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黄种人皮肤色素性疾病的生物医学光子学研究

余文林  
【摘要】: 研究背景 由于技术条件的限制,国内外对皮肤组织的光吸收性质未能深入地了解和研究。已有的皮肤光学特性的资料均来源于离体皮肤标本或是经过数学模拟而得,而且这些资料主要来自对白色人种或黑色人种研究的结果,对黄色人种活体皮肤组织的光吸收特性的研究数据甚少。由于离体皮肤标本在血液供应、水份含量、蛋白质活性和组织结构等方面与活体组织已全然不同,其光学特性与正常皮肤必然差异较大,研究结果无法为激光医学及皮肤疾病的研究和治疗提供准确的指导。对国人各种色素性疾病的类别和病情的轻重的诊断,临床医师只能靠眼观、手摸,凭借自己的经验判断,缺乏科学性和客观性,而仅凭经验来选择各种复杂的激光参数进行临床治疗也导致了临床治愈率各不相同,增加了额外的损伤,且易出现并发症。因此,研究黄色人种各种色素性皮肤疾病的光学特性对疾病准确诊断、细化分类、正确选择激光类型及参数匹配,提高治愈率,减少并发症均有重要意义。 研究目的 本研究旨在探讨并建立色素性病变皮肤的光子传输和色度学理论,创建一个实时、无创、临床适用的黄种人皮肤色素性疾病吸收光谱活体检测平台和一个色度学测量体系,并通过临床应用,明确黄种人各种色 素性皮肤疾病的光吸收作用和激光治疗过程中的吸收光谱演变规律,明 确各种色素性皮肤疾病的色度学分布规律。 研究方法与结果 1.探讨色素性皮肤疾病光吸收比活检公式 在400n亩一12O0nm波段内,黑色素颗粒、血红蛋白和水是色素性病变 皮肤组织中主要的生色团。入射皮肤的光能被分为三部分:回射、透射 和吸收。根据Kubelka一Munk光传输理论推导出回射比Red和透射比Ted: TeTd 1一ReRd R 一犷eu= RT 从而确定吸收比Aed(人): Aed(入)=1一T(人)一Red(入) 根据上式可以测量离体皮肤和整形皮瓣的吸收光谱,尚不能用于活 体测量色素性皮肤疾病的吸收光谱,由于可见光和部分近红外光波段在 黑色素中的有效衰减系数超过正常皮肤近10倍,穿透深度只有正常皮肤 的1/10,因此,在400nm,eees1200nln的光谱范围内的光波进入黑色素颗粒 密集的色素性皮肤病灶组织后,透射光的各部分光波最终都将被病灶所 吸收,即T(入)=O。则吸收比为: A(入)=1一R(人) 2.提出色素性皮肤疾病的两级分类方法 由于短波长的吸收比反映病灶浅层的吸收结果,长波长的吸收比反 映的是病灶深层和浅层组织对光波吸收的总的结果。先用短波长的吸收 比分析出病灶浅层色素平均密度的大小,再将长波长的吸收比中浅层的 吸收信息去除,得到深层色素的密度大小。这样可以由浅入深地对病灶 组织各个深度层次的黑素密度进行分析。 3.建立皮肤组织吸收光谱检测平台 基于光吸收比公式A(人)=1一R(人),结合分析光源、光纤光谱仪、 光纤反射探头和虚拟仪器系统,建立反射式人体皮肤组织光谱检测平台。 一2- 采用虚拟仪器软件LabV工EW设计开发了光谱检测程序、光谱连接处理程 序、光谱分析显示程序和光谱比较程序。并测试系统的稳定性,表明光 源预热1分钟后发射光谱已无偏移,重复性好。 4.建立皮肤色度学检测标准 研究了色素性病变皮肤的呈色机理,创建了检测正常或色素性病变 皮肤颜色的色度学标准体系。色素性病变皮肤通过非选择性吸收或选择 性吸收可见光谱中的全部或某些波长,而使皮肤呈现黑、灰色或彩色; 色度学检测标准体系构成:自动光谱光度测色仪器,D65标准照明体, 标准观察条件10。,CIE1976 L*a*b*表色空间;制定色素性皮肤与正常皮 肤色差程度鉴定表 色差程度的鉴定 △E(L*a*b*) 微量(traee) 0~0 .5 轻微(Slight) 0 .6~2.0 能感觉到(not ieiabie) 2 .1~4.0 明显(not ieiabie) 4 .1~6.0 很大(mueh) 6 .1~1 2 .0 截然不同(very much) 12.1以上 5.动物皮肤吸收光谱检测研究 采用检测平台检测豚鼠黑色皮肤及白色皮肤的吸收光谱,观察动物 在接受激光治疗前后其皮肤组织吸收光谱的变化和病理改变。结果表明, 所有豚鼠黑色皮肤吸收光谱基本一致,在400nm一90Onm波段内,吸收率 达900k以上;而白色皮肤对各波长的吸收率均在80%以下,并出现血红蛋 白特征吸收峰。 通过对黑白两色皮肤的色度学测量,明确了豚鼠两色皮肤的色度学 分布范围,豚鼠黑白两色皮肤的色差△E*为34.47士1.78NBS,差别显著, 豚鼠黑色皮肤的L*、a*、b*值均明显高于白色皮肤。 豚鼠黑色皮肤分别经Q532nm、Q755nm、Q1064nm激光治疗后对400nm- 110Onm波段内各波长的吸收比较治疗前明显下降,QIO64nm术区下降最 明显,Q755nm术区次之,明度值(L*值)逐渐上升,a*值和b*值出现波 动,与白色皮肤的色差逐渐减小。病理切片结果表明皮肤组织中的黑色 素水平己明显下降,Q1064nlll术区无黑色素颗粒残存,Q755nln术区有极 少量黑色素颗粒,Q532nm术区仍有较多黑色素颗粒,表明Q1064nm激光 治疗效果最好。 6.人体皮肤吸收光


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