一种用于皮肤弹性度与含水量测量的光学装置及方法制造方法及图纸

本发明专利技术提供了一种用于皮肤弹性度与含水量测量的光学装置及方法，该装置包括参考模块、控制模块以及分别与控制模块电性连接的激励模块、探测模块、接收模块，其中，激励模块在控制模块的控制下，发出超声激励作用于人体检测者的皮肤组织上，引起皮肤组织振动，产生剪切波，同时，探测模块在控制模块的控制下，发出检测光束，并通过超声换能器后，作用于检测者的皮肤组织上，反射反馈光束，检测光束用于对剪切波进行探测，而接收模块在控制模块的控制下，探测反馈光束和参考光束，最终通过对剪切波的测量结果，实现皮肤弹性度与含水量的非接触、定量准确测量。定量准确测量。定量准确测量。

【技术实现步骤摘要】
一种用于皮肤弹性度与含水量测量的光学装置及方法


[0001]本专利技术属于皮肤弹性度与含水量测量的
，具体涉及一种用于皮肤弹性度与含水量测量的光学装置及方法。

技术介绍

[0002]随着生活水平的不断提高，人们开始越来越关注身体健康状态。
[0003]其中，皮肤的含水量和弹性度是评估皮肤健康和老化程度的重要指标。研究表明，理想的皮肤状态应当是光滑、湿润、富有弹性的，当角质层的含水量低于10％时，皮肤会干燥脱屑，弹性下降，角质层的屏障功能也会丧失。研究表明，大部分皮肤疾病和皮肤老化均存在不同程度的皮肤屏障功能缺陷。因此，皮肤含水量和弹性度的检测至关重要。
[0004]目前已经有多种技术被用于检测人体皮肤组织弹性度与含水量，但大部分的设备都是通过接触皮肤，利用负压将皮肤吸起后释放，根据皮肤回弹状态，来估算皮肤的弹性和含水量。此类测试方法存在一些弊端，一方面，测试设备需要与皮肤接触，损伤检测者皮肤的同时可能导致交叉感染，另一方面，皮肤回弹过程受到多种外界环境因素的影响，无法准确定量量化皮肤弹性度与含水量。

