CN105852808B - 一种活体无创检测紫外光诱导皮肤损伤的方法及其检测设备 - Google Patents

一种活体无创检测紫外光诱导皮肤损伤的方法及其检测设备 Download PDF

Info

Publication number
CN105852808B
CN105852808B CN201610178703.2A CN201610178703A CN105852808B CN 105852808 B CN105852808 B CN 105852808B CN 201610178703 A CN201610178703 A CN 201610178703A CN 105852808 B CN105852808 B CN 105852808B
Authority
CN
China
Prior art keywords
light
skin
autofluorescence
detection device
light source
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
CN201610178703.2A
Other languages
English (en)
Other versions
CN105852808A (zh
Inventor
殷卫海
贺号
张铭超
张洁
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Jiangsu Kun Hui Biological Technology Co Ltd
Original Assignee
Jiangsu Kun Hui Biological Technology Co Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Jiangsu Kun Hui Biological Technology Co Ltd filed Critical Jiangsu Kun Hui Biological Technology Co Ltd
Priority to CN201910307200.4A priority Critical patent/CN111134618A/zh
Publication of CN105852808A publication Critical patent/CN105852808A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN105852808B publication Critical patent/CN105852808B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Classifications

    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61B—DIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
    • A61B5/00—Measuring for diagnostic purposes; Identification of persons
    • A61B5/0059—Measuring for diagnostic purposes; Identification of persons using light, e.g. diagnosis by transillumination, diascopy, fluorescence
    • A61B5/0062—Arrangements for scanning
    • A61B5/0064—Body surface scanning
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61B—DIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
    • A61B5/00—Measuring for diagnostic purposes; Identification of persons
    • A61B5/0059—Measuring for diagnostic purposes; Identification of persons using light, e.g. diagnosis by transillumination, diascopy, fluorescence
    • A61B5/0071—Measuring for diagnostic purposes; Identification of persons using light, e.g. diagnosis by transillumination, diascopy, fluorescence by measuring fluorescence emission
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61B—DIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
    • A61B5/00—Measuring for diagnostic purposes; Identification of persons
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61B—DIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
    • A61B5/00—Measuring for diagnostic purposes; Identification of persons
    • A61B5/0059—Measuring for diagnostic purposes; Identification of persons using light, e.g. diagnosis by transillumination, diascopy, fluorescence
    • A61B5/0062—Arrangements for scanning
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61B—DIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
    • A61B5/00—Measuring for diagnostic purposes; Identification of persons
    • A61B5/44—Detecting, measuring or recording for evaluating the integumentary system, e.g. skin, hair or nails
    • A61B5/441—Skin evaluation, e.g. for skin disorder diagnosis
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61B—DIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
    • A61B5/00—Measuring for diagnostic purposes; Identification of persons
    • A61B5/44—Detecting, measuring or recording for evaluating the integumentary system, e.g. skin, hair or nails
    • A61B5/441—Skin evaluation, e.g. for skin disorder diagnosis
    • A61B5/445—Evaluating skin irritation or skin trauma, e.g. rash, eczema, wound, bed sore
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61B—DIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
    • A61B2503/00—Evaluating a particular growth phase or type of persons or animals
    • A61B2503/40—Animals
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61B—DIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
    • A61B2503/00—Evaluating a particular growth phase or type of persons or animals
    • A61B2503/42—Evaluating a particular growth phase or type of persons or animals for laboratory research

Landscapes

  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Medical Informatics (AREA)
  • Animal Behavior & Ethology (AREA)
  • Pathology (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Biomedical Technology (AREA)
  • Heart & Thoracic Surgery (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Molecular Biology (AREA)
  • Surgery (AREA)
  • Biophysics (AREA)
  • General Health & Medical Sciences (AREA)
  • Public Health (AREA)
  • Veterinary Medicine (AREA)
  • Dermatology (AREA)
  • Nuclear Medicine, Radiotherapy & Molecular Imaging (AREA)
  • Radiology & Medical Imaging (AREA)
  • Investigating, Analyzing Materials By Fluorescence Or Luminescence (AREA)

Abstract

本发明提供了一种活体无创检测紫外光诱导皮肤损伤的方法及其检测设备。皮肤经过紫外光照射后，在波长为440‑510nm激发光的激发下皮下会产生波长为490‑640nm的自发荧光，这种波长为490‑640nm的自发荧光的变化与皮肤损伤成正相关。

