基于圖像分析技術(shù)的發(fā)用產(chǎn)品蓬松功效定量評價研究

我國發(fā)用產(chǎn)品行業(yè)發(fā)展迅速，各種發(fā)用產(chǎn)品層出不窮。隨著經(jīng)濟(jì)發(fā)展和生活水平的提高以及人們對健康和形象的日益重視，消費(fèi)者對發(fā)用產(chǎn)品的要求不僅是簡單清潔，更注重發(fā)用產(chǎn)品的功效及護(hù)理效果。蓬松是單根發(fā)絲纖維參數(shù)（例如直徑、硬度、幾何形狀以及毛發(fā)內(nèi)單個纖維的排列）相互作用的結(jié)果，其外觀表現(xiàn)是發(fā)絲之間有間隙，而不是緊貼、倒塌，蓬松是發(fā)用產(chǎn)品賦予頭發(fā)的最理想特性之一[1]。消費(fèi)者普遍都希望擁有蓬松的頭發(fā)，因此宣稱“發(fā)絲蓬松”的發(fā)用產(chǎn)品成為化妝品洗護(hù)行業(yè)的熱點(diǎn)。

化妝品的功效宣稱不僅是廠商和消費(fèi)者了解產(chǎn)品的重要途徑，也是行政管理部門的監(jiān)管熱點(diǎn)。國家藥監(jiān)局發(fā)布的《化妝品功效宣稱評價規(guī)范》公告（2021年第50號）提道，能夠通過視覺、嗅覺等感官直接識別的且在標(biāo)簽上明確標(biāo)識僅具物理作用的功效宣稱，可免予公布產(chǎn)品功效宣稱依據(jù)的摘要[2]。視覺評估的方法雖然簡單直觀，但視覺評估存在著很大的主觀性，消費(fèi)者對同一圖像可能會得出不同的結(jié)果。因此，為了客觀評估發(fā)用產(chǎn)品的蓬松功效并為受試者提供更為詳實(shí)準(zhǔn)確的信息，尋求科學(xué)的蓬松功效評估方法已成為化妝品發(fā)用產(chǎn)品行業(yè)重點(diǎn)關(guān)注的領(lǐng)域之一。目前發(fā)用產(chǎn)品蓬松功效評價方法多為體外離體發(fā)束頭發(fā)體積的變化情況來進(jìn)行評估，但離體發(fā)束無法直觀展現(xiàn)發(fā)絲的蓬松度[3-6]。

圖像分析技術(shù)在化妝品的功效評價中占據(jù)重要地位，其可利用不同原理的成像設(shè)備及算法，對比受試者使用特定產(chǎn)品前后特定參數(shù)的變化來評價化妝品功效[7]。Image-proplus（IPP）是由美國MediaCybernetics公司研發(fā)的一款頂級2D、3D圖像分析軟件，可對圖像進(jìn)行處理和分析。趙小敏等[8]利用圖像采集儀器結(jié)合IPP分析對比功效化妝品使用前后的臉部皮膚參數(shù)，結(jié)果表明IPP可以準(zhǔn)確地表征化妝品功效。許揚(yáng)等[9]應(yīng)用IPP處理和分析軟件研究雞胚尿囊膜血管新生面積定量的新方法，結(jié)果表明IPP可較準(zhǔn)確地反映雞胚血管新生情況。王云路等[10]根據(jù)頭發(fā)的顏色，區(qū)域連通性和空間位置的三大特征，根據(jù)圖像分析技術(shù)利用空間灰度差異確立頭發(fā)區(qū)域。李紅梅等[11]提出了一種頭發(fā)區(qū)域檢測及幾何特征提取的方法，提取頭發(fā)區(qū)域的長度、厚度、面積三個幾何特征。

本研究基于發(fā)用產(chǎn)品蓬松功效人體試驗(yàn)，采用IPP圖像分析軟件分析測量真人頭發(fā)面積，并將分析結(jié)果與受試者問卷調(diào)查進(jìn)行了比較，以期進(jìn)一步探討基于圖像分析技術(shù)的定量評價方法在發(fā)用產(chǎn)品蓬松功效評價的應(yīng)用。

Part1

試驗(yàn)部分

1.1儀器與產(chǎn)品

Image-ProPlusv7.0圖像分析軟件（MediaCybernetics）；EOS60D數(shù)碼單反相機(jī)（佳能）；蓬松洗發(fā)水（市售）。

1.2受試者篩選

依據(jù)《赫爾辛基宣言》，本次無創(chuàng)測試經(jīng)受試者本人自愿，在測試前告知受試者本次測試的目的、可能的利益、潛在的風(fēng)險和問題以及相關(guān)的權(quán)利和義務(wù)，閱讀并簽署知情同意書[12]。

