視頻和圖像分析毛發運動：探索毛發動態分析的新技術

·醫學簡訊·

視頻和圖像分析毛發運動：探索毛發動態分析的新技術

人類的頭發在形狀、長度、顏色、粗細方面均呈現個體差異，可以說幾乎不存在兩個頭發特征完全相同的個體。與此同時，使用美發產品對頭發進行洗護、造型或燙染處理更增添了個體頭發的多樣性。到目前為止，僅有兩種尚未公開發表的頭發動態參數分析方法。影響頭發日常狀態的因素有軀體姿勢、位置、觸摸、風、帽子、使用吹風機等。這些因素還與發型潮流密切相關。如40～50年前，強力保持發型的發膠非常流行，時至今日，這樣的發型早已不再流行，取而代之的是自由波動和動感的發型。如何梳分、卷曲和保持發型是每日頭發護理的關鍵。事實上，大部分針對頭發的研究對象僅為單根頭發樣本，僅有少數研究關注發束間相互作用的細節，進而了解頭發整體在實際生活中的變化。該研究的目的：①在標準化和自動化的測試條件下，分析頭發在特定驅動條件下的動態和幾何特性；②構建該動態分析的評估參數評價；③使用這種分析方法對美發產品進行功效性評估。

一、材料與方法

1.頭發樣本：使用相同長度（27 cm）和重量（2.7 g±0.1 g）的天然發束，且均為直發。使用工具將頭發樣本排列成固定的形狀。所有發束經標準溫和的洗發香波清洗，并吹干。如果是對護發產品功效進行評估，還需對發束進行漂白處理。此外，將發束固定于振蕩臂之前還需對頭發提前做除靜電處理。詳細方法見原文。

2.發束動態記錄：將發束垂直固定于測試儀器的擺臂上，操作人員能夠電動操控擺臂運動，并對擺臂的振幅和頻率進行調節。五臺攝像機分置于儀器的5個角上，持續記錄5個位點發束的運動圖像。發束動態記錄分為擺動過程中、運動停止時。分別記錄發束運動的不同表現。

3.主要參數：使用圖像分析記錄兩種基本形態：backbone（發束整體外形的中心骨架）和envelope（動態發束的整體輪廓）。基于這兩項形態標準參數并使用計算機記錄頭發運動時這兩項參數不同時間點下的動態坐標值。除了這些形狀參數外，還有一些基礎參數：如運動過程中發束發梢的最大振幅（通過記錄backbone多個節點的運動軌跡）、其在運動中能達到的最高高度，以及在發生收縮和伸展時發束envelope的面積變化（最小收縮面積和最大舒展面積）。

4.阻尼周期：該研究還記錄了發束運動的阻尼周期，即：從擺臂停止振動開始，發束的振幅隨著時間變化逐漸減小，直至發束完全停止不動所需的時間。

二、結果

1.頻率效應：在3 cm的振蕩幅度下使用0.5～5 Hz的振蕩頻率，當頻率為0.5～1.5 Hz時，頭發呈現鐘擺樣運動，發梢水平振幅（L）增加，但發束整體形態仍保持豎直“I型”；但是在高頻率2～5 Hz作用下，L值明顯變小，同時發束整體形狀發生變化，呈現為“S型”。選擇1.5和3 Hz兩個振動頻率（接近人姿勢的頻率），以維持在相對較窄的頻率范圍內，進一步分析上述發束運動行為的最大化差異。

2.產品效果評估：皮脂對發束的影響：1 g人工皮脂被手工涂抹于發束上。樣本分為4種不同的處理：①僅涂抹皮脂；②皮脂涂抹后使用去離子水清洗吹干；③皮脂涂抹后使用香波，并清洗吹干；④對照組：即無皮脂涂抹，僅使用香波，并清洗吹干。

結果顯示，在3 Hz的振動頻率下，4種處理方式能夠引起發束L值發生變化。單獨皮脂處理組頭發硬度更高，其他的處理組間幾乎沒有差異。另外，涂抹皮脂后用手動摩擦的方式使用水清洗或使用香波清洗后對頭發硬度的影響相似，可能是由于清洗時物理性地去除了大部分的皮脂。

溫和香波和復合香波對發束的影響：對4組樣本（每組8個）進行標準化處理，每次1 g使用市售溫和香波（不含護理成分）或含有護理成分的復合香波清洗，隨后使用具有增強護理功效的護發產品。該研究根據護理成分和應用方法來選擇市售的護發產品。其應用方法如下：①兩步法：使用復合香波清洗，接著使用含高濃度陽離子聚合物的護發產品，清洗后吹干；②標準三步法：用相同的復合香波清洗，接著使用含氨基二甲硅油的護發產品，隨后清洗并外用含硅油基質的護發乳（silicone-based cream）；③加強三步法：使用相同的復合香波并清洗，接著使用含硅油基質的發膜，清洗后再使用含硅油基質的護發乳。

對全部32個發束樣本進行振蕩處理（1.5 Hz，振幅3 cm），并記錄參數：①對L值的影響：護發成分對L值具有顯著的影響；②對豎直振幅（H）的影響：發束發梢的垂直振幅隨護理功效的增強而升高；③對形狀參數的影響：護發護理功效減弱能夠減小發束整體的表面積，以及中部和尖端的寬度；④對阻尼周期的影響：護發產品的使用明顯縮短了頭發運動的阻尼周期（從8 s降低到4 s）。

總之，護發處理能夠對發束特性產生綜合性影響，包括減低舒展或收縮的能力，并且這種效應與護發處理的強度密切相關。

3.測試的可重現性：該研究記錄的參數均具有可重復性。

三、討論

該研究建立了一種研究頭發動態特征的新方法。該方法能夠記錄發束的整體變化（envelope、backbone、收縮等），并構建了3D圖像。但該研究受所選發束（該研究選用的為I型直發發束）初始形狀的限制，難以分析所有形狀頭發變化的動態參數。該研究選擇直發能夠盡可能消除由頭發形態所造成的參數偏倚，分析方法通過獲取綜合性的數據以利于更準確地確定不同發質間和不同護發產品功效的差異。當發束振動時，頭發纖維間的相互作用在維持發束整體形態起到了重要的作用。新生頭發的表面為中性或疏水的；而當頭發被氧化或受損后，其表面變為有極性或親水的。在頭發表面包裹皮脂或有效的護發產品能夠通過遮蓋或消除毛發極性，降低頭發纖維間的相互作用。反之，使用溫和香波（不含護理成分）清洗頭發可能會暴露頭發表面的極性基團，引起頭發纖維之間產生排斥力，進而使發束變得凌亂。此外，該分析方法還有利于定性分析。考慮到毛發的生長速度（大約每月長1 cm），那么27 cm長的頭發則經受了約2年的外界影響。從發根到發梢，定性分析結果呈梯度變化，頭發由初生到老化。已有研究指出，該梯度差異與頭發的長度密切相關，包括18-MEA減少、光澤失去、角質膜逐漸紊亂等（發梢區域完全消失），且均能檢測到頭發表面陰離子極化水平的增加。

四、結論

該項研究的動態分析方法提供了一種多元化的參數收集法。該方法可以有效的對頭發特性進行定量分析，并可以對比分析不同發質和直徑的發束樣本。該研究對發束運動的標準操作也許能夠為毛發研究提供一種新方法，用以整合對毛發影響的多種因素，包括自身因素或護發產品功效的影響。總之，該方法不僅能夠更好地反應毛發真實的狀態，還能為美發護發產品的使用增加動態視角。

［陳旭 周治君 孔佩慧摘自Int J Cosmet Sci,2015,37（1）:56-62.］