测量系统和测量方法与流程

背景技术：

1、欧盟(eu)和美国食品和药物管理局(fda)当局所批准的用于确定spf的现有方法因导致红斑(即，光致皮肤炎症反应)而都对参与测试人有害(coli pa-欧洲化妆品、盥洗用品和香水协会：colipa spf测试方法94/289，1994年；iso标准24442、24443、24444)。因此，fda和eu均一再指出，未来的研究活动必须针对用于表征防晒剂的防护功效的新方法，以便避免对测试人造成迟发效应(欧盟委员会，对用于测试防晒产品功效的cen相关方法分派的标准化要求，m/389en，brussels，2006年7月12日)。

2、此任务将由本发明来执行。现有方法在各种参考文献中定义：

3、i.标准和法规中定义的程序：

4、a.iso 24444定义一种用于体内确定spf的方法。所述方法的基础是通过uvb范围内的辐射在测试人的皮肤上产生红斑。因此，所述程序是有损伤性的。为了减少结果对皮肤特性的个体间差异的依赖性，必须在若干个测试对象上进行所述程序。

5、b.iso 24443定义一种用于确定uva防护系数(uvapf)的体外方法。将防晒霜涂覆到塑料板，使得可测量防晒霜的透射光谱。由于程序中无法控制的变化，透射光谱基于根据iso 24444的红斑测试的结果通过缩放来调整，并且因此取决于其性能。所使用的塑料板是具有粗糙化表面的相对不太逼真的皮肤模型。

6、c.iso 24442定义一种体内方法，其中通过产生不可逆的皮肤色素沉着(晒黑)的最小uva剂量来确定uva防护系数。此程序还需要测试人的皮肤变化。

7、d.fda最终规则2011，最初在2007年8月27日在联邦公报(72fr 49070)中公布，并且编纂为广谱测试(21cfr 201.327(j))和防晒系数(spf)测试(21cfr 201.327(i)，或在较新版本中编纂为21cfr 201.352(http://www.ecfr.gov/cgi-bin/text-idx？sid＝5555a0dd8b6d83a8570676d9a44bb6ef&mc＝true&node＝pt21.5.352&rgn＝div5)

8、ii.获得专利的方法：

9、a.de 198 28 497a1描述一种方法，其中如在iso 24444中，通过uv辐照皮肤在测试人身上产生红斑。与iso 24444相比，这些通过反射光谱法来检测。因此，所述程序也是有害的。防晒霜的光学效应(防护)不是通过直接光学测量记录的，而是通过身体的生物反应记录的。

10、b.de 10 2004 020 644 a1描述一种方法，其中通过电子自旋共振(esr)在体内定量测量通过uv曝光造成的自由基的产生。这里，同样地，防晒霜的光学效应只是间接记录的。此外，esr的测量在技术上是复杂的并且需要相对大的固定设备(桌面设备)。它们对来自高频辐照或快速临时磁场变化诸如电气开关过程的干扰也很敏感。

11、iii.出版物：

12、a.在bendova h等人，toxicology in vitro(2007)，1268-1275中，使用不同膜作为皮肤模型来比较透射光谱方法。所确定的防护系数在很大程度上取决于所使用的膜。未发现防护系数与根据iso 24444的spf的显著相关性。

13、b.在ruvolo e,kollias n,cole c,photodermatol photoimmunol photomed(2014),30:202-211中，提出一种方法，其中组合利用塑料基底进行的uvb透射测量和在uva范围内在皮肤上进行的体内反向散射测量。透射率测量基于uva反向散射测量通过缩放进行调适，由此实现与根据iso 24444的spf体内测试的良好一致性。用于uva反散向射测量的测量布置包括放置在皮肤上的光纤束。使用彼此相距不同距离的大量照明光纤和检测光纤进行测量。检测来自检测光纤的光功率的总和，因此在照明表面与检测表面之间不存在限定的距离，而是所有距离的总和。在根据本发明的方法中，以若干个明确限定的距离来测量反向散射。

14、c.在sohn m,korn v,imanidis g,skin pharmacol physiol,(2015),28:31-41中，将猪耳皮肤作为用于体外透射测量的基底进行测试。与利用标准化塑料基底进行的测量相比，获得与体内确定的spf的更好相关性。这表明逼真的皮肤模型对于确定防护系数至关重要。在具有/不具有防晒霜的情况下进行透射率测量。然而，这种测量的误差在很大程度上取决于所使用的层厚度(猪耳分离层的厚度)以及与由于(相同的，正常化的)防晒霜量所造成的变化有关的表面粗糙度，并且在出版物的测量中仅针对根据iso 24444:2010在体内确定的spf进行评估，而不是在彼此之间进行评估。而且，只使用了一种类型的防晒霜(水包油)，其由于油滴形成而具有特别高的散射特性，使得表面变化不太有效。

