使用紫外线摄影评估防晒:描述性研究

简介

背景

反射紫外线摄影提供了一种评估防晒霜应用的独特方法。使用紫外线透射滤光片的相机允许紫外线通过，但吸收或阻挡可见光和红外光。用紫外线灯或阳光照射受试者，然后拍一张照片，然后突出涂了防晒霜的区域。涂抹防晒霜后进行紫外线摄影是一种客观测量防晒霜在皮肤上可见度的潜在方法[1］．普拉特等[2的研究表明，紫外线摄影可以发现在涂抹防晒霜时经常遗漏的面部区域，参与者会遗漏眼睑和眼睛周围的眦内侧区域。对正常眼睑的分子分析也显示，超过四分之一的细胞携带突变，在紫外线照射下表现出特征特征[3.］．眉和眼睑也被报道为局部破坏性基底细胞癌和皮肤癌的高危解剖部位[4］．

据估计，在澳大利亚，皮肤癌的确诊病例比所有其他癌症的总和还要多，每年的治疗费用超过8亿澳元(6.22亿美元)[5-7］．阳光或紫外线辐射是皮肤癌的主要危险因素，在澳大利亚北部的昆士兰州，晒伤仍然非常普遍，在过去的12个月里，有49%的成年人和45%的儿童被晒伤。8］．在过去12个月被晒伤的儿童中，69%最近是在水上活动中被晒伤[8］．这些发现令人担忧，并强调了在参加水上活动时充分涂抹防晒霜和重新涂抹防晒霜的重要性。定期涂抹防晒霜已被证明可降低鳞状细胞癌和黑素瘤的发病率[9，10]，并在体内阻挡紫外线辐射对皮肤细胞的有害分子效应[11］．

据报道，使用防晒霜的障碍包括对防晒霜美学和触觉特性的担忧，包括粘稠或油腻的质地，感觉热或出汗，认为防晒霜会导致痤疮或皮肤刺激，以及不喜欢防晒霜的外观[12］．许多化妆品是二级防晒产品，具有防晒系数(SPF)，提供方便，改善质地和外观。在澳大利亚，行业认可的SPF标准测试初级防晒产品和二级防晒产品，这些产品的涂抹厚度为2毫克/厘米²防晒系数从0到50+。为了使SPF产品有效，需要使用足量的产品，并以适当的频率重复使用。有两种类型的防晒配方:(1)物理过滤器，如二氧化钛或氧化锌，它们通过散射皮肤表面的阳光起作用;(2)化学过滤器，将来自太阳的能量转化为分子构象变化[13］．物理过滤器不能被紫外线摄影检测到，只有使用化学过滤器的乳液才能被观察到。此外，一些化妆品是着色的，在其配方中同时含有化学和物理过滤器。这些产品中的物理过滤器可能会限制其可视化的能力。着色SPF化妆品含有暂时的颜色或色素沉着，包括粉底、口红和眼影等产品。

目标

这项研究的目的是比较紫外线摄影相机，并评估这些设备是否可以用作充分覆盖一系列常用的防晒乳液的可视化工具，包括防晒霜、保湿霜和化妆品。

方法

本研究分为3部分进行:第一阶段是实验室测试，包括测试不同的紫外线相机和SPF产品覆盖范围;第二阶段是确定紫外线摄影能否将个人自行使用的一系列防晒产品可视化;第三阶段是开发一个紫外线网络摄像头，并在公共海滩环境中对该设备进行实地测试。

第一阶段:紫外线相机的实验室测试

市面上的紫外线相机是按照购买协议购买的，包括在互联网上搜索“紫外线相机”、“防晒霜探测器”和“防晒霜相机”。一共确认并购买了3台设备，准备运往澳大利亚。两款设备的摄像头，Sunscreenr (Vocelight LLC)和Nurugo SPF (Nurugo)，连接到Android智能手机，并与应用程序结合使用。第三款设备使用数码单反相机(型号D5300，尼康)，配备了巴德尔维纳斯滤镜(型号巴德尔天文仪u -滤镜2”，Ultraviolet, ZWL 350 nm)。

