DE102009003371A1

DE102009003371A1 - Vorrichtungen und System zur faseroptischen Multiparameter-Patientengesundheits-Überwachung

Info

Publication number: DE102009003371A1
Application number: DE102009003371A
Authority: DE
Inventors: Hua Xia; David Michael Davenport; Daniel Francis Mount Airy Strauch; Steven Mitchell Baltimore Falk; Mark Lyman Wesley Chapel Kelly; Marilyn Ruth Columbia Lapidus; Lynn Elizabeth Bel Air Lynam; Lawrence Guy Ten Ellicott City Eyck; Clayton Ming Young
Original assignee: General Electric Co
Current assignee: General Electric Co
Priority date: 2008-01-22
Filing date: 2009-01-22
Publication date: 2009-07-30
Also published as: US20090185772A1; CN101491433A; US8009946B2

Abstract

Ein Patientenüberwachungssystem umfasst eine Vielzahl von Beugungsgittern, die entlang der Länge einer optischen Faser angeordnet sind, wobei die optische Faser und jedes Gitter zusammen so konfiguriert sind, dass sie entweder den effektiven Brechungsindex oder die Gitterperiodizität des entsprechenden Gitters an seinem entsprechenden Standort entlang der Faser in Reaktion auf mindestens einen gewünschten äußeren Reiz verändern.

Description

HINTERGRUND
Die Erfindung bezieht sich allgemein auf die Patientengesundheitsüberwachung und insbesondere auf ein faseroptisches Multiparameter-Überwachungssystem und Vorrichtungen zur Patientengesundheitsüberwachung.
Die Überwachung der Mikroumgebung und/oder des physiologischen Zustandes eines Neugeborenen, das deutlich unter dem typischen Gestationsalter ist, ist arbeitsaufwendig und potentiell verletzungsträchtig, wenn man die Verletzlichkeit des Patienten und seine Empfindlichkeit gegenüber medizinischen Erkennungsvorrichtungen bedenkt, die einem Erwachsenen harmlos erscheinen. Neugeborene müssen in einer Inkubationshaube (einem Inkubator) bleiben, die Temperaturschutz und ein wenig akustischen Schutz vor der äußeren Umgebung bietet. Die Durchführung von Untersuchungen beim Patienten durch das medizinische Personal ist problematisch, das die effektive Anwendung der Pflege die Umgebung durch das Öffnen des Inkubators, die Handhabung des Neugeborenen, das Anbringen von Sensoren oder der Ausrüstung auf der Haut, das Säubern und andere Aufgaben stört, welche zum Instandhalten des Behandlungsbereichs notwendig sind. Bestimmte Aktivitäten erhöhen das Umgebungslärmniveau, stören die Temperaturumgebung des Kindes und den circadianen Rhythmus und reduzieren allgemein die Lebensqualität mit potenziell ernsthaften Folgen für die Zukunft des Babys.
Die Anwendung von haftenden Hautelektroden beispielsweise zur Überwachung der Vitalparameter des Neugeborenen kann beispielsweise zum Einreißen der Haut führen, wenn die Sensoren zu einem späteren Zeitpunkt entfernt werden, da die Haut des Neugeborenen extrem weich und nachgiebig ist und im Vergleich zu der Haut eines Erwachsenen noch nicht verhärtet ist. Die Öffnung der Haut bietet einen Zugangsweg für Infektionen und trägt zum Unbehagen bei, da das Einreißen der Haut recht schmerzhaft ist.
Ferner ist die Anwendung von Sensoren, bei denen das Ankleben auf der Haut erforderlich ist, generell intrusiv für den Patienten, was dessen Grad von Unbehagen erhöht. In einigen Fällen resultiert dies in einem minderwertigen Sensorsignal, wenn das Haftgel nachgibt oder wenn der Patient den Sensor durch Abtasten mit den Fingern, Kratzen etc. unbewusst anfasst.
