CN1613437A - 监测人工耳蜗电极弯曲植入的光纤弯曲传感器及使用方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种监测人工耳蜗电极弯曲植入的光纤弯曲传感器及使用方法，属于光纤生物传感领域。传感器包括光源、环行器、传输光纤、光电探测器、信号处理与显示单元及传感器探头，传感器探头是在由纤芯和包层构成的单模光纤的前端为一垂直于光纤轴线的平面，平面上镀涂反射膜，反射膜之外是保护膜；使用方法包括：将传感器探头与一金属细丝一起放入电极，并保持传感器探头与电极两者之间的相对静止，将电极向耳蜗植入；植入过程中检测反射光的功率而得到在电极植入电极的弯曲程度，从而推断电极的位置；确信电极已被放入预定位置后，将探头与金属细丝一起从电极内拉出。本发明所提供的传感器具有结构简单，使用方便，造价低等优点。
Description
技术领域
本发明涉及一种光纤弯曲传感器，特别是一种用于人工耳蜗植入的光纤弯曲传感器，属于光纤生物传感领域。
背景技术
人的听觉是这样产生的：外界声波穿过外耳道引起鼓膜和中耳内的三块听小骨的振动，从而引起内耳和耳蜗内的液体产生波动，促使听觉神经细胞产生电信号。这种电信号经听觉神经传入大脑，在大脑中转换成听觉信息。对于重度或深度感音神经性耳聋的患者，耳蜗中的听觉神经细胞受到了损坏，以致不能将传入耳蜗内的波动转化成使听神经和大脑产生听觉所需要的电信号。目前治疗该种耳聋最有效的办法就是进行人工耳蜗植入。人工耳蜗是由耳内部分和体外部分组成，耳内部分由植入电极和接受/刺激器组成，体外部分由语言处理器、方向性麦克风及传送装置所组成。声音由方向性麦克风接收后转换成电信号再传送至语言处理器将信号放大、过滤，并由传送器传送到接收器/刺激器，产生的电脉冲送至相应的电极，从而刺激听神经纤维兴奋并将声音信息传入大脑，产生听觉。据统计，全球现在约有3万多耳聋患者使用了人工耳蜗，但该数字与全世界2亿5千万患听力障碍的人数相比，还是极小的一个比例。造成这种状况的原因就是目前人工耳蜗植入的费用过高。这一方面是因为人工耳蜗的成本昂贵，另一因素则是植入手术对于医院和医生的要求很高，只有验收合格的医院和经过特殊训练的医生才有资格实施此项手术。人工耳蜗植入手术中重要的一个环节是将植入电极准确放入耳蜗。目前植入电极一般采用预弯曲电极设计，即在无外界作用力时，电极具有与耳蜗形状一致的螺旋形状。为将电极放入耳蜗，在植入时需使用具有一定刚度的金属细丝将弯曲的电极拉直，在一定的位置将金属细丝拉出。手术中医生用手感觉力的大小根据经验判断电极是否被正确地放入耳蜗。因此，手术过程与实施手术医生的经验，手的感觉和主观判断密切相关。所以研究和开发一种可对电极植入过程中电极的弯曲程度进行实时监测的传感器，将对改变目前人工耳蜗植入手术中仅依靠医生的手感和经验进行手术的状况，降低植入手术的费用有重要的现实意义。
发明内容
本发明的目的就是提供一种监测人工耳蜗电极弯曲植入的光纤弯曲传感器及使用方法。该传感器能实时监测人工耳蜗电极植入过程中电极的弯曲程度和位置，为医生施手术提供电极的位置与形状信息，以确保人工耳蜗电极被植入到正确的位置。
本发明是通过下述技术方案加以实现的，基于单模光纤的损耗随弯曲半径大小变化，即弯曲半径愈小，弯曲损耗愈大，以及在入射光的功率一定的条件下，检测通过该光纤的光功率即可获得光纤弯曲信息的原理，一种监测人工耳蜗电极弯曲植入的光纤弯曲传感器，该传感器包括光源、环行器、传输光纤、光电探测器、信号处理与显示单元及传感器探头，其特征在于，传感器探头是在由纤芯和包层构成的单模光纤的前端为一垂直于光纤轴线的平面，该平面上镀涂全反射或接近全反射的金属铝反射膜，该反射膜之外是一层氧化硅保护膜；纤芯内沿光纤轴线方向传输的光到达镀有反射膜的端面被该端面反射回来，沿与入射光相反的方向传输，当光纤的某一部分发生弯曲时，由于纤芯内的传输模被转换成包层模，因包层具有很大的损耗，造成对纤芯内传输模的损耗，光纤在其弯曲处对入射光和被端面反射回来的光均具有同样的衰减。
上述监测人工耳蜗电极弯曲植入的光纤弯曲传感器的使用方法，其特征在于包括：
1.将光纤传感器的探头与一金属细丝一起放入电极，并保持传感器的探头与电极两者之间的相对静止，将电极向耳蜗植入；
