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你的皮肤下面发生了什么?T射线技术揭示皮肤结构

太赫兹 T射线 太赫兹光
发布:2020-11-30 11:02:05    

· 威大学和香港中文大学的最新研究表明,太赫兹辐射或T射线可以揭示有关皮肤结构和干燥的宝贵信息。

· 可能是表征皮肤湿疹和牛皮癣状况的有用工具

· 有潜力协助皮肤癌手术

· 新方法使科学家能够发现有关我们皮肤特征的更多信息

一种称为T射线(太赫兹)的辐射技术来分析皮肤结构的新方法,可以帮助改善皮肤状况(如湿疹,牛皮癣和皮肤癌)的诊断和治疗。

华威大学和香港中文大学(CUHK)的科学家表明,使用涉及分析从多个不同角度发射的T射线的方法,他们可以对皮肤和皮肤区域的结构进行更详细的描述。它比目前的方法所允许的水分多得多。

他们的方法在《先进光子学研究》中已有报道,可以为科学家和临床医生提供一种表征个人皮肤特性,协助管理和治疗皮肤状况的新工具。

太赫兹(THz)辐射或T射线位于电磁频谱上的红外线和WiFi之间。T射线可以穿透许多常见的材料,例如塑料,陶瓷和衣服,使其在非侵入性检查中很有用。T射线的低能光子也不会电离,从而使其在生物环境(包括安全性和医疗检查)中非常安全。

由于穿过深层的T射线衰减太多,因此只能检测到穿过皮肤外层(角质层和表皮)反射回来的T射线。这使T射线成像成为监视这些最外层的潜在有效方法。为了测试这一点,太赫兹光通过棱镜聚焦在皮肤上,以使光线在特定的焦平面上对准。根据皮肤的性质,光线会稍微不同地反射回去。然后,科学家可以比较光线进入皮肤之前和之后的特性。

但是,标准太赫兹反射光谱法存在局限性,为了克服这些缺陷,这项新研究背后的科学家们改为使用椭圆偏振法,该方法涉及将T射线以多个角度聚焦在同一皮肤区域。

他们成功地证明了使用椭圆偏振光法,他们可以准确地计算在两个彼此成直角的方向上测量的皮肤的折射率(确定光线穿过皮肤的速度)。这些折射率之间的差异称为双折射-这是首次在体内测量人皮肤的THz双折射。这些特性可以提供有关皮肤中有多少水的有价值的信息,并可以计算出皮肤的厚度。

华威大学物理系和香港中文大学电子工程系的艾玛·皮克韦尔·麦克弗森教授说:“我们想证明我们可以对人体皮肤进行椭偏测量,并计算出皮肤的特性。准确。在普通的太赫兹反射成像中,厚度和折射率作为一个参数组合在一起。通过以多个角度进行测量,您可以将两者分开。

“水合的皮肤与脱水的皮肤会有不同的折射率。对于皮肤病患者,与现有技术相比,我们将能够定量地探测皮肤的水合作用。如果您要为患有湿疹或牛皮癣的人改善护肤产品,我们将有可能对使用不同产品改善皮肤或区分皮肤类型进行定量评估。

对于皮肤癌患者,您还可以在手术开始之前使用THz成像来探测皮肤,以更好地了解肿瘤的扩散范围。皮肤癌会影响皮肤的特性,其中一些在皮肤表面之下是看不见的。”

该研究的第一作者,香港中文大学电子工程系博士后陈雪泉博士说:“众所周知,T射线对皮肤的水分含量敏感。但是,我们指出角质层的细胞结构也对太赫兹反射起反应。我们的技术使该结构特性能够被敏感地探测到,从而提供有关皮肤的全面信息,对于皮肤诊断非常有用。”

为了测试他们的方法,研究人员让志愿者在适应环境温度和实验室干燥后,将手臂放在T射线设备的成像窗口上30分钟。通过将他们的皮肤紧贴成像窗口的表面,他们阻止了汗水从皮肤中逸出,这一过程称为阻塞。

然后,研究人员在半小时内每两分钟以彼此成直角的角度进行四次测量,以便他们可以随时间监视闭塞的效果。由于T射线对水特别敏感,因此,随着水分在皮肤中累积,它们可能会看到明显的差异,这表明该方法可以显示出产品在保持皮肤水分方面的有效性。

进一步的研究将着眼于改进过程的仪器以及它如何作为实际设备工作。

Pickwell-MacPherson教授说:“我们没有任何真正准确的可以测量临床医生可以使用的皮肤。皮肤科医生需要更好的定量工具来使用,并且易于使用。

“如果效果良好,您可以去诊所,将手臂放在扫描仪上,绘制出咬合曲线,并推荐适合皮肤的产品。我们可以获得更多量身定制的药物,并开发针对不同皮肤反应的产品。它可能确实符合当前对定制医学的关注。”

·“利用互补的太赫兹椭圆仪配置来探测体内皮肤的水合作用和细胞结构”发表在Advanced Photonics Research,DOI:https : //doi.org/10.1002/adpr.202000024

·这项工作由香港研究资助局,英国研究与创新机构工程与物理科学研究委员会(EPSRC)和英国皇家学会资助。

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