光纖醫(yī)用傳感器

光纖醫(yī)用傳感器第一頁，共十九頁，2022年，8月28日簡介光纖傳感器在觀察體內(nèi)器官，傳遞形態(tài)學(xué)檢查圖像中起到重要作用。它一般是由光纖和光電器件組成。光纖是由纖維芯和覆蓋層組成的。光纖的直徑多為10～200μm，長度因用途而異。纖維芯的材料一般用多成分玻璃或塑料制成，而覆蓋層用折射率低的玻璃或其它材料。為了將光從光纖的一端傳到另一端，外部射入光線的入射角應(yīng)滿足全反射的基本條件。此外，還要避免光在一定的傳播距離內(nèi)，纖維芯的吸收、散射及彎曲處的輻射而造成能量被耗盡的情況。光纖體壓計(jì)可以測量人體內(nèi)各部位的壓力，甚至顱內(nèi)和心血管（尤其是動(dòng)脈和心室）壓力也可以用光纖體壓計(jì)來測量。醫(yī)用光纖傳感器種類還有很多，如光纖測氧計(jì)、光纖血流計(jì)、纖體溫計(jì)和光纖醫(yī)用PH計(jì)等。第二頁，共十九頁，2022年，8月28日強(qiáng)度調(diào)制型光纖溫度傳感器一、液晶光纖溫度傳感器液晶光纖溫度傳感器是最早研制的溫度光纖探頭之一。對(duì)某一定波長，液晶由于溫度的變化而呈現(xiàn)出顏色或反射率的變化。液晶的傳感機(jī)理是相當(dāng)簡單的；光進(jìn)入入射光纖，被液晶反射后通過出射光纖而被探測，反射光的光強(qiáng)是溫度的函數(shù)。這類傳感器的測量范圍是很有限的，為35—50℃，但準(zhǔn)確度可高達(dá)0.1℃，因此只適用于監(jiān)視生物過程。第三頁，共十九頁，2022年，8月28日強(qiáng)度調(diào)制型光纖溫度傳感器第四頁，共十九頁，2022年，8月28日強(qiáng)度調(diào)制型光纖溫度傳感器雙折射晶體是光學(xué)透明的，對(duì)兩個(gè)互相垂直的偏振光，它的折射率是不同的。光通過入射光纖、起偏器和晶體，從反射鏡反射后再通過晶體、檢偏器和出射光纖而被探測。由于雙折射特性是溫度的靈敏函數(shù)，而雙折射的變化引起了光強(qiáng)的改變。所以光強(qiáng)的變化是正比于溫度的。這種傳感器也只限于生物過程中的溫度測量。二、雙折射晶體光纖溫度傳感器第五頁，共十九頁，2022年，8月28日強(qiáng)度調(diào)制型光纖溫度傳感器采用液體介質(zhì)光纖方法進(jìn)行溫度檢測的裝置是一種利用透明液體的折射率與溫度有關(guān)的光纖傳感器。光纖傳感器的感溫段是利用透明液體作為纖芯或包層的原理制成的。其設(shè)計(jì)原理是利用光沿多模光纖傳播時(shí)，加在光纖末端部分的對(duì)溫度敏感的液體油包層會(huì)產(chǎn)生衰減。溫度的增加會(huì)使液體油包層的反射率減小，由反射端面反射的光隨溫度下降而衰減。三、液體介質(zhì)光纖溫度傳成器第六頁，共十九頁，2022年，8月28日強(qiáng)度調(diào)制型光纖溫度傳感器第七頁，共十九頁，2022年，8月28日第八頁，共十九頁，2022年，8月28日波長調(diào)制型光纖溫度傳感器一、半導(dǎo)體光纖體溫計(jì)

