RU161461U1 - Чувствительный элемент волоконно-оптического термометра для измерения температуры внутренней среды организма человека - Google Patents

Чувствительный элемент волоконно-оптического термометра для измерения температуры внутренней среды организма человека Download PDF

Info

Publication number
RU161461U1
RU161461U1 RU2015144487/28U RU2015144487U RU161461U1 RU 161461 U1 RU161461 U1 RU 161461U1 RU 2015144487/28 U RU2015144487/28 U RU 2015144487/28U RU 2015144487 U RU2015144487 U RU 2015144487U RU 161461 U1 RU161461 U1 RU 161461U1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
temperature
internal environment
optical fiber
human body
polyvinyl chloride
Prior art date
Application number
RU2015144487/28U
Other languages
English (en)
Inventor
Марат Фардинович Замалтдинов
Вилен Насибович Шарифуллин
Original Assignee
Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Казанский государственный энергетический университет" (ФГБОУ ВПО "КГЭУ")
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Казанский государственный энергетический университет" (ФГБОУ ВПО "КГЭУ") filed Critical Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Казанский государственный энергетический университет" (ФГБОУ ВПО "КГЭУ")
Priority to RU2015144487/28U priority Critical patent/RU161461U1/ru
Application granted granted Critical
Publication of RU161461U1 publication Critical patent/RU161461U1/ru

Links

Images

Classifications

    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61B—DIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
    • A61B5/00—Measuring for diagnostic purposes; Identification of persons
    • A61B5/0002—Remote monitoring of patients using telemetry, e.g. transmission of vital signals via a communication network
    • A61B5/0004—Remote monitoring of patients using telemetry, e.g. transmission of vital signals via a communication network characterised by the type of physiological signal transmitted
    • A61B5/0008—Temperature signals
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61B—DIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
    • A61B5/00—Measuring for diagnostic purposes; Identification of persons
    • A61B5/01—Measuring temperature of body parts ; Diagnostic temperature sensing, e.g. for malignant or inflamed tissue
    • A61B5/015—By temperature mapping of body part
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01K—MEASURING TEMPERATURE; MEASURING QUANTITY OF HEAT; THERMALLY-SENSITIVE ELEMENTS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • G01K11/00—Measuring temperature based upon physical or chemical changes not covered by groups G01K3/00, G01K5/00, G01K7/00 or G01K9/00
    • G01K11/32—Measuring temperature based upon physical or chemical changes not covered by groups G01K3/00, G01K5/00, G01K7/00 or G01K9/00 using changes in transmittance, scattering or luminescence in optical fibres
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01K—MEASURING TEMPERATURE; MEASURING QUANTITY OF HEAT; THERMALLY-SENSITIVE ELEMENTS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • G01K11/00—Measuring temperature based upon physical or chemical changes not covered by groups G01K3/00, G01K5/00, G01K7/00 or G01K9/00
    • G01K11/32—Measuring temperature based upon physical or chemical changes not covered by groups G01K3/00, G01K5/00, G01K7/00 or G01K9/00 using changes in transmittance, scattering or luminescence in optical fibres
    • G01K11/3206—Measuring temperature based upon physical or chemical changes not covered by groups G01K3/00, G01K5/00, G01K7/00 or G01K9/00 using changes in transmittance, scattering or luminescence in optical fibres at discrete locations in the fibre, e.g. using Bragg scattering

Landscapes

  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Heart & Thoracic Surgery (AREA)
  • Surgery (AREA)
  • Biophysics (AREA)
  • Biomedical Technology (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Medical Informatics (AREA)
  • Molecular Biology (AREA)
  • Pathology (AREA)
  • Animal Behavior & Ethology (AREA)
  • General Health & Medical Sciences (AREA)
  • Public Health (AREA)
  • Veterinary Medicine (AREA)
  • Physiology (AREA)
  • Computer Networks & Wireless Communication (AREA)
  • Measuring Temperature Or Quantity Of Heat (AREA)

Abstract

1. Чувствительный элемент волоконно-оптического термометра для измерения температуры внутренней среды организма человека, выполненный в виде заполненной термометрическим веществом герметичной емкости, в полости которой размещен освобожденный от оболочки конец оптического волокна, отличающийся тем, что герметичная емкость выполнена в виде полимер-капилляра, изготовленного из нетоксичного поливинилхлорида, при этом в качестве термометрического вещества использована прозрачная циклоалифатическая эпоксидная смола, показатель преломления которой линейно зависит от температуры внутренней среды организма человека, а освобожденный от оболочки конец оптического волокна выполнен с возможностью, при повышении или понижении температуры внутренней среды организма человека, изменения отражательной и пропускательной способности границы раздела «освобожденный от оболочки конец оптического волокна - термометрическое вещество».2. Чувствительный элемент по п. 1, отличающийся тем, что в качестве нетоксичного поливинилхлорида использован пластифицированный поливинилхлорид медицинского назначения марки «ПМ-1/42 мед», а в качестве термометрического вещества использована прозрачная циклоалифатическая эпоксидная смола марки «ERL 4221».

