Національний технічний університет України

«Київський політехнічний йнститут»

факультет Електроніки

кафедра мікроелектроніки та напівпровідникових приладів

РЕФЕРАТ:

з курсу: «Фізичні основи сенсорики»

на тему: «Волоконно- оптичні сенсори катетерного типу»

Виконала:

ст. гр.ДП-22

Сергєєва А.О.

Прийняв:

доц. Іващук А.В.

Київ 2015

Зміст:

Вступ 3

1. Історія виникнення волоконно – оптичних датчиків 4

2. Оптичне волокно і вимірювальні системи 5

3. Волоконно – отптичні біомедичні сенсори 7

4. Артроскопія 9

4.1. Історія розвитку 9

4.2. Пристрій антроскопу 10

4.3. Артроскопія як метод діагностики 12

4.4. Артроскопія як хірургічне втручання 13

5. Ендоскопія 15

5.1. Історія виникнення 15

5.2. Призначення та класифікація медичних ендоскопів 17

5.3. Конструкція та робота ендоскопу 18

6. Останні події у розробках продуктів на базі ВОД 22

Висновок 24

Список використаної літератури : 25

Вступ

На сьогоднішній день оптоволокно досить широко використовується в різних галузях життя. Волоконно оптичні сенсори зайняли важливе місце в сучасній медицині, в сфері діагностики різноманітних захворювань. Так як оптичні волокна можуть бути надзвичайно тонкими та дуже добре згинаються, вони можуть бути використані для досліджень кровоносних судин, легень та багатьох інших частин тіла [1]. Оптичні волокна дозволяють медикам проводити візуальний аналіз і лікування різних захворювань через крихітні надрізи за допомогою інструменту під назвою ендоскоп.

Гнучкі світловоди використовують для вивчення быотканини контактно і безконтактно. Коли мова йде про безконтактне застосування, лазерне випромінювання не стосується тканин, як це і випливає з назви. Завдяки використанню фокусуючих елементів, випромінювання зосереджується на дуже маленькій ділянці шкіри, набагато менше діаметра самого світловода. Коли ж кварцове волокно торкається безпосередньо до тканини, попередньо обробленої , такий метод застосування називається контактним.

Для ендоскопічних цілей можна використовувати і звичайні скловолокна. Цьому сприяє надзвичайно маленький діаметр (близько 0,5 мм-1 мм). Іноді на кінці волокна спеціально видаляють ще й механічну оболонку. Такий вид застосування має особливу назву - «оголене волокно». Якщо оголене волокно накласти на біотканини контактним методом і опромінювати цю тканину з невеликою потужністю (приблизно в 20 Вт Nd: YAG-лазером), то виникає чітко окреслена зона, в якій випромінювання лазера повністю поглинається і внаслідок цього тканина точково випаровується. У деяких випадках на волокно надягають металеві наконечники або так звані «нагрівальні зонди». З їх допомогою лазерне випромінювання перетворюється в тепло і потрапляє на тканину більш направлено через отвір в зонді. У хірургії застосовуються також загострені сапфірові наконечники, які, завдяки особливій формі, дуже сильно концентрують випромінювання і в прямому сенсі розсікають тканину. Звичайно, такі операції не можуть коштувати дешево, адже вартість зварювання оптоволокна залежить від багатьох умов [2].

1. Історія виникнення волоконно – оптичних датчиків

Оптоелектроніка - це досить нова область науки і техніки що з'явилася на стику оптики й електроніки. Варто помітити що в розвитку радіотехніки із самого початку ХХ століття постійно простежувалася тенденція освоєння електромагнітних хвиль усе більш високої частоти. Важливим моментом у розвитку оптоелектроніки є створення оптичних волокон. Особливо інтенсивними дослідження стали наприкінці 1960-x років а розробка в 1970 р. американською фірмою "Корнінг" кварцового волокна з малим загасанням (20 дБ/км) з'явилася епохальною подією і послужила стимулом для збільшення темпів досліджень і розробок на всі 1970-і роки.

Публікації про більш-менш прийнятні розробки й експериментальні зразки подібних датчиків з'явилися в другій половині 1970-х років. Однак вважається що цей тип датчиків сформувався як один з напрямків техніки тільки на початку 1980-х років. Тоді ж з'явився і термін "волоконно-оптичні датчики" (optіcal fіber sensors). Таким чином волоконно-оптичні датчики - дуже молода область техніки [3].