技术实现思路

[0005]基于此，本专利技术实施例当中提供了一种用于皮肤弹性度与含水量测量的光学装置及方法，旨在解决现有技术中，传统的用于皮肤弹性度与含水量测量的方法需要与检测者皮肤接触，且无法准确定量量化的问题。
[0006]本专利技术实施例的第一方面提供了一种用于皮肤弹性度与含水量测量的光学装置，所述装置包括：
[0007]激励模块，包括依次电性连接的函数信号发生器、功率放大器以及超声换能器，所述超声换能器用于在所述函数信号发生器和所述功率放大器的作用下，发出超声激励作用于人体检测者检测者的皮肤组织上，引起皮肤组织振动，产生剪切波；
[0008]探测模块，包括依次光路连接的扫频激光器、第一三桨偏振控制器、第一分束器、第一光环形器、第二三桨偏振控制器、准直透镜、扫描振镜以及凸透镜，其中，所述凸透镜与所述超声换能器光路连接，所述凸透镜出射的检测光束通过所述超声换能器后，作用于检测者的皮肤组织上，并反射反馈光束，所述检测光束用于对所述剪切波进行探测；
[0009]参考模块，包括与所述第一分束器光路连接的第二光环形器、以及与所述第二光环形器依次光路连接的第三三桨偏振控制器、可变光阑、平凸镜和介质膜反射镜；
[0010]接收模块，包括分别与所述第一光环形器和所述第二光环形器光路连接的第二分束器、以及与所述第二分束器光路连接的平衡探测器，所述平衡探测器用于对所述第一光环形器发出的所述反馈光束和所述第二光环形器发出的参考光束进行探测；
[0011]控制模块，用于分别与所述扫频激光器、所述平衡探测器以及所述函数信号发生器电性连接。
[0012]进一步的，所述扫描激光器的中心波长为1310nm，带宽为100nm。
[0013]进一步的，所述超声换能器包括外壳、依次层叠于所述外壳内的垫衬、背衬、电极、压电晶体、声匹配层、保护层以及透镜，其中，所述电极向外延伸出电极线，所述压电晶体的材料为透明环氧树脂，且为圆状凸型，在所述压电晶体的外侧设置有线圈。
[0014]进一步的，所述第一分束器为90:10分束器，其中，所述第一分束器用于控制90％的光功率到达所述第一光环形器，10％的光功率到达所述第二光环形器。
[0015]进一步的，所述第二分束器为50:50分束器。
[0016]进一步的，所述探测模块的横向分辨率为17.5μm，纵向分辨率为8.34μm，成像深度为5mm，信噪比为94.34dB。
[0017]进一步的，所述垫衬的材料采用环氧树脂与钨粉的混合物或铁氧体粉与橡胶粉的混合物中的任意一种。
[0018]本专利技术实施例的第二方面提供了一种用于皮肤弹性度与含水量测量的方法，通过上述的用于皮肤弹性度与含水量测量的光学装置实现，所述方法包括：
[0019]控制激励模块中的超声换能器在函数信号发生器和功率放大器的作用下，发出超声激励作用于检测者检测者的皮肤组织上，引起皮肤组织振动，产生剪切波；控制探测模块中的扫频激光器发出探测光束，所述探测光束用于依次通过第一三桨偏振控制器和第一分束器，所述第一分束器用于将所述探测光束分为两束，一束由第一光环形器、第二三桨偏振控制器、准直透镜、扫描振镜、凸透镜以及所述超声换能器，作用于检测者的皮肤组织上，并反射反馈光束，另一束由参考模块的第二光环形器、第三三桨偏振控制器、可变光阑以及平凸镜到达介质膜反射镜，并反射参考光束；
[0020]获取所述参考光束和所述反馈光束，根据所述参考光束和所述反馈光束，调节所述探测模块和所述参考模块的光程差，以得到目标探测图像；
[0021]获取所述反馈光束中的所述剪切波的波速，并根据所述波速，计算出剪切模量；将所述剪切模量输入映射模型中，得到皮肤弹性度与含水量。
[0022]进一步的，所述获取所述反馈光束中的所述剪切波的波速，并根据所述波速，计算出剪切模量的步骤中，所述剪切模量的计算公式为：
[0023]E＝3ρV2；
[0024]其中，E为剪切模量，ρ为生物组织的密度，V为剪切波波速。
[0025]进一步的，所述获取所述参考光束和所述反馈光束，根据所述参考光束和所述反馈光束，调节所述探测模块和所述参考模块的光程差，以得到探测图像的步骤中，所述探测图像中各方向的应变张量的计算公式为：
[0026][0027][0028][0029]其中，v表示为泊松比，σ
xx
表示为xx方向上的应力张量的分量，σ
yy
表示为yy方向上
的应力张量的分量，σ
zz
表示为zz方向上的应力张量的分量，σ
xy
表示为xy方向上的应力张量的分量，σ
yz
表示为yz方向上的应力张量的分量，σ
zx
表示为zx方向上的应力张量的分量，e
xx
表示为xx方向上的应变张量的分量，e
yy
表示为yy方向上的应变张量的分量，e
zz
表示为zz方向上的应变张量的分量，e
xy
表示为xy方向上的应变张量的分量，e
yz
表示为yz方向上的应变张量的分量，e
zx
表示为zx方向上的应变张量的分量。
[0030]本专利技术的有益效果为：该装置包括参考模块、控制模块以及分别与控制模块电性连接的激励模块、探测模块、接收模块，其中，激励模块在控制模块的控制下，发出超声激励作用于检测者的皮肤组织上，引起皮肤组织振动，产生剪切波，同时，探测模块在控制模块的控制下，发出检测光束，并通过超声换能器后，作用于人体检测者的皮肤组织上，反射反馈光束，检测光束用于对剪切波进行探测，而接收模块在控制模块的控制下，探测反馈光束和参考光束，最终通过对剪切波的测量结果，实现皮肤弹性度与含水量的非接触、定量准确测量。
附图说明
[0031]图1为本专利技术实施例一提供的本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种用于皮肤弹性度与含水量测量的光学装置，其特征在于，所述装置包括：激励模块，包括依次电性连接的函数信号发生器、功率放大器以及超声换能器，所述超声换能器用于在所述函数信号发生器和所述功率放大器的作用下，发出超声激励作用于检测者的皮肤组织上，引起皮肤组织振动，产生剪切波；探测模块，包括依次光路连接的扫频激光器、第一三桨偏振控制器、第一分束器、第一光环形器、第二三桨偏振控制器、准直透镜、扫描振镜以及凸透镜，其中，所述凸透镜与所述超声换能器光路连接，所述凸透镜出射的检测光束通过所述超声换能器后，作用于检测者的皮肤组织上，并反射反馈光束，所述检测光束用于对所述剪切波进行探测；参考模块，包括与所述第一分束器光路连接的第二光环形器、以及与所述第二光环形器依次光路连接的第三三桨偏振控制器、可变光阑、平凸镜和介质膜反射镜；接收模块，包括分别与所述第一光环形器和所述第二光环形器光路连接的第二分束器、以及与所述第二分束器光路连接的平衡探测器，所述平衡探测器用于对所述第一光环形器发出的所述反馈光束和所述第二光环形器发出的参考光束进行探测；控制模块，用于分别与所述扫频激光器、所述平衡探测器以及所述函数信号发生器电性连接。2.根据权利要求1所述的用于皮肤弹性度与含水量测量的光学装置，其特征在于，所述扫描激光器的中心波长为1310nm，带宽为100nm。3.根据权利要求2所述的用于皮肤弹性度与含水量测量的光学装置，其特征在于，所述超声换能器包括外壳、依次层叠于所述外壳内的垫衬、背衬、电极、压电晶体、声匹配层、保护层以及透镜，其中，所述电极向外延伸出电极线，所述压电晶体的材料为透明环氧树脂，且为圆状凸型，在所述压电晶体的外侧设置有线圈。4.根据权利要求3所述的用于皮肤弹性度与含水量测量的光学装置，其特征在于，所述第一分束器为90:10分束器，其中，所述第一分束器用于控制90％的光功率到达所述第一光环形器，10％的光功率到达所述第二光环形器。5.根据权利要求4所述的用于皮肤弹性度与含水量测量的光学装置，其特征在于，所述第二分束器为50:50分束器。6.根据权利要求5所述的用于皮肤弹性度与含水量测量的光学装置，其特征在于，所述探测模块的横向分辨率为17.5μm，纵向分辨率为8.34μm，成像深度为5mm，信噪比为94.34dB。7.根据权利要求3所述的用于皮肤弹性度与含水量测量的光学装置，其特征在于，所述垫衬的材料采用环氧树脂与钨粉的混合物或铁氧体粉与橡胶粉的混合物中的任意一种。8.一种用于皮肤弹性度与含水量测量的方法，通过权利要求1
‑
7任一项所述的用于皮肤弹...

【专利技术属性】
技术研发人员：曹先伟，费文敏，龚洋洋，何兴道，张余宝，
申请(专利权)人：南昌航空大学，
类型：发明
国别省市：