光譜法檢測(cè)皮膚病的研究進(jìn)展

于秀琪，李文彬，劉春宇，譚 勇，張 瑩

（長(zhǎng)春理工大學(xué) 理學(xué)院 吉林省光譜探測(cè)科學(xué)與技術(shù)高校重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，吉林 長(zhǎng)春 130022）

皮膚是人體最重要的器官之一，它與人體的健康有著密不可分的聯(lián)系。皮膚病大多具有普遍性、復(fù)發(fā)性的性質(zhì)，通常的發(fā)生位置位于人體體表，皮膚疾病不僅會(huì)使患者遭受生理及精神上的痛苦，嚴(yán)重的皮膚疾病還會(huì)導(dǎo)致患者死亡。據(jù)統(tǒng)計(jì)，全球平均每10人中就有1名皮膚病患者。因此，皮膚病的早期診斷對(duì)于患者的治療具有重要意義。而光譜法具有無(wú)創(chuàng)、快速、靈敏的檢測(cè)優(yōu)勢(shì)，將該技術(shù)引入到皮膚病檢測(cè)中已成為相關(guān)領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)。

1 熒光光譜檢測(cè)法

皮膚癌是人類最嚴(yán)重的皮膚疾病之一，其特點(diǎn)是死亡率高，治療復(fù)雜。為了輔助醫(yī)生進(jìn)行快速有效的診斷，引入了光譜學(xué)手段進(jìn)行病變組織檢測(cè)與診斷。Drakaki等[1]采用16例基底細(xì)胞癌病變組織和4例對(duì)照正常組織進(jìn)行了對(duì)照試驗(yàn)（檢測(cè)裝置如圖1所示），利用熒光光譜技術(shù)對(duì)正常組織和病變組織進(jìn)行檢測(cè)，觀察到其特征峰值分別為435 nm和456 nm，并建立分類模型，成功鑒別基底細(xì)胞癌病變組織與正常皮膚組織。張玲玲等[2]利用外源光敏劑ALA-PpIX在405 nm的激光誘導(dǎo)熒光技術(shù)下對(duì)小鼠鱗狀細(xì)胞癌診斷，發(fā)現(xiàn)病變組織和正常皮膚組織在635 nm附近特征峰熒光強(qiáng)度明顯不同，證實(shí)此外源光敏劑是一種有效輔助臨床初步篩選鱗狀細(xì)胞癌的診斷方法，其光譜如圖2所示。

圖1 熒光檢測(cè)裝置圖[1]

圖2 敷2%濃度的ALA鱗癌小鼠在不同時(shí)間點(diǎn)的正常皮膚和鱗癌種植瘤區(qū)域熒光光譜[2]

Khristoforova等[3]采用樣本為體內(nèi)不同種類皮膚病變組織28例（包括14例黑色素瘤），體外不同種類皮膚病變組織88例（包括34例黑色素瘤），在810~870 nm近紅外波段利用自體熒光采集病變組織數(shù)據(jù)，對(duì)比數(shù)據(jù)驗(yàn)證已建立的指數(shù)公式模型得出2個(gè)判斷黑色素瘤的指標(biāo)，利用所得到的指標(biāo)診斷黑色素瘤，其體外與體內(nèi)診斷正確率高達(dá)88.4%和86.2%。Gillies等[4]檢測(cè)銀屑病病變皮膚及其成分的光譜學(xué)信息時(shí)，觀察到正常皮膚組織對(duì)比病變組織的色氨酸特征光譜處熒光強(qiáng)度相對(duì)較弱，研究者還發(fā)現(xiàn)正常皮膚組織的真皮組織相對(duì)病變組織處熒光信號(hào)十分強(qiáng)烈，從而間接地證明了銀屑病病變組織色氨酸顯著提升。

2 漫反射光譜檢測(cè)法

漫反射光譜檢測(cè)技術(shù)具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、成本效益高和光譜信息豐富等特點(diǎn)，被廣泛應(yīng)用于研究各種組織類型的生理狀態(tài)。Tzeng等[5]在500~900 nm波長(zhǎng)范圍內(nèi)的漫反射光譜中發(fā)現(xiàn)銀屑病皮膚的氧化和脫氧血紅蛋白濃度與正常部位不同，但其他皮膚功能參數(shù)，如黑色素、膠原蛋白和散射系數(shù)，銀屑病患者和正常患者之間沒(méi)有明顯差異。Yang等[6]發(fā)現(xiàn)在水吸收的1 230~1 380 nm波段附近，皮膚吸收光譜擬合殘差和光散射特性是區(qū)分銀屑病病變皮膚與相鄰未受損皮膚和正常部位的有效參數(shù)。

3 偏振反射光譜檢測(cè)法

偏振反射光譜具有偏振敏感、非侵入和檢測(cè)速度快等特點(diǎn)。趙慶亮等[7]應(yīng)用這種方法研究位于前臂表面局部皮膚的反射光譜，由紅斑不同顏色深度而導(dǎo)致的一定程度的線偏振反射所組成的偏振反射光譜。通過(guò)分析不同偏振度條件下的反射光譜強(qiáng)度與血紅蛋白含量的關(guān)系，并建立對(duì)應(yīng)數(shù)學(xué)模型，可估算出紅斑皮膚上表皮的厚度。

