Een nieuwe methode voor het analyseren van de structuur van de huid met behulp van een type straling dat bekend staat als T-stralen, zou kunnen helpen bij het verbeteren van de diagnose en behandeling van huidaandoeningen zoals eczeem, psoriasis en huidkanker.

Wetenschappers van de Universiteit van Warwick en de Chinese Universiteit van Hong Kong (CUHK) hebben aangetoond dat het gebruik van een methode waarbij T-stralen worden geanalyseerd die vanuit verschillende hoeken worden afgevuurd, ze kunnen een gedetailleerder beeld vormen van de structuur van een deel van de huid en hoe gehydrateerd het is dan de huidige methoden toestaan.

Hun methode is gerapporteerd in Advanced Photonics Research en zou een nieuw hulpmiddel kunnen zijn voor wetenschappers en clinici voor het karakteriseren van de eigenschappen van de huid bij individuen, om te helpen bij het beheren en behandelen van huidaandoeningen.

Terahertz (THz) straling, of T-stralen, zit tussen infrarood en wifi op het elektromagnetische spectrum. T-stralen kunnen door veel gangbare materialen heen kijken, zoals plastic, keramiek en kleding, waardoor ze potentieel nuttig zijn bij niet-invasieve inspecties. De laagenergetische fotonen van T-stralen zijn ook niet-ioniserend, waardoor ze zeer veilig zijn in biologische omgevingen, inclusief beveiliging en medische screening.

Alleen de T-stralen die door de buitenste huidlagen (stratum corneum en epidermis) gaan voordat ze worden teruggekaatst, kunnen worden gedetecteerd, omdat degenen die dieper reizen te veel worden gedempt. Dit maakt T-ray-beeldvorming een potentieel effectieve manier om deze buitenste lagen te bewaken. Om dit te testen, terahertz-licht wordt via een prisma op de huid gericht, om de straal in een bepaald brandvlak uit te lijnen. Afhankelijk van de eigenschappen van de huid, dat licht zal iets anders worden teruggekaatst. Wetenschappers kunnen dan de eigenschappen van het licht vergelijken voor en nadat het de huid binnendringt.

Er zijn echter beperkingen in standaard THz-reflectiespectroscopie, en om deze te overwinnen, gebruikten de wetenschappers achter dit nieuwe onderzoek in plaats daarvan ellipsometrie, waarbij T-stralen onder meerdere hoeken op hetzelfde huidgebied worden gefocust.

Ze hebben met succes aangetoond dat ze met behulp van ellipsometrie nauwkeurig de brekingsindex van de huid konden berekenen (die bepaalt hoe snel de straal er doorheen gaat), gemeten in twee richtingen loodrecht op elkaar. Het verschil tussen deze brekingsindices wordt dubbele breking genoemd - en dit is de eerste keer dat de THz-dubbelbreking van de menselijke huid in vivo is gemeten. Deze eigenschappen kunnen waardevolle informatie opleveren over hoeveel water er in de huid zit en maken het mogelijk om de huiddikte te berekenen.

Professor Emma Pickwell-MacPherson, van het Department of Physics aan de University of Warwick en het Department of Electronic Engineering aan de CUHK, zei:"We wilden laten zien dat we in-vivo ellipsometriemetingen in de menselijke huid konden doen en de eigenschappen van de huid nauwkeurig konden berekenen. In gewone terahertz-reflectiebeeldvorming, je hebt dikte en brekingsindex gecombineerd als één parameter. Door metingen onder meerdere hoeken uit te voeren, kunt u de twee scheiden.

"Een gehydrateerde huid zal een andere brekingsindex hebben dan een vochtarme huid. Voor mensen met huidaandoeningen, we zullen de hydratatie van hun huid kwantitatief kunnen onderzoeken, meer dan bestaande technieken. Als u huidverzorgingsproducten probeert te verbeteren voor mensen met aandoeningen zoals eczeem of psoriasis, we zouden mogelijk in staat zijn om kwantitatieve beoordelingen te maken van hoe de huid verbetert met verschillende producten of om huidtypes te onderscheiden.

"Voor huidkankerpatiënten, u kunt ook THz-beeldvorming gebruiken om de huid te onderzoeken voordat de operatie wordt gestart, om een ​​beter idee te krijgen van hoe ver een tumor zich heeft verspreid. Huidkanker tast de eigenschappen van de huid aan en sommige daarvan zijn onzichtbaar omdat ze zich onder de oppervlakte bevinden."

Dr. Xuequan Chen, de eerste auteur van de studie en postdoctoraal fellow van de afdeling Electronic Engineering aan de CUHK, zei:"Het is bekend dat T-stralen gevoelig zijn voor het hydratatieniveau van de huid. we wijzen erop dat de celstructuur van het stratum corneum ook reageert op de terahertz-reflecties. Onze techniek maakt het mogelijk om deze structuureigenschap gevoelig te onderzoeken, die uitgebreide informatie over de huid biedt en zeer nuttig is voor huiddiagnose."

Om hun methode te testen, de onderzoekers lieten vrijwilligers hun arm 30 minuten op het beeldvenster van hun T-ray-apparatuur plaatsen, na acclimatisatie aan de omgevingstemperatuur en droogte van het laboratorium. Door hun huid tegen het oppervlak van het beeldvenster te houden, ze blokkeerden het water dat als transpiratie uit hun huid kon ontsnappen, een proces dat occlusie wordt genoemd.

Vervolgens deden de onderzoekers gedurende een half uur om de twee minuten vier metingen haaks op elkaar, zodat ze het effect van occlusie in de loop van de tijd konden volgen. Omdat T-stralen bijzonder gevoelig zijn voor water, ze konden een merkbaar verschil zien doordat water zich ophoopte in de huid, wat suggereert dat de methode zou kunnen aantonen hoe effectief een product is om de huid gehydrateerd te houden, bijvoorbeeld.

Verder onderzoek zal kijken naar het verbeteren van de instrumentatie van het proces en hoe het kan werken als een praktisch hulpmiddel.

Professor Pickwell-MacPherson zei:"We hebben niets dat echt nauwkeurig is voor het meten van de huid dat clinici kunnen gebruiken. Dermatologen hebben betere kwantitatieve hulpmiddelen nodig om te gebruiken, en gemakkelijk te gebruiken.

"Als dit goed werkt, zou je naar een kliniek kunnen gaan, leg je arm op een scanner, uw occlusiecurve zou worden uitgezet en een geschikt product voor uw huid zou kunnen worden aanbevolen. We zouden medicijnen op maat kunnen krijgen en producten kunnen ontwikkelen voor verschillende huidreacties. Het zou heel goed kunnen passen in de huidige focus op geneeskunde op maat."