上眼睑皱纹的方向性分析及眶周衰老的定量指标

《International Journal of Cosmetic Science》：Directional analysis of upper eyelid wrinkles and a quantitative index for periorbital ageing

　　

摘要 目的：眶周衰老以皱纹为表现形式，对感知年龄和吸引力具有显著影响，使其成为抗衰老干预的主要靶点。既往对眶周衰老的定量评估主要集中于皱纹的数量或深度。本研究旨在开发一种新方法，以量化上眼睑皱纹方向随年龄发生的变化。 方法：本纵向研究（2010–2019年）纳入87名健康日本女性（年龄22–62岁），最多包含9个时间点。面部图像通过VISIA-Evolution系统采集，并由专家对多个面部区域进行皱纹评分。采用形态学开运算对左上眼睑图像进行分析，将皱纹线段分解为六个方向（相对于垂直方向0°至150°）。研究人员随后为每个方向定义了皱纹优势指数（Wrinkle Dominance Index, WDI），并探究其与年龄及专家皱纹评分的关联。 结果：在六个方向中，仅60° WDI表现出明显的年龄相关性增长（r = 0.58，95%置信区间[CI]：0.51–0.64）；此外，该趋势在40岁后加速。在调整年龄后，年龄≥40岁且60° WDI值较高的参与者，其右侧眶外侧区（p < 0.05）和下眼睑（p < 0.05）的专家皱纹评分显著更高。非眶周面部区域未发现显著关联。 结论：上眼睑60° WDI可作为眶周衰老进展的定量指标。这种基于图像、方向特异性的指标为临床和美容应用中眶周皮肤衰老的客观评估提供了实用工具。

上眼睑皱纹方向性分析：眶周衰老定量评估的新视角

一、研究背景与问题提出

面部衰老是人类衰老过程中最直观的外在表现之一，而眶周区域往往最早呈现衰老迹象。这些早期表现与皮肤薄、频繁的肌肉活动以及高强度的紫外线辐射和其他环境应激因素暴露密切相关。眶周衰老以多种特征为表现形式，包括鱼尾纹、上下眼睑皱纹、松弛和色素沉着等，这些均对感知年龄和面部吸引力产生强烈影响。因此，眶周区域成为美容医学和化妆品行业关注的重点。

上眼睑皱纹具有独特的特征。即使在年轻个体中，也能观察到由提上睑肌腱膜附着于皮肤形成的自然水平线（上睑沟），以及由皮肤纹理产生的细纹。相比之下，随年龄出现的皱纹可能呈现不同的方向。这些与年龄相关的皱纹被认为由外眦下垂、睑裂形态改变以及眼轮匝肌支撑减弱等因素引起。此外，与沿面部支撑组织边界形成的结构性皱纹（如鼻唇沟或木偶纹）不同，上眼睑皱纹更可能因皮肤薄和局部支撑结构脆弱而形成。因此，上眼睑图像中常混合自然褶皱、皮肤纹理和不同方向的真性年龄相关皱纹，使得从图像中提取衰老特异性特征尤为困难。

目前，眶周皮肤衰老的临床评估仍主要依赖专家目视分级，这不可避免地涉及主观性、评估者间差异以及对细微皮肤变化敏感性有限等问题。为通过图像处理技术提供更客观的评估，部分研究采用三维（3D）成像系统（如PRIMOS和FOITS）量化表面粗糙度（如Ra和Rz）和皱纹深度等参数。此外，基于数码照片的方法也被开发用于评估皱纹面积和长度。然而，既往研究主要关注皱纹的数量和深度，而对皱纹的方向性关注相对较少。鉴于皱纹方向可能反映与衰老相关的潜在生物力学变化，研究其与年龄相关变化的关系具有科学意义，并可为检测皱纹发展的细微进展提供新途径。

二、研究设计与技术方法

本研究提出将60°皱纹优势指数（Wrinkle Dominance Index, WDI）作为评估上眼睑皱纹的新型客观、敏感指标。研究纳入87名健康日本女性（年龄22–62岁），数据采集于2010至2019年间，共获得401个有效数据点。面部图像通过VISIA-Evolution系统（Canfield Scientific Inc., USA）在标准白光照明模式下采集。专家皱纹评分方面，右侧眶外侧区由三名受训专家依据日本化妆品工业联合会（JCIA）发布的皱纹评分系统进行年度评估；额部、眉间、下眼睑、鼻唇沟和木偶纹则在研究完成后由两名受训专家依据《皮肤衰老图谱》标准进行回顾性评估。

