皮肤颜色的测量原理及其方法

临床评价皮肤颜色和红斑,容易受到多种可变因素的干扰,包括色素和脱屑等,而且主观性强。借助皮肤生物工程学技术测量皮肤颜色客观、敏感、科学,有较高的临床应用价值。

测量原理

测量皮肤颜色可根据两种不同的原理进行:

  1. 分光光度计法,使用宽波(扫描)或是在可见光范围内特定波长的波并测量吸收和反射的波;
  2. 三原色(蓝、红、绿)法,分析皮肤组织上的反射光。宽波扫描仪能显示有关自然状态下的各种皮肤颜色特点,但它价格贵又笨重,不适于常规使用。有两种较为轻便的仪器,即三原色色度计(Minolta Chromameter)和窄波分光光度计(Cortex® Technology Dermaspectrometer),目前较为常用。

可见光是一种能被人的肉眼和大脑探测到的电磁波,波长在400~700nm之间。根据Young-Helmholtz理论,人的视网膜上有3种感受器,可感受到蓝、红、绿3种颜色,故而色感可线性化。血红蛋白和黑素是皮肤的两种主要的发色团。血红蛋白能特异性地、大量地吸收绿色光谱范围内的光线和少量红色光谱范围内的光线。黑素吸收所有的可见光波段,没有选择性峰值,只是波长短的吸收量较大。随着红斑增大,越来越多的绿光被吸收,而只有少量的被反射出来。皮肤颜色不仅取决于位于表皮基底层的黑素和主要位于真皮层的血红蛋白,皮肤的光反射很大程度上也取决于空气和角质层的交界面(入射角度、微细皮纹、鳞屑等)及真皮层结构产生的散射与反向散射。波长较大的光(红光)穿透皮肤更深些,被组织吸收的也相应多些,这就是为什么深部组织如动静脉主要呈现为绿色的原因。

对颜色的感知主要是波长(色调)、强度和饱和度(色饱和度)以及亮度的综合体。许多代替人体感知系统的颜色模式已经开发出来。国际照明学会(Commission Internationale de I' Eclairage,CIE)在1976年达成共识,使用CIE-L*a*b*颜色模式来描述颜色,目前已被广泛接受。它每段刻度相对应的色差代表了肉眼所能区分的差别。因此,CIE-L*a*b*颜色模式的比色法考虑了肉眼的非线性感知。

常用方法

Minolta Chromameter® 200和300系列是简洁的三原色色度计,它包括1个控制装置和1个探测头。探测头上有个脉冲式氙弧灯能发出强烈的覆盖整个可见光谱的白光,同时为了补偿闪光的变化性,探测头上还有1个双柱光反馈装置,可探测瞬间的反射光。反射光的颜色通过3个高敏感性的硅酮光电管的分析,过滤出符合CIE标准观察曲线的三原色:蓝光(450nm)、绿光(550nm)和红光(610nm),另有3个独立的光电管用于双柱光反馈装置。光电管的敏感度调整到与CIE1931年标准观察曲线的视网膜敏感度相一致。光电二极管的信号因此可模拟人的“眼-脑”反应。Minolta Chromameter®除了能显示L*a*b*值以外,还能显示其他几种不同的颜色模式的参数:Yxy、L*C*H0、Munsell颜色模式和色度比重DxDyDz。它不仅能测量颜色的绝对值,还能直接测量颜色差异。

皮肤分光光度计还有一种窄波仪器,能测量血红蛋白,相对于黑素,把红斑表达为血红蛋白指数。常用的仪器有Mexameter®,它是一种以红、绿两个发光二极管为光源,一个蓝光-增强硅酮光电二极管为探测器,探测从皮肤表面反射光的反射比。绿光的发射光谱为568±30nm;红光的发射光谱为655±30nm。受试区域皮肤依次接受绿光和红光的照射。仪器通过对从皮肤漫反射回来的红光强度(Ired)和绿光强度(lgreen)进行比较得出一个“红斑指数(Erythema Index,EI)”,通过红光的反射强度,计算出和黑素有关的“黑素指数(Melanin Index,MI)”。

影响因素

皮肤颜色受到不少个体因素的影响,如年龄、性别、解剖部位、皮肤表面情况、个体内与个体间差异、日内差异、身体与精神活动和体位等因素。

老年男性和女性上背部a*值较年轻男性和女性明显下降。女性上背部和前臂屈侧皮肤的a*值均显著低于男性。因此老年人较年轻人,男性较女性的皮肤红。不同种族间的皮肤色素差异很大。在色素沉着的皮肤上肉眼评估红斑会被红色中的棕色成分误导。红斑指数掺和黑素指数后会以一种线性的方式增长,提示不同色素沉着程度的皮肤其红斑指数间没有可比性。黑素指数同样也受到血红蛋白氧饱和度和淤血或发绀的影响。深色皮肤的种族测量皮肤颜色和红斑也很困难。L*值在躯干和上臂屈侧较高,而在面部、颈部和手部较低。由于在手背部L*值相当低,故认为L*值不仅受皮肤色素沉着的影响,同时也受皮肤血容量的影响。黑素指数在曝光部位较高,而在躯干、手掌和足部较低。因此,黑素指数是一种比L*值特异性更强的色素沉着指标。

皮肤表面的鳞屑或大量脱屑会掩盖其下的红色,从而影响测量的准确性。药物和化妆品对皮肤的治疗护理结果也会影响测量,在同一个体处理过和未处理过皮肤上多次测量的再现性差异很小。一项研究中显示a*的变异系数(n=16~26次重复测量)正常皮肤和红斑部位皮肤分别为4.7%和2.6%。在另外一项研究中a*的变异系数(n=30次重复测量)为1.98%~3.52%。在对不同日期检测的正常皮肤的结果进行比较有较大变异,同一天不同实验室的检测结果进行比较,其变异系数为2.7%~4.7%。剧烈运动会影响皮肤血流和颜色。精神压力和肾上腺素分泌会导致血管收缩,皮肤苍白和出汗。吸烟和咖啡因每天摄入超过500mg会影响皮肤颜色,使用血管活性药物(收缩或扩张)可影响血流从而影响肤色,酒精是明确的皮肤血管扩张剂。月经期和更年期会因血管收缩不稳定而出现面部潮红现象。有研究表明,雌激素分泌最多的一天和孕激素分泌最多的一天比较,背部和前臂部的血流量有显著的降低。在肢体末端肉眼可见的皮肤颜色很容易受到提升或下垂的影响。前臂在由下垂至提升状态L*和b*值上升而a*值下降。使用皮肤分光光度计检测也是红斑指数和黑素指数均下降。这种a*值和红斑指数的变化不仅与血流动力学的改变有关,也与血氧饱和度的水平有关。

周围和局部温度能影响血管的扩张和收缩,故而也能影响皮肤颜色。局部皮肤温度的升高可导致血管的开放和皮肤发红。用Chromameter®、DermaSpectrometer®及其他色度仪进行测量时,应避免在日光直射的情况下,因为检测条件变化过大和杂光进入感应系统会导致产生错误的信息。严重的夏季皮肤晒黑和冬季皮肤干燥都会影响皮肤颜色的测量。

系统医学科普站点:天山医学院, 转载请注明出处:https://www.tsu.tw/edu/3079.html

小程序

内容拓展

中华皮肤病30年研究成果

心电图学一学就会

认识人体心脏,从解剖开始!

诱发心血管疾病的综合征

近视屈光激光手术矫正

适用于口腔科

做一个健康强健的男人!

智齿为萌出受阻的牙齿

内分泌与机体代谢医学