一种用于消化道动力学检测的分布式光纤测量装置及其应用制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种用于消化道动力学检测的分布式光纤测量装置及其应用，属于医疗器械技术领域，包括光纤、换能装置、保护套管，其中，光纤传感区域中刻有FBG阵列，换能装置与FBG一一对应设置，将所述FBG封装，保护套管套在整根所述光纤以及换能装置外周上，并将两端与光纤粘合固定。并公开了应用分布式光纤测量装置的消化道动力学参数检测装置。本发明专利技术目的在于通过换能装置及光纤FBG阵列将光纤传感区域所受到的径向压力转换为FBG光栅栅区轴向拉伸，实现压力信号向光信号的转变和传输，从而实现胃肠道动力检测；通过小巧的尺寸设计，减小装置尺寸。由此解决现有技术中消化道动力检测装置测量精度有限及装置尺寸过大引起的患者痛苦的技术问题。

【技术实现步骤摘要】
一种用于消化道动力学检测的分布式光纤测量装置及其应用
本专利技术属于医疗器械
，更具体地，涉及一种用于消化道动力学检测的分布式光纤测量装置及其应用。
技术介绍
胃肠道动力障碍性疾病是临床常见的一类消化系统疾病，消化系统疾病包括器质性病变和功能性障碍两种，功能性动力障碍疾病占50％以上，胃癌早期70％以上毫无症状或仅出现功能性消化不良等胃动力不足症状，中晚期胃癌往往以胃动力障碍引起的食欲减退、消瘦乏力等症状为首。因此，监测胃肠道动力障碍性疾病生理病变的改变情况，对消化系统疾病的早期诊断及防止消化器官的恶性病变具有重要意义。器质性病变可以通过传统检测方法有效诊断，如胃镜、智能胶囊内窥镜、医用微型机器人、放射学检查、胃电图、超声检查(液体)等消化道影像技术。但功能性动力障碍疾病难以观测确诊，目前最理想的方法是通过高分辨率胃肠道压力检测技术对一段时间内胃肠道动力值定量测量，精准定位，而实现这一技术的电容式固态高清压力检测系统存在直径较大、难以持续监测、价格昂贵等缺陷。目前常规采用腔内微型传感导管系统，利用微泵向导管内以一定速度注水，水从导管侧面小孔溢出时克服的阻力等效为该段胃肠道内的压力，这种方法比较原始，测量精度低，且会给人体带来损伤和痛苦感。因此，急需研发适合全消化道检测的小尺寸、高柔性、高精度空间分辨率的分布式动力检测装置，能够准确获取消化道动力参数，确诊胃肠道功能性障碍疾病，减轻病人就诊的痛苦，并推动胃肠道动力学的研究与发展。
技术实现思路
针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本专利技术提供了一种用于消化道动力学检测的分布式光纤测量装置及其应用，其目的在于通过换能装置及光纤FBG阵列将光纤传感区域所受到的径向压力转换为FBG光栅栅区轴向拉伸，实现压力信号向光信号的转变和传输，从而实现胃肠道动力检测；通过小巧的尺寸设计，减小装置尺寸。由此解决现有技术中消化道动力检测装置测量精度有限及装置尺寸过大引起的患者痛苦的技术问题。为实现上述目的，按照本专利技术的一个方面，提供了一种用于消化道动力学检测的分布式光纤测量装置，包括光纤、换能装置、保护套管，其中，所述光纤包括传感区域和非传感区域，其中所述传感区域中刻有FBG(FiberBraggGrating，光纤布拉格光栅)阵列，所述FBG阵列中所述FBG长度相同且等距排列，任意两个所述FBG的反射波长峰值不同，相邻两个所述FBG的反射波长峰值之间取值间隔大于外力作用在在前的所述FBG上时导致的最大光谱波长漂移量，所述非传感区域用于传输光信号；所述光纤利用压力与布拉格波长的线性关系可实现对压力的绝对测量。多个FBG结构的级联可构成准分布式的光纤光栅压力传感器。FBG结构小巧简单，测量稳定，是一种实用性很好的光纤传感器件。