参加者须年满18岁，并可就读大学校园，方可参加。过敏或对防晒霜敏感的参与者被排除在外。第一阶段的样本量计算基于行业认可的防晒标准(AS/NZS 2604:2012)的建议，该标准规定了评估每种防晒产品的最低样本量为10人。参与者是通过大学的电子邮件和社交媒体帖子招募的。参与者完成了一项人口统计调查，并使用异丙醇湿巾和纸巾从脸上和手臂上取下任何护肤品或化妆品。在使用任何乳液之前，使用单反紫外线相机和普通摄影捕捉治疗部位(涂抹SPF乳液的面部和前臂)的图像。这是为了确保在治疗前皮肤上没有SPF乳液。研究人员在参与者的面部和前臂上使用塑料切割矩形(4×2.5 cm)标记治疗区域。每种SPF乳液被随机分配到一个治疗部位，并以2、1和0.4 mg/cm的浓度涂抹²(图S1多媒体附件1)．使用的SPF乳液包括(1)SPF 50+的防晒霜(癌症委员会Ultra;有效成分:同水酸盐100 mg/g，水杨酸辛酯50 mg/g，甲氧基二苯甲酰甲烷丁酯30 mg/g，八烯80 mg/g)，(2)保湿霜二级防晒SPF 50+ (SunSense moisturizer;有效成分:bemotriinol 2%，亚甲基双苯并三唑四甲基丁基苯酚2.5%，水杨酸辛酯5.0%)，以及(3)SPF 15+的保湿二级防晒霜(露得清保湿霜;有效成分:甲氧基二苯甲酰甲烷丁酯、甲氧基肉桂酸乙基己基、水杨酸乙基己基、苯并咪唑磺酸)。只使用了带有化学防晒过滤器的SPF级乳液产品，因为氧化锌和二氧化钛无法用紫外线摄影观察到。使用购买的3台UV相机在SPF产品使用后立即(基线时间点)和使用后20分钟(后续时间点)拍摄图像。在每个时间点都拍摄了参与者的面部(正面、左侧和右侧)以及两个前臂的UV图像。

图像分析使用图像J(美国国立卫生研究院)[14]，使用处理区域(4×2.5 cm)分配刻度到像素的测量，使用矩形工具定义感兴趣的区域。设置图像阈值，将深色像素(存在SPF乳液)的面积百分比与浅色像素(不存在SPF乳液)的面积百分比进行比较，计算覆盖百分比。

阶段2:使用一系列防晒产品测试紫外线摄影

2a部分:观察性研究

进行了一项观察性研究，以评估室内工人防晒产品的应用情况。为了符合资格，参与者必须年满18岁，目前在室内工作，经常在脸上使用具有SPF值的产品，并且可以在同一天上午和下午访问研究人员参加拍照活动。参与者是通过电子邮件、社交媒体和昆士兰科技大学工作场所健康和安全项目招募的。参与者提供同意书，完成一份基线问卷，并被要求在参加研究访问之前以通常的方式将自己的SPF产品涂抹在脸上。为了评估覆盖率是否随着时间的推移而保持不变，参与者在上午和下午进行了成像，时间点之间至少有4个小时的间隔。在每个时间点，总共拍摄了3张参与者面部的UV图像(正面、左侧和右侧)。使用白色背景和标准照明在室内拍摄图像，参与者坐在凳子上，与相机保持一定距离，并使用人工紫外线光源(Nurugo)进行紫外线照明。下午，研究人员向参与者展示了他们的紫外线图像，并对他们进行了面对面的采访。在采访中，参与者被问及他们对紫外线摄影图像的满意程度。访谈问题列于表S1多媒体附件1．

为了评估上午和下午照片的覆盖差异，开发了一种自动图像分析方法，以客观地检测、分割和量化紫外线图像中没有被SPF乳液充分覆盖的面部区域。使用Volocity 3D图像分析软件(PerkinElmer)。使用ID贴纸(19×24 mm)为每张图像分配缩放到像素的测量，施加感兴趣区域工具，并使用查找对象工具查找深色像素(存在SPF乳液)的面积百分比，并将其与浅色像素(不存在SPF乳液)的面积百分比进行比较。分割的区域包括鼻子、脸颊、前额和内眦区域，然后将其评分为“是，保护充分”或“否，保护不充分”。

