本發(fā)明屬于溫度場(chǎng)重建，具體涉及一種基于溫度傳感器陣列光纖的溫度場(chǎng)重建系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

1、在醫(yī)學(xué)領(lǐng)域中，熱消融微創(chuàng)介入手術(shù)中采用介入針實(shí)現(xiàn)微創(chuàng)手術(shù)，并利用聚焦超聲、激光等先進(jìn)技術(shù)對(duì)人體內(nèi)的腫瘤等病灶組織施加熱能，使其受到高溫而致使其靶細(xì)胞發(fā)生不可逆壞死，達(dá)到治療腫瘤病灶的目的。為了實(shí)現(xiàn)對(duì)病灶位置的精準(zhǔn)操作，達(dá)到更為理想治療效果，并盡量避免或減少對(duì)病灶附近正常人體組織的損傷，在手術(shù)過(guò)程中對(duì)于消融位置及其附近溫度場(chǎng)的監(jiān)測(cè)至關(guān)重要。

2、目前，對(duì)于消融位置及其附近溫度場(chǎng)的監(jiān)測(cè)主要是通過(guò)間接測(cè)量方式來(lái)實(shí)現(xiàn)的，在間接測(cè)量方式中，通過(guò)核磁共振成像、超聲成像、b超等方式實(shí)現(xiàn)消融部位的成像，并再結(jié)合算法來(lái)實(shí)現(xiàn)消融部位及其附近的溫度場(chǎng)的重構(gòu)。由于需要通過(guò)其他醫(yī)學(xué)影像設(shè)備進(jìn)行掃描成像等，因此這種間接測(cè)量方式實(shí)時(shí)性較差，難以用于在手術(shù)過(guò)程中為醫(yī)生提供實(shí)時(shí)溫度場(chǎng)分布信息。并且由于成像質(zhì)量的影響、間接推算方法帶來(lái)的誤差等原因，重構(gòu)出的溫度場(chǎng)精度也不夠理想，在有著很高精度要求的微創(chuàng)介入手術(shù)中參考價(jià)值也相對(duì)不足。

3、因此，為了能夠?yàn)檫M(jìn)行微創(chuàng)手術(shù)的醫(yī)生提供高實(shí)時(shí)性的、具有更高準(zhǔn)確性的溫度場(chǎng)分布信息，需要一種新型的監(jiān)測(cè)手段和相應(yīng)的監(jiān)測(cè)系統(tǒng)。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、本發(fā)明是為解決上述問(wèn)題而進(jìn)行的，目的在于提供一種能夠?yàn)槭褂谜咛峁└邔?shí)時(shí)性、高準(zhǔn)確性的溫度場(chǎng)分布信息的三維溫度場(chǎng)重建系統(tǒng)，本發(fā)明采用了如下技術(shù)方案：

2、本發(fā)明提供了一種基于溫度傳感器陣列光纖的溫度場(chǎng)重建系統(tǒng)，該系統(tǒng)具有這樣的技術(shù)特征，其包括：溫度傳感器陣列光纖，包括光纖本體以及形成在所述光纖本體的芯部中的多個(gè)溫度傳感點(diǎn)，所述溫度傳感點(diǎn)為光纖布拉格光柵；光纖光柵解調(diào)器，用于接收多個(gè)所述溫度傳感點(diǎn)的反射光并進(jìn)行解調(diào)以得到相應(yīng)的溫度數(shù)據(jù)；以及溫度場(chǎng)重建裝置，其中，所述溫度場(chǎng)重建裝置包括：傳感數(shù)據(jù)接收模塊，用于從所述光纖光柵解調(diào)器接收各個(gè)所述溫度傳感點(diǎn)對(duì)應(yīng)的所述溫度數(shù)據(jù)；以及溫度場(chǎng)重建模塊，基于多個(gè)所述溫度傳感點(diǎn)的所述溫度數(shù)據(jù)以及預(yù)定的三維溫度場(chǎng)模型進(jìn)行三維溫度場(chǎng)分布的重建。

3、本發(fā)明提供的基于溫度傳感器陣列光纖的溫度場(chǎng)重建系統(tǒng)，還可以具有這樣的技術(shù)特征，其中，該系統(tǒng)用于采用熱源的介入手術(shù)中，所述三維溫度場(chǎng)模型為所述熱源作用下生物組織的三維溫度場(chǎng)模型，通過(guò)對(duì)所述熱源和所述生物組織進(jìn)行有限元分析和建模得到，包含所述生物組織的二維軸對(duì)稱(chēng)模型、所述熱源的模型、所述生物組織的邊界條件、所述熱源作用的邊界條件，所述溫度場(chǎng)重建裝置還包括：可視化生成模塊，用于根據(jù)所述三維溫度場(chǎng)分布的信息生成相應(yīng)的可視化信息；以及重建裝置側(cè)通信模塊，至少用于與顯示設(shè)備進(jìn)行通信，并將所述可視化信息發(fā)送至所述顯示設(shè)備進(jìn)行顯示。