入選標(biāo)準(zhǔn)：選擇符合試驗(yàn)要求的中國健康男性或女性；頭發(fā)易扁塌、缺乏蓬松；年齡18—60周歲；既往對發(fā)用產(chǎn)品無過敏史；能很好配合試驗(yàn)者，在測試期間能保持生活的規(guī)律性。

排除標(biāo)準(zhǔn)：近一周使用抗組胺藥或近一個月內(nèi)使用免疫抑制劑者；近兩個月內(nèi)受試部位應(yīng)用任何抗炎藥物者；受試者患有炎癥性皮膚臨床未愈者；胰島素依賴型糖尿病患者；正在接受治療的哮喘或其他慢性呼吸系統(tǒng)疾病患者；哺乳期或妊娠婦女；參加其他臨床試驗(yàn)研究者；體質(zhì)高度敏感者。

共有31名年齡在21—49周歲的受試者參加了受試者頭面部圖像采集測試，其中女性30名，男性1名，平均年齡為（35.7±7.2）歲；共有30名年齡在23—50周歲的受試者參加了受試者問卷調(diào)查，其中女性28名，男性2名，平均年齡為（26.7±5.4）周歲。參與頭面部圖像采集測試的受試者和參與問卷調(diào)查的受試者為兩組獨(dú)立群體。

1.3方法

1.3.1受試者頭面部圖像采集

固定受試者與相機(jī)間的距離，及相機(jī)的高度等參數(shù)，設(shè)置相機(jī)參數(shù)：光圈：f/5，快門速度：1/80s，自動白平衡，ISO1250。實(shí)驗(yàn)在封閉的房間中進(jìn)行，數(shù)碼相機(jī)與受試者眼睛的角度關(guān)系為0°，拍攝距離固定為45cm（圖1為拍攝示意圖）。

受試者到訪前需3天不洗頭，到訪后，在溫度20℃～22℃，濕度40%～60%的實(shí)驗(yàn)室中靜坐30min，由經(jīng)過良好培訓(xùn)的專業(yè)技術(shù)人員對受試者的頭面部進(jìn)行采集并進(jìn)行定量圖像分析。隨后由一名技術(shù)人員指導(dǎo)受試者使用產(chǎn)品，頭發(fā)自然晾干后，由同一專業(yè)技術(shù)人員對受試者的頭面部進(jìn)行采集并進(jìn)行定量圖像分析。整個試驗(yàn)期間，受試者不能使用除測試產(chǎn)品外的任何發(fā)用產(chǎn)品。為消除曾用產(chǎn)品的影響，測試前2周受試者只可使用無任何蓬松功效或成分的洗發(fā)水。受試者使用產(chǎn)品3天后回訪由同一技術(shù)人員對受試者的頭面部進(jìn)行采集并進(jìn)行定量圖像分析。

1.3.2定量圖像分析方法

頭發(fā)是人類外觀的一個高度可變的特征，頭發(fā)可由長度、面積、發(fā)際線、對稱性等表示。依據(jù)人體形態(tài)測量原則，選擇眉間點(diǎn)（G）和頭發(fā)蓬松最高處（G1）作為此次研究的測量標(biāo)志點(diǎn)，如圖2。根據(jù)國際上廣泛采用的RudolfMartin法[13-14]，即在若干測量點(diǎn)的基礎(chǔ)上，對不同的部位進(jìn)行直線、弧線、角度、弧度、面積及重量等指標(biāo)的測量，設(shè)定眉間點(diǎn)延伸線與頭發(fā)蓬松最高處延伸線的距離為顱頂高度，設(shè)定眉間點(diǎn)（G）延伸線與頭發(fā)蓬松最高處（G1）延伸線的面積為頭發(fā)面積，將顱頂高度G1G和頭發(fā)面積S作為測量評價指標(biāo)。

利用IPP將眉間點(diǎn)（G）延伸線與頭發(fā)蓬松最高處（G1）延伸線的區(qū)域設(shè)置為感興趣的區(qū)域（Areaofinterest，AOI），該分析區(qū)域被保存后，可以加載在不同時間點(diǎn)拍攝的同一受試者照片的同一位置上[9]，分析受試者的顱頂高度G1G和頭發(fā)面積S。

