专利名称：光纤患者健康多参数监测装置和系统的制作方法
技术领域：
本发明 一般涉及对患者健康进行监测，更特别地涉及用于对患者健 康进行监测的多参数光纤监测系统。
背景技术：
考虑到患者的虛弱和对成人认为是无害的医疗感测装置的敏感性， 监测明显在典型孕龄以下的新生儿的微环境和/或生理状态是特别费力 的并且是具有潜在损伤的。新生儿被要求待在培育室(保育箱)中，该培 育室提供热的和几乎没有声音的保护以免外面环境的干扰。因为进行护 理要打开保育箱、处理新生儿、将传感器或者设备作用于皮肤上、清洗、 和实行保持该护理区域所必须的其它职责，从而实际上扰乱了该环境， 所以医疗工作人员对患者进行身体检查是有问题的。某些活动提高了周 围噪声的水平、打乱了幼儿的热环境、干扰了生物钟，并且一般降低了 生活质量，从而对小孩的未来产生潜在严重的暗示。
使用粘附性的皮肤电极例如以监测新生儿的生命特征可能在之后 的某一时刻传感器被移除时由于新生儿的皮肤极其柔软和柔韧并且与 成年人的皮肤相比还没有被硬化而导致皮肤的撕裂。皮肤的这种开口给 感染提供了通道，并且由于皮肤的撕裂是相当疼的而增加了不适。
另外，对要求粘附在皮肤上的传感器的使用通常对患者来说是侵入 性的，增加了他们的不适度。在有些情形下，如果粘附性凝胶失去粘性 或者如果患者用手指摸索或抓等方式来无意识地影响了传感器，对传感 器的使用将导致差的传感器读出。
患者护理区域的电气环境可能是苛刻的，特别是在存在电灸、除颤
或者MRI设备的情况下。由这些设备产生的RF噪声或者涡流能导致对 非基于光学的患者感测设备的干扰，这是由于该干扰设备所产生的电磁 场在所获得的传感器数据上造成了电气假象。
如在当今的医院中所熟知的患者监测器通常对每个传感器具有一 个相关的电缆。在高敏的护理环境中，例如，IO个用于心脏活动的ECG 传感器、1个用于表面温度的传感器和1个用于血液氧饱和度的传感器已经使得挂在患者身上的电缆达12条。虽然无害，但这对于临床医师 来说是个麻烦并且导致在对患者进行护理时，互动緩慢。对每个患者的 相互作用的整个工作班次所引起的稍微耽搁导致护理者一方的生产力 的明显损失。
患者的仪器设备常常是专用的，它被设计以在医院环境中执行 一 系 列特定任务。在其它情况中，仪器设备能执行任意的任务，只要是支持 该任务的模块被物理地连接到该模块上。这是有问题的，因为用来检测 参数的传感器要求适合要求的专用电子设备。护理机构因此必须管理多 个装置、附件、配置和模块以为当地居民提供足够水平的护理支持。
此外，为了保持皮肤的柔韧性，新生儿的微环境中的湿度通常比外 面的周围环境的湿度高得多。这也是微生物的滋生地，这些微生物能严 重危害免疫系统还远未发育的新生儿的健康。
上述问题一般已经通过使用单点传感器监测保育箱的环境和用红 外线辐射对新生儿加热而解决。另外，已经利用使用体佩(body-worn)
传感器来捕捉生物数据的标准监测设备来进行对新生儿的监测。但是上 述方法是有问题的，在于以下所涉及的方面(但不限于此)l)对空气 传播和水传播的病原体的实时、连续监测，该病原体与操作加湿器增湿
该环境相关联，2)用于表征和控制该热环境的分布式温度感测3)用于表 征新生儿的运动活动从而评估神经机能或机能障碍的方法。
因此，存在对患者健康多参数监测系统和/或患者健康多参数监测装 置的需求，以克服与当前患者健康监测系统和装置相关联的前述缺点。
发明内容
根据本发明的一个方面， 一种光纤监测系统包括 具有预定长度的至少一个光纤或光纤条带(braid);和 至少一个衍射光栅，该衍射光栅集成到该至少一个光纤或者光纤条 带的所希望的部分中，该至少一个光纤或者光纤条带以及该至少一个衍 射光栅被配置在 一起以致该至少 一 个衍射光栅的有效折射率与至少一 个预定的外部剌激串联地(in tandem with)改变。
根据本发明的另一个方面，光纤传感器包括至少一个衍射光栅，该
衍射光栅集成到至少一个光纤或者光纤条带的所希望的部分中，以致该 至少一个衍射光栅的有效折射率或者该光栅周期响应于至少一个预定