第2b部分:测试着色防晒乳液

在观察性研究中，参与者使用的许多SPF乳液都是有色产品，将彩色基底与SPF保护相结合。研究人员购买了观察性研究参与者常用的有色防晒产品，以便在1名志愿者中进行进一步的实验室测试。使用的5款产品包括:(1)Fit Me SPF 18粉底液(美宝莲；有效成分:桂皮酸7%)、(2)持久光彩SPF 28粉底液(竞争对手；有效成分:桂皮酸盐)， (3) SkinActive美容膏(BB) SPF 15 (加尼叶；有效成分:桂皮酸盐)， (4) BB霜SPF 15 (玉兰油；有效成分:辛酸酯而且长效)，以及(5)SPF 50+的SkinActive BB霜(La Roche-Posay；有效成分:同水酸盐6.0% w/w，水杨酸辛酯5.0% w/w，丁基甲氧基二苯甲酰甲烷5.0% w/w，八氯丙烯5.0% w/w，乙基己基三氮酮4.0% w/w, bemotrizinol 3.0% w/w, drometrizole三硅氧烷3.0% w/w，艾卡舒0.99% w/w，而且二氧化钛0.83% w/w)．志愿者提供知情同意，完成人口统计调查，并被要求访问大学的研究人员。在研究访问中，志愿者被要求使用异丙醇湿巾去除任何护肤或化妆产品，然后使用自来水和纸巾冲洗该区域。在使用前，从治疗部位拍摄UV图像和正常摄影图像，以确保皮肤上没有乳液残留。参与者和研究人员对乳液的品牌和SPF强度一无所知。将乳液涂抹在参与者的前臂上，以2、1、0.4和0.2 mg/cm的浓度对5种产品进行比较²每个浓度为4×2.5厘米的皮肤面积。着色防晒产品4和5以较低的浓度在面部进行了进一步评估，分别为1和0.6_，0.4和0.2毫克/厘米²．数据收集包括应用后立即使用单反紫外线相机和普通相机(尼康)拍摄的图像。

该研究的第一和第二阶段已获得昆士兰科技大学人类研究伦理委员会(编号1800001263)的批准，并有望在澳大利亚和新西兰临床试验注册(ACTRN12619000975190;ACTRN12619000145101)。2期观察性研究的样本量计算基于Lancaster等人的建议[15该方法被广泛应用于可行性测试研究。

阶段3:UV网络摄像头的开发、安全性和现场测试

发展

开发了一种用于公共活动的大屏幕UV网络摄像头，可以通过非接触式操作供公众使用。UV网络摄像头使用一个UV透射滤光片(Edmund Optics)和一个M12镜头(ArduCam)，连接到一个印刷电路板，用于处理电子产品，并安装在一个带有365纳米UV发光二极管光源的塑料模塑内。使用高清多媒体接口输出电缆显示图像，并通过定制数据采集系统连接市售压力传感器垫(Radio Parts Pty Ltd)，通过USB连接实时报告压力敏感开关信息。压力传感器垫允许使用数据收集和存储在microSD卡本地的数据。UV网络摄像头采用非接触式操作，用户只需站在垫子上，图像就会显示在屏幕上。UV网络摄像头被设计成可以插入任何带有高清多媒体接口连接点的显示器或显示屏，并使用即插即用的方式显示图像，而不需要任何软件或互联网连接。

观察测试

为了检查UV网络摄像头是否正确连接并记录压力传感器垫的使用数据，在澳大利亚布里斯班(大约纬度27°S, 153°E)进行了观测测试。共有2名志愿者(体重分别为90公斤和60公斤)站在压力传感器垫上，使用UV相机10次，然后将该设备收集的时间戳数据与观测数据进行比较。

安全测试

使用手持红外体温计(ThermaTwin TN410LCE红外体温计)记录连续工作2小时和4小时后的UV网络摄像头设备的温度。紫外线光源发出的紫外线辐射是用装有数码感应器(Solar light Co，型号PMA2100)的紫外线强度计(Solar light Co，型号PMA2101)测量的。传感器的探测器头被放置在一个距离，人的脸将放置在使用过程中。