Die elektrische Umgebung eines Patientenversorgungsbereiches kann relativ rau sein, besonders wenn Elektrokaustik-, Defibrillations- oder MRI-Ausrüstung vorhanden ist. Das HF-Rauschen oder Wirbelströme, welche aufgrund dieser Ausrüstung entstehen, können bei nicht-optischen Patientensensorausrüstungen zu Beeinträchtigungen führen, da die elektromagnetischen Felder, welche von der störenden Ausrüstung erzeugt werden, elektrische Artefakte auf den erfassten Sensordaten verursacht.
Patientenmonitore, wie sie heute in Krankenhäusern bekannt sind, haben normalerweise ein Kabel, das für jeden Sensor angeschlossen ist. In einer Intensivversorgungsumgebung ergeben beispielsweise 10 EKG-Sensoren für die Herzaktivität, 1 Sensor für Oberflächentemperatur und 1 Sensor für Blutsauerstoffsättigung bereits 12 Kabel, die vom Körper des Patienten herabhängen. Obwohl dies harmlos ist, ist es für den Kliniker lästig und führt zu langsamer Interaktion bei der Versorgung des Patienten. Geringe Verzögerungen, die sich für jede Patien teninteraktion über eine gesamte Arbeitsschicht anhäufen, resultieren in einem erheblichen Verlust von Produktivität seitens der Pflegekraft.
Patienten-Geräteausstattung ist oft spezialisiert, wenn sie dazu bestimmt ist, eine Serie von spezifischen Aufgaben in einer Krankenhausumgebung durchzuführen. In anderen Fällen können Gerätschaften beliebige Aufgaben erfüllen, vorausgesetzt, dass ein Modul, das diese Aufgabe unterstützt, physisch mit dem Modul verbunden ist. Dies ist problematisch, da Sensoren, die zur Überwachung eines Parameters verwendet werden, spezialisierte Elektronik erfordern, die für die Anforderungen maßgeschneidert sind. Daher muss die Pflegeeinrichtung eine Vielzahl von Vorrichtungen, Zubehör, Konfigurationen und Modulen verwalten, um einen angemessenen Pflegegrad für die Lokalbevölkerung zu gewährleisten.
Zusätzlich ist die Feuchtigkeit in neonatalen Mikroumgebungen im Allgemeinen viel höher als in der äußeren Umgebung, damit die Hautdehnbarkeit erhalten wird. Dies stellt auch einen Nährboden für Mikroben dar, die die Gesundheit eines Neugeborenen, dessen Immunsysteme bei weitem noch nicht entwickelt sind, stark beeinträchtigen können.
Den oben geschilderten Problemen ist im Allgemeinen durch die Überwachung der Inkubatorumgebung unter Verwendung von Einzelpunktsensoren und durch das Wärmen des Neugeborenen mit Infrarotstrahlung begegnet worden. Ferner wurde die Überwachung des Neugeborenen unter Verwendung von standardmäßiger Überwachungsausrüstung durchgeführt, wobei am Körper getragene Sensoren verwendet werden, um die physiologischen Daten zu erfassen. Allerdings ist die obige Herangehensweise problematisch, und zwar aufgrund von Problemen die unter anderem folgende Punkte betreffen: 1) kontinuierliche Echtzeitüberwachung von über Luft und über Wasser übertragenen Krankheitserregern, die vom Betrieb eines Luftbefeuchters herrühren, welcher die Umgebung befeuchten soll, 2) verteilte Temperaturerkennung, um die Temperaturumgebung zu charakterisieren und zu regulieren, und 3) ein Mittel zur Charakterisierung der motorischen Aktivität des Neugeborenen zum Zwecke der Einschätzung der neurologischen Funktion oder Dysfunktion.
Daher besteht der Bedarf an einem Multiparameter-Patientengesundheits-Überwachungssystem und/oder Multiparameter-Patientengesundheits-Überwachungsvorrichtungen, um die oben beschriebenen Unzulänglichkeiten zu überwinden, welche mit den derzeitigen Patientengesundheits-Überwachungssystemen und Vorrichtungen einhergehen.