4、本發(fā)明提供的基于溫度傳感器陣列光纖的溫度場(chǎng)重建系統(tǒng)，還可以具有這樣的技術(shù)特征，其中，所述熱源為超聲換能器，所述熱源作用的邊界條件包括所述超聲換能器表面聲壓邊界條件，所述生物組織的邊界條件為平面波輻射邊界條件。

5、本發(fā)明提供的基于溫度傳感器陣列光纖的溫度場(chǎng)重建系統(tǒng)，還可以具有這樣的技術(shù)特征，其中，所述溫度場(chǎng)重建模塊包含訓(xùn)練好的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型，所述神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型根據(jù)輸入的多個(gè)所述溫度傳感點(diǎn)的所述溫度數(shù)據(jù)以及所述三維溫度場(chǎng)模型輸出預(yù)測(cè)的所述三維溫度場(chǎng)分布。

6、本發(fā)明提供的基于溫度傳感器陣列光纖的溫度場(chǎng)重建系統(tǒng)，還可以具有這樣的技術(shù)特征，其中，所述溫度場(chǎng)重建模塊基于生物傳熱方程、多個(gè)所述溫度傳感點(diǎn)的所述溫度數(shù)據(jù)以及所述三維溫度場(chǎng)模型進(jìn)行反演計(jì)算，得到三維溫度場(chǎng)中任意點(diǎn)的局部溫度，從而實(shí)現(xiàn)所述三維溫度場(chǎng)分布的重建。

7、本發(fā)明提供的基于溫度傳感器陣列光纖的溫度場(chǎng)重建系統(tǒng)，還可以具有這樣的技術(shù)特征，其中，該系統(tǒng)用于微創(chuàng)介入手術(shù)中，其還包括介入針，所述溫度傳感器陣列光纖包括：光纖部，包含所述光纖本體和多個(gè)所述溫度傳感點(diǎn)；接口部，與所述光纖部一端連接，用于將所述光纖部與所述光纖光柵解調(diào)器連接；以及封裝部，用于對(duì)所述光纖部進(jìn)行封裝，并將所述溫度傳感器陣列光纖與所述介入針相固定。

8、本發(fā)明提供的基于溫度傳感器陣列光纖的溫度場(chǎng)重建系統(tǒng)，還可以具有這樣的技術(shù)特征，其中，所述光纖部的兩端為非傳感區(qū)域，中部段為傳感區(qū)域，多個(gè)所述溫度傳感點(diǎn)分布在所述傳感區(qū)域中，所述封裝部包括：端部保護(hù)層，包覆在與所述接口部連接的所述非傳感區(qū)域上；光纖保護(hù)層，包覆在所述傳感區(qū)域上；第一固定部，為由粘合劑形成的粘合部，形成在所述端部保護(hù)層與所述介入針之間；以及第二固定部，包含多個(gè)固定件，用于將所述光纖保護(hù)層與所述介入針相固定。

9、本發(fā)明提供的基于溫度傳感器陣列光纖的溫度場(chǎng)重建系統(tǒng)，還可以具有這樣的技術(shù)特征，其中，所述第一固定部為相互間隔的多個(gè)，所述封裝部還包括：多個(gè)傳感點(diǎn)保護(hù)部，分別包覆在各個(gè)所述溫度傳感點(diǎn)處的所述光纖部上或所述光纖保護(hù)層上；以及多個(gè)溫度隔離部，分別設(shè)置在各個(gè)所述溫度傳感點(diǎn)處的所述光纖保護(hù)層與所述介入針之間，用于進(jìn)行隔熱。

10、本發(fā)明提供的基于溫度傳感器陣列光纖的溫度場(chǎng)重建系統(tǒng)，還可以具有這樣的技術(shù)特征，其中，所述端部保護(hù)層為玻璃纖維層，所述光纖保護(hù)層為聚酰亞胺層，所述傳感點(diǎn)保護(hù)部為聚酰亞胺涂層，所述溫度隔離部為由不導(dǎo)熱膠形成的膠合部，所述固定件為呈筒狀的高導(dǎo)熱金屬片，多個(gè)所述固定件分別包覆在通過(guò)所述溫度隔離部相固定的所述溫度傳感點(diǎn)處的所述光纖保護(hù)層與所述介入針的外層，從而將其固定。

11、本發(fā)明提供的基于溫度傳感器陣列光纖的溫度場(chǎng)重建系統(tǒng)，還可以具有這樣的技術(shù)特征，其中，每個(gè)所述溫度傳感點(diǎn)的光柵長(zhǎng)度為1mm～3.5mm，最靠近所述接口部的一個(gè)溫度傳感點(diǎn)到所述光纖部的近端的距離為第一距離，相鄰兩個(gè)所述溫度傳感點(diǎn)之間的距離為第二距離，所述第一距離<100mm且所述第二距離<50mm，或者，所述第一距離>100mm且所述第二距離>50mm。

