一种分布式拉曼光纤多目标探测系统技术方案

本发明专利技术公开了一种分布式拉曼光纤多目标探测系统，包括光发生模块、传感器模块和信号解析模块；其光发生模块是由激光器发出激光，并设置由光环形器和光纤布拉格光栅构成的各级联单元，获得各不同光谱段的反射光进入光复用器，并经选择形成出射光进入传感器模块；传感器模块是由各光纤布拉格光栅依次串联构成的纵向结构，使出射光在传感器模块中各光纤布拉格光栅上一一对应得到反射并进入信号解析模块；经解析获得测量区域的温度信息和化学信息，其测量区域是与纵向结构对应的纵向位置。本发明专利技术尤其适于术后封闭伤口检测，能够实时定量获取术后封闭伤口关于物质和温度的信息，从而实现对术后封闭伤口状态的量化表征。

【技术实现步骤摘要】
一种分布式拉曼光纤多目标探测系统
本专利技术涉及分布式拉曼光纤多目标探测系统，更具体的说是一种尤其适于术后封闭伤口检测的分布式拉曼光纤多目标探测系统。
技术介绍
在医疗器械领域中，手术部位感染(Surgicalsiteinfection,SSI)是手术伤口或手术过程中打开或操作的器官/间隙的任何感染，为常见的术后并发症。为减少微生物进入、减少开裂、加快愈合，大部分术后伤口会采取包括缝合、敷料覆盖等措施使伤口处于“封闭”状态。术后封闭伤口在数百万例/年的手术伤口中占有较大比例，其感染是SSI中难以及早发现、检测难度最高的一种，会对患者造成沉重的医疗负担甚至危及生命。目前SSI的诊断主要依靠临床判断，包括切口部位产生红斑、硬结、发热和疼痛以及全身红肿、发热和白细胞增多等。这些诊断方法存在很大的主观性，对医生的经验和一致性要求很高，无法及时有效诊断感染情况。封闭伤口往往涉及较深的位置，且不同深度特性各异，监测术后封闭伤口内不同深度分布的微生物、抗生素、温度这些发生SSI的主要参数能为实时观测术后封闭伤口愈合状态、做出合理的诊断结果与治疗方案提供重要依据，有利于及早发现感染、减少治疗误区、缩短疗程、减轻痛苦。而已有单一深度探测的方案无法反应感染的真实情况。
技术实现思路
本专利技术是为避免上述现有技术所存在的不足，提供一种分布式拉曼光纤多目标探测系统，其尤其是应用于术后封闭伤口的探测，采用单探测器进行监测，实现针对术后封闭伤口内的微生物、抗生素，以及温度变化的实时监测，获得微生物、抗生素和温度的三项感染关键因素沿伤口深度方向的分布情况，为根据术后封闭伤口愈合状态给出合理的诊断结果和治疗方案提供可靠依据。本专利技术为解决技术问题采用如下技术方案：本专利技术分布式拉曼光纤多目标探测系统的特点是：包括光发生模块、传感器模块和信号解析模块；所述光发生模块是由激光器发出激光，设置由光环形器和光纤布拉格光栅构成的各级联单元，获得各不同光谱段的反射光进入光复用器，经光复用器的选择形成出射光进入传感器模块；所述传感器模块是由各光纤布拉格光栅依次串联构成的纵向结构，使出射光在传感器模块中各光纤布拉格光栅上一一对应得到反射并进入所述信号解析模块；经由所述信号解析模块的解析获得测量区域的温度信息和化学信息，所述测量区域是指与纵向结构相对应的纵向位置。本专利技术分布式拉曼光纤多目标探测系统的特点也在于：所述光发生模块是由激光器发出激光I1，所述各级联单元分别是：第1级联单元：由第1光环形器和第1光纤布拉格光栅FBG1构成，激光I1经第1光环形器入射到第1光纤布拉格光栅FBG1，形成透射光I2以及波长为λ1的反射光R1，所述反射光R1再经第1光环形器进入光复用器；第2级联单元到第n-1级联单元的各中间级联单元：是由本级光环形器接收上一级透射光并入射到本级光纤布拉格光栅，经本级光纤布拉格光栅分别形成本级透射光和本级反射光，所述本级反射光再经本级环形器进入光复用器；第n级联单元：由第n光环形器和第n光纤布拉格光栅FBGn构成，透射光In经第n光环形器入射到第n光纤布拉格光栅FBGn，形成波长为λn的反射光Rn，所述反射光Rn再经第n光环形器进入光复用器；由此获得各不同光谱段的反射光R1、R2……Rn-1、Rn进入光复用器，由所述光复用器选择形成出射光I，所述出射光I经过中央光环形器进入传感器模块；所述传感器模块为一纵向结构，所述纵向结构是由依次为第n+1光纤布拉格光栅FBGn+1、第