CN103837927A - 一种近红外脑活动检测发射光纤 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种近红外脑活动检测光纤，该光纤包括两路结构相同的子光纤，两路子光纤按照Y形合并，所述光纤的入射端分别耦合两种波长的光，出射端并列放置并良好封装，实现光路近似出射于一点，每路子光纤从中心向外依次包括纤芯、包覆层和保护套层，其中：所述纤芯为塑料光纤；所述包覆层包覆在所述纤芯的外层；所述保护层包覆在所述包覆层的外层。为了应对近红外脑活动检测设备的应用需求，本发明光纤具有传光效率整体较高，柔软度极高，耐弯折，便于与光源耦合，整体外径较细，坚固耐用，成本低廉等优点，是一种综合考虑近红外脑活动检测设备应用需求极适用于此类设备的传光光纤。
Description
技术领域
本发明涉及一种近红外脑活动检测设备专用的发射光纤。
背景技术
近年来，随着近红外光谱成像技术的发展，近红外光谱成像系统的研究取得了较大的进展，其中以连续波型的近红外光谱成像系统更为突出。近红外脑成像技术(Near-infrared spectroscopy，NIRS)是一种无创性的脑皮层功能活动检测手段。利用大脑组织对两种特定波长近红外光的吸收程度不同，实现对脑血氧程度的测量，能够实现无创、实时、连续的监测。
近红外脑活动检测设备往往需要将载波光(近红外光)从设备光源发射端传至颅骨表面，光纤无疑是解决此问题的不二之选。鉴于近红外脑活动检测设备的原理，应用于该设备的光纤一般要具有以下特点：
(1)一般需要有两种波长的近红外光同时照射在待检测部位的同一位置，故负责传输光的光纤必须有两路输入一路输出，即光纤需要将两个波长的光耦合成一路输出。
(2)由于近红外脑活动检测设备一般具有多个检测通道(常见32通道)，即需要多根光纤负责传输不同通道的载波光，因此光纤体积不能过大。
(3)考虑到设备光纤数目众多，以及颅骨端光出射面必须紧贴颅骨表面，如果外泄将严重影响测量精度，故不同于其他应用场合，此时光纤必须及其柔软，以便多根光纤在使用时方便放置，更重要的是不会因为光纤以及光纤保护层材料的刚性导致出射面产生漏光的现象。
(4)由于设备使用过程中需要多次拆卸和移动光纤，因此光纤必须有一定耐弯折能力。
(5)由于传光功能，光纤必须保证出射光能量达到近红外脑活动设备检测要求的能量强度，并尽可能的减小传输损耗以节省功耗。
基于上述特点，本发明发明人调研了现有近红外脑活动检测设备的传光光纤，由于国内近红外设备开发处于起步阶段尚无量产设备出现，因此调研主要集中于国外同类产品。
现有国外产品主要为美国公司的CW系列CW5，CW6以及NIRx公司的NIRscourt等，这些产品同样考虑到了上述应用要求，这些光纤的主要设计思想如下：
(1)光纤本体材料选用玻璃光纤；
(2)光纤包覆层选用硅胶管；
(3)整体外形为两路合成一路的Y形，每路光纤内部由多根玻璃光纤紧密排列形成玻璃光纤束；
(4)两路耦合时直接将两束玻璃光纤束并成一路玻璃光纤束。
此类光纤一般具有如下缺点：
(1)传光效率较低：玻璃光纤束有效传光面不能完全占据整个光源出射光斑面，导致部分载波光无法进入传输光路，降低了传光效率；
(2)耐弯折能力差：玻璃光纤束中单根玻璃光纤极细，使用过程中极易发生断裂，影响传光效果甚至达不到输出能量要求；
(3)使用寿命短：考虑到前述特点(3)的要求，光纤保护层一般牺牲一定的保护作用选用较为柔软的材料，一旦部分光纤发生断裂整根光纤都会报废；
(4)外形笨重：考虑到可弯折能力，玻璃光纤束保护层不能过细，必须留有一定的空间，这样光纤整体较粗，随着设备整个光纤数目要求的增多，不便安置，略显笨重；
(5)工艺要求高：光纤束在输入输出端都必须接入特定接头，既要保证光纤束的紧密程度又要保证装配接头时的低断纤率，对接头装配工艺要求极高，必须借助专业设备和熟练操作人员；
(6)生产成本高：光纤束需要多根光纤，光纤组成数目往往上百；
