izmertechИзмерительная техникаIzmeritel`naya Tekhnika0368-10252949-5237ФГУП "ВНИИФТРИ"izmertech-667Research ArticleМЕДИЦИНСКИЕ И БИОЛОГИЧЕСКИЕ ИЗМЕРЕНИЯMEDICAL AND BIOLOGICAL MEASUREMENTSМетод определения концентраций пигментов кожи по ее мультиспектральным изображениямЛысенкоС. А.lisenko@bsu.byКугейкоМ. М.kugeiko@bsu.byБелорусский государственный университетRussian Federation201307022023066772Copyright © Лысенко С.А., Кугейко М.М., 20232023Лысенко С.А., Кугейко М.М.Лысенко С.А., Кугейко М.М.Данная работа распространяется под лицензией Creative Commons Attribution 4.0.This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.https://www.izmt.ru/jour/article/view/667

Разработан метод оперативного получения двухмерных распределений концентраций меланина, окси- и деоксигемоглобина в тканях кожного покрова по снимкам в спектральных участках с центральными длинами волн 460, 522, 560, 580, 610, 740 нм. Метод основан на множественных регрессиях между спектральными яркостями пикселов изображения и определяемыми параметрами кожи, установленными на основе модели переноса излучения в ней при широкой вариации параметров. Показано, что при наличии априорной информации о рассеивающих свойствах кожи возможно определение концентраций меланина и гемоглобина по ее снимкам цветной ПЗС-камерой.

A method is developed to rapid acquisition of two-dimensional distributions of melanin, oxy-and deoxyhemoglobin’s concentrations in the skin from the images of skin at spectral channels with the central wavelengths of 460, 522, 560, 580, 610 and 740 nm. The method is based on multiple regressions between the spectral brightness of image pixels and the parameters of the skin are required. The regressions are established on the basis of radiative transfer model of skin under a wide variation of its parameters. It is shown that with a priori information about the scattering properties of the skin it is possible to retrieve the concentration of melanin and hemoglobin from the images of skin, captured by color CCD camera.

