引言
隨著科技的發(fā)展和社會(huì)的進(jìn)步，人們對(duì)個(gè)體生命價(jià)值的認(rèn)知不斷提升，人類的健康觀念、方式和途徑都發(fā)生著深刻的變化。人們對(duì)健康的關(guān)注度逐步提高，越來(lái)越多的人希望依靠有效的科技手段來(lái)保障生命的安全。
在生物醫(yī)學(xué)領(lǐng)域，人體體溫是一個(gè)非常重要的生理參數(shù)，精確的溫度可以為醫(yī)生提供生理狀態(tài)的信息，幫助醫(yī)生診斷及治療。比如在微波、射頻熱療中，就需要對(duì)人體癌變組織的溫度進(jìn)行實(shí)時(shí)無(wú)損監(jiān)測(cè)。
熱療原理是通過(guò)微波、射頻電磁波等加熱源產(chǎn)生熱效應(yīng)對(duì)癌細(xì)胞組織加熱來(lái)治療。由于癌細(xì)胞比正常細(xì)胞血流量少、散熱慢、對(duì)熱更敏感。在熱療的作用下，對(duì)人體組織加熱到42~45℃癌細(xì)胞即可被殺死，而正常組織卻無(wú)明顯損傷。而超過(guò)45℃以上，正常細(xì)胞也會(huì)受到嚴(yán)重的創(chuàng)傷，因此45℃作為界限值，如何使癌變部位，精準(zhǔn)恒定保持在45℃，既能殺死癌細(xì)胞，又不損傷人體正常組織，就要求在熱療時(shí)，溫度測(cè)量與控制具有足夠高的精度，且可以避免電磁對(duì)溫度的干擾。
在此環(huán)境中應(yīng)用的溫度傳感器，必須要滿足以下特殊要求：
1、可在人體皮表或皮下、多點(diǎn)測(cè)量；
2、與人體接觸，材料必須無(wú)毒，還要有良好的相容性，不會(huì)出現(xiàn)過(guò)敏排異等不良現(xiàn)象；
3、測(cè)溫精度要高，且對(duì)溫度以外的物理量不敏感；
4、具有良好的電氣安全性，應(yīng)按照防電擊的電氣安全標(biāo)準(zhǔn)；
5、在性能上，要便于清潔和消毒，防止有害物質(zhì)交叉感染；
6、在結(jié)構(gòu)上，探頭要小，纜身要軟，盡可能少影響人體正常的身體活動(dòng)。
傳統(tǒng)醫(yī)用傳感器如：熱電偶溫度傳感器、熱敏電阻溫度傳感器、紅外熱輻射溫度傳感器等。它們都無(wú)法滿足在微波、射頻熱療環(huán)境中的使用要求，且傳感元件大多為導(dǎo)體，這會(huì)在治療中帶來(lái)一系列的問(wèn)題。如在導(dǎo)線上會(huì)產(chǎn)生歐姆熱，使其自身溫度升高，成為附加干擾熱源；或是由于導(dǎo)體的集膚效應(yīng)，導(dǎo)體表面的電流密度也會(huì)隨著磁場(chǎng)頻率的增加而升高，測(cè)量的溫度示值會(huì)產(chǎn)生很大的誤差，甚至無(wú)法進(jìn)行測(cè)量，從而影響治療效果。
利用熒光光纖溫度傳感技術(shù)測(cè)溫的熒光光纖溫度傳感器感溫探針是基于稀土熒光物質(zhì)的材料特性實(shí)現(xiàn)，當(dāng)某些稀土熒光物質(zhì)受紫外線照射并激發(fā)后，在可見光譜中發(fā)射線狀光譜，即熒光及其余輝(余輝為激勵(lì)停止后的發(fā)光)。熒光余輝的衰變時(shí)間常數(shù)是溫度的單值函數(shù)，通常溫度越高，時(shí)間常數(shù)越小。只要測(cè)得時(shí)間常數(shù)的值，就可以求出溫度。
應(yīng)用這種方法測(cè)溫的最大優(yōu)點(diǎn)，就是被測(cè)目標(biāo)溫度只取決于熒光材料的時(shí)間常數(shù)，而與系統(tǒng)的其他變量無(wú)關(guān)，例如光源強(qiáng)度的變化、傳輸效率、耦合程度的變化等都不影響測(cè)量結(jié)果，較其它測(cè)溫法原理上有明顯優(yōu)勢(shì)，測(cè)溫原理如圖所示:
熒光光纖溫度傳感器應(yīng)用在微波、射頻熱療中的優(yōu)勢(shì)有：
光信號(hào)測(cè)溫，無(wú)導(dǎo)體結(jié)構(gòu)，電氣絕緣性能好，不受電磁場(chǎng)干擾；
測(cè)量精度高，測(cè)溫周期短，反應(yīng)靈敏；
光纖柔韌性好，感溫探頭體積小，最小可達(dá)到0.5mm，適合接觸式體表或體內(nèi)介入式溫度測(cè)量；
傳感器外層可定制采用硅纖護(hù)套，方便消毒液擦拭；
傳感器耐高溫，耐腐蝕，防爆防燃，操作方便靈活；
可直接接入醫(yī)療設(shè)備或電腦，多點(diǎn)監(jiān)測(cè)、集中顯示溫度。
熒光光纖溫度傳感器利用光測(cè)量溫度，玻璃和聚合物制成的探頭是非導(dǎo)電的，可以避免高電壓施加到病人身上造成電擊，以及避免電磁環(huán)境對(duì)測(cè)量數(shù)據(jù)的干擾。同時(shí)，因?yàn)楣饫w的體積小，柔性好，測(cè)溫精度高，對(duì)被測(cè)物體影響小等優(yōu)秀性能，非常適合在癌癥腫瘤熱療中用于監(jiān)測(cè)溫度。
熒光光纖測(cè)溫一體化裝置，則可以直接與微波、射頻熱療儀器設(shè)備或電腦連接，在治療時(shí)，對(duì)癌細(xì)胞組織的溫度進(jìn)行多點(diǎn)、實(shí)時(shí)、連續(xù)、長(zhǎng)時(shí)間地精準(zhǔn)監(jiān)測(cè)，顯示和保存。醫(yī)生可查看歷史測(cè)溫?cái)?shù)據(jù)，進(jìn)行分析和診斷。
目前，光纖溫度傳感器，作為一種優(yōu)勢(shì)明顯的先進(jìn)測(cè)溫技術(shù)，已經(jīng)在各種高精尖領(lǐng)域得到了廣泛應(yīng)用，憑借其測(cè)溫精度高，探頭體積小，纜身柔性好、對(duì)電磁干擾免疫等獨(dú)特優(yōu)勢(shì)，在生物醫(yī)學(xué)領(lǐng)域的應(yīng)用也在被訊速推廣，且已取得了良好的應(yīng)用實(shí)績(jī)。
