En ny metod för att analysera hudens struktur med hjälp av en typ av strålning som kallas T-strålar kan hjälpa till att förbättra diagnosen och behandlingen av hudåkommor som eksem, psoriasis och hudcancer.

Forskare från University of Warwick och The Chinese University of Hong Kong (CUHK) har visat att man använder en metod som innebär att man analyserar T-strålar som avfyras från flera olika vinklar, de kan bygga en mer detaljerad bild av strukturen av ett hudområde och hur återfuktat det är än vad nuvarande metoder tillåter.

Deras metod rapporteras i Advanced Photonics Research och kan ge ett nytt verktyg för forskare och kliniker för att karakterisera hudens egenskaper hos individer, för att hjälpa till att hantera och behandla hudåkommor.

Terahertz (THz) strålning, eller T-strålar, sitta mellan infraröd och WiFi på det elektromagnetiska spektrumet. T-strålar kan se igenom många vanliga material som plast, keramik och kläder, vilket gör dem potentiellt användbara vid icke-invasiva inspektioner. T-strålningens lågenergifotoner är också icke-joniserande, vilket gör dem mycket säkra i biologiska miljöer inklusive säkerhet och medicinsk screening.

Endast T-strålar som passerar genom de yttre hudlagren (stratum corneum och epidermis) innan de reflekteras tillbaka kan upptäckas, eftersom de som reser djupare dämpas för mycket. Detta gör T-ray imaging till ett potentiellt effektivt sätt att övervaka dessa yttersta lager. För att testa detta, terahertz-ljus fokuseras på huden via ett prisma, för att rikta in strålen i ett speciellt fokalplan. Beroende på hudens egenskaper, att ljuset kommer att reflekteras tillbaka något annorlunda. Forskare kan sedan jämföra ljusets egenskaper före och efter att det kommer in i huden.

Det finns dock begränsningar i standard THz-reflektionsspektroskopi, och för att övervinna dessa använde forskarna bakom denna nya forskning istället ellipsometri, vilket innebär att T-strålar fokuseras i flera vinklar på samma hudområde.

De visade framgångsrikt att med hjälp av ellipsometri kunde de exakt beräkna hudens brytningsindex (som bestämmer hur snabbt strålen färdas genom den) mätt i två riktningar i rät vinkel mot varandra. Skillnaden mellan dessa brytningsindex kallas dubbelbrytning - och detta är första gången som THz-dubbelbrytningen av mänsklig hud har mätts in vivo. Dessa egenskaper kan ge värdefull information om hur mycket vatten som finns i huden och göra det möjligt att beräkna hudtjockleken.

Professor Emma Pickwell-MacPherson, från Institutionen för fysik vid University of Warwick och Institutionen för elektronikteknik vid CUHK, sa:"Vi ville visa att vi kunde göra in vivo ellipsometrimätningar i mänsklig hud och beräkna egenskaperna hos huden noggrant. I vanlig terahertz-reflektionsavbildning, du har tjocklek och brytningsindex kombinerade som en parameter. Genom att ta mätningar i flera vinklar kan du skilja de två.

"Hydrerad hud kommer att ha ett annat brytningsindex än uttorkad hud. För personer med hudsjukdomar, vi kommer att kunna undersöka återfuktningen av deras hud kvantitativt, mer än befintliga tekniker. Om du försöker förbättra hudvårdsprodukter för personer med tillstånd som eksem eller psoriasis, vi skulle potentiellt kunna göra kvantitativa bedömningar av hur huden förbättras med olika produkter eller att särskilja hudtyper.

"För hudcancerpatienter, du kan också använda THz-avbildning för att sondera huden innan operationen påbörjas, för att få en bättre uppfattning om hur långt en tumör har spridit sig. Hudcancer påverkar hudens egenskaper och vissa av dem är osynliga när de är under ytan."

Dr Xuequan Chen, studiens första författare och postdoktor vid Institutionen för elektronisk teknik vid CUHK, sade:"T-strålar har varit kända för att vara känsliga för hudens hydratiseringsnivå. Men vi påpekar att den cellulära strukturen i stratum corneum också reagerar på terahertzreflektionerna. Vår teknik gör att denna strukturegenskap kan undersökas känsligt, som ger omfattande information om huden och är mycket användbar för huddiagnostik."

För att testa deras metod, forskarna lät frivilliga placera sin arm på bildfönstret på sin t-stråleutrustning i 30 minuter, efter att ha acklimatiserat sig till omgivningstemperaturen och torrheten i laboratoriet. Genom att hålla deras hud mot ytan av bildfönstret, de blockerade vatten från att fly från deras hud som svett, en process som kallas ocklusion.

Forskarna gjorde sedan fyra mätningar i rät vinkel mot varandra varannan minut under en halvtimme, så att de kunde övervaka effekten av ocklusion över tid. Eftersom T-strålar är särskilt känsliga för vatten, de kunde se en märkbar skillnad när vatten samlades i huden, föreslår att metoden kan visa hur effektiv en produkt är för att hålla huden återfuktad, till exempel.

Ytterligare forskning kommer att titta på att förbättra instrumenteringen av processen och hur den kan fungera som en praktisk enhet.

Professor Pickwell-MacPherson sa:"Vi har inget som är riktigt exakt för att mäta hud som läkare kan använda. Hudläkare behöver bättre kvantitativa verktyg att använda, och lätt att använda.

"Om det här fungerar bra kan du gå in på en klinik, lägg armen på en skanner, din ocklusionskurva skulle plottas och en lämplig produkt för din hud kan rekommenderas. Vi skulle kunna få mer skräddarsydd medicin och utveckla produkter för olika hudsvar. Det skulle verkligen kunna passa in i dagens fokus på skräddarsydd medicin."