的外部剌激而改变。
5根据本发明的又 一 个方面，对患者的生理参数进行监测的方法包
括
提供至少一个光纤传感器，该至少一个光纤传感器被配置为响应于 由该至少一个光纤传感器接收的至少一个外部刺激来反射一个或多个 所希望波长的光；
配置该至少一个光纤传感器来与患者身体形成物理接触；
向该至少一个光纤传感器传输光；
测量响应于该至少一个外部刺激由该至少一个光纤传感器在每个
所希望的波长处产生的反射光的功率水平；和
基于在每个所希望的波长的反射光的功率水平，确定至少一个预定
患者生理参数的变化。
当参考附图阅读了下面的详细说明后，本发明的这些和其它特征、 方面和优势将变得更加好懂，在全部附图中相似的标记表示相似的部 件，其中
图1示出根据本发明的一个方面的基于光纤光栅微应变的生理感测 元件；
图2示出根据本发明的一个方面的基于光纤光栅的机械的温度感测 元件；
图3是说明根据本发明的一个方面的光纤应变感测模块的感测机理 操作的视图4是说明根据本发明的 一 个方面的光纤温度感测模块的感测机理 操作的视图5示出根据本发明的一个方面的基于加载光纤光栅的生理感测模
块；
图6是说明根据本发明的一个方面的生理参数感测原理的视图7示出根据本发明的一个方面的光纤生理感测模块；
图8示出根据本发明的另一个方面的光纤生理感测模块；
图9示出根据本发明的又一个方面的光纤生理感测模块；
图IO示出根据本发明的又一个方面的光纤生理感测模块；
图11示出根据本发明的一个方面的光纤生理加速度计模块的应用；图12示出根据本发明的一个方面的光纤生理测试设备系统； 图13示出根据本发明的一个方面的单个婴儿生理参数监测生物医 学系统；
图14示出根据本发明的一个方面的多新生儿生理参数监测生物医 学系统；
图15示出根据本发明的一个方面的生理多参数光纤感测系统。 尽管上面提到的附图提出了可替换实施例,正如在讨论中提到的那 样，也可以被设想本发明的其它实施例。在所有的情况中，该公开以代表 而非限制的方式提出了本发明的所示实施例。本领域技术人员可以设计 出许多其它修改和实施例，这些修改和实施例均落入本发明的原则范围
和精神内。
具体实施例方式
图l示出根据本发明的一个方面的基于光纤布拉格光栅的、基于微
应变的生理感测元件(光纤传感器)10。光纤布拉格光栅主要是其纤芯
折射率被周期性调制的光纤电缆。这种调制使得在每一个折射率界面处 能够相干散射，从而引起在下面进一步详述的布拉格波长处的相长共
振。光纤传感器10包括诸如例如使用例如相位掩膜和紫外激光刻字技 术烧进光纤纤芯14中的布拉格光栅12的一组镜子元件。镜子12以这 样的方式烧进光纤14:沿着光纤14传输的光的所希望的波长或波长范 围将根据^ = 2"八被反射回或弹回光纤14的输入端，其中n是光纤纤芯 中的有效折射率，A是该光栅结构的周期。光在所希望的波长范围之外 的其它波长将朝着光纤14的输出端通过镜子元件12而没有减弱。
镜子元件12能以图1所示的倾斜角烧进光纤14。这样的对角烧使 得光学传感器10具有更高的光的反向传播并且具有更少的衰减，导致 光学传感器10具有比使用诸如图2所示的垂直烧构造所得到的效率更 高的效率水平。另一方面，倾斜的光栅结构能够通过正向与反向传播的 导引模式之间的耦合和导引的纤芯模式与包层模式之间的耦合辨别出 温度和拔i应变效应。
光纤14嵌入保护涂层16中，诸如但不限于，聚合物、玻璃纤维或 者金属化的涂层，以便向光纤14提供外加的机械强度和其它功能。光 纤14具有125|um的外径,而镜子元件(光栅)12具有6-9pm的外径，并 且包括其保护涂层16的完整的光学传感器10,根据一个实施例，具有
7250nm的标称外径(对于丙烯酸脂涂覆的光纤传感器)、150jum的标 称外径(对于聚酰亚胺和金属涂覆的光纤传感器)以达到单独与所希望 的传感器模式(诸如温度、呼吸、脉搏、肢体加速(limb acceleration) 等等)相关联的所希望的光传播水平。