(7)使用成本高：由于上述产品主要由国外公司生产，设备需要替换光纤时需要向厂家定制，往往价格极高，一根光纤需要上千元人民币。
针对上述问题，迫切需要开发一种综合考虑近红外脑活动检测设备应用需求且极适用于此类设备的传光光纤。
发明内容
为了解决上述问题，本发明提出一种适用于近红外脑活动检测设备的传光光纤，该光纤包括两路结构相同的子光纤，两路子光纤按照Y形合并，合并端为入射端，所述入射端分别耦合两种波长的光，分支端为出射端，所述光纤的入射端分别耦合两种波长的光，出射端并列放置并良好封装，实现光路近似出射于一点，每路子光纤从中心向外依次包括纤芯、包覆层和保护套层，其中：
所述纤芯为塑料光纤；
所述包覆层包覆在所述纤芯的外层；
所述保护层包覆在所述包覆层的外层。
本发明由于采取以上技术方案，具有以下优点：
(1)传光效率综合考虑：每路采用单根塑料光纤的设计能使光纤端面有效通光面覆盖整个光源输出光斑，对于690nm波段传输损耗很低，只有0，21dB/m，830nm波段虽然不在塑料光纤的主要传输范围内，但提高一定的光源输出功率也可达到光纤输出能量要求，这一点在近红外设备中很容易做到；
(2)耐弯折能力极强：得益于塑料光纤本身的材料性能，本发明所述的光纤不加保护层保证衰减增加小于0.5db时最小弯曲半径15mm，牺牲一定损耗不影响使用前提下可轻松产绕在一根铅笔上；
(3)使用寿命长：塑料光纤本身就具有耐弯折的特性，本发明所述的光纤可耐弯折次数达10000次，抗拉强度18N，加之具有硅胶软管的保护，长时间使用不用担心断纤；
(4)外形轻巧：由于光纤保护层内部只有单根光纤，此光纤本身外径只有0.5mm，加之塑料光纤本身的耐用性保护套层可以做的很薄，故光纤整体外形轻巧，便于使用；
(5)工艺要求不高：本发明选用塑料光纤，其本身生产技术已属成熟，单根光纤的结构又常见于各种光纤应用场合，接头设计与装配工艺也十分常见，对加工工艺要求不高；
(6)生产成本低：本发明选用的塑料光纤价格低廉，每米仅不到100元，批量生产时更具价格优势；
(7)使用成本低：由于上述优点，国内光纤生产厂家一般具备长产加工此类光纤能力，小批量定做的此种光纤单根价格只有200元，另外本发明所述光纤本身使用寿命较长，更降低了使用成本。
总之，本发明光纤是综合考虑了近红外检测设备的实际使用要求以及生产成本，生产工艺难度的适用于近红外设备的光纤最优解决方案。
附图说明
图1是本发明光纤的整体结构图；
图2是本发明子光纤的结构图；
图3是本发明光纤的光谱-衰减图。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，以下结合具体实施例，并参照附图，对本发明进一步详细说明。
图1是本发明光纤的整体结构图，如图1所示，所述光纤包括两路结构相同的子光纤，两路子光纤按照Y形合并，合并端为入射端，所述入射端分别耦合两种波长的光，分支端为出射端，所述出射端并列放置并良好封装，图2是本发明子光纤的结构图，如图2所示，每路子光纤从中心向外依次包括纤芯、包覆层和保护套层，其中：
所述纤芯为塑料光纤；
在本发明一实施例中，所述纤芯选用聚甲基丙烯酸甲酯PMMA塑料光纤，能够传输近红外设备需求的光波，其中心波长为650nm，衰减为0.21dB/m：
在本发明一实施例中，所述纤芯的纤径为456um-516um，折射率为1.49，数值孔径为0.5；
所述包覆层包覆在所述纤芯的外层；
在本发明一实施例中，所述包覆层采用含氟聚合物，直径为470um-530um；
所述保护层包覆在所述包覆层的外层；
所述保护层由弹性较小的材质制作，在本发明一实施例中，所述保护层选用硅胶软管，其外形尺寸可依据所述光纤的尺寸变动，所述硅胶软管在良好地保护光纤的同时，还能够保证光纤的柔软程度，便于近红外设备采集操作；
所述光纤的整体外形形似字母Y，以将两路子光纤合并，实现两路合成一路，在实现光路近似出射于一点的同时，降低了制作工艺的难度，并且可根据实际使用场合选择合束的位置。