Description

一种活体无创检测紫外光诱导皮肤损伤的方法及其检测设备
技术领域
本发明涉及生物体自发荧光的检测方法及检测设备。具体来说，涉及一种活体无创检测紫外光诱导皮肤损伤的方法及其检测设备。
背景技术
阳光中的紫外光是人的皮肤受到紫外光辐射损伤的主要原因，紫外光辐射对于皮肤会产生多种病理作用，例如皮肤红肿，脱皮，炎症，溃烂，以及多种皮肤疾病等，并会产生大量活性氧化物，造成皮下细胞的DNA损伤，加速皮肤衰老。事实上，人体皮肤衰老90％的原因是由于紫外光照射，而紫外光诱导的最严重的疾病是皮肤癌，已有研究证明，90％以上的皮肤癌是由阳光中的紫外光照射引起的。皮肤癌患者占所有癌症患者中的40％，全世界每年有300多万新发皮肤癌病例，而皮肤癌基金会也指出，五分之一的美国人在一生中的某个阶段会得皮肤癌。随着人类工业化的进展，大气层中负责阻挡紫外光的臭氧层在不断变薄，有专家曾预测，臭氧层厚度减少1％，紫外光辐射强度增加2％。因此，对于皮肤紫外光损伤的检测对于人们提高皮肤的健康水平、防止皮肤癌等重大皮肤疾病的产生，都有着重大的社会经济意义和临床价值。
而在我国，由于人口压力巨大，诊断和就医困难，紫外皮肤损伤尚未得到足够的重视，往往很多皮肤受创患者只有受到特别强的皮损后才会门诊就医，而使得近年来，我国乃至于全世界紫外创伤导致的皮肤病和皮肤癌患者数量逐渐增多。因此，有效的皮肤紫外损伤的检测方法和手段，以及低成本便携式的紫外损伤检测设备，对于皮肤健康的监测、皮肤疾病特别是皮肤癌的诊断和治疗，意义重大。
现在临床上皮肤紫外光损伤的诊断以皮肤科医生目测为主，对医生的经验依赖性强，且只能对较严重的皮肤损伤进行评估，无法实现对紫外光造成的积累性皮肤损伤，特别是皮肤癌变的早期诊断。现有的皮肤损伤检测仪器，只能通过紫外光在组织传播过程中的吸收不同，对皮下进行反射成像实现一个非常粗略的估计。其原理是:紫外灯照射皮肤，检测皮肤反射回的光线，由于正常皮肤组织和受损区域对光线的吸收系数不同，将反射或散射回来的光线进行成像，从而可以对皮肤内黑色素、水分、脂质的含量做一个非常粗略的估计。由于激光在组织中的传播对于散射非常敏感，而且根据瑞利散射和弥散射原理，光子散射量与波长的四次方成反比，对于紫外光这种超短波长而言，其在皮肤组织的传播受到散射的干扰已经非常显著，同时紫外光在正常细胞中的吸收也非常强烈，因此，这种反射成像会受到非常多因素的干扰，准确率和重复性都非常低。对于同样一个人而言，在不同组织，或同样组织中的不同肌肉状态下的测量，可能测得的结果差异已经与紫外受损造成的差异相当。因此，这类仪器清晰度、灵敏度差，无法检测紫外光造成的早期皮肤损伤，对皮肤损伤及进一步的皮肤疾病的早期检测和预防毫无指导意义，在临床上几乎没有应用。特别地，对于皮肤科门诊，往往只能使用光实验对皮肤的紫外敏感性做一个定性评估，其方法是，在一个非见光皮肤区域，如背部的一块皮肤上进行紫外光照射，然后通过这块皮肤出现的红斑面积来评价患者的皮肤紫外敏感性，既不准确，也无法进行损伤的直接检测。
发明内容
本发明人研究发现，皮肤经过紫外光照射后，在波长为440-510nm激发光的激发下皮下会产生波长为490-640nm的自发荧光，并且这种波长为490-640nm的自发荧光的变化与皮肤损伤成正比关系；同时X射线没有能力诱导该波长范围内皮下自发荧光的增加。因此，本发明基于这一全新发现，突破了现有技术的难题设计了一种可以准确地用于预测紫外光诱导皮肤损伤并且对人体无损伤的新型检测方法和相应的检测设备。
一方面，本发明涉及一种活体无创检测紫外光诱导皮肤损伤的方法，包括以下步骤：
(1)在实验对象的皮肤受到包含一定剂量紫外光的光源照射后72小时之内，将所述实验对象经过含一定剂量紫外光的光源照射的皮肤置于波长在440-510nm范围内的激发光下，以激发出皮下自发荧光，其中所述剂量＝紫外光功率×照射时间；
(2)检测所述实验对象经过含紫外光的光源照射的皮肤的角质层以下真皮层以上部位所发出的波长在490-640nm范围内的自发荧光强度；
(3)按照所述步骤(2)的方法，同样检测所述实验对象未受到含紫外光的光源照射的皮肤所发出的自发荧光强度；
(4)将所述实验对象经过含紫外光的光源照射的皮肤的自发荧光强度和未受到含紫外光的光源照射的皮肤的自发荧光强度相对比，获得经紫外光照射诱发的自发荧光强度变化率；
(5)根据所述经紫外光照射诱发的自发荧光强度变化率，预测所述实验对象的皮肤健康状态。
前述本发明的检测方法中，优选的是，在实验对象的皮肤受到紫外光照射后的48小时之内进行检测；更优选的是，在24小时之内进行检测。
前述本发明的检测方法中，利用激发光激发皮下自发荧光的方式包括使用普通的连续光输出进行激发的方式、使用电调制进行调制激发的方式或者使用脉冲激光进行激发的方式中的至少一种。
前述本发明的检测方法中，激发光的波长优选为460-500nm的范围内，更优选为485-490nm的范围内。
前述本发明的检测方法中，所检测的自发荧光的波长优选为500-550nm的范围内，更优选为505-530nm的范围内。
另一方面，本发明涉及一种活体无创检测紫外光诱导皮肤损伤的检测设备。该检测设备可以是一种小型化的荧光探测成像设备，包括激发光源、光学传导系统和成像系统。
在前述本发明的检测设备中，所述激发光源包括能够发出波长在440-510nm范围内的光的单频激光、窄带光源或宽带光源中的至少一种，并且可选择地包括至少一个滤波片。该滤波片用于将激发光源发出的多色光过滤为所需波长的单色光。
在前述本发明的检测设备中，所述光学传导系统用于将激发光传导至实验对象的皮肤，并且将实验对象的皮肤发出的自发荧光传导至成像系统，其中激发光和自发荧光在光学传导系统的一部分中共同传播，并且被光学传导系统分离。光学传导系统可以包括用于分离激发光和自发荧光的二相色镜，并且可选择地包括用于调整光斑位置的一对扫描振镜以及用于调整激发光照射深度的一对共轭透镜。
