光譜法檢測皮膚病的研究進展

于秀琪，李文彬，劉春宇，譚 勇，張 瑩

（長春理工大學(xué) 理學(xué)院 吉林省光譜探測科學(xué)與技術(shù)高校重點實驗室，吉林 長春 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，皮膚疾病不僅會使患者遭受生理及精神上的痛苦，嚴重的皮膚疾病還會導(dǎo)致患者死亡。據(jù)統(tǒng)計，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于患者的治療具有重要意義。而光譜法具有無創(chuàng)、快速、靈敏的檢測優(yōu)勢，將該技術(shù)引入到皮膚病檢測中已成為相關(guān)領(lǐng)域的研究熱點。

1 熒光光譜檢測法

皮膚癌是人類最嚴重的皮膚疾病之一，其特點是死亡率高，治療復(fù)雜。為了輔助醫(yī)生進行快速有效的診斷，引入了光譜學(xué)手段進行病變組織檢測與診斷。Drakaki等[1]采用16例基底細胞癌病變組織和4例對照正常組織進行了對照試驗（檢測裝置如圖1所示），利用熒光光譜技術(shù)對正常組織和病變組織進行檢測，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)下對小鼠鱗狀細胞癌診斷，發(fā)現(xiàn)病變組織和正常皮膚組織在635 nm附近特征峰熒光強度明顯不同，證實此外源光敏劑是一種有效輔助臨床初步篩選鱗狀細胞癌的診斷方法，其光譜如圖2所示。

圖1 熒光檢測裝置圖[1]

圖2 敷2%濃度的ALA鱗癌小鼠在不同時間點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)，對比數(shù)據(jù)驗證已建立的指數(shù)公式模型得出2個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88.4%和86.2%。Gillies等[4]檢測銀屑病病變皮膚及其成分的光譜學(xué)信息時，觀察到正常皮膚組織對比病變組織的色氨酸特征光譜處熒光強度相對較弱，研究者還發(fā)現(xiàn)正常皮膚組織的真皮組織相對病變組織處熒光信號十分強烈，從而間接地證明了銀屑病病變組織色氨酸顯著提升。

2 漫反射光譜檢測法

漫反射光譜檢測技術(shù)具有結(jié)構(gòu)簡單、成本效益高和光譜信息豐富等特點，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 偏振反射光譜檢測法

偏振反射光譜具有偏振敏感、非侵入和檢測速度快等特點。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。通過分析不同偏振度條件下的反射光譜強度與血紅蛋白含量的關(guān)系，并建立對應(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)合檢測法

陳榮等[8]運用反射光譜和熒光光譜的技術(shù)聯(lián)合，對具有白色與淺白顏色深度不同的白癜風(fēng)皮膚與正常膚色進行對比研究。研究發(fā)現(xiàn)，反射光譜與熒光光譜強度隨著黑色素含量增強而減弱；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，從而證實反射光譜可以簡單明了地反映皮膚表面的黑色素分布情況。南妙晴[9]測量36例基底細胞癌組織切片，得到基底細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度差異較大，真皮層熒光信號最強，表皮層幾乎沒有熒光信號。

5 吸收光譜檢測法

黑色素異常是引起色素性皮膚疾病的主要原因。胡志強等[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的吸收比進行對比分析，得到深層色素的密度大小，并且進行了61例病患的臨床測試，驗證了理論的正確性。

6 拉曼光譜檢測法

拉曼光譜是一種靈敏度高、無損、快速的光學(xué)檢測技術(shù)，能夠測量活體組織中生物分子的振動模式。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)組織拉曼光譜檢測平臺，其檢測特點是能快速得到較強的拉曼光譜信號。并對645個皮膚病變進行了數(shù)據(jù)分析，包括常見的皮膚癌和癌前病變（基底細胞癌、鱗狀細胞癌、黑色素瘤、光化性角化病）和視覺上與皮膚癌相似的良性病變（脂溢性角化病、不典型痣等）。

7 紅外光譜檢測法

衰減全反射-傅里葉變換紅外光譜法（ATR），可通過收集樣品表面的反射信號獲得組織樣品表層有機成分的信息。姜恒等[12]對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 高光譜成像檢測法

近年來，高光譜成像（HSI）已成為醫(yī)學(xué)領(lǐng)域的熱門話題。HSI技術(shù)不僅可以實現(xiàn)對皮膚組織無創(chuàng)、快速、靈敏檢測，且具有高分辨率、可成像的特點。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分析高光譜成像數(shù)據(jù)，建立了銀屑病評估方法與可視化光譜剖面圖。

9 結(jié)束語

皮膚病的早期、快速、準(zhǔn)確檢測與診斷，是疾病有效治療的重要前提，可以大大減少患者的痛苦。光譜檢測法與傳統(tǒng)檢測方法相結(jié)合，在皮膚病檢測領(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。