Human skin color diversity: computational modeling and Monte Carlo simulations of light transport (2025)
- Authors:
- Autor USP: LIMA, VICTOR PORTO GONTIJO DE - IFSC
- Unidade: IFSC
- Sigla do Departamento: FCM
- DOI: 10.11606/D.76.2025.tde-03072025-091903
- Subjects: COLORIMETRIA; PELE; MÉTODO DE MONTE CARLO
- Keywords: Colorimetry; Cor da pele; Monte Carlo simulations; Refletância espectral; Simulações de Monte Carlo; Skin color; Spectral reflectance
- Agências de fomento:
- Language: Inglês
- Abstract: A interação da luz com a pele humana é fundamental na Óptica Biomédica, influenciando tanto aplicações diagnósticas quanto terapêuticas. A cor da pele varia entre indivíduos e em diferentes regiões do corpo de um indivíduo, principalmente devido a diferenças intrínsecas na composição e organização dos constituintes moleculares. A absorção e o espalhamento da luz por essas moléculas determinam a fração de luz que escapa da pele e atinge o olho do observador, o que define a cor da pele percebida. Os cromóforos mais influentes são a melanina, na epiderme, e a hemoglobina, na derme e hipoderme, embora outros também tenham seus efeitos. Entender como esses cromóforos influenciam a cor da pele é essencial para uma melhor compreensão da óptica da pele e para otimizar procedimentos à base de luz, como tratamentos a laser e técnicas não-invasivas de diagnóstico. Este estudo utilizou simulações de Monte Carlo do transporte de luz para investigar os efeitos das frações volumétricas de melanossomos e vasos sanguíneos na refletância da pele e em parâmetros colorimétricos (coordenadas sRGB, CIE L*a*b* e CIE C*h*). Variações do ângulo de tipologia individual (ITA), índice de melanina (MI) e índice de eritema (EI) também foram examinadas. Um modelo de quatro camadas foi desenvolvido para representar a pele humana saudável. Além disso, um pacote Python de código aberto, SkinOptics, foi produzido para facilitar a modelagem computacional e o processamento de dados. Os resultados demonstraramque um aumento na fração volumétrica de melanossomos implica em uma redução da refletância em todo o espectro visível, o que resulta em um efeito de escurecimento, enquanto a fração volumpetrica de vasos sanguíneos influencia principalmente a refletância entre 500 e 600 nm, o que contribui para a vermelhidão da pele. Os resultados também sugerem que utilizar o h* junto ao ITA pode garantir uma classificação de cor da pele menos enganosa, especialmente nos casos em que um eritema é perceptível. Além disso, uma relação matemática entre MI, EI e L* foi identificada, descrita pela equação de um plano. Essa relação foi observada em ambos conjuntos de dados, simulados e experimentais, e ainda não foi reportada na literatura. As descobertas deste trabalho podem fornecer informações valiosas sobre a colorimetria e a óptica da pele, com potenciais aplicações em imaginologia dermatológica e personalização de fototerapias. O pacote Python SkinOptics desenvolvido oferece ferramentas flexíveis e acessíveis para pesquisadores da área, que tornam possíveis outras investigações. Estudos futuros devem se concentrar em aprimorar modelos de pele, investigar os demais cromóforos e expandir bases de dados de acesso aberto sobre as propriedades ópticas de peles de diferentes cores
- Imprenta:
- Publisher place: São Carlos
- Date published: 2025
- Data da defesa: 17.04.2025
- Status:
- Artigo publicado em periódico de acesso aberto (Gold Open Access)
- Versão do Documento:
- Versão publicada (Published version)
- Acessar versão aberta:
-
ABNT
LIMA, Victor Porto Gontijo de. Human skin color diversity: computational modeling and Monte Carlo simulations of light transport. 2025. Dissertação (Mestrado) – Universidade de São Paulo, São Carlos, 2025. Disponível em: https://teses.usp.br/teses/disponiveis/76/76134/tde-03072025-091903/. Acesso em: 06 maio 2026. -
APA
Lima, V. P. G. de. (2025). Human skin color diversity: computational modeling and Monte Carlo simulations of light transport (Dissertação (Mestrado). Universidade de São Paulo, São Carlos. Recuperado de https://teses.usp.br/teses/disponiveis/76/76134/tde-03072025-091903/ -
NLM
Lima VPG de. Human skin color diversity: computational modeling and Monte Carlo simulations of light transport [Internet]. 2025 ;[citado 2026 maio 06 ] Available from: https://teses.usp.br/teses/disponiveis/76/76134/tde-03072025-091903/ -
Vancouver
Lima VPG de. Human skin color diversity: computational modeling and Monte Carlo simulations of light transport [Internet]. 2025 ;[citado 2026 maio 06 ] Available from: https://teses.usp.br/teses/disponiveis/76/76134/tde-03072025-091903/ - Monte Carlo simulations of light transport in human skin: understanding skin color diversity and its clinical implications
- Diversidade de cores da pele humana e simulações de Monte Carlo
- Efeitos da melanina e da hemoglobina na cor da pele humana: um estudo teórico-computacional
- Índice de melanina, índice de eritema e luminosidade da pele humana: dados experimentais e simulações de Monte Carlo
- Effect of transparent layer on light propagation in optical skin phantoms: a Monte Carlo simulation study
- The impact of photobiomodulation light probe design on light propagation in tissues (Presentation + Paper)
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