KURZBESCHREIBUNG
Gemäß einem Aspekt der Erfindung umfasst ein faseroptisches Überwachungssystem:
mindestens eine optische Faser oder ein optisches Fasergeflecht von einer zuvor bestimmten Länge; und
mindestens ein Beugungsgitter, das in den gewünschten Abschnitt der mindestens einen optischen Faser oder des Fasergeflechts integriert ist, wobei die mindestens eine optische Faser oder das Fasergeflecht und das mindestens eine Beugungsgitter zusammen konfiguriert sind, so dass ein effektiver Brechungsindex des mindestens einen Beugungsgitters sich einhergehend mit mindestens einem zuvor bestimmten äußeren Reiz verändert.
Gemäß einem anderen Aspekt der Erfindung umfasst ein faseroptischer Sensor mindestens ein Beugungsgitter, das in einen gewünschten Bereich der mindestens einen optischen Faser oder des Fasergeflechts integriert ist, so dass entweder ein effektiver Brechungsindex oder die Periodizität des Gitters des mindestens einen Beugungsgitters sich in Reaktion auf mindestens einen zuvor bestimmten äußeren Reiz verändert.
Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung umfasst ein Verfahren zur Überwachung eines physiologischen Patientenparameters:
die Bereitstellung mindestens eines faseroptischen Sensors, welcher so konfiguriert ist, dass er Licht bei einer oder mehreren gewünschten Wellenlängen in Reaktion auf mindestens einen äußerer Reiz reflektiert, der vom mindestens einem faseroptischen Sensor empfangen wird;
die Konfigurierung des mindestens einen faseroptischen Sensors, um einen physischen Kontakt mit dem Körper eines Patienten herzustellen;
die Übertragung von Licht an den mindestens einen faseroptischen Sensor;
die Messung eines reflektierten Lichtenergieniveaus, das vom mindestens einen faseroptischen Sensor in Reaktion auf den mindestens einen äußerer Reiz bei jeder gewünschten Wellenlänge generiert wurde; und
die Bestimmung einer Veränderung bei mindestens einem zuvor bestimmten physiologischen Patientenparameter auf der Grundlage des bei jeder gewünschten Wellenlänge reflektierten Lichtenergieniveaus.
ZEICHNUNGEN
Diese und andere Merkmale, Aspekte und Vorteile der vorliegenden Erfindung können besser nachvollzogen werden, wenn die folgende detaillierte Beschreibung unter Bezugnahme auf die dazugehörigen Zeichnungen gelesen wird, in denen dieselben Ziffern durchgehend dieselben Bauteile bezeichnen, wobei gilt:
1 illustriert ein auf Mikrobelastung beruhendes physiologisches Fasergitter-Sensorelement gemäß einem Aspekt der Erfindung;
2 illustriert ein mechanisches Fasergitter-Temperatursensorelement gemäß einem Aspekt der Erfindung;
3 ist eine Bildansicht, welche den Betrieb eines Sensormechanismus bei einem Faseroptik-Belastungssensormodul gemäß einem Aspekt der Erfindung zeigt;
4 ist eine Bildansicht, die den Betrieb eines Sensormechanismus bei einem Faseroptik-Temperatursensormodul gemäß einem Aspekt der Erfindung illustriert;
5 illustriert ein auf Belastung beruhendes physiologisches Fasergitter-Sensormodul gemäß einem Aspekt der Erfindung;
6 ist ein Bilddiagramm, das Prinzipien der physiologischen Parametererkennung gemäß einem Aspekt der Erfindung illustriert;
7 illustriert ein faseroptisches physiologisches Sensormodul gemäß einem Aspekt der Erfindung;
8 illustriert ein faseroptisches physiologisches Sensormodul gemäß einem anderen Aspekt der Erfindung;
9 illustriert ein faseroptisches physiologisches Sensormodul gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung;
10 illustriert ein faseroptisches physiologisches Sensormodul gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung;
11 illustriert eine Anwendung eines faseroptischen physiologischen Beschleunigungsmessermoduls gemäß einem Aspekt der Erfindung;
12 illustriert ein faseroptisches physiologisches Gerätesystem gemäß einem Aspekt der Erfindung;
13 illustriert ein physiologisches biomedizinisches Parameterüberwachungssystem für einen einzelnen Säugling gemäß einem Aspekt der Erfindung;
14 illustriert ein physiologisches biomedizinisches Parameterüberwachungssystem für mehrere Säuglinge gemäß einem Aspekt der Erfindung; und
15 illustriert ein physiologisches Multiparameter-Faseroptiksensorsystem gemäß einem Aspekt der Erfindung.