根据本发明的某些实施例，在前述本发明的检测设备的光学传导系统中，激发光和自发荧光在光路主轴上沿相对的方向传播，所述二相色镜、扫描振镜和共轭透镜沿主轴排列；激发光源和成像系统中的一个位于光路主轴上，另一个位于与主轴垂直的副轴上；二相色镜位于主轴与副轴的交叉位置，使激发光源发出的激发光和收集的自发荧光被二相色镜分离成直角关系，从而仅使自发荧光进入成像系统。
在前述本发明的检测设备中，成像系统包括荧光成像检测器件，所述荧光成像检测器件能够成像波长在490-640nm范围内的光，并且能够计算所述光的强度。根据某些具体实施例，所述荧光成像检测器件可以是光电倍增管(PMT)、雪崩二极管、光电二极管、CCD或CMOS光电探测器等。
紫外光本发明利用紫外光诱发的早期皮下自发荧光与后期皮肤损伤成正比的关系，准确地预测紫外光诱发的皮肤损伤程度，为预防和早期治疗紫外光诱发的皮肤损伤建立了基础，可以极大地减少紫外光诱发的皮肤病的患病率。同时，本发明提供的检测设备，作为一种小型化的荧光探测成像设备，既可以在高端精密皮肤损伤与荧光重构的医学诊断或研究等情况下得到应用、也可以在低端皮肤损伤医学诊断、家庭用简易皮肤损伤等情况下得到应用，具有性价比高、结果精确并且应用广泛等良好效果，非常有利于普及。
附图说明
图1-1为UVC照射皮肤24小时后皮下自发荧光的增加图。
图1-2为UVC照射皮肤24小时后皮下自发荧光的柱状图。
图2为UVC损伤5天后，C57小鼠H&E染色代表图。
图3为UVC照射皮肤24小时后，皮下自发荧光的增加图。
图4为UVC照射皮肤5天后，C57小鼠H&E染色代表图。
图5为UVC照射皮肤5天后，皮下自发荧光与皮肤角质化柱状表示图。
图6为UVC照射皮肤5天后，C57小鼠TUNNEL染色和表皮的凋亡信号量对比图。
图7为UVB照射皮肤24小时后，皮下自发荧光增加图。
图8为UVB损伤24小时后，C57小鼠耳朵区域H&E染色代表图。
图9为UVB损伤24小时后，C57小鼠耳朵区域H&E染色代表柱状图。
图10为UVB损伤24小时后，C57小鼠表皮区域H&E染色代表图。
图11为UVB损伤24小时后，C57小鼠表皮区域H&E染色代表柱状图。
图12为UVB损伤5天后，C57小鼠耳朵区域H&E染色代表图。
图13为UVB损伤5天后，C57小鼠耳朵区域H&E染色代表柱状图。
图14为UVB损伤5天后，C57小鼠表皮区域H&E染色代表图。
图15为UVB损伤5天后，C57小鼠表皮区域H&E染色代表柱状图。
图16-1为同步辐射X-射线照射皮肤8小时、24小时后皮下自发荧光的不变图。
图16-2为同步辐射X-射线照射皮肤8小时、24小时后皮下自发荧光的柱状图。
图17为UVC照射皮肤24小时后，裸鼠皮肤皮下自发荧光显示图。
图18为UVC照射皮肤24小时后，ICR小鼠皮肤皮下自发荧光显示图。
图19为用太阳光模拟器照射皮肤6小时后，皮下自发荧光显示图。
图20为UV照射人体食指皮肤，皮下自发荧光显示图。
图21为本发明的活体无创检测紫外光诱导皮肤损伤的检测设备的设备结构示意图。
具体实施方式
下面将通过具体描述，对本发明作进一步的说明。
除非另有限定，本文中所使用的所有技术和科学术语具有与本发明所属技术领域的普通技术人员通常理解相同的含义。
本发明中使用的术语“紫外光”，其含义为波长在100-400nm范围内的电磁辐射，包括自然产生的光，如太阳光中的UVA、UVB、UVC等，以及人工产生的波长在此范围内的光。本发明所指紫外光包括连续电磁辐射、脉冲电磁辐射和调制的电磁辐射等，并且对其强度没有特别限定。
本发明中使用的术语“紫外光诱导皮肤损伤”，其含义为由紫外光照射引起的皮肤晒黑、晒伤、皮肤光老化、皮肤过敏反应以及皮肤癌等损伤。
本发明中使用的术语“自发荧光”，其含义为生物分子在受到适当波长的激发光照射时，吸收激发光的能量进入激发态，再退出激发态从而发射出比激发光波长更长的光的现象中，所述波长比激发光波长更长的光。
本发明中使用的术语“激发光”，其含义为能够激发生物分子发生自发荧光现象的光，其波长应比自发荧光短。
紫外光诱导皮肤损伤后的自发荧光变化程度与皮肤损伤程度的关系
发明人进行了大量的实验，确定了紫外光诱导皮肤损伤后的自发荧光变化程度与皮肤损伤程度关系。
根据本发明，使用雄性C57小鼠或裸鼠或ICR小鼠，UVC照射的小鼠重量在15-25g范围之间，UVB照射的小鼠重量在18-25g范围之间。麻醉后对小鼠皮肤涂抹甘油与水的1:1溶剂，随后进行相应的紫外光照射。紫外光辐射完成后，小鼠在动物房中进行饲养，条件为22-24℃，12小时的明/暗循环，并可自由进食取水。
一天后，使用激光共聚焦显微镜对紫外光照射的皮肤进行无创成像。其后一天或五天后牺牲小鼠，取损伤皮肤组织，进行H&E(苏木精&伊红染色)检测以及TUNEL(原位末端标记)检测。小鼠的皮肤组织用激光共聚焦显微镜成像，其中激光共聚焦显微镜的激发波长为500-550nm。
皮肤组织的储存：皮肤取出后，取出适量组织浸泡于4％多聚甲醛，用于制作石蜡切片，剩余组织用铝箔纸包裹好，使用液氮冷冻，之后转移到-80℃冰箱长期保存。
皮肤组织石蜡切片：将皮肤组织浸泡4％多聚甲醛溶液24h，然后依照石蜡切片的制作方法依次浸自来水、蒸馏水、梯度酒精、二甲苯、石蜡，制作成石蜡切片。
皮肤石蜡切片的H&E染色：将石蜡切片浸二甲苯脱蜡，然后依次浸于梯度酒精、蒸馏水，苏木素染色10分钟，自来水流水冲洗30min，蒸馏水浸泡30s，95％乙醇10s，伊红复染30s，70％酒精洗涤2次，依次浸梯度酒精、二甲苯，中性树脂封片。
