醫用傳感器是應用于生物醫學(xué)領(lǐng)域的傳感器，通過(guò)醫用傳感器可將人體的生理信號轉換為易讀取的數字圖像信息，是醫生用于診斷治療的重要工具。由于醫用傳感器應用于人體，所以醫用傳感器的設計和應用須考量生物信號的特殊性和復雜性，兼顧生物相容性、可靠性和安全性。近年
來(lái)，研究人員發(fā)現光纖光柵的特性能滿(mǎn)足醫用傳感器的特殊需求，故大量基于光纖光柵的醫用傳感器被研究人員提出。因此，有必要通過(guò)介紹光纖光柵基本傳感原理，分析光纖光柵傳感器的應用特點(diǎn)，綜述其在心臟監測、呼吸監測、體溫監測、超聲領(lǐng)域和外科醫療等醫療設備領(lǐng)域的應用進(jìn)展。

由于醫療設備應用于人體，要符合人體各種復雜的生理結構特性，而光纖光柵傳感器的特點(diǎn)可滿(mǎn)足醫療設備領(lǐng)域傳感器的特殊要求。光纖光柵的特性可確保光纖光柵實(shí)際使用的安全性，非常適用于醫療設備傳感領(lǐng)域。

光纖光柵在醫療設備領(lǐng)域應用分析

心臟監測領(lǐng)域應用

心臟效率是心臟監護重要參數之一，1997年一種用于測量心臟效率的光纖光柵傳感器被提出。該測量方法中，使用者將定向熱稀釋導管插入被測者的右心房，同時(shí)注射一種冷凍液，通過(guò)測量被測者肺動(dòng)脈血液的溫度和脈動(dòng)率，最終實(shí)現對心臟泵血量測量。
種光纖光柵傳感器用于測量人體心音和心跳頻率，光纖光柵作為傳感頭封裝在紡織物中，當紡織物緊貼人的身體時(shí)，心音和心跳作用于光纖光柵傳感頭上，實(shí)現聲音-應變-光信號的調制過(guò)程，最終通過(guò)監測中心變化，實(shí)現對人體的心音和心跳頻率的傳感。

呼吸監測領(lǐng)域應用

一種基于光纖光柵的呼吸監測系統，將光纖光柵應變傳感器通過(guò)彈性膠帶固定于被測者胸部，傳感器通過(guò)監測胸腔變化實(shí)現對呼吸過(guò)程頻譜的測量。在使用高壓電極幫助患者人工呼吸的過(guò)程中，通常使用高壓放電刺激隔膜神經(jīng)幫助患者呼吸，故患者胸部需裝有高壓電極，普通電類(lèi)傳感器并不適用于此高壓環(huán)境，而光纖光柵具有抗高壓干擾特性，所以基于光纖光柵傳感器可用于此高壓環(huán)境，在此類(lèi)使用高壓電極幫助患者人工呼吸的過(guò)程中，用于控制高壓放電的觸發(fā)，實(shí)現對患者呼吸情況的實(shí)時(shí)監護。
研發(fā)一種可穿戴式傳感器系統，用于實(shí)時(shí)監護使用者呼吸情況。該傳感器使用光纖光柵縫合于紡織物中，將紡織物穿戴于使用者胸部和腹部，通過(guò)監測胸部和腹部壓力變化，實(shí)現對實(shí)時(shí)呼吸運動(dòng)監測。該穿戴式傳感器便于醫療機構工作人員對使用者呼吸情況進(jìn)行實(shí)時(shí)監測。

超聲領(lǐng)域應用

某研究單位基于光纖光柵傳感器探測超聲波場(chǎng)。提出一個(gè)1 mm長(cháng)的光纖光柵作為傳感頭，測量2 MHz高頻超聲波場(chǎng)，壓力分辨能力達到10-3Hz。

【以上參數為參考，不作為本公司實(shí)際產(chǎn)品參數】

醫用設備中有較多超聲診斷設備，如超聲波碎石、超聲波熱療及超聲波外科等。超聲波設備使用時(shí)，其輸出功率通常需用傳感器進(jìn)行實(shí)時(shí)監測，而常規的壓電裝置對電磁場(chǎng)敏感，但探頭尺寸與之不匹配，無(wú)法準確測量體內的超聲波場(chǎng)。光纖光柵傳感器具有尺寸小，抗電磁干擾等特點(diǎn)，適用于醫用超聲診斷設備的傳感，可實(shí)現超聲波場(chǎng)的多點(diǎn)測量。

溫度監測領(lǐng)域應用

應用于監控核磁共振機實(shí)際溫度的光纖光柵溫度傳感系統，該系統傳感頭由4個(gè)光纖光柵串聯(lián)而成，使用過(guò)程中將傳感頭置于核磁共振機的容器中，容器的磁場(chǎng)值為4.7 T，使用25 m長(cháng)的光纖連接探頭和解調儀，傳感系統的溫度分辨能力為0.1 ℃，精度為±0.5 ℃，測量范圍25～60 ℃。該傳感系統充分體現光纖光柵傳感器抗電磁干擾的優(yōu)勢，實(shí)現傳統熱電偶傳感器無(wú)法應用于強磁場(chǎng)環(huán)境的溫度監測?！疽陨蠀禐閰⒖?，不作為本公司實(shí)際產(chǎn)品參數】

 

新型的醫用溫度傳感光纖光柵傳感系統，應用于醫用熱療過(guò)程中的溫度監測。

該傳感系統溫度測量結果與傳統熱電偶傳感器的溫度測量結果一致，其分辨能力為0.1 ℃，精度為±0.2 ℃,測量范圍為30～60 ℃。光纖光柵傳感器穩定的物理特性十分適合將其應用于一些檢測環(huán)境較為復雜的醫療領(lǐng)域?！疽陨蠀禐閰⒖?，不作為本公司實(shí)際產(chǎn)品參數】

通過(guò)光纖光柵基本傳感原理，光纖光柵傳感器體積小、重量輕、抗腐蝕、耐高溫高壓、抗磁場(chǎng)干擾、靈敏度高及準確度高等應用特點(diǎn)，總結了光纖光柵傳感器在心臟監測、呼吸監測、體溫監測、超聲領(lǐng)域和外科醫療等醫療設備領(lǐng)域的應用情況。然而，光纖光柵傳感器在實(shí)際醫療設備領(lǐng)域的應用還需考量醫療應用實(shí)際復雜性和特殊性，而目前大部分研究?jì)H停留于實(shí)驗室研究階段，相信隨著(zhù)研究人員投入更多的研究與實(shí)驗，必將研發(fā)出能真正應用于醫療設備領(lǐng)域的光纖光柵醫用傳感器。