Während die oben ausgewiesenen Figurenzeichnungen alternative Ausführungsformen darlegen, werden auch andere Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung in Betracht gezogen, wie in der Diskussion gesagt wird. In allen Fällen stellt diese Darlegung illustrierte Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung in Form einer Repräsentation und nicht im Sinne einer Beschränkung dar. Viele andere Modifikationen und Ausführungsformen, die dem Schutzumfang und der Wesensart der Prinzipien dieser Erfindung entsprechen, können von auf diesem Gebiet fachkundigen Personen ersonnen werden.
DETAILLIERTE BESCHREIBUNG
1 illustriert ein auf einem Faser-Bragg-Gitter und Mikrobelastung beruhendes physiologisch Sensorelement (Faseroptiksensor) 10 gemäß einem Aspekt der Erfindung. Ein Faser-Bragg-Gitter ist im Wesentlichen ein Lichtwellenleiter, dessen Kernbrechungsindex periodisch moduliert wird. Diese Modulation ermöglicht eine einheitliche Streuung an jeder Brechungsindex-Schnittstelle, was zu einer konstruktiven Resonanz bei der Bragg-Wellenlänge führt, welche im Folgenden detaillierter beschrieben wird. Faseroptiksensor 10 umfasst einen Satz von Spiegelelementen, wie beispielsweise Bragg-Gittern, 12 welche in einen optischen Faserkern 14 eingebrannt werden, wobei beispielsweise Phasenmasken- und Ultraviolettlaserinskriptions-Techniken zum Einsatz kommen. Die Spiegel 12 werden so in die optische Faser 14 gebrannt, dass eine gewünschte Wellenlänge oder ein Lichtwellenlängenbereich, der entlang der optischen Faser 14 übertragen wird, zum Eingangsende der optischen Faser 14 by (= 2n(reflektiert oder zurückgeworfen wird, wobei n der effektive Beugungsindex im Faserkern und (die Periodizität der Gitterstruktur ist. Andere Lichtwellenlängen, die außerhalb des gewünschten Bereichs von Wellenlängen liegen, werden ohne Abschwächung durch die Spiegelelemente 12 zum Ausgangsende der optischen Faser 14 geleitet.
Die Spiegelelemente 12 können in die optische Faser 14 in einem Neigungswinkel, wie dem in 1 gezeigten, eingebrannt werden. Diese diagonale Einbrennung liefert einen optischen Sensor 10, der eine höhere rückwärtige Ausbreitung von Licht mit weniger Abschwächung aufweist, wodurch ein optischer Sensor 10 entsteht, der in Vergleich zu dem, der sich durch die Verwendung einer vertikalen Brennkonfiguration erreichen lässt einen höheren Effizienzgrad hat, wie dies in 2 gezeigt wird. Andererseits ermöglicht die geneigte Gitterstruktur die Unterscheidung von Temperatur- und Mikrobelastungs-Effekten durch die Kopplung zwischen den sich vorwärts und rückwärts ausbreitenden geführten Modi und der Kopplung zwischen dem geführten Kernmodus und den Verkleidungsmodi.
