Συντάχθηκε 16-06-2026 11:38
Ενημερώθηκε:
18-06-2026 14:54
Τόπος: Λ - Κτίριο Επιστημών/ΗΜΜΥ, 141Π-36,141Π-37
Έναρξη: 24/06/2026 12:00
Λήξη: 24/06/2026 13:00
ΠΟΛΥΤΕΧΝΕΙΟ ΚΡΗΤΗΣ
Σχολή Ηλεκτρολόγων Μηχανικών και Μηχανικών Υπολογιστών
Πρόγραμμα Προπτυχιακών Σπουδών
ΠΑΡΟΥΣΙΑΣΗ ΔΙΠΛΩΜΑΤΙΚΗΣ ΕΡΓΑΣΙΑΣ
Χρυσούλας Κωσταρέλου
με θέμα
Υπερφασματική Απεικόνιση Φθορισμού για την Ποσοτική Χαρτογράφηση της Έκκρισης Δερματικού Σμήγματος
Hyperspectral Fluorescence Imaging for the Quantitative Mapping of Skin Sebum Secretion
Εξεταστική Επιτροπή
Καθηγητής Κωσταντίνος Μπάλας (επιβλέπων)
Καθηγητής Ματτίας Μπούχερ
Καθηγήτρια Αικατερίνη Μανιά
Περίληψη
Το σμήγμα είναι μία πλούσια σε λιπίδια έκκριση των σμηγματογόνων αδένων, η οποία απλώνεται στην επιφάνεια του δέρματος ως λεπτό υμένιο και συμβάλλει στη λειτουργία του δερματικού φραγμού, στην ενυδάτωση, στην αντιμικροβιακή προστασία και στη συνολική εμφάνιση του δέρματος. Η μη φυσιολογική σμηγματογόνος δραστηριότητα συνδέεται με λιπαρότητα, διευρυμένους πόρους, ακμή και απόκριση σε θεραπείες, γεγονός που καθιστά σημαντική την αντικειμενική αξιολόγηση του σμήγματος στη δερματολογία και στην επιστήμη των καλλυντικών. Οι συμβατικές μέθοδοι, όπως οι απορροφητικές μεμβράνες, η μέτρηση με σμηγματόμετρο, η εκχύλιση με διαλύτες, ο πυρηνικός μαγνητικός συντονισμός και η υγρή χρωματογραφία σε συνδυασμό με φασματομετρία μάζας, παρέχουν χρήσιμες πληροφορίες για την ποσότητα, τον ρυθμό έκκρισης ή τη σύσταση του σμήγματος. Ωστόσο, πολλές από αυτές τις μέθοδοι απαιτούν επαφή με το δέρμα, είναι χρονοβόρες ή δίνουν μία μέση τιμή για μια επιλεγμένη περιοχή, με αποτέλεσμα να χάνεται συχνά η τοπική ανομοιογένεια στο επίπεδο των πόρων. Η υπερφασματική απεικόνιση φθορισμού αποτελεί μία υποσχόμενη προσέγγιση για μη επεμβατική χωρική αξιολόγηση, καθώς καταγράφει πληροφορία φθορισμού τόσο ως προς τη θέση όσο και ως προς το μήκος κύματος. Θεωρητικά, αυτό επιτρέπει τη χωριστή ανάλυση των εντοπισμένων φωτεινών περιοχών γύρω από τους πόρους και των σημάτων του υποβάθρου του δέρματος, ενώ μπορεί να υποστηρίξει μελλοντικά τη χαρτογράφηση επιμέρους συστατικών μέσω βαθμονόμησης και φασματικού διαχωρισμού. Παρόλα αυτά, ο φθορισμός του δέρματος δεν είναι ειδικός μόνο για το σμήγμα. Οι πορφυρίνες, ο αυτοφθορισμός της επιδερμίδας, ο φωτισμός, η εστίαση, η σκέδαση και οι συνθήκες λήψης μπορούν επίσης να επηρεάσουν το μετρούμενο σήμα. Για τον λόγο αυτό, τα αποτελέσματα που βασίζονται στον φθορισμό πρέπει να ερμηνεύονται ως περιγραφικά μεγέθη που σχετίζονται με το σμήγμα, εκτός εάν έχουν βαθμονομηθεί με αποδεκτές μεθόδους αναφοράς. Η παρούσα διπλωματική εργασία εξετάζει τις βιολογικές, οπτικές και μετρολογικές βάσεις της αξιολόγησης του σμήγματος και αναπτύσσει μία αναπαραγώγιμη ροή επεξεργασίας εικόνας για την ανάλυση φωτεινών περιοχών φθορισμού σε εικόνες ανθρώπινου δέρματος. Η ροή περιλαμβάνει αξιολόγηση των χρωματικών καναλιών, αυτόματη επιλογή καναλιού, καταστολή υποβάθρου, ανίχνευση φωτεινών περιοχών σε πολλαπλές κλίμακες, φιλτράρισμα και εξαγωγή ποσοτικών περιγραφικών μεγεθών, όπως ο αριθμός φωτεινών περιοχών, η μέση ένταση κάθε περιοχής, η κατανομή έντασης των εικονοστοιχείων και το μέγεθος των περιοχών. Οι εξαγόμενες μετρήσεις αξιολογούνται σε σύγκριση με μετρήσεις αναφοράς από λογισμικό ανάλυσης εικόνας, με στόχο την εκτίμηση της συμφωνίας έντασης και της απόδοσης ανίχνευσης. Τα αποτελέσματα δείχνουν ότι οι δερματοσκοπικές εικόνες φθορισμού μπορούν να μετατραπούν σε αναπαραγώγιμα ποσοτικά