基于圖像分析技術的發(fā)用產品蓬松功效定量評價研究

我國發(fā)用產品行業(yè)發(fā)展迅速，各種發(fā)用產品層出不窮。隨著經濟發(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，消費者對發(fā)用產品的要求不僅是簡單清潔，更注重發(fā)用產品的功效及護理效果。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)內單個纖維的排列）相互作用的結果，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)用產品賦予頭發(fā)的最理想特性之一[1]。消費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)用產品成為化妝品洗護行業(yè)的熱點。

化妝品的功效宣稱不僅是廠商和消費者了解產品的重要途徑，也是行政管理部門的監(jiān)管熱點。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簽上明確標識僅具物理作用的功效宣稱，可免予公布產品功效宣稱依據(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，消費者對同一圖像可能會得出不同的結果。因此，為了客觀評估發(fā)用產品的蓬松功效并為受試者提供更為詳實準確的信息，尋求科學的蓬松功效評估方法已成為化妝品發(fā)用產品行業(yè)重點關注的領域之一。目前發(fā)用產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備及算法，對比受試者使用特定產品前后特定參數(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，可對圖像進行處理和分析。趙小敏等[8]利用圖像采集儀器結合IPP分析對比功效化妝品使用前后的臉部皮膚參數(shù)，結果表明IPP可以準確地表征化妝品功效。許揚等[9]應用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，結果表明IPP可較準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)用產品蓬松功效人體試驗，采用IPP圖像分析軟件分析測量真人頭發(fā)面積，并將分析結果與受試者問卷調查進行了比較，以期進一步探討基于圖像分析技術的定量評價方法在發(fā)用產品蓬松功效評價的應用。

Part1

試驗部分

1.1儀器與產品

Image-ProPlusv7.0圖像分析軟件（MediaCybernetics）；EOS60D數(shù)碼單反相機（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、潛在的風險和問題以及相關的權利和義務，閱讀并簽署知情同意書[12]。

入選標準：選擇符合試驗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)用產品無過敏史；能很好配合試驗者，在測試期間能保持生活的規(guī)律性。

排除標準：近一周使用抗組胺藥或近一個月內使用免疫抑制劑者；近兩個月內受試部位應用任何抗炎藥物者；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；參加其他臨床試驗研究者；體質高度敏感者。

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查的受試者為兩組獨立群體。

1.3方法

1.3.1受試者頭面部圖像采集

固定受試者與相機間的距離，及相機的高度等參數(shù)，設置相機參數(shù)：光圈：f/5，快門速度：1/80s，自動白平衡，ISO1250。實驗在封閉的房間中進行，數(shù)碼相機與受試者眼睛的角度關系為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%的實驗室中靜坐30min，由經過良好培訓的專業(yè)技術人員對受試者的頭面部進行采集并進行定量圖像分析。隨后由一名技術人員指導受試者使用產品，頭發(fā)自然晾干后，由同一專業(yè)技術人員對受試者的頭面部進行采集并進行定量圖像分析。整個試驗期間，受試者不能使用除測試產品外的任何發(fā)用產品。為消除曾用產品的影響，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。受試者使用產品3天后回訪由同一技術人員對受試者的頭面部進行采集并進行定量圖像分析。

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（G）和頭發(fā)蓬松最高處（G1）作為此次研究的測量標志點，如圖2。根據(jù)國際上廣泛采用的RudolfMartin法[13-14]，即在若干測量點的基礎上，對不同的部位進行直線、弧線、角度、弧度、面積及重量等指標的測量，設定眉間點延伸線與頭發(fā)蓬松最高處延伸線的距離為顱頂高度，設定眉間點（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。

利用IPP將眉間點（G）延伸線與頭發(fā)蓬松最高處（G1）延伸線的區(qū)域設置為感興趣的區(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受試者問卷調查

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

為了確保問卷調查的準確性和一致性，均對受試者進行專業(yè)培訓，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），是有一定理論基礎并且經過長期培訓的專業(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”）。問卷調查結束后使用克隆巴赫α系數(shù)檢驗對問卷進行信度分析。可信度評價標準見表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)計分析軟件進行分析，統(tǒng)計方法均采用雙尾檢驗，檢驗水準α=0.050。對各組數(shù)據(jù)進行描述性統(tǒng)計：數(shù)量，均值，標準差等，計算各測試區(qū)域與基準值的差值。采用Shapiro-WilkTest進行數(shù)據(jù)改善值正態(tài)分布的顯著性檢驗，Sig.（雙側）≥0.050，則呈正態(tài)分布，進行t檢驗。Sig.（雙側）lt;0.050，則呈非正態(tài)分布，進行Wilcoxon檢驗；等級資料使用前后的比較，采用兩個相關樣本秩和檢驗；對受試者產品自我評估進行信效度分析，信度分析使用克隆巴赫α系數(shù)檢驗。上述統(tǒng)計分析均為雙尾檢驗，顯著性水平為α=0.05?！皀.s.”表示無統(tǒng)計學差異，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

結果與討論

2.1蓬松功效定量分析結果

顱頂高度G1G和頭發(fā)面積S可用來表征發(fā)用產品的蓬松功效，數(shù)值越高，蓬松效果越好。使用由數(shù)碼單反相機采集的頭面部圖像，利用IPP分別計算使用產品前后的顱頂高度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的分析結果見表2。

由表2可見，產品使用后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，導致發(fā)根緊貼頭皮。受試者調查問卷依據(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)量以及問卷回答內容進行分析統(tǒng)計見表3。由表3可見，普通組和專業(yè)組的受試者使用產品后對各維度的評分平均值均大于4分，且對各維度的認同百分比均大于90%。翁悅梅等[18]指出受試者的調查問卷結果除了可以支持主觀類宣稱外，還可以支持帶有消費者認同比例的宣稱，要求受試者認同（強烈同意和同意者）百分比大于50%才可以支持相關宣稱。因此，普通組和專業(yè)組的受試者均認同該產品具有蓬松功效。

信度分析用于檢驗數(shù)據(jù)的可靠性。將上述結果數(shù)據(jù)進行信度分析，兩組受試者調查問卷結果的可信度結果分析見表4。由表4可見，兩組受試者在使用產品后的自我評估結果信度均高于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

結論

發(fā)用產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，應用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，探討了基于圖像分析技術的發(fā)用產品蓬松功效定量評價方法，并且將圖像分析結果與受試者調查問卷結果相結合。結果表明，圖像分析技術評價發(fā)用產品蓬松功效的方法，從顱頂高度、頭發(fā)面積等方面進行量化分析，可以準確定量使用產品前后頭發(fā)蓬松變化程度，能在較大程度上避免技術人員主觀因素的影響，確保評價結果更加客觀可靠。同時該方法簡便易行，無需復雜昂貴的設備，僅利用數(shù)碼單反相機采集圖片進行觀察分析，就可得出直觀且準確的結果?？傊瑘D像分析技術應用于發(fā)用產品蓬松功效的評價，在一定程度上可幫助發(fā)用產品研發(fā)及評價獲得更為豐富和立體的數(shù)據(jù)支持，將為發(fā)用產品蓬松功效評價提供更為科學、全面的支持。