15、通过根据本发明的解决方案，利用uvb辐射(太阳光模拟器，即，具有对应于海平面处的日光辐射的介于290nm与400nm之间的预定义的波长特定的强度的“太阳模拟器”)的先前方法以及在有限可能性下利用uva辐射(不像在uvb的情况下那样发生红斑形成，与uvb相比更高的进入皮肤的穿透深度＝更大的体积)的先前方法的应用范围并不分别限于uva、uvb，而是将扩展到可见光和近红外的红外范围以用于确定对应的光防护系数。

16、先前方法的缺点

17、增加的uv辐射剂量会损伤组织和细胞成分。已知的后果是皮肤老化，并且在最坏的情况下，是皮肤癌。几十年来，已经观察到越来越多的新皮肤癌病例，目前在德国每年有约20000例。主要原因是如在暑假期间发生的反复的强烈uv曝光，尤其是在儿童和青少年中。

18、用于评估防晒霜的现有方法是不充分的，因为它们要么通过在测试人身上形成红斑进行侵袭性测试，要么在作为皮肤模型的塑料载体上进行非生理性测试。

19、当前的体内spf确定具有许多短处。此确定仅涉及由uvb辐射触发的自发生物效应(被迫晒伤)。然而，如今众所周知的是，uva辐射还可能导致严重的皮肤损伤以及甚至皮肤癌。此外，因为在测试人中引起晒伤形式的损伤，确定spf是一种侵袭性程序。因此，美国食品和药物管理局(fda)和欧盟均已一再指出，未来的研究活动必须针对用于表征防晒霜的防护作用的新方法，以便避免对测试人造成迟发效应。体内spf只能在uvb中确定，而在其他光谱范围内也发生长期损伤。

20、因此，本发明的任务是提供一种方法和设备，其特别地减少由于测量体上的辐照所造成的负载并且同时提供高质量分析结果。

21、所述任务通过根据权利要求1所述的用于用光谱测量确定防晒系数的方法来解决。本发明的有利实施方案在从属权利要求中阐述。

22、根据本发明的用于确定防晒系数的方法具有七个方法步骤：在第一方法步骤中，对具有至少两个辐射源的辐射源设备的若干个辐射源进行第一控制。为此，通过辐射源控制器来控制单独辐射源。在第二方法步骤中，进行来自至少两个辐射源的辐射的第一放射。在第三过程步骤中，检测由测量体反射/回传的辐射。在第四方法步骤中，确定检测器的传感器灵敏度st。在第五方法步骤中，确定至少两个辐射源的目标曝光时间tz和/或目标光功率lz。目标曝光时间tz和/或目标光功率lz有利地使得曝光时间和光功率的乘积低于med(最小红斑剂量)或低于最大允许辐照(对于uv辐射，是mzb值)。在第六方法步骤中，对具有至少两个辐射源的辐射源设备的若干个辐射源进行第二控制。在第七方法步骤中，以辐射源设备的第一辐射源和第二辐射源的目标曝光时间tz和/或目标光功率进行来自至少两个辐射源的辐射的第二放射。

23、由于根据本发明的方法，通过调适的目标光功率lz，只将低于med(最小红斑剂量；因皮肤类型而异)或低于最大允许辐照(对于uv还有其他波长范围，是mzb值)的小光剂量辐照到测量体上。由于这些低光剂量，所述方法也适用于无损伤体内使用。这具有对于spf测试和在太阳下应用存在相同生理条件的优势。有利地，根据本发明的方法还实现尽可能短的曝光时间。此外，根据本发明的方法是非侵袭性地应用的。另外，所述方法考虑到皮肤中的光传播，并且由此实现提高的测量准确度。通过更逼真的皮肤模型考虑生理特性导致改进防晒系数的确定。此外，体内(人体皮肤)和体外测试的近似是可能的。另外，所述方法可用于非常宽的波长范围，不受灯光谱、红斑效应光谱、测量体反应等限制。