Die optische Faser 14 ist in einer Schutzschicht 16 eingeschlossen, wie beispielsweise, unter anderem, einem Polymer, einer Glasfaser oder einer metallisierten Beschichtung, damit der optischen Faser 14 neben anderen Merkmalen zusätzliche mechanische Stärke zu verliehen wird. Die optische Faser 14 hat gemäß einer Ausführungsform einen äußeren Durchmesser von 125 μm, während die Spiegelelemente (Gitter) 12 einen äußeren Durchmesser von 6–9 μm aufweisen und der fertiggestellte optische Sensor 10 mitsamt seiner Schutzschicht 16 bei acrylatbeschichteten Fasersensoren einen nominellen Außendurchmesser von 250 μm und bei polyimid- und metallbeschichteten Fasersensoren einen nominellen Durchmesser von 150 μm hat, um einen gewünschten Grad von Lichtausbreitung zu erreichen, der ausschließlich mit einem gewünschten Sensormodus, wie beispielsweise Temperatur, Atmung, Puls, Gliedmaßenbeschleunigung und so weiter, im Zusammenhang steht.
2 illustriert ein mechanisches Fasergitter-Temperatursensorelement (Faseroptiksensor) 20 gemäß einem anderen Aspekt der Erfindung. Der Faseroptiksensor 20 entspricht in seiner Konstruktion dem Faseroptiksensor 10, der in 1 gezeigt wird; abgesehen davon, dass der Faseroptiksensor 20 ein Faser-Bragg-Gitter 22 umfasst, das eine apodisierte Struktur mit vertikal ausgerichteten Spiegeln 22 aufweist, um eine gewünschte Wellenlänge oder einen Wellenlängenbereich von Licht zu reflektieren, der entlang der optischen Faser 24 übertragen wird. Andere Lichtwellenlängen außerhalb des gewünschten Bereichs von Wellenlängen durchdringen die Spiegelelemente 22 ohne Abschwächung.
Faseroptiksensor 20 umfasst auch eine Oberflächenbeschichtung 26, die unter anderem aus einem gewünschten Metall oder Polymer konstruiert wird, um dem Faseroptiksensor 20 ein gewünschtes Merkmal wie beispielsweise eine höhere mechanische Stärke oder eine gewünschte Verbesserung des Empfindlichkeitsgrades zu verleihen.
3 ist eine Bildansicht, die den Betrieb eines Sensormechanismus bei einem Belastungssensormodul 30 gemäß einem Aspekt der Erfindung illustriert. Das Belastungssensormodul 30 umfasst sowohl ein auf einem Faser-Bragg-Gitter beruhendes Temperatursensorelement 31 als auch ein auf Mikrobelastung beruhendes Sensorelement 33, wie es oben unter Verweis auf 1–2 beschrieben worden ist. Hier hat das Temperatursensorelement eine belastungsfreie Konfiguration.
Das Belastungssensormodul 30 kann in einem komprimierten Belastungszustand 32, einem freien Belastungszustand 34 oder einem dehnbaren Belastungszustand 36 betrieben werden. Der freie Belastungszustand 34 resultiert darin, dass das Belastungssensormodul eine Baseline-Wellenlängencharakteristik 35 aufweist, so dass das Modul 34 eine zuvor bestimmte Lichtmenge bei einer zuvor bestimmten Wellenlänge reflektiert. Der komprimierte Belastungszustand 32 resultiert darin, dass das Belastungssensormodul eine nach unten verschobene Wellenlängencharakteristik 37 aufweist, so dass das Modul 34 dieselbe Lichtenergiemenge bei einer anderen zuvor bestimmten Wel lenlänge reflektiert. Der dehnbare Belastungszustand 36 resultiert in einem Belastungssensormodul mit nach oben verschobener Wellenlängencharakteristik 39, so dass das Modul 34 dieselbe Lichtenergiemenge bei einer zuvor bestimmten Wellenlänge reflektiert, die sich von der Baseline-Wellenlängencharakteristik 35 oder der verschobenen Wellenlängencharakteristik 37 unterscheidet.
Das Belastungssensormodul 30 kann bei einer Umgebungstemperatur kalibriert werden, indem einfach die Baseline-Wellenlängenverschiebung, die bei einem unbelasteten Faseroptiktemperatur-Sensorelement 31 bei Umgebungstemperatur auftritt, von der reflektierten Energie subtrahiert wird, die zu einem vorgeladenen auf Mikrobelastung beruhenden Faseroptik-Sensorelement 33 gehört.