实地试验

2020年11月21日至27日，澳大利亚春季进行了一项实地研究。UV网络摄像头部署在澳大利亚昆士兰的Surfers Paradise海滩(大约28.0°S, 153.4°E)。紫外线网络摄像头被放置在海滩入口附近的空地上的一个高流量区域，供公众访问。紫外线摄像头从一天开始一直部署到白天结束，紫外线摄像头旁边通过非接触式自动分发系统(危险的太阳照射)提供免费的防晒系数50+的化学防晒霜。最终用户可以使用UV网络摄像头旁边提供的联系电子邮件和电话号码提供可选的反馈。UV网络摄像头的部署是为了评估功能，而不是人类研究;因此，我们从昆士兰科技大学人类研究伦理委员会获得了本阶段研究的机构伦理审查委员会的豁免。

在实地研究期间收集了天气测量数据。温度数据以摄氏度为单位记录了每日的最低和最高温度，以及每天上午9点和下午3点的观测数据。气温资料由香港气象局气象站(编号:: 040764;黄金海岸航道，南纬28°，东经153°)。紫外线辐射数据由澳大利亚辐射防护和核安全局探测器(黄金海岸，北纬28°S, 153°E)捕获，标准红斑剂量(SED)由上午10点和中午记录的每日摘要和每小时观测数据计算。

结果

第一阶段:紫外线相机的实验室测试

共有10名参与者注册并完成了实验室测试阶段。参与者大多为女性(8/ 10,80%)，70%(7/10)的参与者皮肤非常白皙或白皙(表S2)多媒体附件1)．当SPF乳液的浓度分别为2和1毫克/厘米时，所有3台紫外线摄像机都能捕捉到明确的区域²．图1图中显示了参与者脸上涂抹了SPF乳液的区域，深色区域表示存在SPF乳液。

数码单反UV相机拍摄的图像质量是购买的3台UV相机中最高的，图像大小为6000×4000像素，分辨率为300 dpi(点/英寸)。Sunscreenr相机捕获的图像大小为1716×1290像素(72 dpi)， Nurugo SPF相机捕获的图像大小为480×640像素(72 dpi)。Nurugo SPF和Sunscreenr相机收集的图像质量都足够观察者在智能手机的小屏幕上查看图像。

在10名志愿者中，还使用3种含spf的乳液(浓度分别为2,1和0.4 mg/cm)测试了紫外线相机设备的灵敏度²(图S2多媒体附件1)．当SPF产品的浓度很高时(2和1毫克/厘米)，UV相机设备之间有完美的一致性(100%)²；表1)．较低0.4 mg/cm²应用的厚度较少，但紫外线相机设备之间仍有很强的一致性(表1)．

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阶段2:使用一系列防晒产品测试紫外线摄影

2a部分:观察性研究

共有39名参与者注册并完成了上午的拍照环节，2名参与者没有回来拍摄下午的照片。此外，2名参与者使用了只含有物理活性成分的产品，并被排除在进一步分析之外(图S3)多媒体附件1)．总的来说，有35名参与者被纳入分析。

参与者大多为女性(34/ 35,97%)，63%(22/35)的参与者皮肤非常白皙或白皙(表S2)多媒体附件1)．超过一半的参与者使用了1种含spf的产品(20/ 35,57%)，34%(12/35)的参与者使用了2种产品，9%(3/35)的参与者使用了3种或更多产品。使用最多的产品类型是面部保湿霜(22/ 55,40%)，其次是液体粉底(17/ 55,31%)、防晒霜(11/ 55,20%)、唇膏/口红(3/ 55,5%)和粉底(2/ 55,4%)。在参与者使用的55种面部产品中，25%(14/55)是SPF 50+， 53%(29/55)是SPF 15+， 4%(2/55)低于SPF 15, 18%(10/55)没有SPF等级。总共有66%(23/35)的参与者使用了一种或多种着色的产品，这些产品含有化学紫外线过滤器以及不同数量的二氧化钛或氧化锌。

受访者表示对紫外线摄影图像非常满意，83%(29/35)的受访者未来可能会使用紫外线摄影来帮助指导SPF产品的使用，而80%(28/35)的受访者会与朋友或家人分享他们的紫外线图像(表S2)多媒体附件1)．

