一种介入式弱磁与压力感知系统的制作方法

[0001]
本发明涉及光纤传感领域及医疗领域，特别涉及一种介入式弱磁与压力感知系统，该系统用于人体病变器官或组织的介入诊断。


背景技术：

[0002]
肌细胞和神经细胞在受到刺激后都会产生生物电流。对心肌细胞来说，其具有收缩运动的特性，膜外排列一定数量带正电荷的阳离子，膜内排列相同数量带负电荷的银离子。当心肌细胞受到一定强度的刺激时，细胞膜通透性发生改变，细胞内外产生电位差从而产生电流。对神经细胞来说，神经受到刺激后产生圣经冲动，在人体内表现为电解质离子输运产生电流，信号以电流的形式无衰减地沿着神经纤维传导。由毕奥-萨伐尔定律，肌细胞和神经细胞的生物电流会导致生物磁场。相比之下，生物体产生的磁场包含了生物过程及其病例等有价值的信息，生物磁场信号强度相对稳定，相对于生物电流，生物磁场信号传输简单、且能够精确地定位磁场，同时还能给出时域相关的信息。对于生物体来说，肌细胞在心脏部位较为集中，神经细胞在脑部较为集中，由于心脏和脑部对外界刺激的神经冲动产生的传导电流较强，所以生物磁信号在大脑中和心脏处比较集中。
[0003]
神经相对集中的部位，神经传导电流比较集中，其周围的磁信号也相对较强，如脊髓、肌肉中的磁信号较弱，心脏和脑部对外界刺激的感受较强、反应产生的神经传导电流则较大，这样大脑和心脏处产生的磁场就比较集中。当然，这类磁场的强度不仅由器官本身决定，还由磁场产生区域与探测区域位置之间的距离决定。生物磁非常微弱，通常在0.1nt（1nt=10-9
t）一下，普通的磁通门磁力计的探测灵敏度、带宽覆盖了生物磁场的测量和研究范围，早在1970年，超导量子干涉仪已经用于心磁、脑磁和神经磁场研究，2003年开始将光抽运磁力计引入到生物磁场测量和研究中。
[0004]
目前，所出现的超灵敏原子磁力计、超导量子干涉仪或光抽运磁力计等均是体外监测设备，可以监测心脏或脑部磁场，对于心脏或脑部某部位的组织活动情况难以靶向测量。另外相较于电子器件，光纤传感器具有高灵敏度、高精度、大动态范围、抗电磁干扰以及耐高温高压等显著技术优势，在磁场测量，特别是微弱磁场测量方面受到了广泛关注。