кожаконцентрации пигментовмультиспектральные изображениямножественные регрессииskinconcentrations of pigmentsmultispectral imagesmultiple regressionsReferencesHarvey A. R. e. a. Technology options for imaging spectrometry // Proc. SPIE Imag. Spectrometry VI. 2000. V. 4132. P. 13–24.Harvey A. R. e. a. Technology options for imaging spectrometry // Proc. SPIE Imag. Spectrometry VI. 2000. V. 4132. P. 13–24.Gat N. Imaging spectroscopy using tunable filters: a review // Proc. SPIE Wavelet Appl. VII. 2000. V. 4056. N 1. P. 50–64.Gat N. Imaging spectroscopy using tunable filters: a review // Proc. SPIE Wavelet Appl. VII. 2000. V. 4056. N 1. P. 50–64.Pham T. H. e. a. Quantifying the absorption and reduced scattering coefficients of tissuelike turbid media over a broad spectral range with noncontact fourier-transform hyperspectral imaging // Appl. Opt. 2000. V. 39. N 34. P. 6487–6497.Pham T. H. e. a. Quantifying the absorption and reduced scattering coefficients of tissuelike turbid media over a broad spectral range with noncontact fourier-transform hyperspectral imaging // Appl. Opt. 2000. V. 39. N 34. P. 6487–6497.Claridge E. e. a. Quantifying mucosal blood volume fraction from multispectral images of the colon // Medical Imaging 2007: Physiology, Function, and Structure from Medical Images, SPIE Proc. 2007. V. 6511. P. 65110C.Claridge E. e. a. Quantifying mucosal blood volume fraction from multispectral images of the colon // Medical Imaging 2007: Physiology, Function, and Structure from Medical Images, SPIE Proc. 2007. V. 6511. P. 65110C.Matts P. J., Cotton S. D. Spectrophotometric Intracutaneous Analysis (SIAscopy) / 3rd Edition Handbook of Cosmetic Science and Technology / Ed. Paye M., Barel A. N., Maibach H. I. N. Y.: Informa Healthcare USA, Inc. 2008. P. 275–283.Matts P. J., Cotton S. D. Spectrophotometric Intracutaneous Analysis (SIAscopy) / 3rd Edition Handbook of Cosmetic Science and Technology / Ed. Paye M., Barel A. N., Maibach H. I. N. Y.: Informa Healthcare USA, Inc. 2008. P. 275–283.Jacques S. L. An update on photodynamic therapy applications // J. Innovative Opt. Health Sci. 2009. V. 2. N 2. P. 123–129.Jacques S. L. An update on photodynamic therapy applications // J. Innovative Opt. Health Sci. 2009. V. 2. N 2. P. 123–129.Bersha K. S. Spectral imaging and analysis of human skin. Master Thesis Report. Joensuu, Finland: University of Eastern Finland, 2010.Bersha K. S. Spectral imaging and analysis of human skin. Master Thesis Report. Joensuu, Finland: University of Eastern Finland, 2010.Tseng T. Y., Lai P. J., Sung K. B. High-throughput detection of immobilized plasmonic nanoparticles by a hyperspectral imaging system based on Fourier transform spectrometry // Opt. Express. 2011. V. 19. N 2. P. 1291–1300.Tseng T. Y., Lai P. J., Sung K. B. High-throughput detection of immobilized plasmonic nanoparticles by a hyperspectral imaging system based on Fourier transform spectrometry // Opt. Express. 2011. V. 19. N 2. P. 1291–1300.Martinkauppi B. Face color under varying illumination-analysis and applications. PhD Dissertation. University of Oulu, 2002.Martinkauppi B. Face color under varying illumination-analysis and applications. PhD Dissertation. University of Oulu, 2002.Daisuke N., Norimichi T., Yoichi M. Real-time multi-spectral image processing for mapping pigmentation in human skin // Med. Imaging Technol. 2002. V. 20. N 2. P. 123–133.Daisuke N., Norimichi T., Yoichi M. Real-time multi-spectral image processing for mapping pigmentation in human skin // Med. Imaging Technol. 2002. V. 20. N 2. P. 123–133.Pat. WO/2011/103576 IPC: G06T 7/00 (2006.01). Reflectance imaging and analysis for evaluating tissue pigmentation / Patwardhan S. V.Pat. WO/2011/103576 IPC: G06T 7/00 (2006.01). Reflectance imaging and analysis for evaluating tissue pigmentation / Patwardhan S. V.Лысенко С. А., Кугейко М. М. Метод оперативной количественной интерпретации спектра отражения биологической ткани // Электроника-инфо. 2012. № 2. С. 109–112.Лысенко С. А., Кугейко М. М. Метод оперативной количественной интерпретации спектра отражения биологической ткани // Электроника-инфо. 2012. № 2. С. 109–112.Лысенко С. А., Кугейко М. М. Метод оперативной количественной интерпретации спектрально-пространственных профилей диффузного отражения биологических тканей // Оптика и спектроскопия. 2013. Т. 114. № 2. С. 105–114.Лысенко С. А., Кугейко М. М. Метод оперативной количественной интерпретации спектрально-пространственных профилей диффузного отражения биологических тканей // Оптика и спектроскопия. 2013. Т. 114. № 2. С. 105–114.Wang L., Jacques S. L., Zheng L. Monte Carlo modeling of photon transport in multi-layered tissues // Computers Methods and Programs in Biomedicine. 1995. N 47. P. 131–146.Wang L., Jacques S. L., Zheng L. Monte Carlo modeling of photon transport in multi-layered tissues // Computers Methods and Programs in Biomedicine. 1995. N 47. P. 131–146.Пушкарева А. Е. Методы математического моделирования в оптике биоткани. СПб: СПбГУ ИТМО, 2008.Пушкарева А. Е. Методы математического моделирования в оптике биоткани. СПб: СПбГУ ИТМО, 2008.Egan W.G., Hilgerman T.W., Reichman J. Determination of Absorption and Scattering Coefficients for Nonhomogeneous Media. 2: Experiment // Appl. Opt. 1973. V. 12. N 8. P. 1816–1823.Egan W.G., Hilgerman T.W., Reichman J. Determination of Absorption and Scattering Coefficients for Nonhomogeneous Media. 2: Experiment // Appl. Opt. 1973. V. 12. N 8. P. 1816–1823.Иванов А. П. Оптика рассеивающих сред. Минск: Наука и техника, 1969.Иванов А. П. Оптика рассеивающих сред. Минск: Наука и техника, 1969.Saidi I. Transcutaneous Optical Measurement of Hyperbilirubinemia in Neonates. PhD thesis. Houston, USA: Rice University, 1992.Saidi I. Transcutaneous Optical Measurement of Hyperbilirubinemia in Neonates. PhD thesis. Houston, USA: Rice University, 1992.Jacques S. L. Skin optics, Oregon Medical Laser Center Monthly News [Электрон. ресурс]. http://omlc.ogi.edu/news/jan98/skinoptics.html (дата обращения 18.06.2012 г.).Jacques S. L. Skin optics, Oregon Medical Laser Center Monthly News [Электрон. ресурс]. http://omlc.ogi.edu/news/jan98/skinoptics.html (дата обращения 18.06.2012 г.).Simpson R. e. a. Near-Infrared Optical Properties of Ex Vivo Human Skin and Subcutaneos Tissues Measured Using the Monte Carlo Inversion Technique // Phys. Med. Biol. 1998. V. 43. P. 2465–2478.Simpson R. e. a. Near-Infrared Optical Properties of Ex Vivo Human Skin and Subcutaneos Tissues Measured Using the Monte Carlo Inversion Technique // Phys. Med. Biol. 1998. V. 43. P. 2465–2478.Salomatina E. e. a. Optical properties of normal and cancerous human skin in the visible and near-infrared spectral range // J. Biomed. Opt. 2006. V. 11. N 6. P. 064026-1–9.Salomatina E. e. a. Optical properties of normal and cancerous human skin in the visible and near-infrared spectral range // J. Biomed. Opt. 2006. V. 11. N 6. P. 064026-1–9.

The authors declare that there are no conflicts of interest present.