参与者在早上拍摄的照片显示，他们的鼻子被防晒产品很好地覆盖了(32/ 35,91%)，80%(28/35)的参与者捂住了脸颊，71%(25/35)的参与者捂住了前额。到了下午，防晒产品的覆盖范围有所下降，只有74%(26/35)的参与者的鼻子仍有良好的覆盖，63%(22/35)的脸颊有保护，51%(18/35)的前额有保护。平均来说，上午和下午的照片间隔4小时37分钟。常见的漏检区域包括内眦区域(横跨眼睛)，上午有37%(13/35)的参与者漏检，而到了下午，69%(24/35)的参与者在该区域没有防晒措施(图S4)多媒体附件1)．

第2b部分:测试着色防晒乳液

5种着色产品的覆盖水平差异很大，与SPF等级无关(图S5)多媒体附件1)．总体而言，5种着色SPF产品中有3种在紫外线摄影中几乎看不见或看不见。对产品成分表的回顾显示，所有5种测试产品都列出了化学紫外线过滤器以及不同数量的二氧化钛或氧化锌。紫外摄影被证明不适合3种着色产品，因为物理阻挡剂二氧化钛或氧化锌可能影响了捕捉紫外图像的能力。然而，使用紫外线摄影即使在低浓度下也可以看到2种着色防晒产品。spf50 +的产品的覆盖水平仍然很高，即使在0.2 mg/cm的剂量下，也会在治疗部位产生黑暗区域²（图2)．尽管spf15的产品在1毫克/厘米的浓度下有足够的覆盖率²，在较低的0.6、0.4和0.2 mg/cm时，UV的吸收降低²网站(图2)．

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阶段3:UV网络摄像头的开发、安全性和现场测试

发展

紫外线网络摄影机的原型是为了提供个人化的意见，以改善防晒的应用(图3)．

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观察测试

UV网络摄像头能够通过压敏垫跟踪使用情况。测试表明，与观察到的使用情况和设备记录的使用情况完全一致，κ值为1.0,95% CI范围为1.0-1.0 (表2)．

安全测试

原型装置只发射UV-A辐射，需要在澳大利亚布里斯班持续暴露超过7小时，相当于中午15分钟的阳光。在观察性测试和现场测试期间，没有报告或使用UV网络摄像头观察到眼睛或皮肤刺激。连续工作2和4小时后，UV网络摄像头设备的温度分别为37.1°C和37.7°C。

实地试验

UV网络摄像头每天记录数据，在海滩位置部署期间使用了233次(图S6)多媒体附件1)．紫外线辐射暴露水平一直很高，在现场测试期间每天都需要防晒，每日的sed值从56 sed值到70 sed值不等(表S3和图S7)多媒体附件1)．在实地测试期间，每天有超过5小时的紫外线指数在3以上，并且没有记录到白天降雨(表S3)多媒体附件1)．在现场测试期间，平均日最高温度为27.6°C(范围18.9-30)(表S3)多媒体附件1)．

在部署UV网络摄像头的7天内，没有用户投诉、不良事件或担忧。通过USB连接，UV网络摄像头有足够的电源工作，显示器需要240伏的电源。

讨论

主要研究结果

我们的研究调查了紫外线摄影作为阳光安全教育方法的使用。总共测试了3个紫外线相机系统，所有设备都确定了防晒系数15到50+的化学防晒霜、保湿霜和化妆品的应用范围。紫外相机设备的灵敏度被证明是足够的，含有spf的产品应用浓度为2和1毫克/厘米²清晰可见和含spf的产品，应用浓度为0.4毫克/厘米²覆盖面较低。这项研究表明，参与者参与了紫外线摄影的个性化反馈方法，海滩游客使用了连接到大型监视器的紫外线网络摄像头。然而，我们发现5种着色SPF产品中有3种使用紫外线摄影是不可见的，因为二氧化钛和氧化锌的含量不同，这限制了紫外线摄影的灵敏度。我们建议使用紫外线摄影的半透明防晒乳液，包括化学防晒霜和保湿霜，并发现紫外线摄影是不太可靠的着色产品。