4 ist eine Bildansicht, die den Betrieb eines Sensormechanismus bei einem auf einem Bragg-Gitter beruhenden Faseroptik-Temperatursensormodul 40 gemäß einem anderen Aspekt der Erfindung illustriert. Während das Belastungssensormodul 30 in Reaktion auf mechanisches Zusammendrücken und Dehnungsbelastung des Sensorelements arbeitet, funktioniert das Temperatursensormodul 40 in Reaktion auf die Ausdehnung und das Zusammenziehen des Faseroptiksensorelements, das aus Veränderungen in der Umgebungstemperatur resultiert. Der freie Ausdehnungszustand 46, bei dem keinerlei Ausdehnung und Verdichtung des Faseroptiksensorelements auftritt, erzeugt eine Baseline-Wellenlängencharakteristik 41, so dass das Modul 40 eine zuvor bestimmte Lichtenergiemenge bei einer zuvor bestimmten Wellenlänge reflektiert. Der ausgedehnte Zustand 44, der durch die Ausdehnung des Faseroptiksensorelements entsteht, erzeugt eine nach oben verschobene Wellenlängencharakteristik 43, so dass das Modul 40 dieselbe Lichtenergiemenge bei einer anderen zuvor bestimmten Wellenlänge reflektiert.
Der komprimierte Zustand 45, der aus der Komprimierung des Faseroptiksensorelements resultiert, erzeugt eine nach unten verschobene Wellenlängencharakteristik 45, so dass das Modul 40 dieselbe Lichtmenge bei einer zuvor bestimmten Wellenlänge reflektiert, die sich von der Baseline-Wellenlängencharakteristik 41 oder der verschobenen Wellenlängencharakteristik 43 unterscheidet.
Das auf einem Bragg-Gitter beruhende Faseroptik-Temperatursensormodul 40 zeigt gemäß einem Aspekt der Erfindung eine Wellenlängenverschiebung, welche durch eine Beziehung definiert ist, die wie folgt dargestellt wird:
Δλ = 2nA(β + α)ΔT, wobei λ die Periodizität der Gitterstruktur, T die absolute Temperatur, β ein thermooptischer Koeffizient, der etwa 8 × 10 – 6 1/°C entspricht, und α ein Temperaturausdehnungskoeffizient ist, der bei einer 500 nm dicken aluminiumbeschichteten Oberfläche 42 ungefähr 23 × 10 – 6 1/°C entspricht.
5 illustriert ein dynamisches Faseroptik-Sensormodul 50, das einen auf einen auf Bragg-Gitter-Belastung beruhenden physiologischen Fasersensormechanismus gemäß einem Aspekt der Erfindung umfasst. Der Sensormechanismus umfasst sowohl ein auf einem Bragg-Gitter beruhendes Faseroptiktemperatursensorelement 51 als auch ein auf Vibration-/Beschleunigungs-Mikrobelastung basierendes Faseroptiksensorelement 53. Obwohl es dem Belastungssensormodul 30 ähnelt, spricht das dynamische Sensormodul 50 auch auf Biegemomente an, die mit dem auf Vibrations-/Beschleunigungs-Mikrobelastung beruhenden Sensorelement 53 im Zusammenhang stehen.
Das auf Vibration-/Beschleunigungs-Mikrobelastung beruhende Faseroptik-Sensorelement 53 kann in einem komprimierten Belastungszustand 52, einem freien Vibrationszustand 54 oder einem dehnbaren Belastungszustand 56 betrieben werden. Der freie Vibrationszustand 54 resultiert in einem dynamischen Sensormodul 50 mit einer Wellenlängenverschiebung mit sehr kleiner Standardabweichungscharakteristik 55, so dass das Modul 50 einfach auf Umgebungstemperaturveränderungen anspricht, ohne Vibrationscharakteristiken zu zeigen. Der komprimierte Belastungszustand 52 resultiert darin, dass das dynamische Sensormodul 50 eine nach unten verschobene Wellenlängencharakteristik 57 hat, so dass das Modul 50 eine zuvor bestimmte Lichtenergiemenge innerhalb eines Bereichs von zuvor bestimmten Wellenlängen reflektiert. Der dehnbare Belastungszustand 56 resultiert darin, dass das dynamische Sensormodul 50 eine nach oben verschobene Wellenlängencharakteristik 59 hat, so dass das Modul 50 dieselbe Lichtenergiemenge innerhalb eines zuvor bestimmten Bereiches von Wellenlängen reflektieren wird, der sich von der nach unten verschobenen Wellenlängencharakteristik 57 unterscheidet.