Description

Полезная модель относится к измерительной технике, преимущественно к медицинской технике, и может быть использована в волоконно-оптических термометрах для измерения температуры внутренней среды организма человека.
Аналогом является чувствительный элемент медицинского волоконно-оптического термометра [Красюк Б.А. Светотоводные датчики. М., Машиностроение, 1990, § 4.3, стр. 126-128], используемого для непрерывного контроля температуры живой ткани, подвергающейся нагреву токами высокой частоты. Чувствительный элемент данного термометра представляет собою короткий, длиною не более 2 см, закрытый с одного конца стеклянный капилляр, заполненный внутри термометрическим веществом, в который введен освобожденный от оболочки конец оптического волокна. При изменении температуры среды, окружающей капилляр, изменяется температура масла в капилляре и увеличивается или уменьшается коэффициент преломления этой жидкости, что естественно приводит к изменению интенсивности света, вышедшего через торец сердцевины волокна и частично возвратившегося в эту сердцевину после отражения от «донышка» капилляра.
Основным недостатком аналога является то, что капилляр чувствительного элемента изготовлен из стекла, поэтому при измерении температуры внутренней среды организма человека с помощью волоконно-оптического термометра на основе чувствительного элемента в виде стеклянного капилляра необходимо соблюдать меры осторожности.
Прототипом является чувствительный элемент волоконно-оптического термометра [патент США pat. 4575259 U.S.A.: int. cl.4 G01J 5/58, 1986], используемого в биомедицинских целях. Чувствительный элемент термометра представляет собою стеклянный капилляр, заполненный внутри жидким термохромным веществом, в который введен освобожденный от оболочки конец оптического волокна. Термохромное вещество имеет пики поглощения на определенной длине волны излучения при изменении температуры вещества.
Основным недостатком прототипа является наличие у термохромного вещества поглощающих свойств, что приводит к необходимости использования комплексного показателя преломления, снижает точность и усложняет процесс измерения температуры.
Задачей полезной модели является разработка конструкции чувствительного элемента волоконно-оптического термометра, в котором устранены основные недостатки аналога и прототипа.
Техническим результатом является повышение точности и безопасности измерения температуры внутренней среды организма человека с помощью волоконно-оптического термометра.
Технический результат достигается тем, что в чувствительном элементе волоконно-оптического термометра для измерения температуры внутренней среды организма человека, выполненным в виде, заполненной термометрическим веществом, герметичной емкости, в полости которой размещен освобожденный от оболочки конец оптического волокна, согласно настоящей полезной модели, герметичная емкость выполнена в виде полимер-капилляра, изготовленного из нетоксичного поливинилхлорида, при этом в качестве термометрического вещества использована прозрачная циклоалифатическая эпоксидная смола, показатель преломления которой линейно зависит от температуры внутренней среды организма человека, а освобожденный от оболочки конец оптического волокна выполнен с возможностью, при повышении или понижении температуры внутренней среды организма человека, изменения отражательной и пропускательной способности границы раздела «освобожденный от оболочки конец оптического волокна - термометрическое вещество».
В качестве нетоксичного поливинилхлорида использован пластифицированный поливинилхлорид медицинского назначения марки «ГТМ-1/42 мед», а в качестве термометрического вещества использована прозрачная циклоалифатическая эпоксидная смола марки «ERL 4221».
Сущность полезной модели поясняется чертежами, на которых изображены: на фиг. 1 - конструкция предлагаемого чувствительного элемента; на фиг. 2 - график изменения показателя преломления nтв прозрачной циклоалифатической эпоксидной смолы марки «ERL 4221» в зависимости от температуры Твсо внутренней среды организма человека.
На фиг. 1 цифрами обозначены:
1 - термометрическое вещество,
2 - герметичная емкость (полимер-капилляр),
3 - полость полимер-капилляра,
4 - оптическое волокно,
5 - освобожденный от оболочки конец оптического волокна.
Р1 - мощность оптического излучения, входящего в освобожденный от оболочки конец оптического волокна;
Р2 - мощность оптического излучения, выходящего из освобожденного от оболочки конца оптического волокна;
R - отражательная способность границы раздела «освобожденный от оболочки конец оптического волокна - термометрическое вещество»;
J - пропускательная способность границы раздела «освобожденный от оболочки конец оптического волокна - термометрическое вещество»;
Твсо - температура внутренней среды организма человека;
Ттв - температура прозрачной циклоалифатической эпоксидной смолы марки «ERL 4221»;
nтв - показатель преломления прозрачной циклоалифатической эпоксидной смолы марки «ERL 4221».