其体积小、无毒无害、抗腐蚀的特点也适用于人体。所述光纤中任意弱反射折射率调制区域的长度均相同。所述换能装置与所述FBG一一对应设置，将所述FBG封装，用于将光纤承受的径向压力转变为光栅区轴向拉伸；所述换能装置包括基座和薄膜，其中所述基座为长方体结构，所述长方体结构中间设有长方体凹槽，所述凹槽的宽与所述基座的宽平行相等，所述基座两端的上端面沿长度方向中心线对称设置有第一半圆柱型槽和第二半圆柱型槽；所述FBG贯穿放置于所述第一半圆柱型槽、所述凹槽、所述第二半圆柱型槽中，所述第一半圆柱型槽、所述第二半圆柱型槽分别与所述FBG两端的光纤粘合固定；所述薄膜设置于所述基座以及所述光纤的所述FBG上方并与它们粘合固定，用于扩大FBG传感单元与环境的接触面积从而实现增敏效果，同时保护所述光纤中所述FBG；所述薄膜平整无折痕无弯曲；换能装置封装了FBG后两者一起作为传感单元用于检测压力信号；基座用于将光纤FBG的两端固定，使得传感区域受到径向压力后产生栅区轴向拉伸进而实现光纤光栅反射谱中心波长的漂移，同时作为刚性基底对光纤起支撑作用；基座硬度高，不易弯折，结构合理，易于加工且与膜片配合能得到最大的灵敏度，使得径向压力转化为轴向的拉伸。基座与光纤的接触区采取胶水粘合，将光纤FBG区域两端固定在基座上，限制光纤因受径向力而相对基座产生轴向滑动，进而满足在径向力作用在光纤时，光纤发生弯曲使光栅区轴向拉伸；所述保护套管套在整根所述光纤以及所述换能装置外周上，并将两端与所述光纤粘合固定，用于保护所述光纤和所述换能装置，同时具有增敏作用。所述保护套管为采用医用材料制成的软质薄套管。优选地，所述保护套管材料为聚烯烃。优选地，所述薄膜厚度为0.03-0.1mm，材料为不锈钢。薄膜的材料弹性模量低，不易产生范性形变，能将所受的压力均匀地传递给光纤。优选地，所述薄膜厚度为0.05mm。优选地，所述粘合方式为采用紫外胶粘合。优选地，所述基座制作材料采用硬质金属，长为10mm，宽为3mm，高为2mm；所述基座的所述凹槽的长为8mm，宽为3mm，高为1mm；所述基座的所述第一半圆柱型槽、所述第二半圆柱型槽的半径均为150um；所述薄膜的长为10mm，宽为3mm。工作时，薄膜受到径向压力后，将压力传递给与其下部贴合的光纤，光纤受力发生弯曲，FBG光栅区轴向拉伸使光栅的周期改变，进而导致光谱反射中心波长的漂移，通过外部光纤解调设备可实现对波长的实时监测用于确定传感区域的位置信息和受力大小。按照本专利技术的另一方面，提供了一种基于分布式光纤测量装置的消化道动力学参数检测装置，其特征在于，包括以上所述分布式光纤测量装置、光源发射装置、解调模块和环形器，其中，所述分布式光纤测量装置的光纤通过所述环形器与所述光源发射装置、解调模块连接，所述环形器将输入信号与输出信号隔离，使所述消化道动力学参数检测装置中信号单向传递；所述分布式光纤测量装置用于将光纤承受的径向压力转变为传感区域FBG的轴向拉伸，实现压力信号向光信号的转变和传输；所述光源发射装置，用于提供宽光谱入射光；所述解调模块，用于收集所述分布式光纤测量装置的光纤传输的光信号，并且将收集到的所述光信号转换为所述分布式光纤测量装置承受的径向压力信息，通过绘制波长-压力的二维图来直观的表示出实时消化道动力信息，可记录病理和正常生理状态下的消化道收缩压力波传递。工作时，光源发射装置提供的宽谱光进入光纤，外界横向压力作用在薄膜上，压力传递至光纤传感区域FBG，在换能装置基座的固定作用下，光纤中的FBG产生一定程度的轴向拉伸，导致FBG布拉格光栅周期发生改变，使得从光纤反射回的光谱中心波长发生漂移，解调模块将采集到的波长漂移量转换为胃肠道中不同位置的压力信息。