太赫兹波是频率位于0.1-10 THz内的电磁波,具有低光子能量和指纹谱等特性,在生物医学诊断和物质鉴定等方面应用广泛。衰减全反射模式无需样品预处理,可以对高吸收的样品进行快速检测,得到了科学界的广泛关注。本文针对脑创伤诊断方面的需求和难点,基于太赫兹衰减全反射技术在脑创伤特征性物质表征以及光谱信息处理等方面展开研究工作,主要内容和创新点如下:1.概述了太赫兹衰减全反射光谱技术的发展历程和发展趋势、脑创伤诊断方面的研究现状和挑战,以及太赫兹技术在脑创伤检测中的技术优势。2.研究了太赫兹衰减全反射光谱技术的理论模型。基于衰减全反射原理设计并搭建了太赫兹衰减全反射光谱测量系统;进一步地,从古斯汉森位移、随机误差和系统误差三个方面分析了该系统的误差来源,提出了相应的控制方法。3.基于太赫兹衰减全反射光谱技术对脑创伤相关的特征性物质进行无标记表征研究。利用压缩气体驱动的冲击波产生装置建立了不同程度的冲击性脑创伤大鼠模型,并根据生物医学方法进行了可靠性验证。从组织、体液、总蛋白、生物标志物等不同层次研究脑创伤特征性物质在太赫兹波段的介电响应特性,明确了创伤后24小时内脑脊液、血清以及海马和下丘脑总蛋白的太赫兹波谱特征随时间的变化规律。4.基于多种数据分析方法开展了脑创伤自动识别研究。基于太赫兹相位偏移光谱有效消除了因光纤热漂移和测量随机误差所造成的异常数据,采用特征提取和机器学习中的分类算法对脑脊液和血清的太赫兹光谱数据库进行分析,基于脑脊液和血清的冲击性脑创伤分类准确率最高分别达到了94.4%和95.2%。结果表明,基于太赫兹衰减全反射技术和光谱信息处理技术可以实现灵敏、快速的脑创伤自动诊断。