工作原理這種傳感器的基本原理是利用多數(shù)半導(dǎo)體所具有的能量帶隙隨溫度T的升高幾乎線性地減小的特性。對(duì)應(yīng)于半導(dǎo)體的透射率特性曲線邊沿的波長，隨溫度增加而向長波長方向移動(dòng).第九頁，共十九頁，2022年，8月28日波長調(diào)制型光纖溫度傳感器第十頁，共十九頁，2022年，8月28日 傳統(tǒng)的半導(dǎo)體傳感器探頭是由夾在兩根光纖之間的半導(dǎo)體薄片組成，不利于醫(yī)用診斷、測量應(yīng)用。為彌補(bǔ)這種缺陷，滿足測量方便化、結(jié)構(gòu)小型化等要求，考慮將傳輸光纖置于半導(dǎo)體敏感元件的同一側(cè)，這種傳感器探頭結(jié)構(gòu)可分為以下三種：第十一頁，共十九頁，2022年，8月28日癌癥超熱治療中的光纖溫度計(jì)一、醫(yī)學(xué)背景

在多年以前，研究人員就發(fā)現(xiàn)．當(dāng)把一些癌性腫瘤加熱到42℃時(shí)，惡性腫瘤細(xì)胞不是死亡，就是變得易于接受傳統(tǒng)的化療或放射性治療。 目前，對(duì)生物體組織加熱的途徑有兩種：電磁被和超聲波。第十二頁，共十九頁，2022年，8月28日癌癥超熱治療中的光纖溫度計(jì)由于光纖的電絕緣性，光纖傳感器探頭既不干擾射頻或微波發(fā)射產(chǎn)生的加熱場，傳感器本身也不感應(yīng)電流加熱式噪聲場的干擾。因此將光纖溫度汁引人該治療領(lǐng)域，通過皮下注射針頭或?qū)Ч軐⒐饫w溫度傳感器探頭插入癌癥患者體內(nèi)，對(duì)病變腫瘤的溫度進(jìn)行監(jiān)測和控制。第十三頁，共十九頁，2022年，8月28日癌癥超熱治療中的光纖溫度計(jì)二、設(shè)計(jì)簡介在早期的醫(yī)用光纖溫度傳感器的使用中，存在著一系列的局限性，它們阻礙了該技術(shù)的充分發(fā)展和廣泛使用。歸納起來有以下幾點(diǎn)；１探頭尺寸過大，尤其是多傳感器陣列，２探頭長度過短，在某些情況下，不利于臨床操作使用；３探頭在日常使用中易損壞；４校難費(fèi)時(shí)且不方便；５校準(zhǔn)隨時(shí)間和周圍環(huán)境溫度而漂移，需多次反復(fù)校難；６在臨床的探頭操作中，由光纖彎曲而帶來的光學(xué)信號(hào)的改變，使測量數(shù)據(jù)產(chǎn)生誤差；第十四頁，共十九頁，2022年，8月28日癌癥超熱治療中的光纖溫度計(jì)光纖溫度計(jì)的系統(tǒng)設(shè)計(jì)

用于超熱治療監(jiān)測的光纖溫度計(jì)系統(tǒng)裝置包括一個(gè)熒光傳感器探頭、進(jìn)行信號(hào)分析與控制的處理電路以及包括光源在內(nèi)的光學(xué)捕助系統(tǒng)。傳感器探頭的設(shè)計(jì)探頭的外殼由醫(yī)用上可接受的合氟聚合物(聚四氟乙烯)擠壓成形。其外面的黑色絕緣層(是非細(xì)胞毒性的)可以對(duì)散射光進(jìn)行屏蔽。當(dāng)陣列式傳感器(4個(gè))探頭覆有保護(hù)層時(shí)．其外徑為0.9mm或更小第十五頁，共十九頁，2022年，8月28日癌癥超熱治療中的光纖溫度計(jì)二、熒光傳感器設(shè)計(jì) 對(duì)于傳感器端部的溫度敏感熒光物質(zhì)，可選用硅酸氟化鎂與四價(jià)錳反應(yīng)。這種磷光體可被紫外光或藍(lán)紫光激發(fā)，發(fā)出深紅色熒光。 由于激勵(lì)光波長與被激發(fā)的熒光波長相距較遠(yuǎn)，故通過濾光器可以很容易地將兩者分開。 因此，單根光纖就可用作醫(yī)用探頭。第十六頁，共十九頁，2022