对染色结果拍照、量化：对上述两种染色进行拍照。并针对表皮角质化厚度，表皮厚度等指标进行量化。
统计分析：所有数据按照平均值±标准差的方式给出，数据使用单因素方差分析进行评估，P值小于0.05认为是统计学显著的。
小鼠实验的结果如下所述：
图1：UVC照射皮肤一天后，皮下自发荧光量随紫外辐射剂量的增加而显著增加。
图1中的图1-1：C57小鼠耳部经UVC照射不同时间后，24小时后耳部皮肤的自发荧光强度随照射时间的延长而增强。A、B、C、D分别为对照组，照射剂量为0.3J/cm2，0.6J/cm2和0.9J/cm2。
图1中的图1-2：为对耳部自发荧光的量化。*代表P值小于0.05，***代表P值小于0.001。
图2：紫外光照射皮肤一天后，H&E染色，发现皮肤没有明显损伤。
图3：UVC照射皮肤五天后，H&E染色，显示一天后检测出的皮下自发荧光量和五天后检测出的皮肤损伤有相关关系，A、B、C分别为对照组、UVC照射40分钟以及具有甘油与水1:1溶剂保护的皮肤自发荧光图。
图4：D、E、F为相应的H&E染色代表图；方框中为表皮部分。
图5：G为荧光强度的量化图；H为活性表皮厚度的量化图，I为角质厚度的量化图。
由图5可知UVC照射皮肤五天后，H&E染色，通过分析一天后检测出的皮下自发荧光和五天后检测出的皮肤损伤的标志，显示出一天后检测出的皮下自发荧光和五天后检测出的皮肤损伤有很强的正相关关系：皮下自发荧光和皮肤活性表皮除角质层以外的表皮层(其减少是皮肤损伤的标志之一)成完全负相关关系；而皮下自发荧光和表皮角质化(其增加是皮肤损伤的标志之一)成完全成正相关关系；因此，本发明首次公开了皮下自发荧光的增强可以作为预测未来皮肤损伤的指标。
图6：TUNEL染色，图中暗色为TUNNEL阳性信号，代表存在凋亡细胞；紫外光照射皮肤五天后，TUNEL染色显示皮下自发荧光和表皮的凋亡信号量TUNEL信号(其增加是皮肤损伤的标志之一)成完全正相关关系。
图7：UVB照射皮肤一天后，皮下自发荧光随紫外辐射剂量的增加而显著增加，其荧光增加具体表现形式为出现圆形的荧光信号，C57小鼠耳部经UVB照射不同剂量后，24小时后耳部皮肤的皮下自发荧光强度随照射剂量的延长而增强。
图8和图9：UVB损伤后24小时，C57小鼠H&E染色代表图100倍放大，紫外光UVB波段照射皮肤一天后，H&E染色，发现皮肤厚度没有明显变化，即皮肤没有明显损伤。
图10和图11：UVB损伤后24小时，C57小鼠H&E染色代表图20倍放大，紫外光UVB波段照射皮肤一天后，H&E染色，发现表皮厚度没有明显变化，即皮肤没有明显损伤。
图12和图13：UVB照射皮肤五天后，H&E染色，显示一天后检测出的皮下自发荧光量和五天后检测出的皮肤损伤有相关关系；A，B，C，D图为UVB损伤5天后H&E染色代表图，分别对应UVB损伤剂量为0J/cm2，2.5J/cm2，5.0J/cm2，7.5J/cm2；E图为耳朵厚度的量化图；UVB照射皮肤五天后，H&E染色，分析一天后检测出的皮下自发荧光量和和五天后检测出的皮肤损伤的标志，显示出一天后检测出的皮下自发荧光量和五天后检测出的皮肤损伤有很强的正比关系；皮下自发荧光量和耳朵厚度呈完全正相关。
图14和图15：UVB照射皮肤五天后，H&E染色，显示一天后检测出的皮下自发荧光量和五天后检测出的皮肤损伤有相关关系；A，B，C，D图为UVB损伤5天后H&E染色代表图，分别对应UVB损伤剂量为0J/cm2，2.5J/cm2，5.0J/cm2，7.5J/cm2；E图为表皮厚度的量化图；UVB照射皮肤五天后，H&E染色，通过分析一天后检测出的皮下自发荧光量和和五天后检测出的皮肤损伤的标志，显示出一天后检测出的皮下自发荧光量和和五天后检测出的皮肤损伤有很强的正比关系；皮下自发荧光量和表皮厚度呈完全正相关；提示，绿色荧光的增强可以作为预测未来皮肤损伤的指标。
图16-1和图16-2：X射线照射皮肤8小时以及一天后，皮下自发荧光量随辐射剂量的改变没有而显著变化。
图17：UVC照射裸鼠皮肤，自发荧光的变化；如图显示，经过UVC照射之后，裸鼠皮肤的自发荧光也会增加。
图18：UVC照射ICR小鼠皮肤，自发荧光的变化，如图显示，经过UVC照射之后，ICR小鼠皮肤的自发荧光也会增加。
图19：太阳光照射人体皮肤，自发荧光的变化；如图显示，用太阳光照射之后，C57皮肤的自发荧光也会增加。
图20：UVC照射人体皮肤，自发荧光的变化；如图显示，经过UVC照射之后，人体的自发荧光也会增加。
由以上实验可以得出，皮肤经过紫外光(UVB和UVC)照射后，在波长为440-510nm激发光的激发下皮下会产生波长为490-640nm的自发荧光，这种波长为490-640nm的自发荧光的变化与皮肤损伤成正比关系；同时X射线没有能力诱导该波长范围内皮下自发荧光的增加。因此，皮下自发荧光能够作为预测皮肤损伤的标志物。
本发明基于这一发现，建立了一种活体无创检测紫外光诱导皮肤损伤的方法。该方法包括以下步骤：
(1)在实验对象的皮肤受到包含一定剂量紫外光的光源照射后72小时之内，将所述实验对象经过含紫外光的光源照射的皮肤置于波长在440-510nm范围内的激发光下，以激发出皮下自发荧光，其中所述剂量＝紫外光功率×照射时间；
(2)检测所述实验对象经过含紫外光的光源照射的皮肤的角质层以下真皮层以上部位所发出的波长在490-640nm范围内的自发荧光强度；
(3)按照所述步骤(2)的方法，同样检测所述实验对象未受到含紫外光的光源照射的皮肤的自发荧光强度；
(4)将所述实验对象经过含紫外光的光源照射的皮肤的自发荧光强度和未受到含紫外光的光源照射的皮肤的自发荧光强度相对比，获得经紫外光照射诱发的自发荧光强度变化率；
