[发明专利]一种皮肤水分的测量方法及装置

说明书

技术领域

本发明涉及一种人体皮肤水分测量的方法及装置，尤其是一种借助生物电阻抗谱的测量实现皮肤水分测量的方法及装置。

背景技术

人体皮肤承担着排汗，感受外部环境以及保护人体等多重功能。皮肤水分含量是反映皮肤状况的重要指标。现有的皮肤水分测量方法，如常见的皮肤水分测量仪，多采用单频测量的方式。如图1所示，皮肤水分测量仪1向待测皮肤2施加频率为f的正弦波激励信号3，并同时测量该处的响应信号4，依据欧姆定律即可得到该处皮肤在频率为f时的阻抗值。由于皮肤的含水率与其阻抗值存在一定的关联，依据此即可换算得到皮肤的水分含量值，并将该数值显示到水分测量仪1的显示屏上。

这种测量方式的特点是采用单频测量，测量速度快，但易受一些非理想因素（如电极极化阻抗）的影响，从而造成测试结果误差较大。同时，测量频率f的选择会影响到实际的测量范围。测量频率低时，激励信号产生的电场无法有效穿透干燥皮肤的角质层，难以定量测量比较干燥的皮肤水分情况。测量频率高时，由于比较湿润的皮肤电抗值很小，导致测量误差较大。

关于人体皮肤电阻抗谱的研究结果表明，电阻抗谱的方式由于对皮肤进行了多频率点的测量，从而能够更好地反映皮肤的生理状况。图2展示了在不同的皮肤水分含量下对皮肤进行电阻抗谱测量的典型结果，曲线类型为实部-虚部图。其中图2a中的三条曲线是在皮肤完全润湿的情况下测量得到的，此时皮肤角质层的水分含量较高，曲线从左到右反映了从较高频率到较低频率的阻抗值的变化情况。而图2b中的三条曲线是在皮肤润湿程度较低的情况下测量得到的，此时皮肤角质层的水分含量较低。对比图2a和图2b即可发现，在皮肤水分含量较高的情况下，皮肤的电阻抗谱曲线十分光滑，曲线完整，而在皮肤水分含量较低的情况下，其电阻抗谱曲线在低频段会出现明显的不规则跳变，如图2b中三条曲线各自被椭圆圈出的部分。由于出现跳变的频率段只能被认为是无效数据，测得的电阻抗谱曲线缺少低频段的数据，不再完整。因此，可以将电阻抗谱曲线的完整程度与皮肤的水分含量高低联系起来，达到测量皮肤水分含量的目的。

发明内容

本发明针对单频率测量皮肤水分含量存在的问题，提出一种借助于测量皮肤电阻抗谱，分析电阻抗谱曲线的完整程度与皮肤水分含量之间的量化关系，实现测量皮肤水分含量的方法及装置。

本发明的技术方案如下：

一种皮肤水分的测量方法，其特征在于所述方法包括如下步骤：

1）根据所测人体的皮肤健康状况以及测量皮肤的位置，预设阻抗谱测量的频率范围为fl～fh；在此频率范围内选定多个频率点，利用信号产生单元生成包含有选定频率点处正弦信号成分的激励信号，借助于阻抗测量电路，测量与皮肤接触的电极体系在选定频率点处的阻抗值，从而得到被测皮肤位置的电阻抗谱；

2）对皮肤的水分含量状态进行定性分析：在得到皮肤电阻抗谱的测量值后，将电阻抗谱曲线中光滑的曲线段截取出来，对截取的曲线段作线性拟合:

a)若拟合直线的斜率k大于预定值k₀，1.0<k₀<2.0，则皮肤处于干燥状态；

b)若拟合直线的斜率k小于等于预定值k₀，则检验截取曲线段的频率最低点是否是原始阻抗谱曲线的频率最低点fl，若是，则皮肤处于完全的湿润状态；否则，皮肤处于半湿润状态；

3）计算皮肤水分含量：根据所述电阻抗谱的定性分析结果，针对不同的皮肤水分含量状态，计算相应的核心参数，并据此计算皮肤水分含量；

a)若皮肤处于干燥状态，则将所述拟合直线的斜率k作为计算皮肤水分的核心参数；k值的大小与皮肤水分含量呈反相关；k的值越大，皮肤水分含量越低，皮肤就越干燥；

b）若皮肤处于半湿润状态，则利用皮肤阻抗的等效电学模型，对截取的光滑曲线段作数据拟合，计算出等效电学模型中各等效元件的参数值，作为计算皮肤水分的核心参数；用于数据拟合的皮肤阻抗电学模型采用Cole-Cole圆弧模型，或采用Cole-Cole圆弧模型与等相位元件模型的串联，或采用于电阻抗谱曲线拟合计算的集总参数等效电路模型；

c）若皮肤处于完全湿润状态，则利用前述皮肤阻抗的等效电学模型，对整个阻抗谱曲线作数据拟合，计算出等效电学模型中各等效元件的参数值，作为计算皮肤水分的核心参数；

在得到皮肤水分含量的核心参数的计算值后，根据该核心参数与皮肤水分含量的对应关系，计算得到皮肤水分含量的测量数据；所述对应关系是通过对皮肤样本进行标定检测的方式得到。