用于医学的内窥光纤温度传感技术研究

Thermal Therapy (Hyperthermia) is one of the effective operations for tumor curing. Since tumor tissues are susceptible to temperature than normal tissues, in the thermal therapy operation, temperature is a crucial parameter. As the temperature is too low, the tumor tissues can not be killed; otherwise, the temperature is too high, the operation may damage the surrounding tissues of tumor. During the hyperthermia operation, the heating power is normally high-frequency EM field, so traditional temperatures sensors, such as thermal couples, thermistors, can not work stably due to EM disturbance. We present a multi-function endoscope optical fiber temperature sensor system. With this system, in the operation tumor temperature is measured with an optical fiber sensor based of fluorescence life time, furthermore a build-in endoscope in the fiber sensor can image the target field of the tumor tissues. In clinic operation, physicians can check the tissue temperature, and can view the detected field at the same time.

热疗已经成为了继手术、放疗、化疗和免疫疗法之后的第五大肿瘤治疗方法。由于病变组织对温度比较敏感，而且耐热的能力比正常组织要差，所以，在热疗过程中，对人体或病变组织的温度测量是至关重要的。如果治疗温度过低达不到治疗效果，温度过高会对人体或正常组织造成伤害。现有测温方法受热疗过程中电磁场的干扰，不能进行稳定准确测温，而且测温探头在人体内部进行测温时，无法进行位置定位，所以不能准确探测需要测量部位的温度。本项目研究一种基于超细传像光纤和光纤温度测量原理的技术，能够对热疗过程中人体组织温度进行准确测量，同时又可以对治疗区域进行成像。采用光纤测温技术不仅不受治疗过程中电磁场的干扰，同时也可以快速准确地测量病变组织处的温度。利用光纤复丝技术制作直径为1mm以下的传像束，使传感器探头可以做到微型化。这一技术的应用，可为热疗手术提供有效可靠的测温手段，同时也为医学检查提供一种全新的技术手段。

微波热疗和射频手术是目前比较先进的肿瘤治疗和康复手段，为了解决手术和热疗过程中温度测量的问题，项目提出了采用内窥成像技术和光纤测温技术相结合的方法，来实现可视化温度测量，研制出了相应的原理样机并进行了医学试用。研究了基于荧光光强和荧光寿命的温度测量机理，采用光纤实现了光纤传感温度测量。研制了套管式结构、填充式结构、光子晶体光纤结构以及光纤束传光结构等四种光纤传感探头，探头结构紧凑，工作稳定，测温误差小。利用光纤传像束实现超细内窥成像，成像探头直径仅为1.2mm。采用旋转光纤连接器，使内窥镜在使用过程中，传光光纤避免发生交缠，从而使手术中操作更加灵活、方便。.将光纤测温和内窥成像技术结合，可在内窥观察的同时，测量出观察点的温度，为临床手术提供了一种强有力的手段。超细内窥镜的研制成功，可以为人体组织深部探测提供了有效的手段，和现有的超声探测和CT检测技术相比，采用内窥镜对人体内部进行检查，定位准确，图像直观，创伤小。.项目完成了《项目计划书》中的任务和目标，研制原理样机系统可实现0-80度范围的温度测量，测量误差小于0.2度，成像系统成像分辨率达到64线对。.项目执行期间，完成了12篇学术论文的发表，3项发明专利的申请，培养博士2名，硕士2名。另有两名课题组成员分别出国合作交流和联合培养。