(5)根据所述经紫外光照射诱发的自发荧光强度变化率，预测所述实验对象的皮肤健康状态。
本发明的利用激发光激发皮下自发荧光的方式包括使用普通的连续光输出进行激发的方式、使用电调制进行调制激发的方式或者使用脉冲激光进行激发的方式中的至少一种。
在本发明的检测方法中，优选的是，在实验对象的皮肤受到紫外光照射后的48小时之内进行检测；更优选的是，在24小时之内进行检测。
在本发明的检测方法中，激发光的波长优选为460-500nm的范围内，更优选为485-490nm的范围内。
在本发明的检测方法中，所检测的自发荧光的波长优选为500-550nm的范围内，更优选为505-530nm的范围内。
本发明的活体无创检测紫外光诱导皮肤损伤的方法，根据皮下自发荧光的变化程度与皮肤损伤程度呈正比的规律，预测实验对象的皮肤损伤程度。
此外，本发明还提供了一种活体无创检测紫外光诱导皮肤损伤的检测设备。该检测设备可以是一种小型化的荧光探测成像设备，包括激发光源、光学传导系统和成像系统。
在本发明的检测设备中，所述激发光源包括能够发出波长在440-510nm范围内的光的单频激光、窄带光源或宽带光源中的至少一种，并且可选择地包括至少一个滤波片。该滤波片用于将激发光源发出的多色光过滤为所需波长的单色光。
在本发明的检测设备中，所述光学传导系统用于将激发光传导至实验对象的皮肤，并且将实验对象的皮肤发出的自发荧光传导至成像系统，其中激发光和自发荧光在光学传导系统的一部分中共同传播，并且被光学传导系统分离。光学传导系统可以包括用于分离激发光和自发荧光的二相色镜，并且可选择地包括用于调整光斑位置的一对扫描振镜以及用于调整激发光照射深度的一对共轭透镜。
在本发明的检测设备的光学传导系统中，激发光和自发荧光在光路主轴上沿相对的方向传播，所述二相色镜、扫描振镜和共轭透镜沿主轴排列；激发光源和成像系统中的一个位于光路主轴上，另一个位于与主轴垂直的副轴上；二相色镜位于主轴与副轴的交叉位置，使激发光源发出的激发光和收集的自发荧光被二相色镜分离成直角关系，从而仅使自发荧光进入成像系统。
在本发明的检测设备中，成像系统包括荧光成像检测器件，所述荧光成像检测器件能够成像波长在490-640nm范围内的光，并且能够计算所述光的强度。根据某些具体实施例，荧光成像检测器件可以是光电倍增管(PMT)、雪崩二极管、光电二极管、CCD或CMOS光电探测器等。
本发明的检测设备的一个具体实施例的示意图如图21所示。以下将通过参考图21，详细描述本发明的活体无创检测紫外光诱导皮肤损伤的检测设备。
在图21所示的检测设备中，主要元件沿主轴10排列，包括PMT探测器1、二相色镜3、一对扫描振镜4、一对共轭透镜5和物镜6。副轴20与主轴10垂直，部分元件沿副轴20排列，包括波长488nm的小型半导体激光器2和二相色镜3。明显可以看出，二相色镜3位于主轴10和副轴20的交叉位置。
激光器2发出的激光作为激发光，经过小孔后由短焦距透镜准直，到达二相色镜3并被二相色镜3反射，进入一对扫描振镜4，之后经过一对共轭透镜5，进入物镜6。其中，一对扫描振镜4可以用于调整光斑在垂直于主轴10的平面上的位置，并且一对共轭透镜5可以用于调整激发光在主轴10上的聚焦位置，即激发光的照射深度。
经激发光激发产生的自发荧光信号由同一个物镜6收集，经过一对共轭透镜5后，返回扫描振镜4，然后直接穿过二相色镜3，经过滤波片滤波，而后由透镜聚焦，和一个小孔空间滤波，最后进入PMT探测器1进行信号探测。
需要注意的是，根据所使用的二相色镜3的波长投射/反射性质，探测器1和激光器2的位置也可以相互替换。位置互换后的检测设备，也包含在本发明的范围内。
作为小型化的荧光探测成像设备，扫描振镜3、PMT探测器1和激光器2的电路控制部分集成安装于相应的空间。整个系统的大小可以控制在30cm×10cm×10cm的范围内。
除上述元件之外，本发明的检测设备中还可以包含其他光学元件，例如其它波长的蓝紫光波段的光源，如473nm激光器，窄带的蓝光LED，具有滤色块的汞灯等等；以及银镜，凸透镜，非球面镜，滤波片，小孔光阑，CCD，CMOS等等。
本领域的技术人员应当理解，基于本发明的检测设备的原理，可以采用其他方法和元件实现本发明的检测设备。例如，也可以通过同时使用半透半反镜和滤波片代替二相色镜，实现激发光和自发荧光的分离；对于激发光源中使用的滤波片，也可以用光栅等其它元件实现滤波效果；光路设计也可以不同于上述实施例，只要能够实现激发光和自发荧光的分离、并且把自发荧光传导至成像系统即可。另外，在本发明的检测设备中，出于成本的考虑和成像精度的要求，可以在光学传导系统中省略逐点扫描成像所需的扫描振镜，以及光学传导系统中调整成像深度位置所需的共轭透镜，从而设计具有最基本的检测紫外光诱导皮肤损伤的功能的检测设备。这些修改和/或简化的检测设备，也在本发明的范围之内。
在使用本发明的活体无创检测紫外光诱导皮肤损伤的检测设备进行本发明的活体无创检测紫外光诱导皮肤损伤的方法时，使用激发光源发出激发光，传导到实验对象的皮肤，采用物镜收集皮下自发荧光，然后由二相色镜分光，所分得的光束进入光电倍增管或图像传感器中进行检测，得出皮下自发荧光的波长和强度。
应该理解的是，本发明的活体无创检测紫外光诱导皮肤损伤的方法的实施并不依赖于本发明的检测设备。可以使用任何能够发出激发光并且能够对自发荧光进行检测的设备来实施本发明的活体无创检测紫外光诱导皮肤损伤的方法。
本领域的技术人员应当明了，尽管为了举例说明的目的，本文描述了本发明的具体实施方式，但可以对其进行各种修改而不偏离本发明的精神和范围。因此，本发明的具体实施方式和实施例不应当视为限制本发明的范围。本发明仅受所附权利要求的限制。本申请中引用的所有文献均完整地并入本文作为参考。

