不同烧伤程度皮肤在太赫兹波段特征参数的获取方法与流程

本发明属于太赫兹时域光谱技术，旨在提出一种处于太赫兹波段下，针对不同烧伤程度皮肤的吸收系数和折射率的计算方法，达到准确定义烧伤等级的目的。

背景技术

在如今皮肤烧伤判定领域中，准确评估皮肤烧伤等级对确定相应的治疗方案至关重要，但是依赖于现有检测方法和医生的主观判断无法对烧伤等级进行精确判定。另外，烧伤初期处理及情况监控对防止伤口感染和患者的康复也十分关键，现有的成像检测方法都存在一定的不足，而太赫兹检测方法可以为检测烧伤提供必要的支持。

理论上，烧伤组织检测的主要目的是确定水肿的组成和状态，而太赫兹对水肿组织中液体流动以及成分的变化非常敏感，并且在频域谱中可以明显看出水元素的吸收峰。通过对于太赫兹频域谱的分析可以求得不同程度烧伤皮肤对于太赫兹的吸收率以及吸收系数的关系，从而可以快速在实验条件下通过太赫兹透射谱准确定义皮肤的烧伤等级，现有研究主要聚焦于太赫兹光谱成像，以达到对癌细胞等病变组织的精确检测。另外，太赫兹成像所需时间较长，在病情诊断的时效性上仍存在缺陷，而成谱所需时间较短，更适用于临床医学上的广泛应用。

技术实现要素：

本发明旨在解决以上现有技术的问题。提出了一种对皮肤烧伤等级的准确判定的不同烧伤程度皮肤在太赫兹波段特征参数的获取方法。本发明的技术方案如下：

一种不同烧伤程度皮肤在太赫兹波段特征参数的获取方法，其包括以下步骤：

获取被测对象的烧伤皮肤的切片，所述切片的切面为同一皮肤层；

对每一组切片厚度进行测量，获取切片的平均厚度；

制作泡沫载体，在泡沫载体最大截面的中心切除矩形空洞，并将所得切片放入矩形空洞中；

使太赫兹激光照射在皮肤样本上，并对太赫兹时域谱进行测量以确定烧伤区域，测得其不同频率下的透射信息，重复得到若干组切片的数据；

对每一组所测得的数据进行快速傅里叶变换，得到其幅度以及相位数据，求取皮肤样本的折射率和吸收系数；得到折射率和吸收系数随烧伤程度变化的定量关系，给出不同烧伤程度全频段下的变化曲线。

进一步的，所述被测对象的烧伤皮肤的切片是采用横向切片。

进一步的，所述对每一组切片厚度进行测量，获取切片的平均厚度，具体包括：

用测量工具对每一组切片厚度进行测量，在切片对角线、几何对称中心线位置测量若干次，取均值作为切片的平均厚度。

进一步的，所述切片放入矩形空洞中时皮肤被烧伤面朝外。

进一步的，所述使太赫兹激光照射在皮肤样本上，并对太赫兹时域谱进行测量以确定烧伤区域，具体包括：将皮肤与泡沫载体放置于太赫兹成像实验平台的载物台上，泡沫载体放置切片的一侧面向太赫兹激光源，并确保激光源可以照射于样本。

进一步的，当照射时，太赫兹平台上的载物台还包括微移的步骤来测得不同频率下的透射信息。

进一步的，记录太赫兹时域光谱系统获得的太赫兹辐射电场的时/频域幅值和频域相位的数据

进一步的，所述对每一组所测得的数据进行快速傅里叶变换，得到其幅度以及相位数据，求取皮肤样本的折射率和吸收系数；

其中，样本折射率的计算公式为吸收系数的计算公式为

本发明的优点及有益效果如下：

本发明的创新点在于利用太赫兹时域光谱系统，对烧伤皮肤进行成谱而非成像操作，并重新对皮肤的特征参数进行选择，将吸收系数和折射率定义为用于烧伤等级判定的特征参数，在此基础上将烧伤重新定义为浅度、中度、重度3个等级。另外，通过对时域谱进行fft变换，本发明获取了全频段皮肤特征量随烧伤程度的变化规律，其中吸收系数随烧伤程度的增加大致呈下降趋势，折射率随烧伤程度的增加大致呈上升趋势。本发明还由变化曲线提取出特定频率下的烧伤等级查询表，可在已知该频率对应皮肤吸收系数或折射率的情况下，快速准确的进行烧伤等级的判定。