图2示出根据本发明的另一个方面的基于光纤光栅机械的温度感测 元件(光纤传感器)20。光纤传感器20与图1中所示的光纤传感器10 的结构相似；除了光纤传感器20包括光纤布拉格光栅22,该光纤布拉 才各光栅22具有垂直排列的镜子22的变迹结构(apodized structure)以 反射沿着光纤24传输的光的所希望的波长或波长范围。光在所希望的 波长范围之外的其它波长将通过镜子元件22而没有减弱。
光纤传感器20还包括表面涂层26，该表面涂层26由(但不限于) 所希望的金属或者聚合物构成以提供诸如增强的机械强度的所希望的 功能或光纤传感器20的灵敏度水平所希望的提高。
图3是说明根椐本发明的一个方面的应变感测冲莫块30的感测机理 操作的视图。应变感测模块30包括基于光纤布拉格光栅的温度感测元 件31和基于微应变的感测元件33，诸如参考图l-2在上面所描述的元 件。这里，温度感测元件属于无应变构造。
应变感测模块30可以工作在压应变状态32，无应变状态34,或者 张应变状态36。无应变状态34将导致该应变感测模块具有基线波长特 征35,以致该模块34将反射预定量预定波长的光。压应变状态32将导 致该应变感测模块具有下移的波长特征37，以致该模块34将反射不同 预定波长的等量的光功率。张应变状态36将导致该应变感测模块具有 上移的波长特征39,以致该模块34将反射不同于基线波长特征35或偏 移的波长特征37的预定波长的等量的光功率。
仅通过从与基于预先加栽的光纤微应变的感测元件33相关联的该
联的基线波长偏移，可以在环境温度下校准应变感测模块30。
图4是说明根据本发明的又一个方面的基于光纤布拉格光栅的温度 感测模块40的感测机理操作的视图。虽然应变感测模块30响应于感测 元件的机械压应变和张应变来起作用，温度感测模块40响应于由周围 温度的变化而引起的光纤感测元件的膨胀和压缩来起作用。光纤感测元 件没有膨胀和压缩的无膨胀状态46产生基线波长特征41,以致该模块40将反射预定波长的预定量的光功率。由于光纤感测元件的膨胀引起的 膨胀状态44将产生上移的波长特征43，以致该模块40将反射不同预定 波长的等量的光功率。由于光纤感测元件的压缩引起的压缩状态45将 产生下移的波长特征45,以致该模块40将反射不同于基线波长特征41 或偏移的波长特征43的预定波长的等量的光功率。
根据本发明的一个方面，基于光纤布拉格光栅的温度感测模块40 展示出由下面所示的关系定义的波长偏移
其中A是该光栅结构的周期，r是绝对温度，々是热-光系数，约等 于Sx10-6〃°C，"是热膨胀系数，对于500nm厚的Al金属化表面42,"约 等于23xl0—6〃°C。
图5示出根据本发明的一个方面的光纤动态感测模块50，该模块包 括基于光纤布拉格光栅加载的生理感测机构。该感测机构既包括基于布 拉格光栅的光纤温度感测元件51，又包括基于光栅颤动/加速微应变的 感测元件53。尽管和应变感测才莫块30相似，动态感测才莫块50还对与基 于颤动/加速微应变的感测元件53相关联的弯矩做出响应。
基于光栅颤动/加速微应变的感测元件53可以工作在压应变状态 52，无颤动状态54,或者张应变状态56。无颤动状态54将导致该动态 感测模块50具有非常小的标准偏差的波长偏移特征55,以致该模块50 将简单的对环境温度变化做出响应而不展示出颤动特征。压应变状态52 将导致该动态感测模块具有下移的波长特征57,以致该模块50将反射 预定波长范围内的预定量的光功率。张应变状态56将导致该动态感测 模块50具有上移的波长特征59，以致该模块50将反射不同于下移波长 特征57的预定波长范围内的等量的光功率。
通过从与基于预先加栽的光纤的颤动/加速微应变的感测元件53相
元件51相关联的基线波长偏移，可以在环境温度下校准动态感测模块 50。
图6是说明根据本发明的一个方面的生理参数感测原理的视图。根 据一个实施例，通过基于光纤布拉格光栅的传感器60来监测生理参数 (将在下面更详细地描述)。传感器60根据一个方面工作以响应于该 传感器60的波长偏移62来改变由该传感器60反射的光功率，该传感器60的波长偏移62由正被监测的变化的生理参数，例如温度和应变， 决定。
