研究皮肤光老化机制和疗效评价的一种重要手段
摘要:皮肤表面纹理客观定量评价在皮肤病学和医学美容学中受到极大关注,是研究皮肤光老化机制和疗效评价的重要手段。文中对近年无创性技术研究活体皮肤纹理的原理和临床应用进行了综述。
关键词:皮肤衰老;整容术,皮肤轮廓仪
近20多年来,研究者对皮肤纹理轮廓的定量分析进行了大量的探索。不断有应用机械、光学等原理研制的皮肤轮廓仪(profilometry)问世,对皮肤表面复制品或活体皮肤直接扫描,图像处理系统对扫描图像进行数据化分析,皮肤纹理或皱纹客观量化评价得以实现。
一、皮肤轮廓测量技术
(一)机械性皮肤轮廓测量技术(mechanic profilometry):这个方法是原于评价金属表面特性的国际标准。1959年由Tronnier首先在皮肤科学中应用。这个技术采用圆锥型的钻石笔尖以恒定速度在皮肤硅模水平方向滑动。笔尖在硅模纹理上的垂直位移用传感器转化成电信号,高精度机械地测量整幅皮肤沟纹,测量面积2·5 mm×2·5 mm。基于这个原理的很多系统问世已经大约20年。因为扫描图像清晰,目前仍作为比较其他皮肤轮廓测量技术的金标准。此方法的缺点是皮肤表面获得的硅胶复制品经常不够硬,论文帮写必须用氰基丙烯酸盐树脂制作硬的反复制品。其次是扫描速度太慢以及不能检测深皱纹[1]。
(二)光学皮肤轮廓测量技术(optical profilometry):这种方法用固定入射角的平行光源照射皮肤复制品表面,随皮肤沟纹的深浅产生不同宽度的阴影,探测皮肤纹理的不同深度和角度的黑白反射光线,通过CCD照相机获得256×512像素、64灰阶高清晰图像。以简单的三角法计算出皱纹的平均密度和平均深度。复制品包埋在支架里,可以自动旋转测量面积6·4 mm×6·4 mm,在50倍放大镜下的理论分辨率是12·5μm[2]。
(三)激光皮肤轮廓测量技术(laser profilometry):这个原理是一种光学测量方法,涉及到自动聚焦和三角测量系统。一束直径1μm、波长720 nm的二极管激光聚焦于复制品一点,反射的光线聚焦于一个移动的透镜,被半透镜转换再经一个棱镜分裂为2条同等光束并被记录。任何纹路的变化都会引起变焦并减少透镜接收的光强度。这个系统主要的优点是能测量更深垂直范围的表面纹路,扫描速度高,使三维测量可以在短时间内完成。如用墨水将复制品左上部染成黑色,移动样品支架使轮廓仪的激光点同将测量的表面区域的染痕重合,然后进行测量。扫描从样品支架的左上角开始,一行一列地扫,可以自动连续检测[3]。
(四)干扰条纹光投影技术(interference fringe projection):用一个数码微镜设备的图像系统发射光到皮肤表面,用暂时位相移位逐级解析法产生三维图像重建皮肤表面纹理。用CCD照相机记录这个图像。可以对皮肤硅胶模或直接对活体皮肤扫描。受检皮肤面积更大,扫描速度更快。但扫描的图像不如机械皮肤轮廓仪清晰[4]。最近采用Mirau-型光谱干扰显微镜。用声-光滤管作为高分辨光谱滤管,该滤管扫描由超冷光二级管发射的宽谱光。通过一个参考镜来平衡Mirau干涉仪系统,并设计一种三维Fourier转换技术。产生能够全面利用过滤光的有限相干长度的光谱条纹。其主要优点是使所获得的图像更加清晰[5]。
(五)共聚焦激光扫描显微镜技术(confocal scanning laser microscope):激光共聚焦扫描显微镜由共聚焦系统和传统的电子扫描显微镜构成。488 nm激光作为光源。该显微镜建立在纵向光学切割技术上,能够对皮肤复制品的不同层面扫描产生平行截面的图形,提供清晰的二维或三维图像。该仪器在X/Y轴分辨率高达0·2μm,在Z轴分辨率达0·4μm。激光产生的光源透过显微镜的物镜聚焦于样品的某一点,再反射到二向色镜。二向色镜再反射的激光穿过共聚焦口被光倍增管观测。通过计算机程序软件对样品各水平层系列图像进行分析,即可同步获得皮肤扫描图形和表面纹理参数[6]。共聚焦反射显微镜(reflectance confocal microscope)是研究浅表皮肤组织学敏感的无创性技术。利用共聚焦系统和二极管发射30 mW、830 nm激光,能够观察样品面积250μm×250μm,深度200μm[7]。对表皮和真皮乳头的组织学进行定量检测。如观察角质层的亮度、小沟纹或皱纹;对最小表皮的厚度、颗粒层细胞的面积、角质层厚度、基底层厚度和单位面积真皮乳头的数量进行定量研究[8]。
