应和有效交流，极大地影响了化妆品功效评价的深入研究和临床应用。

图像分析运用成像技术，采集使用化妆品前、后的皮肤图像，直观呈现使用化妆品后皮肤在颜色、皱纹、毛孔等方面的变化情况，让人直观感受到化妆品的使用效果。图像分析软件，能够避免由于人的视觉分辨率有限而降低对皮肤各项生理指标判定的准确性等问题，以量化数据的形式表征图像，便于研究者作出更科学、理性的判断。

本文将结合化妆品功效评价测试实例，介绍3种图像分析系统：面部成像系统（Visia-CR）、皮肤表面形态分析系统（EvaSKIN）、皮肤显微镜及活性皮肤表面分析系统（Visioscan® VC98）在化妆品功效评价中的应用。

1. 图像采集与分析仪器介绍

1.1面部成像系统（Visia-CR）

面部成像系统VISIA-CR（Canfield，美国），用于科研及临床试验的面部成像分析系统，仪器具有6种光源模式：标准光1、标准光2、蓝光、橙光、交叉偏振光、平行偏振光，不同的光源得到不同信息的图像，一次拍照最多可以得到11张照片。VISIA-CR提供安全、稳定的标准光照条件，由软件控制所有的相机设置和成像参数设置，以确保成像的稳定性和标准化。可对面部皮肤进行左侧、右侧、正面3个角度进行成像，成像质量可高达2100万像素。通过多点定位系统和实时图像叠加，确保不同观察时间的图像采集位置完全一致。

VISIA-CR采集的图像可导入图像分析软件Image-Pro Plus或FrameScan中，进行各项皮肤生理指标的量化分析。

Image-Pro Plus皮肤综合分析软件（Media Cybernetics，美国，简称IPP），专业2D图像处理分析软件，广泛用于化妆品功效评价的图像分析，主要用于色斑、毛孔、光泽度等皮肤指标的量化分析。FrameScan图像处理软件（OrionTechnoLab，法国）能够实现对图片的批量处理，主要用于皮肤的颜色分析。

1.2皮肤表面形态分析系统（EvaSKIN）

皮肤表面形态分析系统EvaSKIN （EOTECH，法国），是基于数字显微条纹投影器基础上研发出来的，以非接触式方法拍摄皮肤局部表面形态的快速光学成像系统。测试时条纹光被投影到皮肤表面，由于皮肤表面凹凸不平，条纹光会发生弯曲变形，两侧的相机能看到相同的条纹光并记录这一变化。通过测试条纹光的位置变化和所有图像点的灰度值，可以得到整个测试皮肤表面的数字三维图像。与 VisioTOP-300
支架组合，实现可重复性拍摄和测试。

Evaskin测试系统可以进行鱼尾纹、毛孔、眼袋、皮肤平滑度、唇纹、嘴唇体积、抬头纹、眉间纹等皮肤表面形态的测试，通过量化分析软件，可以进行使用前、后图像对比（Compare Tn/T0），并对轮廓线粗糙度（Profile Roughness）、表面粗糙度（Surface Roughness）、体积（Volume）、目标密度（Feature
Density）等皮肤表面形态参数进行量化分析，可用于化妆品的功效评价或医美填充产品的术后效果评价。

1.3皮肤显微镜及活性皮肤表面分析系统（Visioscan® VC98）

皮肤显微镜及活性皮肤表面分析系统Visioscan® VC98（Courage & Khazaka，德国，简称VC98），通过内置环形 UVA
光照射于皮肤，排除皮肤表面反光的影响，使用内置特殊的传感器芯片接收皮肤表面角质层反射的光线，得到皮肤的表面的纹理图像。内部处理软件将采集的图像转换成灰度图像，以255灰度值像素显示，0是黑色，255是白色，基于每个像素点的灰度值的比较得到表征皮肤状态的参数。图像中深色代表皱纹，浅色代表凸起，白色代表剥落的角质。通过图像分析软件处理，可以得到评价皮肤表面状态的参数，包括皱纹深度、皱纹面积与体积、皮肤整体粗糙度、光滑度、均一度等。VC98适用于皮肤表面粗糙度与表面纹理的评价，借助专用的配件，还可以进行油脂、皮屑的测量。

2. 化妆品功效评价测试实例

30名志愿者参加测试，16名女性、14名男性，志愿者年龄范围37~60岁，51.3±7.8岁（mean±SD）。半脸对比试验，样品随机分布于志愿者面部左右两侧，一侧涂抹含有活性成分的精华A（样品组），另一侧涂抹不含活性成分的精华B（空白组），精华A、B为同一基质，差异仅为有无添加化妆品功效活性成分。测试周期8周。测试周期内志愿者依据样品分组在左右侧半脸使用测试样品，每日早晚各使用1次，使用测试样品代替日常使用的精华，其它护肤品的使用维持不变。