Claims (8)

1.一种用于活体无创预测紫外光诱导皮肤损伤的检测设备，该检测设备包括激发光源、光学传导系统和成像系统，其特征在于：
所述激发光源包括能够发出波长在440-510nm范围内的光的单频激光、窄带光源或宽带光源中的至少一种；
所述光学传导系统用于将所述激发光源所发出的激发光传导至实验对象的皮肤，并且将所述实验对象的皮肤的角质层以下真皮层以上表皮部位发出的自发荧光传导至所述成像系统，其中所述激发光和所述自发荧光在所述光学传导系统的一部分中共同传播，并且被所述光学传导系统分离；
所述成像系统包括荧光成像检测器件，所述荧光成像检测器件能够成像波长在490-640nm范围内的光，并且能够计算所述光的强度；
所述激发光源还包括至少一个滤波片；
所述光学传导系统包括用于分离所述激发光和所述自发荧光的二相色镜，用于调整光斑位置的一对扫描振镜以及用于调整所述激发光照射深度的一对共轭透镜。
2.如权利要求1所述的检测设备，其特征在于：
所述激发光和所述自发荧光在所述光学传导系统的光路主轴上沿相对的方向传播，所述二相色镜、所述扫描振镜和所述共轭透镜沿所述主轴排列；
所述成像系统位于所述主轴上，所述激发光源位于与所述主轴垂直的副轴上；
所述二相色镜位于所述主轴与所述副轴的交叉位置，使所述激发光和所述自发荧光被所述二相色镜分离成直角关系，从而仅使所述自发荧光进入所述成像系统。
3.如权利要求1所述的检测设备，其特征在于：
所述成像系统包括光电倍增管、雪崩二极管、光电二极管、CCD或CMOS光电探测器中的至少一种。
4.如权利要求1所述的检测设备，其特征在于：
所述激发光光源可激发皮下自发荧光，其方式包括使用普通的连续光输出进行激发的方式、使用电调制进行调制激发的方式或者使用脉冲激光进行激发的方式中的至少一种。
5.如权利要求1所述的检测设备，其特征在于：
所述激发光源包括能够发出波长在460-500nm范围内的光。
6.如权利要求5所述的检测设备，其特征在于：
所述激发光源包括能够发出波长在485-490nm范围内的光。
7.如权利要求1所述的检测设备，其特征在于：
所述荧光成像检测器件能够成像波长在500-550nm范围内的光。
8.如权利要求7所述的检测设备，其特征在于：
所述荧光成像检测器件能够成像波长在505-530nm范围内的光。
CN201610178703.2A 2015-05-08 2016-03-25 一种活体无创检测紫外光诱导皮肤损伤的方法及其检测设备 Active CN105852808B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201910307200.4A CN111134618A (zh) 2015-05-08 2016-03-25 一种活体无创检测紫外光诱导皮肤损伤的方法及其检测设备

