皮肤是人体最大的组织器官,一个成年人的皮肤重量约3.6 kg,覆盖面积可达2 m~2。对皮肤的力学性能开展深入研究对于临床、化妆品、心理学、生命科学等众多领域都有重要意义。人类以及大多数动物的皮肤由表皮层、真皮层以及皮下组织三部分组成,且每层的组织构成皆不相同,致使相应的力学性能表现出超弹性、非线性、各向异性、粘弹性、预应力效应等。近年来,众多学者已经从本构理论、数值模拟以及实验方法等多方面开展研究,并取得了一定成果。本文通过高光谱成像技术进行了皮肤的拉伸比-反射率相关性研究。通过高光谱成像技术采集到活体皮肤不同拉伸比状态下的光谱图像,每幅光谱图像中包含从377.7 nm-1024.7 nm波长范围内256个波段的光谱数据,之后对光谱图像进行预处理、反射率转换,将得到的皮肤光谱数据计算选取点及周围数个像素点的平均反射率作为皮肤的点光谱曲线,通过样条差值的方法得到皮肤每个波长的反射率信息。再将反射率曲线分为四个不同的大波段,实验结果显示当波长一定时,皮肤的应变与反射率呈线性关系,且波长不同时反射率受拉伸比影响的敏感程度不同,425 nm-525 nm波段内整体敏感程度较好,线性相关性也最好。除此之外,在650 nm附近时也有很好的敏感程度。本文对皮肤的光学—力学特性进行了研究,根据皮肤的光学模型,建立了光-力耦合模型,并将理论和实验进行了对比。将皮肤的拉伸比参数耦合进皮肤的光学模型中,假设了三种边界条件,通过实验中得到的水平方向拉伸比数据,再根据皮肤的不可压缩特性进一步计算出沿深度方向的拉伸比,并得到随拉伸比变化的表皮层厚度。通过固定模型的光学参数,得到以拉伸比为自变量预测的皮肤反射率,理论结果同样显示皮肤应变-发射率之间存在线性相关特性,且波长在425 nm-525 nm光谱段时线性相关程度最好。点光谱可以得到皮肤某点的光谱特征。本文通过单向拉压实验得到皮肤分别处于拉伸和压缩状态下的光谱图像并分析其图像特征,观察到当皮肤从压缩状态转变成为拉伸状态时,皮肤的反射率会增大,当从拉伸状态变为压缩状态时,皮肤的反射率会降低,同时也在光谱图像中观察到了皮肤血管的分布。进行了由生理参数及变形引发的光谱变化的差异性分析,分别观察由变形以及生理信号对皮肤光谱的影响规律,提取光谱图中有明显光谱变化区域的反射率曲线。由变形引起的光谱变化存在一定梯度,与该点处的应变有关。而由生理参数引起的光谱变化表现为局部区域的反射率明显降低,且均匀分布。