Dynamisches Sensormodul 50 kann bei einer Umgebungstemperatur kalibriert werden, indem einfach die Baseline-Wellenlängenverschiebung, welche bei einem unbelasteten Faseroptiktemperatursensorelement 51 bei Umgebungstemperatur auftritt, von der Baseline-Wellenlängenverschiebung subtrahiert wird, die zu einem vorgeladenen auf Vibrations-/Beschleunigungs-Mikrobelastung beruhenden Faseroptik-Sensorelement 53 gehört.
6 ist ein Bilddiagramm, das Prinzipien zur Erkennung von physiologischen Parametern gemäß einem Aspekt der Erfindung illustriert. Physiologische Parameter, die im Folgenden genauer beschrieben werden, werden gemäß einer Ausführungsform über einen Sensor 60 überwacht, der auf einem Faser-Bragg-Gitter beruht. Sensor 60 wird gemäß einem Aspekt so betrieben, dass die Lichtenergie verändert wird, die vom Sensor 60 in Reaktion auf die Wellenlängenverschiebung 62 des Sensors 60 reflektiert wird, wobei diese durch die sich verändernden überwachten physiologischen Parameter, wie beispielsweise Temperatur und Belastung, bestimmt wird.
Eine Veränderung beispielsweise der Patiententemperatur 64 wird über die Zeit hinweg in Reaktion auf die Wellenlängenverschiebung des Sensors 60 überwacht, welche durch die Verschiebung der Temperatur verursacht wird. Physiologische Aktivität 66 wird ebenfalls über die Zeit hinweg in Reaktion auf die Wellenlängenverschiebung des Sensors 60 überwacht, welche durch physiologische Aktivität wie beispielsweise unter anderem durch Stoffwechselaktivität oder Bewegung der Gliedmaßen verursacht wird. Die vorangegangenen Temperatur- und Belastungsmessungsdaten werden dann in eine entsprechende Herzschlagrate 67 und eine entsprechende Atmungsrate 68 umgewandelt.
Die 7–10 illustrieren faseroptische physiologische Sensormodule gemäß verschiedenen Aspekten der Erfindung. 7 bildet beispielsweise ein faseroptisches gürtelartiges Erkennungsmodul 72 ab, das eine Vielzahl von Faseroptiksensoren umfasst, wie diejenigen, die oben unter Verweis auf 1–5 beschrieben wurden.
8 illustriert ein faseroptisches physiologisches Sensormodul 74 gemäß einem anderen Aspekt der Erfindung. Das Sensormodul 74 umfasst mehrere Faseroptiksensoren, wie sie unter Verweis auf 1 – 5 beschrieben wurden, wobei die Faseroptiksensoren in einem Matrixmuster angeordnet sind.
9 illustriert ein faseroptisches physiolo gisches Sensormodul 76 gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung. Das Sensormodul 76 umfasst mehrere Faseroptiksensoren wie sie oben unter Verweis auf 1 – 5 beschrieben worden sind, wobei die Faseroptiksensoren entlang eines faseroptischen kabelartigen Erkennungskatheters integriert worden sind.
10 illustriert ein faseroptisches physiologisches Sensormodul 78 gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung. Das Sensormodul 78 umfasst mehrere Faseroptiksensoren wie sie oben unter Verweis auf 1–5 beschrieben worden sind, wobei die Faseroptiksensoren innerhalb einer faseroptischen Erkennungskontaktstelle angeordnet sind.