优选地，所述解调模块包括光谱仪、计算机和软件，所述光谱仪用来采集反射光的能量谱和波长谱，所述软件运行在所述计算机上，所述计算机和所述软件将采集到的能量谱和波长谱数据处理成每个传感区域所受压力，并且显示出来。优选地，所述光谱仪采集到波长谱和能量谱，在得到的能量谱图像中寻找峰状的顶点对应的波长；用高斯拟合对这些图形进行拟合，从而得到能量谱峰值对应的波长；受力前后的能量谱峰值对应的波长之差就是波长漂移量，该漂移量与所受压力成正比。该过程通过计算机软件进行处理，速度很快，能满足实时性的要求。总体而言，通过本专利技术所构思的以上技术方案与现有技术相比，能够取得下列有益效果：1、分布式光纤测量装置实现了将光纤传感区域所受到的径本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种用于消化道动力学检测的分布式光纤测量装置，其特征在于，包括光纤、换能装置、保护套管，其中，所述光纤包括传感区域和非传感区域，其中所述传感区域中刻有FBG阵列，所述FBG阵列中所述FBG长度相同且等距排列，任意两个所述FBG的反射波长峰值不同，相邻两个所述FBG的反射波长峰值之间取值间隔大于在前的所述FBG的最大光谱波长漂移量，所述非传感区域用于传输光信号；所述换能装置与所述FBG一一对应设置，用于将所述FBG封装，并将光纤承受的径向压力转变为光栅区轴向拉伸；所述换能装置包括基座和薄膜，其中所述基座为长方体结构，所述长方体结构中间设有长方体凹槽，所述凹槽的宽与所述基座的宽平行相等，所述基座两端的上端面沿长度方向中心线对称设置有第一半圆柱型槽和第二半圆柱型槽；所述FBG贯穿放置于所述第一半圆柱型槽、所述凹槽、所述第二半圆柱型槽中，所述第一半圆柱型槽、所述第二半圆柱型槽分别与所述FBG两端的光纤粘合固定；所述薄膜设置于所述基座以及所述FBG上方并与它们粘合固定，用于增敏，同时保护所述FBG；所述保护套管套在整根所述光纤以及所述换能装置外周上，并将两端与所述光纤粘合固定。

【技术特征摘要】
1.一种用于消化道动力学检测的分布式光纤测量装置，其特征在于，包括光纤、换能装置、保护套管，其中，所述光纤包括传感区域和非传感区域，其中所述传感区域中刻有FBG阵列，所述FBG阵列中所述FBG长度相同且等距排列，任意两个所述FBG的反射波长峰值不同，相邻两个所述FBG的反射波长峰值之间取值间隔大于在前的所述FBG的最大光谱波长漂移量，所述非传感区域用于传输光信号；所述换能装置与所述FBG一一对应设置，用于将所述FBG封装，并将光纤承受的径向压力转变为光栅区轴向拉伸；所述换能装置包括基座和薄膜，其中所述基座为长方体结构，所述长方体结构中间设有长方体凹槽，所述凹槽的宽与所述基座的宽平行相等，所述基座两端的上端面沿长度方向中心线对称设置有第一半圆柱型槽和第二半圆柱型槽；所述FBG贯穿放置于所述第一半圆柱型槽、所述凹槽、所述第二半圆柱型槽中，所述第一半圆柱型槽、所述第二半圆柱型槽分别与所述FBG两端的光纤粘合固定；所述薄膜设置于所述基座以及所述FBG上方并与它们粘合固定，用于增敏，同时保护所述FBG；所述保护套管套在整根所述光纤以及所述换能装置外周上，并将两端与所述光纤粘合固定。2.如权利要求1所述的一种用于消化道动力学检测的分布式光纤测量装置，其特征在于，所述薄膜厚度为0.03-0.1mm，材质为不锈钢。3.如权利要求2所述的一种用于消化道动力学检测的分布式光纤测量装置，其特征在于，所述薄膜厚度为0.05mm。4.如权利要求1-3任一所述的一种用于消化道动力学检测的分布式光纤测量装置，其特征在于...

【专利技术属性】
技术研发人员：孙琪真，刘茹萱，李良晔，崔芷晨，付振宇，张威，
申请(专利权)人：华中科技大学，
类型：发明
国别省市：湖北,42