1.3.3受試者問卷調(diào)查

受試者使用測試是化妝品功效宣稱評價試驗(yàn)中評價化妝品功效的方法之一，是指在客觀和科學(xué)方法基礎(chǔ)上，對受試者的產(chǎn)品使用情況和功效宣稱評價信息進(jìn)行有效收集、整理和分析的過程[2]。受試者問卷調(diào)查是常用的評價方法，采用問卷調(diào)查的方式可對受試者就某一產(chǎn)品或某一原料的認(rèn)知及偏愛程度進(jìn)行調(diào)查，問卷選項一般采用5點(diǎn)法，測試結(jié)果要求受試者認(rèn)同百分比大于50%才可支持相關(guān)宣稱[15-17]。

為了確保問卷調(diào)查的準(zhǔn)確性和一致性，均對受試者進(jìn)行專業(yè)培訓(xùn)，了解如何正確填寫問卷和評估自己的頭發(fā)狀況。參與測試的受試者一共30名，年齡在23—50周歲之間，女性28名，男性2名。其中受試者分為兩組，一組是專業(yè)組（n=15），是有一定理論基礎(chǔ)并且經(jīng)過長期培訓(xùn)的專業(yè)人員，另一組是由受試者組成的普通組（n=15）。

受試者洗完頭后依據(jù)視覺顱頂增高度、蓬松度、清潔控油度等三個維度進(jìn)行打分（5分制，1分為“非常不滿意”，2分為“不滿意”，3分為“一般”，4分為“滿意”，5分為“非常滿意”）。問卷調(diào)查結(jié)束后使用克隆巴赫α系數(shù)檢驗(yàn)對問卷進(jìn)行信度分析?？尚哦仍u價標(biāo)準(zhǔn)見表1，α系數(shù)在0.9以上，表示問卷的信度很好；α系數(shù)在0.8～0.9，表示問卷的信度較高；α系數(shù)在0.65～0.80，表示問卷的信度可接受；α系數(shù)在0.65以下，表示問卷不可信[18]。

1.3.4數(shù)據(jù)處理

采用數(shù)據(jù)統(tǒng)計分析軟件進(jìn)行分析，統(tǒng)計方法均采用雙尾檢驗(yàn)，檢驗(yàn)水準(zhǔn)α=0.050。對各組數(shù)據(jù)進(jìn)行描述性統(tǒng)計：數(shù)量，均值，標(biāo)準(zhǔn)差等，計算各測試區(qū)域與基準(zhǔn)值的差值。采用Shapiro-WilkTest進(jìn)行數(shù)據(jù)改善值正態(tài)分布的顯著性檢驗(yàn)，Sig.（雙側(cè)）≥0.050，則呈正態(tài)分布，進(jìn)行t檢驗(yàn)。Sig.（雙側(cè)）lt;0.050，則呈非正態(tài)分布，進(jìn)行Wilcoxon檢驗(yàn)；等級資料使用前后的比較，采用兩個相關(guān)樣本秩和檢驗(yàn)；對受試者產(chǎn)品自我評估進(jìn)行信效度分析，信度分析使用克隆巴赫α系數(shù)檢驗(yàn)。上述統(tǒng)計分析均為雙尾檢驗(yàn)，顯著性水平為α=0.05。“n.s.”表示無統(tǒng)計學(xué)差異，P≥0.050；“*”表示有顯著性差異，0.010≤Plt;0.050，記“*”；0.001≤Plt;0.010，記“**”；Plt;0.001，記：“***”。

Part2

結(jié)果與討論

2.1蓬松功效定量分析結(jié)果

顱頂高度G1G和頭發(fā)面積S可用來表征發(fā)用產(chǎn)品的蓬松功效，數(shù)值越高，蓬松效果越好。使用由數(shù)碼單反相機(jī)采集的頭面部圖像，利用IPP分別計算使用產(chǎn)品前后的顱頂高度G1G和頭發(fā)面積S。處理后的受試者圖片示例見圖3，顱頂高度G1G和頭發(fā)面積S的分析結(jié)果見表2。

由表2可見，產(chǎn)品使用后0天，受試者顱頂高度增加9.137%，且與使用樣品前存在顯著性差異（Plt;0.05）。在產(chǎn)品使用后3天，采集正向面部照片，發(fā)現(xiàn)受試者顱頂高度減少，高于使用前數(shù)值，但與使用樣品前數(shù)值沒有顯著性差異（P≥0.05）；在產(chǎn)品使用后0天，受試者頭發(fā)面積增加11.588%，且存在顯著性差異（Plt;0.05）。在產(chǎn)品使用后3天，采集正向面部照片，發(fā)現(xiàn)受試者頭發(fā)面積減少，高于使用前數(shù)值但沒有顯著性差異（P≥0.05），表明該洗發(fā)水對頭發(fā)蓬松有改善效果。環(huán)境中的灰塵、水分很容易吸附在頭發(fā)上，這會增加發(fā)絲的重量，隨著發(fā)絲重量的增加，挺立的發(fā)根自然就塌了。洗發(fā)水可以在頭發(fā)上形成一層保護(hù)膜，致使環(huán)境中的灰塵難以附著、吸附在頭發(fā)上，還能減少頭發(fā)吸收空氣中的水蒸氣，保護(hù)膜存在的時間越久，頭發(fā)保持蓬松效果的時間越久。

