【美国】黑色素测定法在脉搏血氧测定研究中客观评估皮肤色素沉着

【编者按】

脉搏血氧仪在临床监测中的肤色偏差问题日益引发关注。本文系统评估了黑色素测定仪这一客观测量工具的技术优势,通过对比实验数据揭示其相较于主观肤色分类方法的精准度突破。研究不仅为消除血氧监测中的种族差异提供了技术路径,更建立了标准化评估框架,对推动医疗设备公平性具有重要实践意义。

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摘要
“脉搏血氧测定能够实时、无创监测动脉血氧水平。然而,结果可能因肤色而异,因此在临床验证研究中检测差异需要准确测量皮肤色素沉着。最近的临床研究使用主观方法,如自我报告的颜色、种族/民族来对皮肤进行分类。基于光学反射的黑色素测定仪可能提供更有效、客观的评估色素沉着的方法。”

本文回顾了黑色素测定方法,并评估了支持其作为临床研究工具使用的证据。我们比较了性能数据,包括重复性、对混杂因素的鲁棒性,并将设备彼此比较、与主观方法比较,以及与高质量参考标准比较。最后,我们提出了评估黑色素测定仪的最佳实践,并讨论了可能提高准确性的替代光学方法。

引言

健康的一个重要指标是动脉血中与氧结合的血红蛋白分子的百分比(SaO₂)。脉搏血氧测定是一种常用的医疗技术,它基于无创光学测量生成一个估计SaO₂的值(SpO₂)。SpO₂测量用于在各种临床环境中为医疗决策提供信息。

“然而,已有文献记载SpO₂测量差异与肤色等生物因素相关。这些差异的重要性在COVID-19大流行期间凸显出来,当时发现黑人患者被诊断为正常SpO₂的可能性是白人患者的三倍,尽管他们的SaO₂水平较低(隐匿性低氧血症)。”

作为应对COVID-19大流行期间凸显的这些具有临床意义的种族差异影响的一部分,美国食品药品监督管理局(FDA)发布了一份安全通讯,对脉搏血氧测量在不同种族群体中的准确性表示担忧,并强调理解和解决这一问题的重要性。

本综述介绍了黑色素测定法作为客观评估皮肤色素沉着的潜在工具,以促进评估脉搏血氧测定和其他临床光学传感设备的准确性。黑色素测定仪是使用可见光和近红外波长的反射光来提供客观、定量色素沉着测量的设备。

准确测量黑色素的重要性

黑色素是在人体多个部位(包括皮肤)产生的一种复杂聚合物。它是紫外线(UV)、可见光和近红外光谱区域的主要生物发色团(吸收剂)。因此,它是造成肤色(色素沉着)差异的主要因素。黑色素可能影响各种需要测量通过皮肤传播的光的生物光子技术。这类设备包括光谱设备,例如脉搏血氧仪,以及用于皮肤和大脑测量的非搏动性区域组织血氧仪。

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⏰ 发布时间: 2024年07月11日

【日本东京】资生堂开发出全球首个面部皮肤三维形状与次表面散射光测量系统

【编者按】

长期以来,皮肤光泽度与透明度等外观特征如何影响面部印象,一直是美容科研领域的重要课题。资生堂与挪威科技大学合作研发的创新测量系统,突破了传统技术难以无创解析皮肤内外光路与三维形态的瓶颈。这项技术突破不仅为皮肤光学研究开辟了新路径,更预示着个性化护肤解决方案将迈向更高精度的科学化阶段。

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研究背景

资生堂是最早关注皮肤外观(如皮肤光泽度和透明度的感知)的公司之一,这些因素强烈影响面部印象,并一直使用光学和心理物理学方法进行研究。然而,由于技术上难以分离人体皮肤内外各种路径的光线,并同时无创测量光学特性和三维面部形状,研究一直未能成功。为了了解皮肤外观的变化及其相关因素,长期以来一直期望开发能够详细测量皮肤内外光学信息的系统。

技术突破

资生堂有限公司(”资生堂”)与挪威科技大学合作,开发了一种创新的测量系统,实现了全面的非侵入性方法,能够视觉和数值测量分析三维面部形状以及面部皮肤的光学特性,如次表面散射光,这些特性至今难以分析。

“我们测量了1000多人的面部皮肤,分析了作为皮肤透明度重要因素的次表面散射光,结果显示次表面散射光随年龄增长而减少,并与黑色素水平和角质层状况等五个因素相关”
年龄引起的次表面散射光减少发现

当外部光源照射皮肤时,部分光线被皮肤表面反射(表面反射光),其余部分穿透皮肤(漫反射光)。由于皮肤是半透明的,光线在皮肤内部扩散,然后从初始接触点以外的其他点离开皮肤(次表面散射光)。表面反射光、漫反射光和次表面散射光在皮肤外观中起着重要作用,我们之前的研究表明,次表面散射光对”透明皮肤”尤为重要。

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在与世界成像科学领域领先者挪威科技大学的联合研究中,我们成功开发了全球首个光学分析系统,既能测量表面反射光和漫反射光以及三维面部形状,又能更详细地分离穿透皮肤的光线:次表面散射光。

研究成果

在这项研究中,我们将测量区域从有限区域扩展到整个面部,测量了从20多岁到70多岁的1000多名女性的面部皮肤。结果发现,次表面散射光随年龄增长而减少,表明次表面散射光参与了年龄引起的皮肤外观变化,特别是在皮肤透明度方面。

学术认可

题为”开发测量面部皮肤光学特性系统”的研究论文在《影像科学与技术杂志》上发表,并获得了Charles E. Ives期刊奖。此外,部分研究成果在2022年11月13日至16日举行的日本光学与光子学会议上发表。
这项研究是在资生堂研发理念”动态和谐”的科学/创造力方法下进行的。虽然强烈影响我们对皮肤印象的皮肤外观往往被主观判断,但我们将进一步追求研究,通过尖端科学客观和定量地阐明皮肤的视觉质量,以帮助实现每个人的理想皮肤。

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⏰ 发布时间: 2022年12月26日