光譜技術在皮膚組織特性無損檢測中的應用
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光譜技術在皮膚組織特性無損檢測中的應用

通常在研究涉入和局部藥物影響色素沉著療效時,關鍵是要獲得準確、可重複的真皮特性評估。我們可以使用光譜反射測量方法測量皮膚,通過獲取皮膚顏色和吸光度的定量資料來實現皮膚病學研究。


如圖我們使用光譜儀、光源和採樣附件,類比了特性分析的無損測試模型。通過先確定哪些光譜構成皮膚的總反射光譜,然後只使用幾個波長開發非常簡單的模型來表徵皮膚的“黑色素指數”和“皮膚濕度指數”。

通常在研究涉入和局部藥物影響色素沉著療效時,關鍵是要獲得準確、可重複的真皮特性評估。我們可以使用光譜反射測量方法測量皮膚,通過獲取皮膚顏色和吸光度的定量資料來實現皮膚病學研究。


黑色素與血紅蛋白
黑色素是一種在皮膚中發現的暗色素,通過皮膚的色調顯現,並起到保護太陽輻射和暴露在紫外光下皮膚可見的曬黑作用。黑色素是一組不溶性生物物質的名稱,是具有不同結構的聚合物,已被證明難以分離和研究(1)。黑色素在光譜的可見部分表現出非結構吸光度,光譜隨波長的增加呈指數下降。儘管缺乏結構光譜,但可以通過化學計量學分析進行光譜定量。

血紅蛋白和去氧血紅蛋白是負責體內氧運輸的含鐵金屬蛋白,因此在這些組織結構中可發現黑色素。血紅蛋白的可見光譜在540nm和580nm處呈現特徵峰,而去氧血紅蛋白峰位於~(560)nm。脈搏血氧計使用這兩個光譜的差異來測量血液的含氧情況,這些演算法已經非常成熟。


皮膚的光譜吸收受三種化合物的影響很大:黑色素、血紅蛋白和去氧血紅蛋白。身體上不同區域的皮膚顯示出這些化合物含量比例不同,如下圖所示。

光譜技術在皮膚組織特性無損檢測中的應用


病例1:

下圖是5個測量個體的前臂背側皮膚的反射光譜,可看出不同亮暗膚色之間在可見和近紅外波段的顯著差異。另外也注意到的是血紅蛋白吸收峰在這一區域光譜很弱,可能是由於較小的血管和組織成分的存在掩蓋了血紅蛋白的光譜特徵。

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病例2:

頸部皮膚的反射光譜接近頸動脈,在540nm和580nm處較亮皮膚色調的受試者,他們的血紅蛋白吸收峰強。這些峰在膚色較深的個體中更不明顯,這可能是由於黑色素和其他皮膚成分的吸收導致的。

光譜技術在皮膚組織特性無損檢測中的應用

在進行光譜測量時,採樣位置的選擇是至關重要的,化學計量學可以説明分離這些不同光譜成分,無論皮膚部位如何,都能更準確地評估皮膚中黑色素含量。有了這樣的目標,我們就可以測量身體幾個區域的皮膚光譜(從紫外線到近紅外光譜),進而開發計算出黑色素和水分含量的模型。