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201510231662 2015-05-08
CN2015102316624 2015-05-08

Related Child Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201910307200.4A Division CN111134618A (zh) 2015-05-08 2016-03-25 一种活体无创检测紫外光诱导皮肤损伤的方法及其检测设备

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN105852808A CN105852808A (zh) 2016-08-17
CN105852808B true CN105852808B (zh) 2019-08-30

Family

ID=56625997

Family Applications (2)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201910307200.4A Pending CN111134618A (zh) 2015-05-08 2016-03-25 一种活体无创检测紫外光诱导皮肤损伤的方法及其检测设备
CN201610178703.2A Active CN105852808B (zh) 2015-05-08 2016-03-25 一种活体无创检测紫外光诱导皮肤损伤的方法及其检测设备

Family Applications Before (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201910307200.4A Pending CN111134618A (zh) 2015-05-08 2016-03-25 一种活体无创检测紫外光诱导皮肤损伤的方法及其检测设备

Country Status (5)

Country Link
US (1) US20180140194A1 (zh)
EP (1) EP3295865A4 (zh)
CN (2) CN111134618A (zh)
AU (1) AU2016260153B2 (zh)
WO (1) WO2016180095A1 (zh)

Families Citing this family (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN106841131A (zh) * 2016-12-29 2017-06-13 上海交通大学 一种基于角蛋白自荧光作为预测检测肿瘤的生物标志物的检测方法及其应用
CN109839507A (zh) * 2017-11-27 2019-06-04 江苏坤辉生物科技有限公司 一种检测紫外光损伤的生物标志物及其应用
CN113096751A (zh) * 2019-12-23 2021-07-09 上海交通大学 一种脑卒中治疗效果评估仪器及其评估方法

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN1543914A (zh) * 2003-11-10 2004-11-10 哈尔滨工业大学 二极管激光器激光光谱癌症诊断仪
CN1803096A (zh) * 2005-12-20 2006-07-19 哈尔滨工业大学 二极管激光光谱肿瘤成像诊断仪
CN1915162A (zh) * 2006-09-06 2007-02-21 哈尔滨工业大学 针对光敏剂ala的癌症光动力诊断仪
CN101133948A (zh) * 2006-08-30 2008-03-05 上海雷硕医疗器械有限公司 激光诱导自体荧光检测装置

Family Cites Families (12)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5701902A (en) * 1994-09-14 1997-12-30 Cedars-Sinai Medical Center Spectroscopic burn injury evaluation apparatus and method
EP1217943B1 (en) * 1999-09-30 2009-04-22 DiagnOptics Holding B.V. Method and apparatus for determining autofluorescence of skin tissue
US9750449B2 (en) * 2003-12-12 2017-09-05 Johnson & Johnson Consumer Inc. Method of assessing skin
US20060244961A1 (en) * 2005-04-29 2006-11-02 Cole Curtis A Topical composition detection
JP2009504303A (ja) * 2005-08-16 2009-02-05 スキャン キャンサー スキャニング エルティーディー． 皮膚上の癌前駆体、母斑及び腫瘍を検知するとともに識別し、早期診断に利用可能な視覚光学と受動赤外線を用いた複合技術およびそのシステム
KR100798486B1 (ko) * 2006-03-29 2008-01-28 한국전기연구원 형광 진단 및 광역동치료를 위한 광원장치
CN101716069A (zh) * 2009-11-17 2010-06-02 中国科学院安徽光学精密机械研究所 人体氧化应激无创荧光检测装置与方法
CN103608662B (zh) * 2011-06-29 2016-09-28 京都府公立大学法人 肿瘤部位的识别装置以及识别方法
FR2982369B1 (fr) * 2011-11-08 2016-05-06 Oreal Procede non invasif de detection, de visualisation et/ou de quantification 3d specifiques d'un fluorophore endogene tel la melanine au sein d'un tissu biologique.
JP2013138720A (ja) * 2011-12-28 2013-07-18 Sharp Corp 測定装置および測定方法
US20140163389A1 (en) * 2012-12-10 2014-06-12 The Arizona Board Of Regents On Behalf Of The University Of Arizona In vivo detection of eosinophils
US10448997B2 (en) * 2013-06-25 2019-10-22 Koninklijke Philips N.V. Measurement device for skin properties and non-invasive treatment device