在本发明一实施例中，合并所述两路子光纤时，只需将两路子光纤并行放置加之保护套管封装即可，从外形上看两根子光纤汇聚成为一路，从功能上看，由于子光纤外径很小，并行放置后光斑贴合紧密，在近红外设备检测需求的场合下可近似视为一点，这样即实现了光纤的合束功能，也降低了实现所需的工艺要求和成本，一举两得。
所述两路子光纤传输的波长不同，比如一个可以为690nm波长，另一个可以为830nm波长。
得益于塑料纤芯本身的材料性能，本发明所述的光纤耐弯折能力极强，不加保护层保证衰减增加小于0.5db时最小弯曲半径为15mm，牺牲一定损耗不影响使用的前提下，可轻松产绕在一根铅笔上，且使用寿命长：塑料光纤本身就具有耐弯折的特性，本发明光纤可耐弯折次数达10000次，抗拉强度达18N，加之具有硅胶软管的保护，长时间使用也不用担心出现断纤的情况。
所述光纤的内径外径尺寸可根据不同设备光源发射端的耦合需求进行适当调整，不影响光纤的整体性能。
如图3所示，本发明塑料光纤适用于近红外光谱传光，对于690nm波长传输损耗很低，只有0.21dB/m，对于830nm波长虽然不在塑料光纤主要低衰减传输范围，考虑到整个近红外系统一般不要求光纤很长，2到3米即可，从而在提高一定的光源输出功率的情况下也可达到光纤输出能量要求，而这在近红外设备中很容易做到，多数近红外设备都具有输出光强调节功能，实际测试过程也充分印证了这一点，因此光纤衰减性能符合应用要求。
通过上述光纤可传输近红外脑血氧活动检测仪发射的近红外载波光，此载波光包括690nm及830nm的两种近红外光，该光纤根据近红外脑活动检测设备应用的需求可将上述两种近红外光耦合成一路出射于大脑待检测部位，进而完成将载波光从设备光源发射端传至颅骨的任务。
以上所述的具体实施例，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施例而已，并不用于限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种近红外脑活动检测发射光纤，其特征在于，该光纤包括两路结构相同的子光纤，两路子光纤按照Y形合并，合并端为入射端，所述入射端分别耦合两种波长的光，分支端为出射端，所述出射端并列放置并良好封装，实现光路近似出射于一点，每路子光纤从中心向外依次包括纤芯、包覆层和保护套层，其中：
所述纤芯为塑料光纤；
所述包覆层包覆在所述纤芯的外层；
所述保护层包覆在所述包覆层的外层。
2.根据权利要求1所述的光纤，其特征在于，所述纤芯为聚甲基丙烯酸甲酯PMMA塑料光纤。
3.根据权利要求1所述的光纤，其特征在于，所述纤芯的纤径为456um-516um，折射率为1.49，数值孔径为0.5。
4.根据权利要求1所述的光纤，其特征在于，所述包覆层采用含氟聚合物，直径为470um-530um。
5.根据权利要求1所述的光纤，其特征在于，所述保护层由弹性较小的材质制作。
6.根据权利要求5所述的光纤，其特征在于，所述保护层为硅胶软管。
7.根据权利要求1所述的光纤，其特征在于，所述两路子光纤传输的波长不同。
8.根据权利要求1所述的光纤，其特征在于，所述光纤的内径外径尺寸可调。
9.根据权利要求1所述的光纤，其特征在于，所述光纤衰减增加小于0.5db时最小弯曲半径15mm，可耐弯折次数达10000次，抗拉强度达18N。
10.根据权利要求1所述的光纤，其特征在于，所述光纤的出射端并列放置后由保护层封装。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| C10 | Entry into substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| C14 | Grant of patent or utility model | ||
| GR01 | Patent grant |