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 PDFInfo
- 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
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 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».
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)
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 |
-
2015
- 2015-10-15 RU RU2015144487/28U patent/RU161461U1/ru not_active IP Right Cessation
Cited By (1)
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 | |
WO2003071235A1 (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 | |
WO1984003143A1 (en) | Optical probe to measure the depth of a cavity | |
EP2485024A1 (en) | Temperature sensitive body, optical temperature sensor, temperature measuring device, and heat flux measuring device | |
Sun et al. | Fiberoptic temperature sensors in the medical setting | |
RU47203U1 (ru) | Волоконно-оптический термометр | |
Zibaii et al. | In vivo brain temperature measurements based on fiber optic Bragg grating | |
JP7401527B2 (ja) | 光学形状感知及びスペクトル組織感知のための統合型ファイバ | |
RU170770U1 (ru) | Чувствительный элемент волоконно-оптического термометра для измерения температуры внутренней среды организма человека | |
US20210379340A1 (en) | Biomedical pressure sensor | |
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 | |
Arifin et al. | Enhance sensitivity of plastic optical fiber sensor by spiral configuration for body temperature applications | |
Pant et al. | Pulp chamber temperature variation evaluation using fiber Bragg grating sensor | |
CN214149622U (zh) | 一种基于无芯光纤的多人同时测温装置 | |
RU2016104158A (ru) | Способ расчета мощности оптического излучения, выходящего из чувствительного элемента амплитудного волоконно-оптического датчика с граничной модуляцией оптического излучения |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
MM1K | Utility model has become invalid (non-payment of fees) |
Effective date: 20160626 |