[发明专利]基于反射光谱测量的皮肤生理参数与光学特性参数的测量方法和系统

说明书

技术领域

本发明属于光谱技术应用和生物医学工程领域，涉及一种基于反射光谱测量的皮肤生理参数与光学特性参数的测量方法。 

背景技术

近年来，利用光学手段进行医学诊断与治疗正逐渐受到生物医学研究者的广泛关注。相对于X射线、CT、核磁共振等其他医学检测技术，光学技术可以以非侵入式的方式实施组织的无损结构与功能检测，并具有适用范围广、便携性高、成本低廉等优点。组织光学特性参数通过对组织中吸收与散射等光学特性的评价，来描述生物组织对不同波长入射光的响应。定量评价组织中的光学特性参数，一方面将有助于优化光学诊断方法在生物组织中的诊断深度与光学成像技术在生物组织中的成像质量。另一方面，将可对光学治疗到达治疗部位的能量强度给出定量分析，有助于优化光学治疗的治疗剂量。此外，组织光学特性参数本身是由组织中生理状态所决定的，例如：皮肤组织中对可见及近红外波长下的吸收主要是由皮肤中黑色素，含氧血红蛋白，脱氧血红蛋白和水分贡献的。在此波长范围内的吸收强度高低反映了这些物质含量的高低。因此，皮肤光学参数测量结果可以进一步反映皮肤生理参数的变化，从而对皮肤表面的生理状态给出客观科学的评价。 

作为人体最大和最重要的器官，皮肤的厚度约为0.5～4mm，总重量约占人体的8％，皮肤内容纳了人体约1/3的循环血液和约1/4的水分。皮肤组织的吸收系数μa和约化散射系数μ′s等光学特性参数，对于激光诊断、激光治疗、光剂量学等理论研究和临床实践有着非常重要的意义。黑色素是皮肤表皮层中的主要吸收物质，其浓度与皮肤白皙程度和色斑形成有直接关系，适当浓度的黑色素能阻挡过量的紫外线辐射对皮肤的影响，健康人表皮层黑色素浓度在1％-10％之间(参见S.L.Jacques，“Origins of tissue optical properties inthe UVA，visible，and NIR regions，”in Advances in Optical Imaging andPhotonMigration，R.R.Alfano and J.G.Fujimoto，eds.(Optical Society of America)，1996)。皮肤中含氧血红蛋白，脱氧血红蛋白与皮肤组织微循环状态有关，反应了组织代谢能力的强弱，健康人皮肤含氧血红蛋白与脱氧血红蛋白的总浓度即总血红蛋白含量在0.2％-7％之间(参见E.Angelopoulou，“Understanding the color of human skin，”Proc.SPIE 4299，243-251，2001)，而含氧血红蛋白在总血红蛋白中所占比例，即血氧饱和度在0％-100％之 间(参见D.Yudovsky and L.Pilon，“Rapid and accurate estimation of bloodsaturation，melanin content，and epidermis thickness from spectral diffusereflectance”，Applied Optics，2010)。皮肤中的水分含量是影响皮肤弹性与生理状态的重要指标，健康人皮肤的水分含量在15％-70％之间(参见R.R.Warner，M.C.Myers and D.A.Taylor，“Electron Probe Analysis of Human Skin：Determination of the WaterConcentration Profile”，Journal of Investigative Dermatology，1988)。