2.在植入过程中通过检测反射光的功率而得到在电极植入过程中电极的弯曲程度，从而推断电极的位置；
3.在确信电极已被放入预定位置后，将光纤探头与金属细丝一起从电极内拉出，完成电极植入过程。
本发明所提供的光纤弯曲传感器为人工耳蜗植入提供了一种有效的定量测量手段。所涉及的传感器具有结构简单，使用方便，造价低等优点。能直接用于人工耳蜗植入手术，也能用于培训医生和有关人员。
附图说明
图1为光纤弯曲传感器的结构框图。图2为光纤弯曲传感器的探头结构示意图。图3为光纤弯曲传感器用于电极植入的示意图。
图1中，101为光源，102为环行器，103为传输光纤，104为传感器探头，105为光电探测器，106为信号处理与显示单元。图2中，201为光纤的包层，202为光纤的纤芯，203为传感器探头的反射膜，204为传感器探头的保护膜，205为光纤纤芯内的入射光线，206为光纤纤芯内的反射光线。图3中，301为光纤传感器探头302为人工耳蜗电极，303为人体耳蜗。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的具体实施方式作详细说明。如附图1所示，光纤传感器探头由包层(101)直径为80微米，纤芯(102)直径为9微米的石英光纤制成。该光纤在980nm至1600nm的波长范围内均为单模。光纤端面在用专用切刀切断后，使用显微镜检查确认端面与光纤轴线垂直。然后采用真空镀膜技术在光纤端面蒸镀上一层铝反射膜203。为防止在光纤传感器探头使用中可能对铝膜造成的损伤，在铝膜上再镀一层氧化硅膜204，作为保护膜。由于采用80微米的光纤，减小了在小弯曲半径时，光纤被折断的可能性。当然也可以采用单模聚合物光纤，使用与上述相同的方法制作光纤传感器探头。聚合物光纤传感器探头在使用中则不会被折断。
如附图1所示，由光源101发出的光首先经环行器102和传输光纤103传至光纤传感器探头104。光纤传感器探头104随金属细丝一起放入人工耳蜗电极上预制的小孔内(如附图3所示)。入射光被光纤传感器探头上的铝膜反射，反射光沿传输光纤103原路返回，由环行器102传到光电探测器105。光电探测器105将其接收的光强转换为电流信号，送至信号处理与显示单元106。
当放入人工耳蜗电极内的光纤传感器探头随电极被送入耳蜗时，电极遇耳蜗壁而产生弯曲，对光纤内沿双向传输的光同时引入弯曲损耗。在光源的输出功率一定的条件下，光电探测器105接收的光强与光纤传感器探头的弯曲程度有对应关系。通过标定可得到该关系，并预设在信号处理与显示单元106内。所以，使用本发明所涉及的光纤弯曲传感器可以直接显示人工耳蜗电极植入过程中电极的弯曲程度和位置。在电极被放入预定位置后，将光纤传感器探头和金属细丝一起从电极中拉出。
光源101可为波长在980nm至1600nm的半导体激光器，LED，或其它形式的窄带或宽带光源。对光源的要求是其输出功率要稳定。
Claims (2)
1、一种监测人工耳蜗电极弯曲植入的光纤弯曲传感器，该传感器基于单模光纤的损耗随弯曲半径大小变化，即弯曲半径愈小，弯曲损耗愈大，以及在入射光的功率一定的条件下，检测通过该光纤的光功率即可获得光纤弯曲信息的原理，其结构包括光源、环行器、传输光纤、光电探测器、信号处理与显示单元及传感器探头，其特征在于：传感器探头是在由纤芯和包层构成的单模光纤的前端为一垂直于光纤轴线的平面，该平面上镀涂全反射或接近全反射的金属铝反射膜，该反射膜之外是一层氧化硅保护膜；纤芯内沿光纤轴线方向传输的光到达镀有反射膜的端面被该端面反射回来，沿与入射光相反的方向传输，当光纤的某一部分发生弯曲时，由于纤芯内的传输模被转换成包层模，因包层具有很大的损耗，造成对纤芯内传输模的损耗，光纤在其弯曲处对入射光和被端面反射回来的光均具有同样的衰减。
2、一种按权利要求1所述的监测人工耳蜗电极弯曲植入的光纤弯曲传感器的使用方法，其特征在于包括：
1)将光纤传感器的探头与一金属细丝一起放入电极，并保持传感器的探头与电极两者之间的相对静止，将电极向耳蜗植入；
2)植入过程中通过检测反射光的功率而得到在电极植入过程中电极的弯曲程度，从而推断电极的位置；
3)确信电极已被放入预定位置后，将光纤探头与金属细丝一起从电极内拉出，完成电极植入过程。
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