Волоконно-оптический термометр

Волоконно-оптический термометр содержит волоконно-оптический датчик, выполненный из оптического волокна с расположенным на его конце термочувствительным элементом из кремния, соединенным с оптическим волокном через согласующий слой из окиси кремния. Датчик расположен в продольной канавке металлического стержня, помещенного в металлическую трубку, при этом выходной торец термометра выполнен скошенным.

Изобретение относится к области медицины, а именно, к конструкции волоконно-оптического термометра (ВОТ) для гипертермической терапии в онкологии.

Для этих целей применяются датчики с термопарой. Датчик имеет форму иглы, которая вводится в область гипертермического нагрева биоткани излучением Nd:YAG лазера [1]. К недостаткам контроля температуры термопарным датчиком относятся низкая точность измерения и наличие токоведущих проводников, представляющих потенциальную опасность для пациента.

В качестве прототипа следует рассмотреть конструкцию волоконно-оптического термометра, включающего волоконно-оптический датчик температуры и регистрирующую систему [2]. Волоконно-оптический датчик содержит оптическое волокно с расположенным на его конце термочувствительным элементом из кремния. Датчик имеет согласующий слой из окиси кремния, через который выполнено соединение термочувствительного элемента с оптическим волокном. Измерение температуры выполняется при контакте термочувствительного элемента с биотканью. При этом термочувствительному элементу необходимо обеспечить надежный тепловой контакт с поверхностью биоткани. Кроме того из-за хрупкости конструкции волоконно-оптического датчика температуры введение его внутрь объема патологической биоткани проблематично, следовательно, нереально обеспечение надежного теплового контакта такого измерительного инструмента с внутренней средой облучаемого объема биоткани.

В предлагаемой конструкции указанная проблема решена. Волоконно-оптический термометр содержит волоконно-оптический датчик, выполненный из оптического волокна с расположенным на его конце термочувствительным элементом из кремния, соединенным с оптическим волокном через согласующий слой из окиси кремния. Волоконно-оптический датчик расположен в продольной канавке металлического стержня, помещенного в металлическую трубку, при этом выходной торец термометра выполнен скошенным.

Техническим результатом, реализуемым в предлагаемом волоконно-оптическом термометре для гипертермической терапии в онкологии, является возможность безопасного (как для пациента так ч для предложенной технической конструкции)

введение волоконно-оптического термометра внутрь объема патологической биоткани, а также обеспечение надежного теплового контакта такого измерительного инструмента с внутренней средой объема биоткани.

Сущность предложения поясняется с помощью фиг.1, изображающей принципиальную схему волоконно-оптического термометра.

Волоконно-оптический термометр имеет металлический стержень 1 с продольной канавкой 2, металлическую трубку 3, оптическое волокно 4, термочувствительный элемент 5, согласующий слой 6 и скошенный выходной торец 7.

Волоконно-оптический термометр для гипертермической терапии в онкологии работает следующим образом. Металлической трубкой 3, содержащей металлический стержень 1 в продольной канавке 2 которого расположен волоконно-оптический датчик 4-6, выполняется прокол скошенным торцем 7 патологической биоткани до глубины, соответствующей точке контроля температуры. Гипертермический нагрев патологической биоткани, например, лазерным источником приводит к изменению характеристик термочувствительного элемента 5 и, соответствующей аппаратурой регистрируется изменение температуры в области торца 7.

Приведем конкретный пример исполнения волоконно-оптического термометра.

В качестве трубки 3 (фиг.1) использовалась полая трубка медицинского инструмента для прокола и забора биопсийного материала. Наружный диаметр трубки 2.0 мм, внутренний 1.6 мм, длина металлической части трубки 160 мм. На металлическом стержне (наружный диаметр около 1,5 мм, длина 240 мм) из комплекта инструмента для забора биопсийного материала профрезерована продольная канавка 2 (глубиной и шириной 450 мк). Фрезеровка выполнялась, начиная от расстояния 3-5 мм от скошенной (под углом 20° к горизонтальной оси конструкции) поверхности торца волоконно-оптического термометра, на длину 210 мм. В канавку 2 уложено кварц-кварцевое оптическое волокно с диаметром световедущей жилы 100 мк. Защитная оболочка оптического волокна выполнена из фторопласта. Термочувствительный элементом 5 представлял собой пластинку монокристалического кремния размером 100х100х20 мк ³. Формирование согласующего слоя из окиси кремния происходит за счет окисления кремниевого элемента при температуре 1100°С-1200°С при помещении последнего в дуге электрического разряда на 10-15 минут. Соединение структуры согласующий слой - термочувствительный элемент с горцем оптического волокна осуществляется электродуговой сваркой. Наружный диаметр волоконно-оптического датчика составлял около 350 мк.

Изготовленный образец волоконно-оптического термометра обеспечивает измерение температуры в диапазоне 30-110°С с точностью измерения ±0,2°С.

Предлагаемый волоконно-оптический термометр может найти применение в гипертермической терапии онкологических заболеваний и оперативной эндоскопиии.

Литература:

[1] P.J.Milne et al. Development of stereotactically guided laser interstitial thermotherapy of breast cancer: In situ measurement and analysis of the temperature fied in vivo adipose tissue, Lasers in Surgery and Medicine, 2000, vol 26, №1, p.67-75.

[2] Патент на полезную модель №31447 «Волоконно-оптический датчик температуры». МПК G 01 K 11/12.

Волоконно-оптический термометр, содержащий волоконно-оптический датчик, выполненный из оптического волокна с расположенным на его конце термочувствительным элементом из кремния, соединенным с оптическим волокном через согласующий слой из окиси кремния, отличающийся тем, что волоконно-оптический датчик расположен в продольной канавке металлического стержня, помещенного в металлическую трубку, при этом выходной торец термометра выполнен скошенным.