Чувствительный элемент волоконно-оптического термометра для измерения температуры внутренней среды организма человека выполнен в виде, заполненной термометрическим веществом 1, герметичной емкости 2, в полости 3 которой размещен освобожденный от оболочки конец 5 оптического волокна 4.
Отличием предлагаемого чувствительного элемента волоконно-оптического термометра является то, что герметичная емкость 2 выполнена в виде полимер-капилляра, изготовленного из нетоксичного поливинилхлорида, при этом в качестве термометрического вещества 1 использована прозрачная циклоалифатическая эпоксидная смола, показатель преломления nтв которой линейно зависит от температуры Твсо внутренней среды организма человека, а освобожденный от оболочки конец 5 оптического волокна 4 выполнен с возможностью, при повышении или понижении температуры Твсо внутренней среды организма человека, изменения отражательной R и пропускательной J способности границы раздела «освобожденный от оболочки конец 5 оптического волокна 4 - термометрическое вещество 1».
В качестве нетоксичного поливинилхлорида использован пластифицированный поливинилхлорид медицинского назначения марки «ПМ-1/42 мед», а в качестве термометрического вещества использована прозрачная циклоалифатическая эпоксидная смола марки «ERL 4221».
Материалы и изделия из пластифицированного поливинилхлорида медицинского назначения марки «ПМ-1/42 мед» обладают ценными свойствами: они нетоксичные, пластичные, ударопрочные, химически стойкие и стерилизуются всеми видами стерилизации.
Химическое название прозрачной циклоалифатической эпоксидной смолы марки «ERL 4221» следующее:
«ERL 4221» = 3,4-epoxycyclohexylmethyl-3′,4′-epoxycyclohexanecaloxyrate. Показатель преломления nтв прозрачной циклоалифатической эпоксидной смолы марки «ERL 4221» связан с температурой Твсо внутренней среды организма человека следующей зависимостью:
nтв=1,5062-3,6576·10-4Твсо.
В медицине для диагностирования температуры органов и тканей человека наибольшее значение имеет область температур в диапазоне +32…+44°С. На фиг. 2 представлен график изменения показателя преломления nтв прозрачной циклоалифатической эпоксидной смолы марки «ERL 4221» в зависимости от температуры Твсо внутренней среды организма человека. Изображенная на фиг. 2 зависимость
Figure 00000002
является линейной в диапазоне температур от +32 до +44°С, что дополнительно позволяет повысить точность измерения температуры с помощью волоконно-оптического термометра на основе предлагаемого чувствительного элемента. Значения показателя преломления прозрачной циклоалифатической эпоксидной смолы марки «ERL 4221» изменяются на 3-ем и 4-ом знаках после запятой, при этом на 4-ом знаке данные изменения являются более интенсивными. Из графика, изображенного на фиг. 2, видно, что при изменении температуры на 1°С значение показателя преломления nтв прозрачной циклоалифатической эпоксидной смолы марки «ERL 4221» изменяется приблизительно на 0,00037. Чувствительность волоконно-оптического термометра на основе предлагаемого чувствительного элемента составляет 0,00037°С-1.
Принцип действия предлагаемого чувствительного элемента (см. фиг. 1) в составе волоконно-оптического термометра следующий.
В оптическом волокне 4 оптическое излучение распространяется под критическим углом полного внутреннего отражения θкр, определяемым арксинусом отношения показателя преломления nоб оболочки оптического волокна 4 к показателю преломления nс сердцевины: θкр=arcsin(nоб/nc).
При повышении или понижении температуры термометрического вещества 1, окружающего освобожденный от оболочки конец 5 оптического волокна 4, происходит изменение отражательной R и пропускательной J способности границы раздела «освобожденный от оболочки конец 5 оптического волокна 4 - термометрическое вещество 1», т.е. нарушается условие полного внутреннего отражения в результате изменения показателя преломления второй среды, а именно термометрического вещества 1.
Соответственно, мощность оптического излучения Р1, входящего в освобожденный от оболочки конец 5 оптического волокна 4, и мощность излучения Р2, выходящего из него, будут существенно отличаться друг от друга по значению. Это связано с тем, что мощность оптического излучения Р2, выходящего из освобожденного от оболочки конца 5 оптического волокна 4, зависит от отражательной R и пропускательной J способности границы раздела «освобожденный от оболочки конец 5 оптического волокна 4 - термометрическое вещество 1», которые, в свою очередь, изменяются при повышении или понижении температуры Ттв термометрического вещества 1.
Таким образом, использование освобожденного от оболочки конца 5 оптического волокна 4, пластифицированного поливинилхлорида медицинского назначения марки «ПМ-1/42 мед» для изготовления полимеркапилляра 2, а также прозрачной циклоалифатической эпоксидной смолы марки «ERL 4221» в качестве термометрического вещества 1 позволит, по сравнению с аналогом и прототипом, повысить точность и безопасность измерения температуры внутренней среды организма человека с помощью волоконно-оптического термометра.