2.2受試者問卷調(diào)查

頭皮油脂分泌過多時，頭發(fā)容易變得油膩，并且會增加發(fā)絲重量，導(dǎo)致發(fā)根緊貼頭皮。受試者調(diào)查問卷依據(jù)視覺顱頂增加高度、蓬松度、清潔控油度等三個維度，共30例受試者入組，發(fā)出自我評估問卷30份，回收有效問卷30份。根據(jù)回收的問卷數(shù)量以及問卷回答內(nèi)容進(jìn)行分析統(tǒng)計見表3。由表3可見，普通組和專業(yè)組的受試者使用產(chǎn)品后對各維度的評分平均值均大于4分，且對各維度的認(rèn)同百分比均大于90%。翁悅梅等[18]指出受試者的調(diào)查問卷結(jié)果除了可以支持主觀類宣稱外，還可以支持帶有消費(fèi)者認(rèn)同比例的宣稱，要求受試者認(rèn)同（強(qiáng)烈同意和同意者）百分比大于50%才可以支持相關(guān)宣稱。因此，普通組和專業(yè)組的受試者均認(rèn)同該產(chǎn)品具有蓬松功效。

信度分析用于檢驗(yàn)數(shù)據(jù)的可靠性。將上述結(jié)果數(shù)據(jù)進(jìn)行信度分析，兩組受試者調(diào)查問卷結(jié)果的可信度結(jié)果分析見表4。由表4可見，兩組受試者在使用產(chǎn)品后的自我評估結(jié)果信度均高于0.80，評估信度均較好。在12個自我評估項目中，普通組整體特性的Cronbach'sα值為0.902，去除“發(fā)根挺立不貼頭皮”這一項目時，整體特性的Cronbach'sα值增大，說明普通組受試者在使用產(chǎn)品后對于“發(fā)根挺立不貼頭皮”這一項目評估的可信度低；專業(yè)組整體特性的Cronbach'sα值為0.903，去除的任一項目的整體特性的Cronbach'sα值均無增長，說明專業(yè)組的受試者在使用產(chǎn)品自我評估的可信度較高。從兩組數(shù)據(jù)可信度分析可知，無論是普通組受試者還是專業(yè)組受試者，在對上述評價項目進(jìn)行定量評估時，可信度均較高，但針對“發(fā)根挺立不貼頭皮”這一項目時，普通組受試者存在評估可疑性。

Part3

結(jié)論

發(fā)用產(chǎn)品的蓬松評價方法主要是目測法，但頭發(fā)具有不規(guī)則的形狀，其易受消費(fèi)者的光感差異、光源亮度等因素的影響，主觀成分較多。鑒于此，本研究以圖像分析為基礎(chǔ)，應(yīng)用IPP軟件分析受試者頭面部，利用顱頂高度和頭發(fā)面積等指標(biāo)，探討了基于圖像分析技術(shù)的發(fā)用產(chǎn)品蓬松功效定量評價方法，并且將圖像分析結(jié)果與受試者調(diào)查問卷結(jié)果相結(jié)合。結(jié)果表明，圖像分析技術(shù)評價發(fā)用產(chǎn)品蓬松功效的方法，從顱頂高度、頭發(fā)面積等方面進(jìn)行量化分析，可以準(zhǔn)確定量使用產(chǎn)品前后頭發(fā)蓬松變化程度，能在較大程度上避免技術(shù)人員主觀因素的影響，確保評價結(jié)果更加客觀可靠。同時該方法簡便易行，無需復(fù)雜昂貴的設(shè)備，僅利用數(shù)碼單反相機(jī)采集圖片進(jìn)行觀察分析，就可得出直觀且準(zhǔn)確的結(jié)果?？傊?，圖像分析技術(shù)應(yīng)用于發(fā)用產(chǎn)品蓬松功效的評價，在一定程度上可幫助發(fā)用產(chǎn)品研發(fā)及評價獲得更為豐富和立體的數(shù)據(jù)支持，將為發(fā)用產(chǎn)品蓬松功效評價提供更為科學(xué)、全面的支持。