(六)透视皮肤轮廓仪(Transparency profilometry):该仪器的原理基于很薄的特别是蓝染硅复制品的透光特性。复制品被插入一个会发出平行光线的特殊装置,这个光源的光谱对蓝色的硅材料有最大的吸收。样品上沟纹深浅决定光线透过量。另一侧放置一个752×582像素CCD照相机。沟纹的深浅转化为由256灰度表达的图片。通过相应的软件可以计算20~300μm深度的皱纹。该设备在数秒内就可以完成样品的显影和评价。但制作皮肤复制品较费时,需要特殊的搅动泵将蓝染的硅和硬化剂混匀以避免气泡产生[9]。
二、描述皮肤轮廓的参数
由于首先研究皮肤纹理的方法是使用金属轮廓测量方法,描述皮肤轮廓的参数也源于描述金属表面状态的标准参数。皮肤表面不如金属规则,复杂的微突起是各向异性的,皮肤表面特性不能局限于对一个方向的一个切面分析,描述皮肤轮廓的参数不仅需要计算多条扫描皱纹的平均值,还要计算很多个方向的值。因此皮纹参数多达数十个。文献最常用的是代表皮肤粗糙度的参数Ra:基线上下方皮丘轮廓的算术均数;代表皮纹或皱纹的深浅参数Rz:在所测范围内,皮丘最高点和皮沟最低点之间的平均垂直距离[7,8,10,11]。
三、皮肤表面倒模
因为自然张力对皮肤微突起有影响,所以在倒模或直接皮肤扫描过程中身体的位置极端重要。建议坐位测量前臂或仰卧位研究面部。在测量眼鱼尾纹时保持眼眶肌肉放松。倒模前不要清洗皮肤。在面部皮脂明显和经常使用护肤霜的部位,有必要用水和温和的肥皂清洗,但是应该在倒模前至少1 h完成。在前臂和有毛皮肤,测量前一天刮净毛发。倒模应该取自静息状态,最好在稳定的环境条件下测试。皮肤复制品最广泛使用的材料是硅树脂聚合物。这种液体以固定比例和硬化剂混合,太慢或太快的硬化都不能制作好复制品。要避免硅聚合物硬化前的流动性产生气泡。操作时先将有方向标签的环状黏性垫圈贴于被检皮肤,以固定受试部位和统一检测面积。应该记录标签的方向与身体或肢体的长轴关系。混合硅胶及催化剂并小心地放到黏性垫圈内皮肤上,使之流到微纹路里。数分钟后待硅胶凝固成模后揭起。就得到一张柔韧如橡胶的硅模,上面有皮纹底片一样的纹路[1,9,10]。
四、临床应用
(一)湿疹病因研究和疗效评价:用皮肤轮廓仪对银屑病斑块、甲病疗效以及恶性黑素瘤和色素痣鉴别诊断等研究早有报道。但以湿疹研究报道最多。研究发现特应性皮炎儿童皮肤纹理各项粗糙参数与患儿皮肤干糙症状成正比,为用保湿剂治疗特应性皮炎提供了客观依据[12]。皮肤的粗糙参数也可以作为疗效评价的客观量化指标。使用标准的油膏治疗特应性皮炎14 d,可观察到皮肤光滑度和皮丘体积参数明显改变[13]。1次50 J/cm2UVA或1MED(亚红斑量)UVB照射患儿皮损处和非皮损处,24 h后发现1 MED UVB照射在皮损和非皮损处均会引起皮肤沟纹加深和弹性降低, 50 J/cm2UVA不引起皮肤改变,为采用UVA治疗特应性皮炎的安全性提供了证据[14]。
(二)皮肤衰老研究:皮肤粗糙度与日晒和年龄呈正相关[15]。扫描电子显微镜观察暴露到海拔2900~4559 m,5 d,11名志愿者的皮肤硅模,发现皮肤裂隙,皮纹深度和阴影增加[16]。采用光学或激光原理皮肤轮廓仪量化观察皮肤粗糙度,研究吸烟对皱纹形成的影响有较多报道。正在吸烟对中到重度皱纹相对危险度为2·72。皮肤平均粗糙度,沟纹最高和最低点的距离等多项参数,正在吸烟者高于非吸烟或过去曾吸烟者[17]。研究还发现蔬菜、豆类和橄榄油是皮肤光老化的保护性因素。皮肤表面状况与食物和血清营养成分有统计学意义相关[18]。
(三)治疗方法比较:不同治疗方法的比较,以找出最佳治疗效果和最小不良反应。肉毒素注射是目前治疗运动性皱纹较常用的方法。对治疗前后在休息和完全额部挛缩拍照,获得间断性的运动相片,采用计算机分析图片的方法和测量注射后肉毒素弥散半径和起效时间,比较A和B两种类型的肉毒素,发现B型起效更快,A型弥散半径散更宽[19]。伴有光损伤的患者分别采用0·05%维A酸软膏和0·05%维生素C洗剂治疗10周;6次浅表三氯醋酸化学剥脱;局部治疗和化学剥脱联合使用。皮肤轮廓仪定量分析每组疗效变化。与治疗前相比,每组治疗后皮肤的纹理都有改变,但联合治疗组皮肤粗糙度的改变优于其他单一方法组。皮肤活检组织学改变和皮肤轮廓仪观察结果一致[20]。每天2次使用生物工程来源的混合有8种生长因子的凝胶60d,光学皮肤轮廓仪观察发现皮肤粗糙度Ra值有统计学意义的减少,皮肤质地改善[21]。
(四)激光治疗评价:近来对激光或强脉冲光治
疗的报道逐渐增加。用干扰条纹光投影法的皮肤轮廓仪客观定量评价1064 nmQSNd:YAG激光非剥脱术治疗面部光损伤的效果,显示治疗3次皮肤粗糙度降低了11%;治疗5次下降26%。痤疮瘢痕治疗3次后下降33%,治疗5次下降了61%[22]。10个中到重度萎缩性痤疮瘢痕患者,接受585nm脉冲染料激光治疗1次后,用皮肤轮廓仪评价,皮肤萎缩减少了47·8%[23]。1540 nm Er激光治疗60个患者口周和眼眶周围的皱纹,用皮肤
