行业应用|光纤温度传感技术在人体热疗领域中的应用优势
2024-08-17

引言

 随着科技的发展和社会的进步,人们对个体生命价值的认知不断提升,人类的健康观念、方式和途径都发生着深刻的变化。人们对健康的关注度逐步提高,越来越多的人希望依靠有效的科技手段来保障生命的安全。



  在生物医学领域,人体体温是一个非常重要的生理参数,精确的温度可以为医生提供生理状态的信息,帮助医生诊断及治疗。比如在微波、射频热疗中,就需要对人体癌变组织的温度进行实时无损监测。

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  热疗原理是通过微波、射频电磁波等加热源产生热效应对癌细胞组织加热来治疗。由于癌细胞比正常细胞血流量少、散热慢、对热更敏感。在热疗的作用下,对人体组织加热到42~45℃癌细胞即可被杀死,而正常组织却无明显损伤。而超过45℃以上,正常细胞也会受到严重的创伤,因此45℃作为界限值,如何使癌变部位,精准恒定保持在45℃,既能杀死癌细胞,又不损伤人体正常组织,就要求在热疗时,温度测量与控制具有足够高的精度,且可以避免电磁对温度的干扰。
















在此环境中应用的温度传感器,必须要满足以下特殊要求:

1、可在人体皮表或皮下、多点测量;

2、与人体接触,材料必须无毒,还要有良好的相容性,不会出现过敏排异等不良现象;

3、测温精度要高,且对温度以外的物理量不敏感;

4、具有良好的电气安全性,应按照防电击的电气安全标准;

5、在性能上,要便于清洁和消毒,防止有害物质交叉感染;

6、在结构上,探头要小,缆身要软,尽可能少影响人体正常的身体活动。


















  传统医用传感器如:热电偶温度传感器、热敏电阻温度传感器、红外热辐射温度传感器等。它们都无法满足在微波、射频热疗环境中的使用要求,且传感元件大多为导体,这会在治疗中带来一系列的问题。如在导线上会产生欧姆热,使其自身温度升高,成为附加干扰热源;或是由于导体的集肤效应,导体表面的电流密度也会随着磁场频率的增加而升高,测量的温度示值会产生很大的误差,甚至无法进行测量,从而影响治疗效果。

  利用荧光光纤温度传感技术测温的荧光光纤温度传感器感温探针是基于稀土荧光物质的材料特性实现,当某些稀土荧光物质受紫外线照射并激发后,在可见光谱中发射线状光谱,即荧光及其余辉(余辉为激励停止后的发光)。荧光余辉的衰变时间常数是温度的单值函数,通常温度越高,时间常数越小。只要测得时间常数的值,就可以求出温度。

  应用这种方法测温的最大优点,就是被测目标温度只取决于荧光材料的时间常数,而与系统的其他变量无关,例如光源强度的变化、传输效率、耦合程度的变化等都不影响测量结果,较其它测温法原理上有明显优势,测温原理如图所示:

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荧光光纤温度传感器应用在微波、射频热疗中的优势有:

  • 光信号测温,无导体结构,电气绝缘性能好,不受电磁场干扰;

  • 测量精度高,测温周期短,反应灵敏;

  • 光纤柔韧性好,感温探头体积小,最小可达到0.5mm,适合接触式体表或体内介入式温度测量;

  • 传感器外层可定制采用硅纤护套,方便消毒液擦拭;

  • 传感器耐高温,耐腐蚀,防爆防燃,操作方便灵活;

  • 可直接接入医疗设备或电脑,多点监测、集中显示温度。
















  荧光光纤温度传感器利用光测量温度,玻璃和聚合物制成的探头是非导电的,可以避免高电压施加到病人身上造成电击,以及避免电磁环境对测量数据的干扰。同时,因为光纤的体积小,柔性好,测温精度高,对被测物体影响小等优秀性能,非常适合在癌症肿瘤热疗中用于监测温度。


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  荧光光纤测温一体化装置,则可以直接与微波、射频热疗仪器设备或电脑连接,在治疗时,对癌细胞组织的温度进行多点、实时、连续、长时间地精准监测,显示和保存。医生可查看历史测温数据,进行分析和诊断。

  目前,光纤温度传感器,作为一种优势明显的先进测温技术,已经在各种高精尖领域得到了广泛应用,凭借其测温精度高,探头体积小,缆身柔性好、对电磁干扰免疫等独特优势,在生物医学领域的应用也在被讯速推广,且已取得了良好的应用实绩。