4 反射光譜和熒光光譜相結(jié)合檢測(cè)法

陳榮等[8]運(yùn)用反射光譜和熒光光譜的技術(shù)聯(lián)合，對(duì)具有白色與淺白顏色深度不同的白癜風(fēng)皮膚與正常膚色進(jìn)行對(duì)比研究。研究發(fā)現(xiàn)，反射光譜與熒光光譜強(qiáng)度隨著黑色素含量增強(qiáng)而減弱；白色、淺色白癜風(fēng)皮膚與正常皮膚的反射光譜有著顯著的差別，從而證實(shí)反射光譜可以簡(jiǎn)單明了地反映皮膚表面的黑色素分布情況。南妙晴[9]測(cè)量36例基底細(xì)胞癌組織切片，得到基底細(xì)胞癌皮膚的顯微熒光圖像，選取樣本的不同組織所處位置的微小區(qū)域分別測(cè)量其熒光光譜。從熒光圖像中還可看到，角質(zhì)層、表皮層和真皮層三者熒光強(qiáng)度差異較大，真皮層熒光信號(hào)最強(qiáng)，表皮層幾乎沒(méi)有熒光信號(hào)。

5 吸收光譜檢測(cè)法

黑色素異常是引起色素性皮膚疾病的主要原因。胡志強(qiáng)等[10]分析了光在皮膚中的吸收光譜、穿透深度和色素分布三者之間的關(guān)系，用755 nm處的吸收比分析出病灶淺層色素平均密度的大小，并與1 064 nm的吸收比進(jìn)行對(duì)比分析，得到深層色素的密度大小，并且進(jìn)行了61例病患的臨床測(cè)試，驗(yàn)證了理論的正確性。

6 拉曼光譜檢測(cè)法

拉曼光譜是一種靈敏度高、無(wú)損、快速的光學(xué)檢測(cè)技術(shù)，能夠測(cè)量活體組織中生物分子的振動(dòng)模式。拉曼光譜為表征與惡性轉(zhuǎn)化相關(guān)的組織生化變化提供了指紋信息，因此在提高臨床腫瘤檢測(cè)方面具有很大的潛力。Zhao等[11]建立了一套體內(nèi)組織拉曼光譜檢測(cè)平臺(tái)，其檢測(cè)特點(diǎn)是能快速得到較強(qiáng)的拉曼光譜信號(hào)。并對(duì)645個(gè)皮膚病變進(jìn)行了數(shù)據(jù)分析，包括常見(jiàn)的皮膚癌和癌前病變（基底細(xì)胞癌、鱗狀細(xì)胞癌、黑色素瘤、光化性角化病）和視覺(jué)上與皮膚癌相似的良性病變（脂溢性角化病、不典型痣等）。

7 紅外光譜檢測(cè)法

衰減全反射-傅里葉變換紅外光譜法（ATR），可通過(guò)收集樣品表面的反射信號(hào)獲得組織樣品表層有機(jī)成分的信息。姜恒等[12]對(duì)比健康皮膚與患銀屑病皮膚的ATR光譜，發(fā)現(xiàn)健康皮膚的酰胺Ⅰ為1 647 cm-1，酰胺吸收帶Ⅱ位于1 593 cm-1和1 544 cm-1，而銀屑病皮膚的酰胺Ⅰ峰為1 642 cm-1，比健康皮膚的波數(shù)降低了5 cm-1，酰胺吸收帶Ⅱ變化更為明顯，1 593 cm-1處吸收峰消失，并且在1 500-1 800 cm-1各吸收峰發(fā)生了波數(shù)的位移。這些結(jié)果表明，銀屑病皮膚的酰胺鍵發(fā)生了水解，蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)遭到破壞。

8 高光譜成像檢測(cè)法

近年來(lái)，高光譜成像（HSI）已成為醫(yī)學(xué)領(lǐng)域的熱門(mén)話題。HSI技術(shù)不僅可以實(shí)現(xiàn)對(duì)皮膚組織無(wú)創(chuàng)、快速、靈敏檢測(cè)，且具有高分辨率、可成像的特點(diǎn)。Chen等[13]利用高光譜成像技術(shù)，采集1名銀屑病患者和39名健康患者的皮膚數(shù)據(jù)，使用光譜角度映射器來(lái)分析高光譜成像數(shù)據(jù)，建立了銀屑病評(píng)估方法與可視化光譜剖面圖。

9 結(jié)束語(yǔ)

皮膚病的早期、快速、準(zhǔn)確檢測(cè)與診斷，是疾病有效治療的重要前提，可以大大減少患者的痛苦。光譜檢測(cè)法與傳統(tǒng)檢測(cè)方法相結(jié)合，在皮膚病檢測(cè)領(lǐng)域，尤其是為惡性皮膚病的早期診斷提供廣闊的研究空間。