περιγραφικά μεγέθη φωτεινών περιοχών, τα οποία διατηρούν τη χωρική πληροφορία και επιτρέπουν τη σύγκριση μεταξύ διαφορετικών ατόμων. Ωστόσο, η παρούσα ροή εργασίας πρέπει να θεωρηθεί ως απόδειξη αρχής προς την ποσοτική χαρτογράφηση του σμήγματος και όχι ως άμεση μέτρηση της απόλυτης μάζας του. Μελλοντική εργασία θα πρέπει να συνδυάσει αντιστοιχισμένες λήψεις υπερφασματικής απεικόνισης φθορισμού με μεθόδους αναφοράς, όπως το σμηγματόμετρο, οι ταινίες συλλογής σμήγματος, ο σταθεροποιημένος ρυθμός έκκρισης σμήγματος, ο πυρηνικός μαγνητικός συντονισμός ή η υγρή χρωματογραφία σε συνδυασμό με φασματομετρία μάζας, ώστε τα περιγραφικά μεγέθη που προκύπτουν από την εικόνα να μετατραπούν σε φυσικά ή βιοχημικά ερμηνεύσιμες μετρήσεις σμήγματος.
Abstract
Sebum is a lipid rich secretion of the sebaceous glands that spreads over the skin surface as a thin film and contributes to barrier function, hydration, antimicrobial protection and skin appearance. Abnormal sebaceous activity is associated with oily skin, enlarged pores, acne and treatment response making objective sebum assessment important in dermatology and cosmetic science. Conventional methods, such as absorbent films, Sebumeter measurements, solvent extraction, NMR, and LC-MS, provide useful information about sebum quantity, secretion rate or composition. However many of these methods are contact based, time consuming, or provide a single average value over a selected skin area, so local pore level heterogeneity is often lost. Hyperspectral fluorescence imaging (HSFI) offers a promising route toward non-invasive spatial assessment because it records fluorescence information with both spatial and spectral dimensions. In principle this allows follicular hotspot patterns and background tissue signals to be analyzed separately and can support future component mapping through calibration and spectral unmixing. However skin fluorescence is not specific to sebum alone. Porphyrins, epidermal autofluorescence, illumination, focus, scattering, and acquisition conditions can also influence the measured signal. Therefore fluorescence based outputs should be interpreted as sebum associated descriptors unless they are calibrated against accepted reference measurements. This thesis reviews the biological, optical and measurement foundations of sebum assessment and develops a reproducible image processing workflow for fluorescence hotspot analysis in human skin images. The workflow includes RGB channel evaluation, automatic channel selection, background suppression, multiscale hotspot detection, filtering, and extraction of quantitative descriptors such as hotspot count, mean spot intensity, pixel intensity distribution and hotspot size. The extracted measurements are evaluated against ImageJ based reference measurements to assess intensity agreement and detection performance. The results show that dermoscopic fluorescence images can be transformed into reproducible quantitative hotspot descriptors that preserve spatial information and allow comparison between subjects. Nevertheless the current workflow should be considered a proof of concept step toward quantitative sebum mapping rather than a direct measurement of absolute sebum mass. Future work should combine matched HSFI acquisitions with reference methods such as Sebumeter, Sebutape, SRSE, NMR or LC-MS to calibrate image derived descriptors into physically or biochemically meaningful sebum metrics.