在使用前、使用8周后回访，测试当天首先按照要求进行标准化的脸部清洁，在温度21±1℃、相对湿度50±10%的环境中静坐30min，使用不同仪器进行图像的采集并进行相关指标参数的量化分析。对量化分析数据进行配对分析，检查数据是否符合正态分布，符合正态分布用T检验、不符合用Wilcoxon符号秩检验进行差异分析。

3. 图像分析结果示例

3.1色斑分析

在使用前、使用8周后，使用面部成像系统VISIA-CR进行面部图像采集，并进行色斑相关指标的量化分析。测试结果见图1、表1。

由图1可见，使用8周后样品组的色斑改善情况优于空白组。由表1可知，使用8周后，样品组测试区域皮肤的色斑个数、色斑面积、色斑面积占比和色斑光密度与使用前相比均降低（P<0.05），且祛斑效果优于空白组（P<0.05）。

3.2毛孔分析

在使用前、使用8周后，使用面部成像系统VISIA-CR进行面部图像采集，并进行毛孔分析。测试结果见图2、表2。

图2为使用8周后样品组与空白组的毛孔状态对比，肉眼很难看出差异。但通过图像分析软件分析，由表2毛孔分析相关指标变化可知，使用8周后，样品组测试区域皮肤的毛孔数量、毛孔面积、毛孔面积占比与使用前相比均降低（P<0.05），且降低率均大于空白组（P<0.05）。

3.3皮肤颜色分析

在使用前、使用8周后，使用面部成像系统VISIA-CR进行面部图像采集，并选取左、右半脸对应的测试区域进行皮肤颜色分析。测试结果见图3、表3。

从图3中可看出，在使用8周后，志愿者使用样品侧半脸的亮白感、光泽感整体有所提高，改善效果优于空白组。通过图像分析软件分析，由表3皮肤颜色分析相关指标变化可知，与使用前相比，使用8周后，样品组测试区域皮肤L*、ITA°均升高（P<0.05）、b*降低（P<0.05），且对皮肤颜色的改善效果优于空白组（P<0.05）。

3.4皱纹和皮肤粗糙度分析

本次测试使用EvaSKIN对面部进行数字三维图像采集，然后选取鱼尾纹区域进行皱纹分析、选取脸颊部位进行皮肤粗糙度分析，测试结果见图4、图5和表4。

从图4、图5可看出，使用样品8周后，样品组对应测试区域的鱼尾纹、面颊粗糙度明显得到改善，效果优于空白组。由表4通过图像分析软件分析结果可知，使用8周后，与使用前相比，样品组测试区域的鱼尾纹相关参数均降低（P<0.05），包括鱼尾纹数量、最大皱纹深度、平均皱纹深度和皱纹面积，且样品组面颊区域的皮肤粗糙度降低（P<0.05），且样品组的抚平皱纹、改善粗糙的效果均优于空白组（P<0.05）。

3.5皮肤纹理分析

在使用前、使用8周后，使用皮肤显微镜及活性皮肤表面分析系统（Visioscan® VC98）对面部局部皮肤进行图像采集，并进行皮肤纹理分析。测试结果见图6、表5。

从图6中可看出，在使用8周后，皮肤纹理明显减少，皮肤干燥状态得到改善，改善效果优于空白组。通过图像分析软件分析，由表5皮肤纹理分析相关指标变化可知，与使用前相比，使用8周后，样品组测试区域皮肤纹理相关参数SEsc、SEsm、SEw与预期一致均显著减小（P<0.05），样品组对皮肤纹理的改善效果优于空白组（P<0.05）。

4. 讨论

图像分析成为化妆品功效评价临床测试中广泛应用的、并将有更多研究关注的评价方法，主要特点总结为：1、稳定的标准化图像采集环境，获取高质量的图像，实现化妆品功效评价结果的可视化；2、借助专业图像分析软件，有针对性地对皮肤的色斑、毛孔、颜色、皱纹等具体指标进行分析，实现皮肤指标的量化；3、通过建立数学模型进行数据分析，可实现肉眼难以观测到的变化的精准计算和对比，便于对皮肤状态的改善效果进行分析，为化妆品的功效评价提供科学、可信赖的依据；4、与探头式测试仪相比，图像分析系统不仅能够排除测试过程中探头对接触皮肤产生的压迫影响，而且测试区域由探头接触区域扩大至全脸甚至更大区域，更好地排除仪器引入的系统误差和测试区域选取引入的随机误差。图像分析成为化妆品功效评价临床测试中安全无创、科学、高效的评价手段。

作者：冯法晴 张晓洁 李双 李娇 李静

单位：北京三立慧评化妆品科技有限公司

本文归北京三立慧评化妆品科技有限公司所有

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