防晒霜和含spf的保湿霜或化妆品通常用于防晒。在澳大利亚，一项对4万多名受访者进行的队列研究发现，40%的人经常在脸上使用防晒系数高的防晒霜或化妆品[16］．度假海滩上的年轻人每天使用防晒霜的比例很高(166/ 188,88.3%)，大多数报告被晒伤的参与者也报告涂抹了防晒霜[17］．进一步的数据还表明，成人和儿童涂抹的防晒霜远远少于推荐量，导致保护效果下降[18，19］．含spf乳液的效果取决于涂抹厚度，覆盖所有暴露在阳光下的皮肤，并定期重复使用[20.］．在第二阶段，我们发现，与几小时前的早上拍照相比，防晒产品在下午的面部覆盖面积减少了。在这里，我们展示了紫外线摄影是一种实用的、广受欢迎的方法，可以直观地显示重新涂抹防晒霜的必要性，大多数参与者表示他们将来会再次使用这项技术。据估计，澳大利亚每年有7220例黑色素瘤病例是由于阳光暴晒造成的，有效使用防晒霜可以减轻这一负担，使用紫外线摄影的健康干预措施为改善提供了实质性的机会[21］．

改善防晒霜使用的策略很重要，因为认为涂抹防晒霜后整个面部或身体都能得到保护的想法可能会增加紫外线照射[22］．之前使用紫外线摄影的研究发现，人们并没有在全身均匀地涂抹防晒霜。18］．共有52名参与者被要求在全身涂抹防晒霜，研究人员发现，身体正面涂抹的防晒霜比背部涂抹的防晒霜更好，女性比男性涂抹得更好。18］．紫外线摄影可以通过对遗漏的区域提供个性化的反馈来帮助防晒霜的应用，并揭示何时需要重新涂抹。

我们开发了一种紫外线网络摄像头设备，并将其部署在高紫外线环境中，发现在为期一周的现场测试中，海滩游客使用了它。我们选择了一个海滩环境来部署紫外线网络摄像头设备，因为在这些环境中晒伤率很高。在昆士兰州，45%的儿童报告在过去12个月内被晒伤，其中69%发生在水上活动中[8］．未来的研究可能会探索海滩游客是否会根据紫外线网络摄像头的个性化反馈来改善他们的防晒霜应用，并探索这项技术对减少晒伤的影响。先前的研究已经表明，在环境背景下影响行为的生态瞬时健康干预的益处可以提高改变行为的意愿[23］．

除了可视化防晒霜覆盖范围外，紫外线摄影成像也被证明是评估皮肤损伤的有益工具，并通过强调太阳对个人外观的负面影响，促进日光浴床使用者的行为改变[24]和年轻成人[25，26］．为了进一步吸引公众，西澳大利亚癌症委员会最近的策略包括紫外线相机图像，以提高公众对阳光伤害的认识[27］．紫外线摄影是一种有价值的公共卫生宣传工具，也是在研究环境中使用的方便方法。其他评估防晒霜应用的方法包括胶带剥离、身体部位拭子以及使用荧光光谱对样品进行实验室处理，这些方法既费力又耗时。

紫外线摄影成像的一个限制是使用含有物理阻断剂(如二氧化钛或氧化锌)的SPF乳液，这些物质是无法检测到的。一些着色粉底使用二氧化钛作为成分，但有额外的化学过滤器，以达到规定的SPF等级;然而，这些组合化妆品在测试中表现不佳，五分之三的产品没有被紫外线摄影检测到。本研究的局限性包括选择偏差，因为观察性研究的参与者是使用方便样本招募的，并且我们没有使用随机抽样方法。第一阶段和第二阶段的参与者主要是女性，因此可能不能代表一般人群。在第二阶段，在研究条件下，参与者可能比现实生活中更谨慎，更谨慎地使用SPF乳液。在第三阶段，我们没有捕获参与者自我报告的晒伤或行为变化。

结论

每年减少澳大利亚人被太阳晒伤的数量是阳光安全措施的重要组成部分，而改善关于防晒霜用量的信息，以实现足够的覆盖，以及经常遗漏的区域，这是至关重要的。在这项研究中，我们测试了各种紫外线相机，发现紫外线摄影可以识别含spf的化学过滤防晒霜和保湿霜的应用，以及确定未受保护的区域。我们发现参与者参与了个性化的紫外线摄影反馈。