12、發(fā)明的作用與效果

13、根據(jù)本發(fā)明提供的基于溫度傳感器陣列光纖的溫度場(chǎng)重建系統(tǒng)，包括溫度傳感器陣列光纖、光纖光柵解調(diào)器以及溫度場(chǎng)重建裝置，其中，溫度傳感器陣列光纖的光纖芯部具有多個(gè)光纖布拉格光柵(fbg)，形成多個(gè)溫度傳感點(diǎn)，因此能夠通過(guò)一排多個(gè)溫度傳感點(diǎn)同時(shí)監(jiān)測(cè)多個(gè)點(diǎn)位的溫度，并通過(guò)光纖光柵解調(diào)器解調(diào)得到相應(yīng)實(shí)時(shí)溫度數(shù)據(jù)，光纖布拉格光柵具有高靈敏度和高分辨率，能夠準(zhǔn)確測(cè)量微小的溫度變化，為三維溫度場(chǎng)重建提供了可靠的數(shù)據(jù)來(lái)源。進(jìn)一步，溫度場(chǎng)重建裝置接收多個(gè)溫度傳感點(diǎn)對(duì)應(yīng)的實(shí)時(shí)溫度數(shù)據(jù)，并基于實(shí)時(shí)溫度數(shù)據(jù)和預(yù)定的三維溫度場(chǎng)模型進(jìn)行三維溫度場(chǎng)分布的重建，與現(xiàn)有的間接測(cè)量方式相比，能夠提供實(shí)時(shí)性更高的三維溫度場(chǎng)分布，并且由于可通過(guò)溫度傳感器陣列光纖來(lái)采集溫度數(shù)據(jù)，例如在微創(chuàng)手術(shù)中可直接將該光纖部分置入體內(nèi)來(lái)采集溫度數(shù)據(jù)，因此與通過(guò)外部成像的間接測(cè)量方式相比，得到的三維溫度場(chǎng)分布準(zhǔn)確性也更高。

技術(shù)特征：

1.一種基于溫度傳感器陣列光纖的溫度場(chǎng)重建系統(tǒng)，其特征在于，包括：

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于溫度傳感器陣列光纖的溫度場(chǎng)重建系統(tǒng)，其特征在于：

3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的基于溫度傳感器陣列光纖的溫度場(chǎng)重建系統(tǒng)，其特征在于：

4.根據(jù)權(quán)利要求2或3所述的基于溫度傳感器陣列光纖的溫度場(chǎng)重建系統(tǒng)，其特征在于：

5.根據(jù)權(quán)利要求2或3所述的基于溫度傳感器陣列光纖的溫度場(chǎng)重建系統(tǒng)，其特征在于：

6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于溫度傳感器陣列光纖的溫度場(chǎng)重建系統(tǒng)，其特征在于：

7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的基于溫度傳感器陣列光纖的溫度場(chǎng)重建系統(tǒng)，其特征在于：

8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的基于溫度傳感器陣列光纖的溫度場(chǎng)重建系統(tǒng)，其特征在于：

9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的基于溫度傳感器陣列光纖的溫度場(chǎng)重建系統(tǒng)，其特征在于：

10.根據(jù)權(quán)利要求7所述的基于溫度傳感器陣列光纖的溫度場(chǎng)重建系統(tǒng)，其特征在于：

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明提供一種基于溫度傳感器陣列光纖的溫度場(chǎng)重建系統(tǒng)，包括溫度傳感器陣列光纖、光纖光柵解調(diào)器以及溫度場(chǎng)重建裝置，其中，溫度傳感器陣列光纖的光纖芯部具有多個(gè)光纖布拉格光柵(FBG)，形成多個(gè)溫度傳感點(diǎn)，因此能夠通過(guò)一排多個(gè)溫度傳感點(diǎn)同時(shí)監(jiān)測(cè)多個(gè)點(diǎn)位的溫度，并通過(guò)光纖光柵解調(diào)器解調(diào)得到相應(yīng)實(shí)時(shí)溫度數(shù)據(jù)，光纖布拉格光柵具有高靈敏度和高分辨率，能夠準(zhǔn)確測(cè)量微小的溫度變化，為三維溫度場(chǎng)重建提供了可靠的數(shù)據(jù)來(lái)源。進(jìn)一步，溫度場(chǎng)重建裝置接收多個(gè)溫度傳感點(diǎn)對(duì)應(yīng)的實(shí)時(shí)溫度數(shù)據(jù)，并基于實(shí)時(shí)溫度數(shù)據(jù)和預(yù)定的三維溫度場(chǎng)模型進(jìn)行三維溫度場(chǎng)分布的重建，與現(xiàn)有的間接測(cè)量方式相比，能夠提供實(shí)時(shí)性、準(zhǔn)確性更高的三維溫度場(chǎng)分布。

技術(shù)研發(fā)人員：黃浩,徐棟,李濤,鄭昌富
受保護(hù)的技術(shù)使用者：臺(tái)州市腫瘤醫(yī)院（溫嶺市第二人民醫(yī)院）
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2025/5/15