毅说医话 | 光纤传感器(医疗器械上的应用)

2022
06/13

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CCI心血管医生创新俱乐部
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随着介入手术的发展,手术过程中需要更多的数据和反馈,以帮助临床医生,如压力、应变和温度等信号。

对传感器的定义中有这么一句话:“从一个系统接受功率,以另一种形式将功率送到第二个系统中的器件”,也就是物理学中所说的,将被测量的信息按一定规律变换成为电信号或其他所需形式的信息输出。   小小的传感器所做的可谓四两拨千斤。   

在目前的医疗器械领域,尤其是随着介入手术的发展,手术过程中需要更多的数据和反馈,以帮助临床医生,如压力、应变和温度等信号。而在众多的传感器类型中,光纤传感器的应用,基于它的小尺寸等,成为了新的技术趋势。   

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光纤传感器

光纤传感器由传感器、光纤电缆和信号调节器组成。通过检测在光纤内部的光的一种或多种特性(例如强度、波长或偏振)的调制来感知,最终通过从光属性中检测到的变化推算出被测量。   

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其优点可以总结如下:  

  • 可以直接插入皮下注射针头和导管,使用既可以是微创的,也可以是高度定位的:可以执行远程多点和多参数感应。

  • 不受电磁干扰 (EMI)、化学惰性、无毒和本质安全。

  • 对电磁和射频 (RF) 信号免疫,非常适合在 MRI、CT、PET 或 SPECT 系统的诊断成像期间以及涉及射频或射频的热消融治疗期间实时使用。

类型

医疗领域的光纤传感器,可分为4种类型:物理、成像、化学和生物。   

物理:生理参数,如体温、血压和肌肉位移。   

成像:内部观察,成像等,如OCT和光声成像。   

化学:依靠荧光、光谱等识别和测量特定化合物和代谢变量(如 pH 值、血氧等)。   

生物:通过生物识别反应,如抗原-抗体,来识别和量化特定的生化分子。   

目前在光纤传感器领域,基础成像是最发达的,物理测量紧跟其后,生化领域则还不是很成熟。

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应用

当下最新的应用是将光纤传感器和输送系统技术结合。其中光纤的小尺寸可在导管内的狭小空间排布;同时,光纤的柔韧性可防止通过体内曲折结构时扭结。   

如用于测量导管尖端的压力和温度,以及手术机器人应用中的形状传感系统。  

如在电生理消融中,将光纤传感器安装在导管的尖端,通过检测施加在心壁上的力,去控制和传递适当的消融能量,从而避免这些能量在心壁中诱发的损伤等。   

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未来

随着微创介入的持续发展,将需要更多关于病患的监测信息,而小尺寸传感器的存在,它与各种器械的整合,将有助于这种趋势。   

然而,高成本,长周期,以及设计时需要考虑到的材料、生物相容性、患者安全等都意味着其开发难度之高,但光纤传感器提供了其他方式无法获得的功能和特性,也将预示着它在医疗器械市场未来的巨大价值。           

作者简介

曹刚毅

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曹刚毅,CCI四期学员,在介入医疗领域拥有多年研发和销售经验,涵盖结构,电生理,以及血管通路等产品,同时在各类医疗公众号平台累计发表百篇原创文章。

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本期策划   :沈雳   本文作者   :曹刚毅   后期制作   :凌武娟     

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关键词:
医疗器械,传感器,光纤,导管,化学

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