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視頻和圖像分析毛發(fā)運(yùn)動(dòng)：探索毛發(fā)動(dòng)態(tài)分析的新技術(shù)

人類的頭發(fā)在形狀、長度、顏色、粗細(xì)方面均呈現(xiàn)個(gè)體差異，可以說幾乎不存在兩個(gè)頭發(fā)特征完全相同的個(gè)體。與此同時(shí)，使用美發(fā)產(chǎn)品對(duì)頭發(fā)進(jìn)行洗護(hù)、造型或燙染處理更增添了個(gè)體頭發(fā)的多樣性。到目前為止，僅有兩種尚未公開發(fā)表的頭發(fā)動(dòng)態(tài)參數(shù)分析方法。影響頭發(fā)日常狀態(tài)的因素有軀體姿勢(shì)、位置、觸摸、風(fēng)、帽子、使用吹風(fēng)機(jī)等。這些因素還與發(fā)型潮流密切相關(guān)。如40～50年前，強(qiáng)力保持發(fā)型的發(fā)膠非常流行，時(shí)至今日，這樣的發(fā)型早已不再流行，取而代之的是自由波動(dòng)和動(dòng)感的發(fā)型。如何梳分、卷曲和保持發(fā)型是每日頭發(fā)護(hù)理的關(guān)鍵。事實(shí)上，大部分針對(duì)頭發(fā)的研究對(duì)象僅為單根頭發(fā)樣本，僅有少數(shù)研究關(guān)注發(fā)束間相互作用的細(xì)節(jié)，進(jìn)而了解頭發(fā)整體在實(shí)際生活中的變化。該研究的目的：①在標(biāo)準(zhǔn)化和自動(dòng)化的測(cè)試條件下，分析頭發(fā)在特定驅(qū)動(dòng)條件下的動(dòng)態(tài)和幾何特性；②構(gòu)建該動(dòng)態(tài)分析的評(píng)估參數(shù)評(píng)價(jià)；③使用這種分析方法對(duì)美發(fā)產(chǎn)品進(jìn)行功效性評(píng)估。

一、材料與方法

1.頭發(fā)樣本：使用相同長度（27 cm）和重量（2.7 g±0.1 g）的天然發(fā)束，且均為直發(fā)。使用工具將頭發(fā)樣本排列成固定的形狀。所有發(fā)束經(jīng)標(biāo)準(zhǔn)溫和的洗發(fā)香波清洗，并吹干。如果是對(duì)護(hù)發(fā)產(chǎn)品功效進(jìn)行評(píng)估，還需對(duì)發(fā)束進(jìn)行漂白處理。此外，將發(fā)束固定于振蕩臂之前還需對(duì)頭發(fā)提前做除靜電處理。詳細(xì)方法見原文。

2.發(fā)束動(dòng)態(tài)記錄：將發(fā)束垂直固定于測(cè)試儀器的擺臂上，操作人員能夠電動(dòng)操控?cái)[臂運(yùn)動(dòng)，并對(duì)擺臂的振幅和頻率進(jìn)行調(diào)節(jié)。五臺(tái)攝像機(jī)分置于儀器的5個(gè)角上，持續(xù)記錄5個(gè)位點(diǎn)發(fā)束的運(yùn)動(dòng)圖像。發(fā)束動(dòng)態(tài)記錄分為擺動(dòng)過程中、運(yùn)動(dòng)停止時(shí)。分別記錄發(fā)束運(yùn)動(dòng)的不同表現(xiàn)。

3.主要參數(shù)：使用圖像分析記錄兩種基本形態(tài)：backbone（發(fā)束整體外形的中心骨架）和envelope（動(dòng)態(tài)發(fā)束的整體輪廓）。基于這兩項(xiàng)形態(tài)標(biāo)準(zhǔn)參數(shù)并使用計(jì)算機(jī)記錄頭發(fā)運(yùn)動(dòng)時(shí)這兩項(xiàng)參數(shù)不同時(shí)間點(diǎn)下的動(dòng)態(tài)坐標(biāo)值。除了這些形狀參數(shù)外，還有一些基礎(chǔ)參數(shù)：如運(yùn)動(dòng)過程中發(fā)束發(fā)梢的最大振幅（通過記錄backbone多個(gè)節(jié)點(diǎn)的運(yùn)動(dòng)軌跡）、其在運(yùn)動(dòng)中能達(dá)到的最高高度，以及在發(fā)生收縮和伸展時(shí)發(fā)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(fā)束運(yùn)動(dòng)的阻尼周期，即：從擺臂停止振動(dòng)開始，發(fā)束的振幅隨著時(shí)間變化逐漸減小，直至發(fā)束完全停止不動(dòng)所需的時(shí)間。

二、結(jié)果

1.頻率效應(yīng)：在3 cm的振蕩幅度下使用0.5～5 Hz的振蕩頻率，當(dāng)頻率為0.5～1.5 Hz時(shí)，頭發(fā)呈現(xiàn)鐘擺樣運(yùn)動(dòng)，發(fā)梢水平振幅（L）增加，但發(fā)束整體形態(tài)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(shí)發(fā)束整體形狀發(fā)生變化，呈現(xiàn)為“S型”。選擇1.5和3 Hz兩個(gè)振動(dòng)頻率（接近人姿勢(shì)的頻率），以維持在相對(duì)較窄的頻率范圍內(nèi)，進(jìn)一步分析上述發(fā)束運(yùn)動(dòng)行為的最大化差異。

2.產(chǎn)品效果評(píng)估：皮脂對(duì)發(fā)束的影響：1 g人工皮脂被手工涂抹于發(fā)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(duì)照組：即無皮脂涂抹，僅使用香波，并清洗吹干。