n+2光纤布拉格光栅FBGn+2、……第2n-1光纤布拉格光栅FBG2n-1和第2n光纤布拉格光栅FBG2n的各光纤布拉格光栅串联构成；所述第n+1光纤布拉格光栅FBGn+1、第n+2光纤布拉格光栅FBGn+2、……第2n-1光纤布拉格光栅FBG2n-1和第2n光纤布拉格光栅FBG2n的各光纤布拉格光栅具有与反射光Rn+1、Rn+2……R2n-1、R2n一一对应的反射波长，使所述出射光I在所述传感器模块中各光纤布拉格光栅上一一对应进行反射，再次经过所述中央光环形器进入信号解析模块；在传感器模块中各光纤布拉格光栅之间分别设置纳米拉曼增强测量段，是以各光纤布拉格光栅为分段节点，使所述出射光I与光纤外探测物接触并经光纤表面纳米拉曼增强层获得增强，对应产生各级拉曼散射光Ra1、Ra2……Ran-1、Ran，所述各级拉曼散射光与传感器模块中各光纤布拉格光栅上对Rn+1、Rn+2……R2n-1、R2n的反射光共同形成信号光R。所述解析模块将信号光R经二向色镜分别形成反射光K1和透射光K2，在所述解析模块中，将所述反射光K1导入第一光谱仪获得到温度信号光谱图，并经解析获得测量区域的温度信息；将所述透射光K2导入第二光谱仪获得拉曼信号光谱图，经过解析获得测量区域物质的化学信息。本专利技术分布式拉曼光纤多目标探测系统的特点也在于：所述光发生模块与传感器模块中各光纤布拉格光栅按相同的次序一一对应为参数相同的器件，其是指光发生模块中第1光纤布拉格光栅FBG1与传感器模块中第n+1光纤布拉格光栅FBGn+1为参数相同的器件，……，光发生模块中第n光纤布拉格光栅FBGn与传感器模块中第2n光纤布拉格光栅FBG2n为参数相同的器件；所述第1光环形器到第n光环形器及中央光环形器均为相同器件，其工作波长范围覆盖从所述激光器发出激光I1到在所述激光器发出激光I1激发下待测物质产生的所有拉曼波长。本专利技术分布式拉曼光纤多目标探测系统的特点也在于：在所述信号发生模块中，针对第1光纤布拉格光栅FBG1至第n光纤布拉格光栅FBGn的各光纤布拉格光栅一一对应设置压电陶瓷，用于在温度发生变化时进行反射波长匹配，保持信号发生模块和传感器模块中对应的光纤布拉格光栅的反射波长相一致。本专利技术分布式拉曼光纤多目标探测系统的特点也在于：在传感器模块中，在第n+1光纤布拉格光栅FBGn+1至第2n光纤布拉格光栅FBG2n的各光纤布拉格光栅的表面附着温度敏感层，以提高传感器的温度灵敏度。本专利技术分布式拉曼光纤多目标探测系统的特点也在于：通过调整传感器模块中各光纤布拉格光栅之间的纳米拉曼增强测量段的长度以调整拉曼信号强度、信噪比和光纤测量位置精度。与已有技术相比，本专利技术有益效果体现在：1、本专利技术采用激光为光源，利用光路器件构建分布式拉曼光纤测温探针系统，采用拉曼散射测量和FBG技术实现关键物质和温度的同时测量，能够实时定量获取术后封闭伤口分布的微生物、抗生素等关键物质和温度信息，进一步通过分析关键物质和温度及其深度方向的分布实现对物质状态的实时量化表征。2、本专利技术采用单探测器系统，其结构简单紧凑，装配过程简捷，安装精度要求低，降低感染风险，对医护和患者友好，具有广泛的适用性。附图说明图1为本专利技术系统光路原理图；图2为本专利技术系统中第一光谱仪SP1获得的温度光谱图；图3为本专利技术系统中第二光谱仪SP2获得的拉曼光谱图；图中标号：1激光器，21第1光环形器，22第2光环形器，2n第n光环形本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种分布式拉曼光纤多目标探测系统，其特征是：包括光发生模块(A)、传感器模块(B)和信号解析模块(C)；所述光发生模块(A)是由激光器发出激光，设置由光环形器和光纤布拉格光栅构成的各级联单元，获得各不同光谱段的反射光进入光复用器，经光复用器的选择形成出射光进入传感器模块(B)；所述传感器模块(B)是由各光纤布拉格光栅依次串联构成的纵向结构，使出射光在传感器模块中各光纤布拉格光栅上一一对应得到反射并进入所述信号解析模块(C)；经由所述信号解析模块(C)的解析获得测量区域的温度信息和化学信息，所述测量区域是指与纵向结构相对应的纵向位置。/n