本发明的优点在于，使用者得到烧伤皮肤的吸收系数或折射率特征量后，能够对照烧伤程度查询表，快速准确地进行皮肤烧伤等级的判定，避免了烧伤等级判定的主观性。

附图说明

图1是本发明提供优选实施例的使用流程图；

图2为本发明中的烧伤皮肤切片位置示意图；

图3为本发明中使用的太赫兹光谱测试装置光路图；

图4为本发明得出的不同烧伤程度皮肤全频段下的吸收系数变化曲线；

图5为本发明得出的不同烧伤程度皮肤全频段下的折射率变化曲线；

图6为通过本发明给出的烧伤等级查询表。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、详细地描述。所描述的实施例仅仅是本发明的一部分实施例。

本发明解决上述技术问题的技术方案是：

1.采用复折射率表示吸收介质的折射率，以及定义吸收系数α(ω)，表征样本对太赫兹的吸收程度，α(ω)越大，表明样本对太赫兹波吸收地越多。则有：

α(ω)＝2ωk(ω)/c(2)

其中n(ω)即为通常所测定的折射率，k(ω)与介质的吸收有关，称为消光系数。

2.由于泡沫对太赫兹的吸收系数与空气类似，且只会产生时间上的延迟，当放置泡沫时，将其作为参考信号eref(ω)；放置样品时，则该信号携带样本信息，记为样本信号esam(ω)。假设样品厚度均匀，且保持表面平行，当太赫兹波在介质中传播距离l时，其相位与振幅均会发生相应的变化。

其中，δ(ω)表征相位差，p(ω,l)表征太赫兹波在传输过程中的传输因子。

记空气为介质1，泡沫为介质2，样本为介质3，用n1,n2,n3分别表示空气，泡沫以及样本的折射率。则有：

eref(ω)＝ein(ω)t12t21p2(ω,l)(5)

esam(ω)＝ein(ω)t12t23t31p2(ω,x)p3(ω,d)(6)

h(ω)＝ρ(ω)e^-jφ(ω)(7)

其中，eim(ω)表示入射的太赫兹波强度，tij表示太赫兹波从介质i到介质j中传播所需时间，h(ω)为复透射函数，ρ(ω),φ(ω)分别表征其模值与相角。ki(ω)＝2πni/λ表示介质对太赫兹波的消光系数，x＝l-d，l为实验样本(包括泡沫)整体厚度，d为所探测的皮肤样本的厚度。

3.在太赫兹波吸收较弱的情况下k3(ω)/n3(ω)＜＜1，则可将ρ(ω),φ(ω)进一步表示为：

由式(8)，(9)可推导出，太赫兹波通过样本的折射率函数，消光函数与吸收系数函数为：

本发明提出了一种基于太赫兹透射光谱的皮肤特征参数的获取方法，以实现对皮肤烧伤等级的准确判定，具体的实现方式为：

(1)在室温20.3℃和湿度33.2％的实验室条件下，用恒温电烙铁(250℃～300℃)对新鲜幼龄猪的皮肤标本进行烧伤处理。烧伤时，控制皮肤仅表皮层与电烙铁接触。

(2)取健康和不同烧伤程度的新鲜幼龄猪皮肤标本进行横向切片，令所得切面为同一皮肤层。样品切片厚度约为0.55mm，面积约为1.5cm*1.5cm，并保证皮肤的烧伤区域在所得切片范围内，切片位置示意如图2。

(3)用电子游标卡尺对每一组切片厚度进行测量。在切片对角线、几何对称中心线位置测量4次，取均值作为切片的平均厚度。

(4)制作大小为3cm*3cm*0.8cm的泡沫载体，在泡沫载体最大截面的中心切除大小约1.5cm*1.5cm，深度为2mm的矩形空洞，并立即将(2)中所得切片放入空洞中，令皮肤被烧伤面朝外。

(5)将皮肤与泡沫载体放置于太赫兹成像实验平台的载物台上(实验平台光路图如图3所示)，泡沫载体放置切片的一侧面向太赫兹激光源，并确保激光源可以照射于样本。

(6)通过数据采集软件操作载物台，使太赫兹激光照射在皮肤样本上，并对太赫兹时域谱进行测量以确定烧伤区域，测得其不同频率下的透射信息。

(7)通过数据采集软件使太赫兹平台上的载物台微移，重复步骤(6)的操作3-5次，达到在数据处理时减小误差的目的。

(8)重复(4)-(7)测得每一组切片数据。

(9)对每一组所测得的数据进行快速傅里叶变换，得到其幅度以及相位数据。通过本文给出的处理方法求取皮肤样本的折射率和吸收系数。

(10)利用matlab得到折射率和吸收系数随烧伤程度变化的定量关系，给出不同烧伤程度全频段下的变化曲线如图4、图5，并根据表达式总结出不同特征量下的烧伤等级查询表如图6。

以上这些实施例应理解为仅用于说明本发明而不用于限制本发明的保护范围。在阅读了本发明的记载的内容之后，技术人员可以对本发明作各种改动或修改，这些等效变化和修饰同样落入本发明权利要求所限定的范围。