光纤传感技术在医学领域的应用和成功案例

时间:2024-09-06

随着科技的发展和社会的进步,人们对个体生命价值的认知不断提升,人类的健康观念、方式和途径都发生着深刻的变化。人们对健康的关注度逐步提高,越来越多的人希望依靠有效的科技手段来保障生命的安全。

在生物医学邻域,光纤温度传感技术在医学上有诸多应用,以下是一些具体的方面及成功案例:

1、肿瘤热疗

应用:在肿瘤热疗过程中,需要精确监测肿瘤组织的温度,以确保治疗效果并避免对周围正常组织造成过度损伤。光纤温度传感器凭借其不受电磁干扰、尺寸小等优势,可实现对肿瘤组织温度的实时、多点测量。例如,将光纤温度传感器植入肿瘤组织周围或内部,能够准确反馈温度变化,医生可根据这些数据调整热疗的参数,如加热功率、时间等。

成功案例:暨南大学关柏鸥团队和张冬梅团队合作,以光纤为载体构建肿瘤诊断与治疗技术。光纤前端内置了布拉格光栅温度传感器,能够实时监测靶区温度,从而控制热疗剂量。小鼠实验表明,该技术对多种肿瘤都有显著效果,肿瘤抑制率达到100%。

2、心脏监测与心脏手术

应用:一方面,在心脏监测中,可通过将嵌有光纤光栅的热稀释导管插入病人心脏的右心房,测量肺动脉血液的温度,结合脉功率来计算心脏的血液输出量,对于评估心脏功能非常重要;另一方面,在心脏手术过程中,光纤温度传感器可以实时监测心脏局部的温度变化,帮助医生判断手术效果和心脏的恢复情况。

成功案例:在一些心脏手术中,医生使用光纤温度传感器来监测心脏组织在手术过程中的温度变化,确保手术的安全性和有效性,为患者的术后恢复提供了重要的参考依据。

3、微创手术

应用:在微创手术中,机器人辅助手术逐渐成为趋势,但机器人辅助手术会使外科医生丧失触觉。光纤温度传感器与手术期间的磁共振(MR)系统和成像系统兼容,能够为微创手术提供精准的力觉检测和温度信息反馈。例如,在进行腹腔微创手术时,光纤温度传感器可以感知手术器械与组织接触时的温度变化,帮助医生判断组织的状态和手术操作的效果。

成功案例:中国科学院深圳先进技术研究院医工所微创中心研究员王磊团队在基于布拉格光栅光纤传感原理的微创手术应用研究中,实现了活体组织的精准力信息反馈和肿块信息的定位检测功能,为微创手术中手术机器人的触觉信息检测提供了有效技术路线。

4、生物医学研究

应用:在生物医学研究中,光纤温度传感器可用于细胞培养、生物化学反应等过程的温度监测。例如,研究细胞在不同温度条件下的生长、分化和凋亡情况,光纤温度传感器能够提供精确的温度数据,帮助科研人员深入了解生物过程中的温度效应。

成功案例:在一些高校和科研机构的实验室中,光纤温度传感器被广泛应用于生物医学研究,为相关研究提供了准确的温度监测手段,推动了生物医学领域的发展。

5、体温监测

应用:对于需要长期监测体温的患者,如重症监护室的病人、新生儿等,传统的体温计可能无法满足实时、连续监测的需求。光纤温度传感器可以贴附在患者皮肤表面或植入体内,实现对体温的连续监测,并且不会受到电磁干扰等因素的影响。

成功案例:在一些大型医院的重症监护室,光纤温度传感器已经被应用于患者的体温监测,为医生及时掌握患者的病情变化提供了重要的参考数据。