基于高斯过程的皮肤张力快速评估方法
医学物理
2025-06-06 v1 软凝聚态物质
摘要
皮肤张力在临床环境中发挥着关键作用，影响疤痕形成、伤口愈合以及皮肤坏死。尽管其重要性已得到广泛认可，但目前尚无统一的方法用于评估体内皮肤张力或其自然预伸展。本研究旨在利用现代机器学习方法开发一种模型，通过对表面波速的非侵入性测量来预测临床可用的皮肤属性，如应力和自然预伸展。本研究创建了一个大型数据集，包含使用简化二维有限元模型模拟的波传播实验。利用该数据集，进行了敏感性分析，突出了材料参数和材料模型对瑞利波和超声剪切波速度的影响。随后，使用高斯过程回归模型训练数据，以解决仅凭表面波速测量值预测皮肤应力和预伸展的逆问题。该模型表现良好（R2=0.9570），并通过插值简化参数方程来计算应力和预伸展。为演示波速测量可轻易且经济地获得，本文设计了一个简单实验，以不同预伸展值获取波速测量。这些实验波速与有限元仿真结果良好吻合，仅基于有限元数据训练的模型能够准确预测合成皮肤刚度。无论是模拟结果还是实验结果，都进一步证明了弹性波测量结合机器学习模型是一种可行的非侵入性方法，用于确定体内皮肤张力。
引用
@article{arxiv.2506.05118,
title = {A Gaussian process approach for rapid evaluation of skin tension},
author = {Matt Nagle and Hannah Conroy Broderick and Christelle Vedel and Michel Destrade and Michael Fop and Aisling Ni Annaidh},
journal= {arXiv preprint arXiv:2506.05118},
year = {2025}
}