关键技术方法包括：第一，利用Dlib库的面部标志点检测算法（shape_predictor_68_face_landmarks.dat模型）自动识别面部标志点，据此裁剪出左上眼睑的矩形目标区域；第二，采用均值滤波（核大小15像素）预处理去除局部色斑（痣和老年斑）干扰；第三，基于Hessian矩阵的多尺度滤波（Frangi滤波器）提取皱纹线结构并生成二值图像；第四，采用形态学开运算（Morphological Opening, MO）配合定向线形结构元素（1×10像素），将皱纹分解为六个方向（0°至150°，以面部中线为0°基准）的分量；第五，定义各方向的WDI为该方向像素数占全部方向总像素数的比例，用于量化各方向皱纹的相对丰度。统计分析使用Python 3，涉及pandas、numpy、scipy、sklearn和statsmodels等库。

三、研究结果

年龄与专家皱纹评分的相关性：描述性统计显示，参与者平均年龄39.82岁。所有面部区域的皱纹评分均与年龄呈强正相关，证实皱纹严重程度随年龄增长而增加。

年龄与左上眼睑皱纹方向性的关系：在六个方向中，仅60° WDI与年龄呈显著正相关（r = 0.58；95% CI [0.51–0.64]），呈中等程度正相关。其他方向的WDI与年龄的相关性均较弱或可忽略（0° WDI为r = ?0.33，30° WDI为0.12，90° WDI为?0.04，120° WDI为?0.37，150° WDI为?0.14）。值得注意的是，60° WDI在40岁后显著加速增长，表明该方向的皱纹可能对眼睑皮肤的年龄相关变化尤为敏感。

40岁以上受试者60°上眼睑皱纹丰度与其他面部皱纹评分的关联：基于60° WDI在40岁后的显著增长，研究人员将40岁及以上受试者按60° WDI高于或低于线性回归预测值分为高皱纹组和低皱纹组，以年龄为协变量进行协方差分析（ANCOVA）。结果显示，高皱纹组在右侧眶外侧区和下眼睑的皱纹评分显著更高（均p < 0.05），而额部、眉间、鼻唇沟和木偶纹区域无显著组间差异。

四、讨论与结论

本研究的核心发现是60° WDI作为上眼睑年龄相关变化的新型定量指标。60°方向在左眼睑上对应向下外侧的走向，即外眦随年龄下降的方向。60° WDI的增加可能反映衰老过程中潜在的生物力学和结构变化，如皮肤弹性丧失、眼轮匝肌减弱以及上睑下垂导致的眼睑下降。该指标与眶外侧区皱纹的特异性关联（而非非眶周区域）表明眶周衰老在眼周区域内以协调方式进展，其机制不同于其他面部区域。这一解释得到面部浅表肌肉腱膜系统（SMAS）分类框架的支持：III型区域（上下眼睑）缺乏皮下脂肪，更易发生弹性组织降解，因此更易形成年龄诱导的皱纹。

60° WDI的临床意义在于其可作为评估眼睑年龄相关变化的简单、客观标志物。该指标可从正面面部图像中眼睑的小区域计算得出，无需3D成像或大量标志点标注，适用于衰老研究、早期筛查和纵向监测。

研究局限性包括：所有参与者均为日本女性，研究结果可能无法推广至其他种族和性别；并非所有40岁以上个体均表现出60° WDI增加，个体差异的影响因素有待阐明；年轻人群中眶周细微变化的检测方法仍需进一步开发。

结论：本研究提出了一种新的图像分析方法，聚焦皱纹方向而非数量或深度，用于评估上眼睑的年龄相关变化。在六个方向中，左上眼睑60° WDI表现出最显著的年龄相关性增长，尤其在40岁之后。该方向对应外眦随年龄下降的向下外侧走向，与眶周衰老的结构和生物力学变化一致。在40岁及以上个体中，较高的60° WDI值与对侧（右侧）眶外侧区和双侧下眼睑更明显的皱纹相关，表明眶周衰老存在区域性协调过程。60° WDI可作为眶周整体衰老的简单、客观且具有生物学可解释性的标志物，可从正面面部照片中易于分析的小区域计算得出，无需复杂成像系统。