Claims (2)

1. Чувствительный элемент волоконно-оптического термометра для измерения температуры внутренней среды организма человека, выполненный в виде заполненной термометрическим веществом герметичной емкости, в полости которой размещен освобожденный от оболочки конец оптического волокна, отличающийся тем, что герметичная емкость выполнена в виде полимер-капилляра, изготовленного из нетоксичного поливинилхлорида, при этом в качестве термометрического вещества использована прозрачная циклоалифатическая эпоксидная смола, показатель преломления которой линейно зависит от температуры внутренней среды организма человека, а освобожденный от оболочки конец оптического волокна выполнен с возможностью, при повышении или понижении температуры внутренней среды организма человека, изменения отражательной и пропускательной способности границы раздела «освобожденный от оболочки конец оптического волокна - термометрическое вещество».
2. Чувствительный элемент по п. 1, отличающийся тем, что в качестве нетоксичного поливинилхлорида использован пластифицированный поливинилхлорид медицинского назначения марки «ПМ-1/42 мед», а в качестве термометрического вещества использована прозрачная циклоалифатическая эпоксидная смола марки «ERL 4221».
Figure 00000001
RU2015144487/28U 2015-10-15 2015-10-15 Чувствительный элемент волоконно-оптического термометра для измерения температуры внутренней среды организма человека RU161461U1 (ru)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2015144487/28U RU161461U1 (ru) 2015-10-15 2015-10-15 Чувствительный элемент волоконно-оптического термометра для измерения температуры внутренней среды организма человека

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2015144487/28U RU161461U1 (ru) 2015-10-15 2015-10-15 Чувствительный элемент волоконно-оптического термометра для измерения температуры внутренней среды организма человека

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU161461U1 true RU161461U1 (ru) 2016-04-20

Family

ID=55859505

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2015144487/28U RU161461U1 (ru) 2015-10-15 2015-10-15 Чувствительный элемент волоконно-оптического термометра для измерения температуры внутренней среды организма человека

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU161461U1 (ru)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU170770U1 (ru) * 2016-11-29 2017-05-05 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Казанский государственный энергетический университет" (ФГБОУ ВО "КГЭУ") Чувствительный элемент волоконно-оптического термометра для измерения температуры внутренней среды организма человека

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU170770U1 (ru) * 2016-11-29 2017-05-05 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Казанский государственный энергетический университет" (ФГБОУ ВО "КГЭУ") Чувствительный элемент волоконно-оптического термометра для измерения температуры внутренней среды организма человека

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Keiser et al. Review of diverse optical fibers used in biomedical research and clinical practice
JP3375995B2 (ja) 医療用温度センサ
US20030231818A1 (en) Packaged optical sensors on the side of optical fibres
US3062202A (en) Body fluid pressure measuring device
RU161461U1 (ru) Чувствительный элемент волоконно-оптического термометра для измерения температуры внутренней среды организма человека
JP6000957B2 (ja) 光学測定装置および校正方法
Liang et al. Wearable and multifunctional self-mixing microfiber sensor for human health monitoring
Mendez MEDICAL APPLICATIONS OF FIBER-OPTICS: Optical fiber sees growth as medical sensors
Coimbra et al. Chirped fiber Bragg grating sensors for force intensity and location assessment in occlusal splints: a proof-of-concept
Sui et al. Temperature sensing of the brain enabled by directly inscribed Bragg gratings in CYTOP polymer optical fiber implants
WO1984003143A1 (en) Optical probe to measure the depth of a cavity
CA1197024A (en) Radiochromic leuko dye real time dosimeter, one way optical waveguide
Zibaii et al. In vivo brain temperature measurements based on fiber optic Bragg grating
EP2485024A1 (en) Temperature sensitive body, optical temperature sensor, temperature measuring device, and heat flux measuring device
RU47203U1 (ru) Волоконно-оптический термометр
RU170770U1 (ru) Чувствительный элемент волоконно-оптического термометра для измерения температуры внутренней среды организма человека
US20210379340A1 (en) Biomedical pressure sensor
Mignani et al. Fibre-optic sensors in health care
CN106236035B (zh) 一种介入式光纤传感探头
Scheggi Optical fiber sensors in medicine
EP4215107A1 (en) Intravital pressure measurement device
Soge Polymer optical fibre temperature sensors-A review
CN112747836A (zh) 一种基于无芯光纤的多人同时测温装置
Saccomandi et al. An MR-compatible force sensor based on FBG technology for biomedical application
Pant et al. Pulp chamber temperature variation evaluation using fiber Bragg grating sensor

Legal Events

Date Code Title Description
MM1K Utility model has become invalid (non-payment of fees)

Effective date: 20160626