响应于由温度的变化所造成的传感器60的波长偏移，可以监测例 如患者温度随时间的变化64。响应于由于诸如但不限于代谢活动或者肢 移动(Hmb displacement)的生理活动所造成的传感器60的波长偏移， 还可以随时间监测生理活动66。前述的温度和应变的测量数据接着被转 换为对应的心搏率67和对应的呼吸率68。
图7-10示出根椐本发明的各个方面的光纤生理感测模块。例如，图 7描述光纤感测带型模块72，其包括多个诸如上面参考图l-5所描述的 光纤传感器。
图8示出根据本发明的另 一 个方面的光纤生理感测模块74 。感测模 块74包括多个诸如上面参考图1-5所描述的光纤传感器，其中这些光纤 传感器以矩阵样式安置。
图9示出根据本发明的又一个方面的光纤生理感测模块76。感测模 块76包括多个诸如上面参考图l-5所描述的光纤传感器，其中这些光纤 传感器沿着光纤感测电缆型的导管集成。
图10示出根据本发明的又一个方面的光纟千生理感测模块78。感测 模块78包括多个诸如上面参考图l-5所描述的光纤传感器，其中这些光 纤传感器被布置在光纤感测接线垫(patch pad)内。
图11示出根据本发明的一个方面的光纤生理加速度计84的应用。 光纤生理感测模块84构成包括多个单个的传感器结82的光纤表面温度 加速系统80的一部分。光纤表面温度加速系统80运转以监测，非限定 的，胸壁扩展-呼吸，胸壁扩展-心率，代谢活动-温度，肢移动-活动，能 量使用和经皮02-血液/气信息。由这样的集成温度传感器和加速度计的 感测模块得到的微分测量(differential measurement)提供患者的体温和 与例如胸壁扩展-呼吸的生理活动之一相关联的动态应变。
光纤生理加速度计84可以包括一个或多个例如上面参考图5所描 述的光纤动态感测4莫块50，并且由光纤支持的震波物质(seismic mass ) 构成。由患者运动赋予的微应变引起波长偏移，该波长偏移可由问诊系 统86检测。问诊系统86经由使用软件区分不同患者的生理参数的计算 机来监测波长偏移并传送被远程接收的无线信号。
图12示出根据本发明的一个方面的光纤生理测试设备系统90。光纤生理测试设备系统90包括多个住院婴儿护理设施94, 96。每个住院 婴儿护理设施94, 96包括多个例如上面参考图n所描述的光纤生理模 块84。所有的光纤生理模块84沿着光纤98经由多个光耦合器92耦合 在一起。光纤98被耦合到光纤生理测试设备系统99,该光纤生理测试 设备系统99可以包括计算机或者其它使用软件区分不同患者生理参数 的装置。
光纤生理测试设备系统卯有利地使用一种体系结构，该体系结构 显著降低一般与不是那么容易集成为单一的、非冗余的硬件/软件系统的 更常现的生理测试设备系统相关联的整体系统成本。
图13示出根据本发明的一个方面的单个婴儿生理参数监测生物医 学系统100。系统IOO能以和上面参考图11所描述的光纤生理加速度计 模块84相同的或相似的光纤生理加速度计模块实施，但不限于此。
图14示出根据本发明的一个方面的多婴儿生理参数监测生物医学 系统IIO。多嬰儿生理参数监测生物医学系统IIO使用多个例如在图11 和13中描述的单个婴儿生理参数监测生物医学系统100。该多婴儿生理 参数监测生物医学系统110是可扩展的以致它能满足特殊设施或者环境 的需要。系统110能监测与单个患者相关联的生理参数或者能够在几乎 没有或没有额外硬件/软件费用的情况下使用单个信号处理接口扩展来 监测数以千计的患者。
图15示出根据本发明的另一个方面的生理多参数光纤传感器模块 120。光纤传感器模块120具有沿着光纤122的长度集成在一起的光纤 温度感测传感器102、光纤呼吸传感器104,光纤脉搏传感器105和光 纤肢体加速传感器101等等。光纤覆盖有例如之前所描述的保护管套 124以提供额外的张力或者机械强度，并且保护光纤传感器101、 102、 104、 105和光纤122免遭环境损坏。