技术实现要素：

[0005]
本发明提出了一种介入式弱磁与压力感知系统，利用光纤传感技术，将光纤传感探头微型化，磁感应器与压力传感器一体化，可直接侵入人体内部，利用压力传感器快速定位，磁感应器对人体内患病组织的活动状况进行诊断，或在手术中作为导航仪使用，以利于医生快速做出精准治疗。
[0006]
本发明提供的一种介入式弱磁与压力感知系统，包括光源模块、光纤环形器、光纤传感探头、光谱采集模块、处理模块及磁屏蔽装置，该系统用于体内介入式诊断。
[0007]
优选地，光源模块包括偏振控制模块，所述偏振控制模块用于控制光信号的偏振态并消除所述信号的信号衰弱，光源模块通过偏振控制模块与光纤环形器连接。
[0008]
优选地，光纤环形器包含第一端口、第二端口和第三端口；所述第一端口用于与所述偏振模块连接，用于接收所述光源模块输出的固定光谱和稳定功率的光信号，所述第二端口用于将所述光信号输入至所述光纤传感探头，以使所述光纤传感探头向所述第二端口反射所述光信号的干涉信号，所述第三端口用于向所述光谱采集模块输出所述干涉信号。
[0009]
优选地，光纤传感探头包含压力传感器和弱磁感应器，所述压力传感器与所述弱磁感应器一体化设计，在同一个石英玻璃上刻蚀两个f-p腔；其中一个腔内放置些许磁敏感物质，使用刚性膜片与该部分腔室粘结将其真空密封，制成弱磁感应器，其中一个腔为空腔，将玻璃膜片与该部分腔室粘结将其真空密封，制成压力感应器。
[0010]
优选地，所述刚性膜片在外界压力下不产生形变的刚性材料，玻璃膜片随着压力的变化而变化。
[0011]
优选地，所述一种介入式弱磁与压力感知系统，其中光纤传感探头为微型探头，直径不足0.5mm，可接入体内进行疾病的诊断；人体某些患病部位会出现压力异常的情况，光纤传感探头进入人体后，压力传感器根据压力状况，快速定位患病部位，弱磁感应器根据病变部位磁场变化诊断病情，两种传感器的结合提供了一种高效、准确、便捷的诊疗手段，该系统可以与其他治疗工具例如准分子激光器、各种输送系统配合使用。
[0012]
优选地，所述一种介入式弱磁与压力感知系统，可以用于例如：人心血管堵塞及心肌梗死程度的诊断，将光纤传感探头通过介入手术进入人体内，沿着血管壁滑动，当通过某处血管的压力异常且前后运动压力变化较大时，该部位则可能为堵塞部位，若此时看到的磁信号出现异常，这说明此处的心肌细胞出现异常，可根据磁信号的强弱判断心肌细胞的活动状态；颅内病变可能一般会伴有脑脊液循环异常，造成颅内压力异常，将光纤传感探头至于颅内，可以测量颅内压力这一宏观指征，亦可以测量患部或手术部位尤其是人脑某部位的活动情况；神经细胞作为电磁信号较强的细胞，例如三叉神经，当三叉神经痛患者发病时，该处神经放电异常，则其磁场也同样发生异常，一般治疗该病的手段为切断该处神经，阻滞异常电流的传导，该传感器可用以治疗后的监测，根据是否存在异常磁场，诊断手术状况。
[0013]
优选地，所述光纤传感探头对压力和磁力有非常高的灵敏度，因而需要磁屏蔽装置屏蔽掉外界磁场的干扰。因体内不同器官或组织的电磁频率及大小不同，所以体内磁场无需屏蔽。
[0014]
区别于现有技术的情况，本发明的有益效果是：1、一个光纤传感探头具有两种或多种功能，在进行介入诊断时减少了病人二次伤害，一定程度上提高手术成功率；2、与目前应用于诊断的设备不同，该系统为介入式诊断，可靶向定位，提高了诊断的准确性；3、弱磁感应器是特殊的f-p光纤传感器，传感器所用膜片为刚性膜片，不受外界温度、压力变化带来的影响，并结合了f-p光纤传感器的高灵敏度、精确度、不受酸碱等环境影响的特性；传感器f-p腔内放置的磁敏感物质是对各种可测量各种弱磁场；4、除用于人体弱磁场的监测外，产品可用于多种环境中，且产品加工工艺简单，适合大批量生产。
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其中进一步的细节可参考一下描述的附图中看到。
附图说明
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图1为本发明的系统示意图。
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图2为本发明的光纤传感探头结构图。
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图3-1为心脏血管狭窄的一个示例。
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图3-2为一种介入式弱磁与压力感知系统用于心脏血管狭窄的示例图。
[0020]
图4位一种介入式弱磁与压力感知系统用于脑部病变的示例图。
具体实施方式
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下面结合附图以及具体实施方式进一步说明本发明。
[0022]
如图1所示，一种介入式弱磁与压力感知系统包括101光源模块，102光纤环形器，光纤传感探头103，光谱采集模块104，数据处理模块105，磁屏蔽装置106。
[0023]
光源模块101包括偏振控制模块，用于控制光信号的偏振态并消除所述光信号的信号衰弱，光纤传感探头101通过偏振控制模块与光纤环形器102第一端口连接。
[0024]
光纤环形器102有三个端口，其中第一端口如上所述连接光纤传感探头101；所述第二端口与光纤传感探头103连接，用于两者间光信号的相互传输；所述第三端口与光源采集模块104连接，并将光信号传输至光源采集模块104。
[0025]
光谱采集模块104包括光源识别器，对收集到的两种光谱进行识别、分离，并将分离的光谱信号分别传输至数据处理模块105进行数据解析处理。
[0026]
在整个系统运行时，因光纤传感探头103对弱磁非常敏感，所以需要磁屏蔽装置106对外界磁场进行屏蔽，磁屏蔽装置106可为穿戴式磁屏蔽设备，也可以为具有磁屏蔽作用的操作室。
[0027]
如图2，是光纤传感探头103的一种实施方式，其包含两个传感器，一个为弱磁感应器201，一个为压力传感器205。
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201弱磁感应器如图2所示，主要有刚性膜片204、光纤f-p腔202及至于光纤f-p腔202内的磁敏感物质203，磁场中的磁敏感物质呈现一定的空间状态，光信号经过时受其影响，形成一定的干扰，被干扰的光信号传输至光谱采集模块104，最终达到数据处理模块105。
[0029]
205压力传感器如图2所示，与弱磁感应器201在同一光纤上，主要由光纤f-p腔206及玻璃膜片207组成。
[0030]
光纤传感探头203通过刻蚀工艺在同一光纤上刻蚀出两个或多个不同的f-p腔，f-p腔可根据其功能的不同设计成不同的参数，f-p腔之间互不影响，通过光纤208将膜片反射回来的不同的光路传输至光谱采集模块104，光纤采集模块104对光信号进行采集并分离。
[0031]
如图3-1所示，心脏血管301发生狭窄或堵塞302时会造成心肌缺血缺氧，从而造成心肌坏死，如冠状动脉急性、持续缺血缺氧引起的心肌坏死，可造成患者伴有血清心肌酶活性增高及进行性心电图变化，并发心律失常、休克或心力衰竭，需要快速准确的治疗。
[0032]
本发明提供的弱磁与压力感知系统可以用于心脏血管狭窄或堵塞，如图3-2，心脏301的血管302发生堵塞或狭窄303，光纤传感探头103在进入狭窄部位时会出现压力异常，
压力异常情况一般对应着血管狭窄或堵塞的程度。
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当血管堵塞发生后，会表现为进行性加重、晚期加速的疾病发展过程，当狭窄到一定程度则导致心肌缺血，从而导致心肌功能障碍或（和）器质性病变，弱磁感应器201根据感知到的堵塞或狭窄303处的心肌细胞活力，判断该处病变程度。
[0034]
一种介入式弱磁与压力感知系统可用于脑部病变的监测，脑部病变一般会伴有脑脊液循环异常，从而导致颅内压力异常，同时，对于病变的组织进行治疗时，治疗的效果无法直观判断，光纤传感探头103的压力传感器201和弱磁感应器205可作为监测设备用于治疗中，如402所示。
[0035]
本发明用于但不仅限于人体心脏或颅内某些疾病的诊断、监测。
[0036]
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和变形，这些改进和变形也应视为本发明的保护范围。