24、在本发明的意义上，术语辐射源在其作为辐射的源的正确意义上使用。辐射源描述自身产生辐射的这种设备。用于调节和/或引导辐射的其他设备可耦接到此辐射源。然而，在本发明的含义内，用于调节和/或引导辐射的这些设备不是辐射源的一部分。用于调节和/或引导辐射的设备可以是例如单色器、滤光器、光导、反射镜或类似设备。在本发明的含义内，辐射源包括激光器、led、灯和能够产生辐射的类似设备。出于本发明的目的，辐射源设备包括多个上述类型的辐射源。出于本发明的目的，用于调节和/或引导由辐射源放射的辐射的设备不是辐射源设备的一部分。

25、在开始根据本发明的用于确定防晒系数的方法之前，通常记录辐射源设备的每个辐射源的参考光谱。参考光谱通过标准样品记录并且用于确定每个辐射源的波长光谱及其强度分布。有利地，针对每次测量记录参考光谱以计算防晒系数，以便检测由于例如单独辐射源的老化引起的任何强度变化和波长光谱变化。

26、在本发明的另一实施方案中，由辐射源产生辐射。在由辐射源产生辐射之后，从辐射源放射所产生的辐射。在本发明的任选实施方案中，通过用于调节和/或引导辐射的设备对由辐射源产生和放射的辐射进行调节和引导。用于调节和/或引导辐射的设备可以是例如单色器、滤光器、光导、反射镜或类似设备。在本发明的意义上，辐射源是激光器、led、灯和能够产生辐射的类似设备。

27、在根据本发明的进一步发展中，辐射的第二放射在与第一放射相同的测量点处进行。使用在第二放射期间记录的光谱反射率测量结果计算防晒系数。对于计算，如以下中所描述计算在具有和不具有防晒霜的情况下的光谱反射率：throm等人，(throm,c.m.:invivo sun protection factor and uva protection factor determination using(hybrid)diffuse reflectance spectroscopy and a multi-lambda-led lightsource.journal of biophotonics，第14(2)卷，2020年10月6日，第1-8页，e202000348.doi:10.1002/jbio.202000348)。

28、在本发明的另一实施方案中，来自至少两个辐射源的辐射的第一放射的曝光时间tt小于1s，和/或来自至少两个辐射源的第一放射的光功率lt大于lt>0.8*lmax，其中lmax为至少两个辐射源的最大光功率。辐射的第一放射是用于确定曝光时间tt和光输出i的测试测量，通过所述测试测量，进行防晒系数的实际确定。选择辐射的第一放射期间的曝光时间tt和光输出lt，其方式为使得不对测试人的皮肤造成损伤。优选地，第一放射的曝光时间tt为tt<150ms，特别优选地tt<50ms。优选地，第一放射的光输出it为it>0.5*imax，特别优选地it>0.1*imax。

29、在本发明的进一步发展中，辐射的第一放射的曝光时间tt短于来自至少两个辐射源的辐射的第二放射的目标曝光时间tz。选择辐射的第一放射期间的曝光时间tz和光功率lt，其方式为使得不对受试者的皮肤造成损伤。辐射的第二放射是防晒系数的实际确定，这是以更长的目标曝光时间tz进行的。这减少根据本发明的方法的总测量时间并且同时确保所确定的防晒系数的高准确度。

30、在本发明的另一实施方案中，目标曝光时间tz是从来自至少两个辐射源的辐射的第一放射的传感器灵敏度st确定的。

31、在本发明的另一实施方案中，目标曝光时间tz是利用关系tz＝sz/st*tt从来自至少两个辐射源的辐射的第一放射的传感器灵敏度st确定的，其中sz为目标传感器灵敏度。由于此相关性，实现高信噪比并且同时不损伤测试人的皮肤。

32、在本发明的另一实施方案中，目标传感器灵敏度sz在0.3*irmax<sz<irmax的范围内，其中irmax为传感器的最大脉冲率。由于此关系，实现高信噪比，同时不损伤测试人的皮肤。

33、在本发明的另一实施方案中，来自至少两个辐射源的辐射的第一放射与来自至少两个辐射源的辐射的第二放射在相同类型的测量体上执行。为了确保通过辐射的第一放射和第二放射确定的光谱的可比性，测量体针对辐射的两次放射是至少相同类型的，即，具有至少类似的吸收和反射特性。然而，理想地，辐射的第一放射和辐射的第二放射在测试人皮肤的相同位置上进行。

34、在本发明的另一实施方案中，针对每个辐射源分离执行来自至少两个辐射源的辐射的第一放射。辐射源的光谱范围和/或光输出不同以使得不给出或仅不充分地给出可比性的情况尤其如此。