每个光纤传感器101、 102、 104、 105包括例如光纤布拉格光栅(FBG) 的衍射光栅106，该衍射光栅106以通过相应的光纤传感器的希望的光 波长的反射光功率达到所希望的水平的方式烧进光纤中。该与特定传感 器101、 102、 104、 105相关联的反射光功率取决于它的响应于所希望 的患者生理变量的相应的波长偏移107。
该波长偏移107经由分布式感测系统108监测，该分布式感测系统 108包括例如可调谐激光器、发光二极管和超辐射发光灯
ii(superluminescent lamp)的宽带光源，光耦合器，法布里-帕罗(FP)校 准器，光电探测器(PD)，个人计算机(PC)，数字信号处理器(DSP)或者任 何合适的信号处理装置来将对应波长的反射的光功率水平转换为所希 望的对应的患者生理变量的测量数据。例如光纤布拉格光栅(FBG)的 光纤传感器可以是潜在地分布在例如医院的大型设施中的FBG1到 FBGn。
概要地说，已经描述了包括一个或多个光纤传感器或者感测模块的 光纤患者健康多参数监测系统。光纤监测系统及其相关的(多个)传感 器能够提供连续地、实时地监测微环境和周围环境中的空气传播和水传 播的病原体。对于通过分布式传感器的闭环温度控制，光纤监测系统及 其相关的(多个)传感器能够表征遍及比使用已知监测系统目前可达到 的微环境更大量的微环境的温度和湿度。
此处描述的光纤传感器能被有利地配置为传感器阵列以降低与被 要求来通过波分复用(WDM)支持每个传感器的测试装置相关联的成本。 另外，在使用导电的、传统.电子传感器是很不理想并且由于电磁干扰促 使了传感器信号恶化的环境中，此处描述的光纤传感器有利地提供了安 全可靠的操作。
另外，此处描述的光纤传感器有利地提供了与患者健康(包括，但 不限于，呼吸，心率，身体运动，血液分析物，温度，身体表面的电活 动，压力，超声，心搏出量)相关的传感器的改进的耐磨性和可用性。 此处描述的光纤传感器具有足够小的直径，例如来允许对明显在胎龄以 下的婴儿身上的留置导管进行实时的、连续的监测。
此处所描述的光纤传感器提供的其它优势包括利用生物相容的材 料以支持侵入性的过程或支持在水环境中的传感器保真度。此处所描述 的光纤传感器有利地允许使用单个光纤或者多个条带的配置，这取决于 对传感器冗余或者单位光纤长度的传感器密度的水平。
由上述光纤传感器所提供的特点考虑到了在必要或必须时使用便 携式询问器和传感器系统以应用新的遥测技术。此处描述的光纤传感器 的大小、结构和操作特点进一步有利地通过即插即用光纤传感器交换能 力(swap capability )使用不同的传感器光纤提供模块化的功能性、多样 性和灵活的功能性。
在进一步概要说明中，例如上面所述，此处所述的生理感测平台通过使用沿光纤的长度设置的例如布拉格光栅的衍射光栅来工作。每个光 栅的用途是将正向传播的光在光来的方向沿着光纤向回反射。随着该光 的光谱被评估，已被反射的光现在含有对应沿着光纤长度每个单独的光
栅的光谱特征标(spectal signature )。在每个光栅的位置，或者光纤纤 芯或者包层已经被显著的改性以致该光栅结构的有效折射率在特有外 部刺激，例如，但不限于温度，压力，或者运动，的情况下以串联的方 式改变。该折射率的改变导致与每个光栅相关的光谱特征标的相应波长 和强度偏移。因此，随着光沿着光纤向下传播并被反射，该外部刺激也 能被监测。
相比于已知监测装置和系统，根据本发明的不同方面在此处描述的 光纤患者多参数监测装置和系统提供了许多优势。光纤(即在上述实施 例中所使用的14, 24)的细长度，例如，考虑到了将光纤织入可被穿着 的衣服以减少紧靠患者的环境中出现传感器的可能性。另外，因为光学 传感器是本质上是光学的并且被紧密的束缚在患者上，该装置将不那么 取决于传感器和皮肤之间界面，从而提高了正确的传感器读出的可能 性。