結(jié)果顯示，在3 Hz的振動(dòng)頻率下，4種處理方式能夠引起發(fā)束L值發(fā)生變化。單獨(dú)皮脂處理組頭發(fā)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(dòng)摩擦的方式使用水清洗或使用香波清洗后對(duì)頭發(fā)硬度的影響相似，可能是由于清洗時(shí)物理性地去除了大部分的皮脂。

溫和香波和復(fù)合香波對(duì)發(fā)束的影響：對(duì)4組樣本（每組8個(gè)）進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化處理，每次1 g使用市售溫和香波（不含護(hù)理成分）或含有護(hù)理成分的復(fù)合香波清洗，隨后使用具有增強(qiáng)護(hù)理功效的護(hù)發(fā)產(chǎn)品。該研究根據(jù)護(hù)理成分和應(yīng)用方法來選擇市售的護(hù)發(fā)產(chǎn)品。其應(yīng)用方法如下：①兩步法：使用復(fù)合香波清洗，接著使用含高濃度陽離子聚合物的護(hù)發(fā)產(chǎn)品，清洗后吹干；②標(biāo)準(zhǔn)三步法：用相同的復(fù)合香波清洗，接著使用含氨基二甲硅油的護(hù)發(fā)產(chǎn)品，隨后清洗并外用含硅油基質(zhì)的護(hù)發(fā)乳（silicone-based cream）；③加強(qiáng)三步法：使用相同的復(fù)合香波并清洗，接著使用含硅油基質(zhì)的發(fā)膜，清洗后再使用含硅油基質(zhì)的護(hù)發(fā)乳。

對(duì)全部32個(gè)發(fā)束樣本進(jìn)行振蕩處理（1.5 Hz，振幅3 cm），并記錄參數(shù)：①對(duì)L值的影響：護(hù)發(fā)成分對(duì)L值具有顯著的影響；②對(duì)豎直振幅（H）的影響：發(fā)束發(fā)梢的垂直振幅隨護(hù)理功效的增強(qiáng)而升高；③對(duì)形狀參數(shù)的影響：護(hù)發(fā)護(hù)理功效減弱能夠減小發(fā)束整體的表面積，以及中部和尖端的寬度；④對(duì)阻尼周期的影響：護(hù)發(fā)產(chǎn)品的使用明顯縮短了頭發(fā)運(yùn)動(dòng)的阻尼周期（從8 s降低到4 s）。

總之，護(hù)發(fā)處理能夠?qū)Πl(fā)束特性產(chǎn)生綜合性影響，包括減低舒展或收縮的能力，并且這種效應(yīng)與護(hù)發(fā)處理的強(qiáng)度密切相關(guān)。

3.測(cè)試的可重現(xiàn)性：該研究記錄的參數(shù)均具有可重復(fù)性。

三、討論

該研究建立了一種研究頭發(fā)動(dòng)態(tài)特征的新方法。該方法能夠記錄發(fā)束的整體變化（envelope、backbone、收縮等），并構(gòu)建了3D圖像。但該研究受所選發(fā)束（該研究選用的為I型直發(fā)發(fā)束）初始形狀的限制，難以分析所有形狀頭發(fā)變化的動(dòng)態(tài)參數(shù)。該研究選擇直發(fā)能夠盡可能消除由頭發(fā)形態(tài)所造成的參數(shù)偏倚，分析方法通過獲取綜合性的數(shù)據(jù)以利于更準(zhǔn)確地確定不同發(fā)質(zhì)間和不同護(hù)發(fā)產(chǎn)品功效的差異。當(dāng)發(fā)束振動(dòng)時(shí)，頭發(fā)纖維間的相互作用在維持發(fā)束整體形態(tài)起到了重要的作用。新生頭發(fā)的表面為中性或疏水的；而當(dāng)頭發(fā)被氧化或受損后，其表面變?yōu)橛袠O性或親水的。在頭發(fā)表面包裹皮脂或有效的護(hù)發(fā)產(chǎn)品能夠通過遮蓋或消除毛發(fā)極性，降低頭發(fā)纖維間的相互作用。反之，使用溫和香波（不含護(hù)理成分）清洗頭發(fā)可能會(huì)暴露頭發(fā)表面的極性基團(tuán)，引起頭發(fā)纖維之間產(chǎn)生排斥力，進(jìn)而使發(fā)束變得凌亂。此外，該分析方法還有利于定性分析?？紤]到毛發(fā)的生長速度（大約每月長1 cm），那么27 cm長的頭發(fā)則經(jīng)受了約2年的外界影響。從發(fā)根到發(fā)梢，定性分析結(jié)果呈梯度變化，頭發(fā)由初生到老化。已有研究指出，該梯度差異與頭發(fā)的長度密切相關(guān)，包括18-MEA減少、光澤失去、角質(zhì)膜逐漸紊亂等（發(fā)梢區(qū)域完全消失），且均能檢測(cè)到頭發(fā)表面陰離子極化水平的增加。

四、結(jié)論

該項(xiàng)研究的動(dòng)態(tài)分析方法提供了一種多元化的參數(shù)收集法。該方法可以有效的對(duì)頭發(fā)特性進(jìn)行定量分析，并可以對(duì)比分析不同發(fā)質(zhì)和直徑的發(fā)束樣本。該研究對(duì)發(fā)束運(yùn)動(dòng)的標(biāo)準(zhǔn)操作也許能夠?yàn)槊l(fā)研究提供一種新方法，用以整合對(duì)毛發(fā)影響的多種因素，包括自身因素或護(hù)發(fā)產(chǎn)品功效的影響?？傊?，該方法不僅能夠更好地反應(yīng)毛發(fā)真實(shí)的狀態(tài)，還能為美發(fā)護(hù)發(fā)產(chǎn)品的使用增加動(dòng)態(tài)視角。

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