【技术特征摘要】
1.一种分布式拉曼光纤多目标探测系统，其特征是：包括光发生模块(A)、传感器模块(B)和信号解析模块(C)；所述光发生模块(A)是由激光器发出激光，设置由光环形器和光纤布拉格光栅构成的各级联单元，获得各不同光谱段的反射光进入光复用器，经光复用器的选择形成出射光进入传感器模块(B)；所述传感器模块(B)是由各光纤布拉格光栅依次串联构成的纵向结构，使出射光在传感器模块中各光纤布拉格光栅上一一对应得到反射并进入所述信号解析模块(C)；经由所述信号解析模块(C)的解析获得测量区域的温度信息和化学信息，所述测量区域是指与纵向结构相对应的纵向位置。


2.根据权利要求1所述的分布式拉曼光纤多目标探测系统，其特征是：
所述光发生模块(A)是由激光器(1)发出激光I1，所述各级联单元分别是：
第1级联单元：由第1光环形器(21)和第1光纤布拉格光栅FBG1(31)构成，激光I1经第1光环形器(21)入射到第1光纤布拉格光栅FBG1(31)，形成透射光I2以及波长为λ1的反射光R1，所述反射光R1再经第1光环形器(21)进入光复用器(4)；
第2级联单元到第n-1级联单元的各中间级联单元：是由本级光环形器接收上一级透射光并入射到本级光纤布拉格光栅，经本级光纤布拉格光栅分别形成本级透射光和本级反射光，所述本级反射光再经本级环形器进入光复用器(4)；
第n级联单元：由第n光环形器(2n)和第n光纤布拉格光栅FBGn(3n)构成，透射光In经第n光环形器(2n)入射到第n光纤布拉格光栅FBGn(3n)，形成波长为λn的反射光Rn，所述反射光Rn再经第n光环形器(2n)进入光复用器(4)；
由此获得各不同光谱段的反射光R1、R2……Rn-1、Rn进入光复用器(4)，由所述光复用器(4)选择形成出射光I，所述出射光I经过中央光环形器(9)进入传感器模块(B)；
所述传感器模块(B)为一纵向结构，所述纵向结构是由依次为第n+1光纤布拉格光栅FBGn+1(51)、第n+2光纤布拉格光栅FBGn+2(52)、……第2n-1光纤布拉格光栅FBG2n-1(5n-1)和第2n光纤布拉格光栅FBG2n(5n)的各光纤布拉格光栅串联构成；所述第n+1光纤布拉格光栅FBGn+1(51)、第n+2光纤布拉格光栅FBGn+2(52)、……第2n-1光纤布拉格光栅FBG2n-1(5n-1)和第2n光纤布拉格光栅FBG2n(5n)的各光纤布拉格光栅具有与反射光Rn+1、Rn+2……R2n-1、R2n一一对应的反射波长，使所述出射光I在所述传感器模块(B)中各光纤布拉格光栅上一一对应进行...

【专利技术属性】
技术研发人员：邵鹏飞，邢金玉，徐亮，
申请(专利权)人：中国科学技术大学，
类型：发明
国别省市：安徽;34