此处描述的光纤患者多参数监测装置和系统也有利地避开了患者 护理区域，特别是存在电灸、去颤或者MRI设备的情况下，的潜在苛刻 的电气环境，这是因为光纤的基于二氧化硅的材料在该干扰装置的工作 频率处通常是不传导的。
此处描述的光纤患者多参数监测装置和系统还使用抗液体的基于 二氧化硅的光纤材料。该光纤的基于二氧化硅的材料一般具有生物惰 性，除非如所迷地为了上述的特定实施例被处理以响应。
此处描述的光纤患者多参数监测装置和系统所提供的几种附加优 势涉及、但不限于电缆的束缚(tethering)、传感器交换能力(sensor swapping capability)、可扩展性和新参数测量能力。通常已知的并且在 当今的医院中使用的患者监测器对于每个传感器通常具有至少一个与 其相关的电缆。在高敏度的护理环境中，例如，IO个ECG传感器被用 于进行心脏活动的监测，1个传感器被用于进行表面温度的监测，和1 个传感器被用于进行血液氧饱和度的监测，这已经使得挂在患者身上的 电缆有12条。上述光纤装置和系统有利地使用单个电缆，而与所涉及 的光纤传感器的类型和数量无关。因为和每个光纤传感器相关联的反射光占据在此处描述的光纤患 者多参数监测系统中使用的总的光谱中的 一 小部分，光纤患者多参数监 测装置和系统能被设计以通过在被分配的带内把每个传感器的光谱恰 当地隔开来容纳几百到几千的传感器。该技术也称为波分复用，如在此 之前所述。如果一个传感器系统在监测微环境中使用，该系统能为整个 病房或者医院提供宽广的传感器覆盖范围，从而降低了医院的测试装置 成本。
本发明人认识到在结合微生物病原体或者生物分子的属性进行光 纤感测的性质能够空间分布地、远程地感测微生物的病原体或者生物分 子的存在或者不存在。光纤传感器能被处理为，例如，结合到感兴趣的 病原体或者生物分子。在婴儿的微环境中，湿度通常比外面的周围环境 的湿度高得多以保持皮肤的柔韧性。这也是微生物的滋生地，这些微生 物能严重危害免疫系统还远未发育的婴儿的健康。例如，通过以特别结
病
光的波长。
根据另一实施例，四个光纤生理传感器模块被集成在褥垫或者毯子 中以非侵入地监测温度，呼吸速率，心率和婴儿总的身体运动。单点或 分布式即插即用感测模块被安装在具有评估传感器和外部环境间的相 互作用的单个光学询问器的感测系统中，该感测系统对在医疗装置
(medical setting)中通常遇到的电磁RF辐射完全免疫。
根据此处描述的原理所实现的光纤传感器的另一个好处是职能化 该周期光栅结构的外包层以响应感兴趣的现象的能力，如此前所述。使
过对整个光栅结构的有效折射率进行调制来将感兴趣的现象进行转换。 因此，假如该现象能被转换为机械位移或者介电变化，那么任何感兴趣 的参数都能被观察到。
尽管此处仅仅示出和描述了本发明的某些特征，本领域技术人员将 想到很多修改和改变。因此，应当理解所附的权利要求意图覆盖所有这 样的修改和改变以致落入本发明的真实精神中。
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兴对附
感现粘
在实体
合来原
14元件列表
>光纤传感器
12〕布拉格光栅
14〕光纤纤芯
16)保护涂层
20)光纤传感器
22)布拉格光栅
24)光纤纤芯
26)保护涂层
30)应变感测才莫块
31 )基于光纤布拉格光栅的温度感测元件
32)压应变状态
33)基于微应变感测元件
34)无应变状态
35)基线波长特征
36)张应变状态
37)下移波长特征
39)上移波长特征
40)基于光纤布拉格光栅的温度感测元件
41 )基线波长特征
43)上移波长特征
44)扩展状态
45)下移波长特征
46)无膨胀状态
48)压缩状态
50)光纤动态感测模块
51 )基于布拉格光栅的光纤温度感测元件
52)压应变状态
53 )基于光纤颤动/加速微应变的感测元件
54)无颤动状态
55 )小的标准偏差特征
56)张应变状态(57)下移波长特征
(59) 上移波长特征
(60) 基于光纤布拉格光栅的传感器 (62)传感器波长偏移
(64)患者体温
