基于光线追踪方法的面部表面漫散射研究

【编者按】 本研究通过皮肤复制品与PMMA板的对比实验，系统探讨了皮肤表面地形特征对光散射与透射的影响。实验设计严谨，采用标准化的样本采集与定位方法，为皮肤光学特性研究提供了可靠的技术路径。该研究对化妆品功效评价与皮肤光学成像技术发展具有重要参考价值。 研究方法 本研究样本分为两类：皮肤复制品和聚甲基丙烯酸甲酯（PMMA）板。皮肤复制品使用Silflo硅酮聚合物（Monaderm，摩纳哥）从健康东亚女性面部皮肤采集。共包含60个样本，图中展示了4个代表性示例。使用R120复制环定位器（Clinical & Derm，美国）将聚合物涂抹于脸颊下部直径19毫米区域。Helioplate PMMA板（Helioscreen，比利时）用于对比研究。 研究摘要 本研究探讨地形特征在皮肤表面光散射和漫反射以及表层漫透射中的作用。经过验证的光线追踪模拟建立了亚可见微观纹理（SMT）和宏观纹理与皮肤光学特性之间的定量联系，代表了年轻健康皮肤的特征。 “我们的研究结果揭示了亚可见微观纹理参数（${u}_{w}/{u}_{h}$，宽度与高度之比）在控制光散射中的主导作用。较小的比值对应于精细的SMT，导致漫反射增加并产生更明显的柔焦效果，这对驱动如光泽度等深层皮肤外观起着关键作用。” 虽然宏观纹理参数也会影响散射，但其影响较小。此外，我们量化了SMT对光从皮肤内部到外部横向运动的影响。该模拟显示，在具有较小${u}_{w}/{u}_{h}$（即更精细SMT的度量）的皮肤内部传播后，更多的入射光会离开。我们经过验证的2D亚可见微观纹理模型准确计算了受皮肤地形特征不同层次影响的光-皮肤相互作用，为化妆品、皮肤病学和美学医学成像提供了宝贵见解。 研究背景 人类皮肤的光学特性在皮肤病学、化妆品科学和美学医学成像等多个领域至关重要。这些特性受到光与皮肤表面和亚表面结构复杂相互作用的影响。光与皮肤的相互作用涉及吸收、反射和散射等多个过程，这些过程共同决定了皮肤外观的视觉感知。理解这些相互作用对于开发准确模型和改进诊断治疗技术至关重要。 表面形貌已知在调节材料的表面和亚表面光学特性方面起着关键作用，进而影响其外观。通过对皮肤表面地形属性的详细观察，已有报道指出皮肤表面存在各种尺度的结构。由皮嵴和皮沟组成的地形是通过肉眼在皮肤表面识别的可见结构，被认为是细纹纹理。此外，在皮嵴和角质细胞表面观察到了独特的地形属性，被描述为第1-4级浮雕。 “最近有研究提出，这些亚可见微观纹理（SMT）在调节皮肤表面光散射中发挥核心作用，有助于形成如柔软度、光泽度和光滑度等可见皮肤外观，尽管这些结构本身肉眼不可见。” 然而，我们对这些宏观纹理和SMT如何直接与入射光相互作用以调节皮肤表面光散射的理解仍然有限。 另一方面，亚表面散射（也称为漫透射）涉及光穿透皮肤，与各皮肤层相互作用，并在不同点重新出现，有助于皮肤的半透明外观。由漫透射增强的皮肤半透明性在皮肤健康和美丽的视觉感知中起着重要作用，因为它有助于减少瑕疵并创造更自然和年轻的外观。然而，关于皮肤表面形貌如何通过调节皮肤表面的光传输和扩散来促进光半透明性的实验证据有限。 填补这一知识空白对于化妆品、皮肤病学和美学医学成像等领域至关重要。光与皮肤相互作用的准确模型可以提高这些领域的诊断准确性、治疗计划和产品开发。 查看全文: 点击查看原文 | ⏰ 发布时间: 2025年04月12日