基于太赫兹时域光谱技术的皮肤水分含量评估

杨 帆 余 晓 刘 黎 王少华 韩 升

基于太赫兹时域光谱技术的皮肤水分含量评估

杨 帆1余 晓1刘 黎2王少华2韩 升1

（1. 输配电装备及系统安全与新技术国家重点实验室（重庆大学） 重庆 400044 2. 国网浙江省电力有限公司电力科学研究院 杭州 310014）

太赫兹波以其独特的水分敏感性在生物组织的水分检测中展现出广阔的应用前景，太赫兹时域光谱（THz-TDs）技术与有效介质理论结合可以对皮肤组织的水分含量进行评估，但是对皮肤水分含量的变化进行准确定量感知仍然是尚未解决的问题，需要稳定的评估方法并分析其评估的准确性和影响因素。该文首先根据人体皮肤组织的结构和水分分布规律，定义三种皮肤水分含量梯度分布曲线，提出以反射率为优化目标的皮肤水分定量评估方法。然后采用遗传算法和列文伯格-马夸尔特（LM）相结合的混合算法对目标函数进行优化求解，使用反射式太赫兹测量系统对小手臂皮肤进行阻塞测量实验，得到时域信号和反射率的变化规律。最后讨论不同水分含量初始规律和不同有效介质模型对皮肤水分含量评估准确性的影响。结果表明，角质层水分分布规律和有效介质模型的选取对水分含量的绝对评估结果影响均很大，有效介质模型对水分含量的变化量影响较小，选择确定的水分分布规律和有效介质模型可以准确地评估皮肤水分含量的变化。该文研究可为太赫兹皮肤烧伤和皮肤疾病检测提供理论支撑。……