35、在本发明的另一实施方案中，来自至少两个辐射源的辐射的第一放射在具有类似最大光输出的辐射源的组中进行。在本文档的上下文中，辐射源组被理解为意指辐射源组具有至少一个辐射源，但是布置在辐射源设备中的辐射源组中的一个具有至少两个辐射源。有利地，具有类似最大光输出的辐射源布置在辐射源组中，以便实现单独辐射源和/或辐射源组的光谱的可比性。

36、在本发明的另一实施方案中，针对至少两个辐射源分离进行来自至少两个辐射源的辐射的第二放射。辐射源的光谱范围和/或光输出不同以使得不给出或仅不充分地给出可比性的情况尤其如此。

37、在本发明的另一实施方案中，针对每个辐射源分离执行来自至少两个辐射源的辐射的第二放射。辐射源的光谱范围和/或光输出不同以使得不给出或仅不充分地给出可比性的情况尤其如此。

38、在本发明的进一步发展中，来自至少两个辐射源的辐射的第二放射在具有类似最大光输出的辐射源的组中进行。有利地，具有类似最大光功率的辐射源布置在辐射源组中，以便实现单独辐射源和/或辐射源组的光谱的可比性。

39、本任务由根据权利要求17所述的用于确定防晒剂的防晒系数的测量系统进一步解决。

40、根据本发明的用于确定防晒剂的防晒系数的测量系统包括辐射源设备，所述辐射源设备进而包括两个或更多个分离辐射源。测量系统还具有光谱仪和控制设备。

41、根据本发明，可分离控制至少两个分离辐射源。根据本发明的测量系统通过对辐射源的靶向控制来实现总光谱对不同应用的靶向适应。通过选择性地叠加辐射源的单独光谱范围，在380nm至315nm的uva波长范围内和在315nm至280nm的uvb波长范围内都可实现均匀照明，并且因此还实现最大辐射剂量(无论是呈个体剂量的形式(例如，0.1med)还是极限值)的可选择性。以此方式，最小化测试人的辐射剂量。此外，光源还可用于其他测量任务，例如用于测量防晒产品的光降解，为此，类似于日光光谱的光谱是必需的。

42、在本发明的另一实施方案中，由分离辐射源中的至少两个放射的射线的波长光谱是不同的。通过选择性地叠加辐射源的单独光谱范围，在380nm至315nm的uva波长范围和在315nm内至280nm的uvb波长范围内都实现均匀照明。

43、在本发明的另一实施方案中，光谱仪由控制设备控制。此外或另外，由光谱仪测量的信号可由控制设备处理。

44、在本发明的另一实施方案中，辐射源控制器适用于并且旨在用于分离控制辐射源设备的单独辐射源。这实现对辐射源的靶向控制和总光谱对不同应用的靶向适应。通过选择性地叠加辐射源的单独光谱范围，还实现均匀照明并且因此还实现最大辐射剂量或极限值的可选择性。

45、在本发明的另一实施方案中，可通过辐射源控制器分离控制由单独辐射源放射的辐射的波长和/或强度。这实现对辐射源的靶向控制和总光谱对不同应用的靶向适应。通过辐射源的单独光谱范围的限定叠加，还实现均匀照明并且因此还实现最大辐射剂量或极限值的可选择性。这最小化测试人的辐射剂量，并且光源还可用于其他测量任务。

46、在本发明的进一步发展中，辐射源控制器与控制设备分离布置。控制设备通常是具有对应计算机程序的pc或笔记本电脑，并且通过数据线连接到辐射源控制器。

47、在本发明的另一实施方案中，辐射源控制器可由控制设备控制。控制设备一般是具有对应计算机程序的pc或笔记本电脑，并且通过数据线连接到辐射源控制器。控制设备通过辐射源控制器控制由辐射源设备放射的光的波长范围、曝光时间和/或强度。

48、在根据本发明的一个实施方案中，测量系统包括旨在并且适用于产生辐射的辐射源。在根据本发明的另一实施方案中，辐射源被提供用于并且适用于放射由辐射源自身产生的辐射。在本发明的任选的另一实施方案中，测量系统包括用于调节和/或引导辐射的一个或多个设备。用于调节和/或引导辐射的设备可以是例如单色器、滤光器、光导、反射镜或类似设备。在本发明的意义上，辐射源是激光器、led、灯和能够产生辐射的类似设备。

49、根据本发明的测量系统和根据本发明的方法的实施方案的示例在附图中以简化形式示意性地示出并且在以下描述中更详细地解释。

技术实现思路