Розробці волоконно-оптичних датчиків сприяли і сприяють насамперед досягнення у виготовленні скляних волокон і їхніх системних компонентів (розвітвлень джерел світла детекторів і т.п. ). Світловий пучок що попадає у волоконно-оптичний детектор від джерела світла під дією вимірюваного параметра (наприклад тиску температури рівня зміни концентрації речовини і т.п. ) терпить в детекторі зміну по інтенсивності поляризації фазі або кольору і тим самим забезпечує одержання інформації. Поширення світлових хвиль всередині датчика здійснюється по скляних волокнах.

2. Оптичне волокно і вимірювальні системи

Оптичне волокно широко використовується в медичній сфері діагностики та лікування. тіла. Оптичні волокна дозволяють медикам проводити візуальний аналіз і лікування різних захворювань через крихітні надрізи за допомогою інструменту під назвою ендоскоп (де пучок першого оптичного волокна використовується для проектування світла на ділянки тканини, а друге оптичне волокно передає відбите світло від тканин, й дозволяє тим самим отримати чітке зображення на екрані монітору. Слід зауважити, що діагностичні та лікувальні можливості в різних сферах медицини значно розширились при впровадженні в клінічну практику ендоскопічних методів дослідження [4]. Ендоскопи - це універсальні прибори призначені для візуальної діагностики важкодоступних зон та областей (вони знайшли широке використання не лише в медицині , а й у інших ключових галузях

індустрії: літако-, автомобіле-, суднобудівництві, електро- та ядерній енергетиці, хімії, нафтовій та газовій промисловостях, будівництві та ін.). Вони використовуються для вивчення конкретних областей людського тіла [5]. Ще один метод досліджень, при якому використовуються оптичні волокна, що одержав широке поширення для лікування різних захворювань є артроскопія. При цьому методі використовується прилад під назвою артроскоп. Цей інструмент являє собою прямий циліндр з серією лінз і оптичних призм, які вводять в розріз шириною від двох до п'яти міліметрів, безпосередньо в суглоб. Артроскоп використовується для діагностики суглобів в організмі, де оптичні волокна можуть бути використані для вимірювання температури та інших параметрів організму, а також при виконанні хірургічних операцій. Крім того, оптичні волокна широко використовуються для дослідження і лікування серцево- судинної системи. Також успішно застосовується ОВ для прямого інтенсивного лазерного випромінювання на рану, для зупинки кровотеч або спалення аномальних тканин. У волоконно-оптичних датчиках оптичне волокно може бути застосоване просто як лінія передачі, а може відігравати роль самого чуттєвого елемента датчика. В останньому випадку використовуються чутливість волокна до електричного поля (ефект Керра), магнітного полю (ефекти Фарадея), до вібрації, температури, тиску, деформаціям (наприклад, до вигину). Багато з цих ефектів в оптичних системах зв'язку оцінюються як недоліки, у датчиках же їхня поява вважається скоріше перевагою, яку варто розвивати. В той же час, останні досягнення в мінімально інвазивній хірургії потребують менших розмірів катетерів й одноразових зондів. Ендоскопічні прилади добре знайомі, але внутрішні фізичні характеристики оптичних волокон, надають їм неймовірну привабливість для біомедичного зондування. Некаліброване волокно (зазвичай діаметру менше 250 мкм) може бути встромлено безпосередньо до підшкірних голок й катетерів, так що їх використання може бути як мінімально інвазійним, так й сильно локалізованим. Волоконо-оптичні датчики (ВОД), зроблені таким чином можуть виконувати багатоточкове й багато параметричне дистанційне зондування [6]. Оптичні волокна нейтральні до електромагнітих перешкод, хімічно інертні, детоксичні і вибухобезпечні. Їх використання не будуть створювати перешкоди в електроніці, яка знаходиться у медичних установах. Й, найголовніше, інертність волокон до електромагнітних й радіохвильових сигналів робить їх ідеальними для використання в режимі реального часу підчас діагностичної візуалізації з МРТ, КТ та ін. А також при тепловому апеляційному лікуванні з участю радіохвиль чи СВЧ– випромінюванням.