(66)生理活动
(67 )心搏率
(68)呼吸率
(72)光纤感测带型模块
(74)光纤生理感测模块
(76)光纤生理感测模块
(78)光纤生理感测模块
(80)光纤表面温度、加速系统
(82)传感器节点
(84)光纤生理加速度计
(90)光纤生理测试设备系统
(92)光耦合器
(94)医院婴儿护理设施
(96)医院婴儿护理设施
(98) 光纤
(99) 光纤生理测试设备系统
(100) 单个婴儿生理参数监测生物医学系统
(106) 衍射光栅
(107) 波长偏移
(108) 分布式感测系统
(110)多婴儿生理参数监测生物医学系统 (120)生理的多参数光纤传感器模块 (102)光纤温度感测传感器
(104) 光纤呼吸传感器
(105) 光纤脉搏传感器
(101 )光纤肢体加速传感器 (122)光纤(124)保护管套
权利要求
1.一种光纤传感器(120)，包括集成在至少一个光纤(122)或者光纤条带的所希望部分中的至少一个衍射光栅(106)，以致该至少一个衍射光栅的有效折射率或者该至少一个衍射光栅的光栅周期响应于至少一个预定的外部刺激而改变。
2. 根据权利要求1的光纤传感器(120),其中至少一个衍射光栅(106) 是具有微曲敏感表面以提高应变灵敏度的布拉格光栅结构。
3. 根据权利要求1的光纤传感器(120)，其中至少一个衍射光栅(106) 是具有金属化涂层(124)以提高传感器的机械强度或者提高传感器的 温度灵敏度的布拉格光栅结构。
4. 根据权利要求1的光纤传感器(120),其中该至少一个衍射光栅 (106)被配置为将正向传播的光在其进入该至少一个光栅(122)或光栅 条带的方向沿着该至少一个光栅(122)或光栅条带向回反射，并且进 一步其中该被反射的正向传播的光占据预定光谱的一小部分，以致多个 衍射光栅可以被集成在光纤监测系统(108 )中，在该光纤监测系统(108 ) 中每个衍射光栅与对应于该特定衍射光栅的预定光谱的一'J、部分相关 联。
5. 根据权利要求1的光纤传感器(120),其中该至少一个衍射光栅 (106)具有在大约3000微米和大约10000微米之间的长度，并且进一步 具有在大约6微米和大约IO微米之间的直径。
6. 根据权利要求1的光纤传感器(120),其中该至少一个衍射光栅 (106)包括基于二氧化硅的材料，该基于二氧化硅的材料在电灸、去颤和 磁共振成像设备的工作频率处是基本不传导的。
7. 根据权利要求1的光纤传感器(120)，进一步包括衍射光栅包层 (124)或者纤芯，其用被配置为结合在预定的微生物上的标记处理，以致将预定病原体粘附在该至少一个衍射光栅(106)上改变了该至少 一个衍射光栅(106)的有效折射率。
8. 根据权利要求1的光纤传感器(120)，其中该至少一个衍射光栅 (106)被配置为结合不同的衍射光栅起作用，以致该至少 一个衍射光栅和 该不同的光栅一起补偿包括信号漂移的预期的假象。
9. 根据权利要求1的光纤传感器(120),其中该至少一个光纤(122) 或光纤条带被配置为与患者身体形成物理接触，以致该至少一个预定的外部刺激由患者生理参数提供。
10.根据权利要求1的光纤传感器，其中该至少一个光纤(122)或 光纤条带被附着在衣服或者毯子的物品上，其方便维持在光纤传感器 (120)和患者身体之间的物理接触。
全文摘要
本发明涉及光纤患者健康多参数监测装置和系统。该患者监测系统包括多个沿光纤的长度集成的衍射光栅，其中该光纤和每一个光栅一起被配置为响应于至少一个期望的外部刺激，沿着该光纤在光栅的相应位置改变相应光栅的有效折射率或者光栅的周期。
文档编号A61B5/00GK101491433SQ20091000278
公开日2009年7月29日 申请日期2009年1月22日 优先权日2008年1月22日
发明者C·M·杨, D·F·施特劳赫, D·M·达文波特, L·E·利纳姆, L·G·T·埃克, M·L·凯利, M·R·拉皮杜斯, S·M·法尔克, 华 夏 申请人:通用电气公司