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技术帖 | 光纤织物在医疗领域的应用
发布时间:2020-06-08   点击次数:47次

光导纤维(简称“光纤”)作为一种光波导工具已经被大众熟知,除了在大家都比较熟知的通信领域,光纤在医疗领域有哪些应用呢?

 

 

按照制造材料的不同,光纤通常分为无机光纤和有机光纤两类。无机光纤包括玻璃光纤和石英光纤,通常用于通信、建筑、航空航天等领域。有机光纤主要指由高透明度的有机高分子材料制成的聚合物光纤(又称“塑料光纤”,简称“POF”),较为柔软的质地赋予其较无机光纤更广泛的应用领域。

光纤织物是光纤与纺织织物相结合而形成的一种复合织物产品,属于智能纺织品(Smart Textiles)。光纤织物一般采用聚合物光纤,因此兼具纺织品的柔软和光纤的导光性能。光纤织物的应用涵盖通信、照明、装饰、娱乐、医疗等多个领域,其中在医疗领域的应用正成为其重要的发展方向。按照光纤的作用不同,可将用于医疗领域的光纤织物细分为信号传输光纤织物、表面发光光纤织物和光纤传感织物等 3 类。

 

1、信号传输光纤织物

光纤织物可以作为可穿戴智能设备的一部分,承担起功能器件之间的物理连接和信号传输功能。1996年,JAYARAMAN等率先开始了智能服装方面的研究。他们利用光纤作为智能服装(Smart Shirt)的信号传输总线(bus),将嵌入到织物中的电子器件及电子导线连接起来构成了“可穿戴主板(WearableMotherboard)”,首次实现了无干扰环境下的人体生理信号监测,开创了“可穿戴电子”的新领域。

 

JAYARAMAN研制的智能服装原型

 

2、发光光纤织物

光纤发光织物是指利用光纤的光传导性能,将光源的光信号释放出来形成发光效果的一种光纤纺织品,可应用在照明、装饰、医疗等领域。医用光纤发光织物主要作为光动力疗法的装备来使用。通过调制不同波长的光源信号可获得预期的治疗光波,还可通过适当的光纤排列或使用透镜装置获得不同面积、不同光强分布的发光面,满足多种疾患的治疗要求,如新生儿黄疸的蓝光照射治疗、促进伤口愈合的光照治疗以及角化病的治疗等。

 

可用于光疗的侧面发光织物及发光效果

 

3、传感光纤织物

光纤传感织物是光纤织物的另一类应用,通常将光纤作为传感器,以纺织原料的角色加入到织物中,构成织物的一部分。常用于制作传感织物的光纤传感器有光栅传感器、宏弯传感器和微弯传感器等3种。

(1)光纤布拉格光栅(Fiber Bragg Grating,FBG)是光栅传感器的典型代表,从20世纪70年代以来,已经作为一种光纤器件,可检测温度、湿度、位移、加速度等信号,用于航空航天、军事国防、生物医学等领域。

 

光纤可穿戴系统

 

(2)光纤弯曲的曲率半径比光纤直径大得多的弯曲叫做宏弯,由此引起的附加损耗为宏弯损耗。该损耗随外界干扰(温度、压力、折射率等)的变化会发生改变。利用这个原理对外界干扰信息进行检测的器件称为光纤宏弯传感器。目前光纤宏弯传感织物在医疗领域大多用于人体呼吸特征的监测。

 

经编结构的光纤宏弯传感织物

 

(3)光纤微弯损耗是指光纤轴产生极小弯曲(微弯)引起的附加损耗。与宏弯相似,也可利用光纤微弯损耗原理开发出光纤微弯传感器。目前光纤微弯传感织物在医疗领域也有应用。

来源:纺织导报

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