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN1543914A (zh) * 2003-11-10 2004-11-10 哈尔滨工业大学 二极管激光器激光光谱癌症诊断仪
CN1803096A (zh) * 2005-12-20 2006-07-19 哈尔滨工业大学 二极管激光光谱肿瘤成像诊断仪
CN101133948A (zh) * 2006-08-30 2008-03-05 上海雷硕医疗器械有限公司 激光诱导自体荧光检测装置
CN1915162A (zh) * 2006-09-06 2007-02-21 哈尔滨工业大学 针对光敏剂ala的癌症光动力诊断仪

Non-Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
Endogenous skin fluorescence includes bands that may serve as quantitative markers of aging and photoaging;Kollias N 等;《The Journal of Investigative Dermatology》;19981130;第3卷(第5期);全文
Fluorescence excitation spectroscopy provides information about human skin in vivo;Robert Gillies 等;《Journal of investigative dermatology》;20001231;第115卷(第4期);全文
in vivo fluorescence of human skin. A potential marker of photoaging;Leffell DJ 等;《Archives of Dermatology》;19881231;第10卷(第124期);全文
multimodal confocal mosaicing of basal cell carcinomas in mohs surgical skin excisions;Daniel S. Gareau 等;《Proceedings of SPIE》;20071231;第6432卷;第1页
Non-Invasive Raman Detection of Carotenoid Antioxidants in living human skin;Werner Gellermann 等;《PROCEEDINGS OF SPIE》;20011231;第4244卷;全文
自体荧光和肿瘤的光谱诊断研究进展;王振亚;《光电子技术与信息》;19990228;第12卷(第1期);全文

Also Published As

Publication number Publication date
AU2016260153B2 (en) 2019-04-04
US20180140194A1 (en) 2018-05-24
CN105852808A (zh) 2016-08-17
CN111134618A (zh) 2020-05-12
EP3295865A4 (en) 2019-01-09
WO2016180095A1 (zh) 2016-11-17
EP3295865A1 (en) 2018-03-21
AU2016260153A1 (en) 2017-12-21

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Zuluaga et al. Fluorescence excitation emission matrices of human tissue: a system for in vivo measurement and method of data analysis
CN102058393A (zh) 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
US5640957A (en) Ultraviolet radiation protection evaluator
Kanick et al. Dual-channel red/blue fluorescence dosimetry with broadband reflectance spectroscopic correction measures protoporphyrin IX production during photodynamic therapy of actinic keratosis
CN105852808B (zh) 一种活体无创检测紫外光诱导皮肤损伤的方法及其检测设备
Osman et al. In vivo assessment and monitoring of burn wounds using a handheld terahertz hyperspectral scanner
CN103282765A (zh) 用于关联的组织的光学分析的设备
Wang et al. Monte Carlo simulation of near infrared autofluorescence measurements of in vivo skin
CN102038492A (zh) 微创伤测试及其用途
CN107064038A (zh) 一种紫外线辐射对皮肤影响的监测方法及装置
KR101117195B1 (ko) 피부 노화도 측정장치 및 측정방법
CN116577287B (zh) 植物叶片光谱采集系统、检测方法、装置及电子设备
CN106264469A (zh) 基于表皮角蛋白及其相关蛋白作为预测检测紫外光损伤的生物标志物的检测方法及其应用
JP2004290234A (ja) 皮膚の蛍光測定方法およびその装置
CN106725346A (zh) 一种基于皮肤角质层自发荧光无创预测紫外光诱导的皮肤损伤的方法
CN109839507A (zh) 一种检测紫外光损伤的生物标志物及其应用
Pearse et al. Portable erythema meter and its application to use in human skin
Springer et al. Optimization of the measurement procedure during multiphoton tomography of human skin in vivo
Rohrbach et al. Intraoperative optical assessment of photodynamic therapy response of superficial oral squamous cell carcinoma
RU2008126406A (ru) Способ оптической диагностики живых микрообъектов и их нанокомпонентов и устройство для его реализации
Patalay et al. Fluorescence lifetime imaging of skin cancer
Ilias et al. Visible hyperspectral imaging evaluating the cutaneous response to ultraviolet radiation
US20210220665A1 (en) System and method for quantitative dosimetry of photodynamic therapy in skin
LaRochelle et al. In vivo wide-field multispectral dosimeter for use in ALA-PpIX based photodynamic therapy of skin
Ducháč et al. Peroperative optical autofluorescence biopsy—verification of its diagnostic potential

Legal Events

Date Code Title Description
C06 Publication
PB01 Publication
C10 Entry into substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
REG Reference to a national code

Ref country code: HK

Ref legal event code: DE

Ref document number: 1226624

Country of ref document: HK

TA01 Transfer of patent application right
TA01 Transfer of patent application right

Effective date of registration: 20180428

Address after: 226400 Jiangsu city Nantong Rudong county city street office, ten groups of Chuxi Village (Rudong hi tech Zone Chuang Chuang garden)

Applicant after: Jiangsu Kun Hui Biological Technology Co., Ltd.

Address before: 200240 No. 800, Dongchuan Road, Shanghai, Minhang District

Applicant before: Shanghai Jiao Tong University

GR01 Patent grant
GR01 Patent grant
REG Reference to a national code

Ref country code: HK

Ref legal event code: WD

Ref document number: 1226624

Country of ref document: HK