11 illustriert eine Anwendung eines faseroptischen physiologischen Beschleunigungsmessers 84 gemäß einem Aspekt der Erfindung. Das faseroptische physiologische Sensormodul 84 bildet einen Abschnitt eines faseroptischen Oberflächentemperatur-, Beschleunigungssystems 80, das eine Vielzahl von einzelnen Sensorknotenpunkten 82 umfasst. Das faseroptische Oberflächentemperatur-, Beschleunigungssystem 80 wird zur Überwachung von Informationen eingesetzt, die unter anderem Brustwandausdehnungs-Atmung, Brustwandausdehnungs-Herzrate, metabolische Aktivitätstemperatur, Extremitätenbewegungsaktivität, Energiebenutzung und transkutanes O₂-Blut/Gas betreffen. Differenzielle Messungen von solch einem Sensormodul, bei dem sowohl einen Temperatursensor als auch ein Beschleunigungsmesser integriert ist, geben sowohl Körpertemperatur eines Patienten als auch dynamische Belastung wieder, die zu einer der physiologischen Aktivitäten, wie Brustwandausdehnungs-Atmung, gehört.
Der faseroptische physiologische Beschleunigungsmesser 84 kann ein oder mehrere dynamische Faseroptiksensormodule 50 umfassen, die oben unter Verweis auf 5 be schrieben worden sind, und besteht aus einer seismischen Masse, die von einer Faser gehalten wird. Mikrobelastung, die durch Patientenbewegung entsteht, beinhaltet eine Wellenlängenverschiebung, die von einem Abfragesystem 86 erkannt werden kann. Abfragesystem 86 überwacht die Wellenlängenverschiebung und überträgt ein drahtloses Signal, das per Fernübertragung über einen Computer empfangen wird, bei welchem zur Unterscheidung der verschiedenen physiologischen Patientenparameter Software eingesetzt wird.
12 illustriert ein faseroptisches physiologisches Gerätesystem 90 gemäß einem Aspekt der Erfindung. Das faseroptische physiologische Gerätesystem 90 umfasst viele krankenhausinterne Säuglingsversorgungs-Einrichtungen 94, 96. Jede krankenhausinterne Säuglingsversorgungs-Einrichtung 94 96 umfasst viele faseroptische physiologische Module 84, wie sie oben unter Verweis auf 11 beschrieben worden sind. Alle faseroptischen physiologischen Module 84 sind über eine Vielzahl von optischen Verbindungsstücken 92 entlang einer optischen Faser 98 miteinander verbunden. Die optische Faser 98 ist mit einem faseroptischen physiologischen Gerätesystem 99 verbunden, das einen Computer oder andere geeignete Mittel umfassen kann, bei denen Software zur Unterscheidung von verschiedenen physiologischen Patientenparametern eingesetzt wird.
Bei dem faseroptischen physiologischen Gerätesystem 90 wird auf vorteilhafte Weise eine Architektur verwendet, durch welche die Gesamtsystemkosten wesentlich reduziert werden, die im Allgemeinen mit konventionelleren physiologischen Gerätesystemen verbunden sind, welche nicht auf derart einfache Weise zusammen in einem einzigen nicht-redundanten Hardware-/Softwaresystem integriert sind.
13 illustriert ein physiologisches bio medizinisches Parameterüberwachungssystem 100 für einen einzelnen Säugling gemäß einem Aspekt der Erfindung. Das System 100 kann unter anderem auf die gleiche oder ähnliche Weise wie das faseroptische physiologische Beschleunigungsmessermodul 84 integriert werden, das oben unter Verweis auf 11 beschrieben worden ist.
14 illustriert ein physiologisches biomedizinisches Parameterüberwachungssystem 110 für mehrere Säuglinge gemäß einem Aspekt der Erfindung. Bei dem physiologischen biomedizinischen Parameterüberwachungssystem 110 für mehrere Säuglinge wird eine Vielzahl von physiologischen biomedizinischen Parameterüberwachungssystemen 100 für einen Säugling verwendet, wie in 11 und 13 abgebildet. Das physiologische biomedizinische Parameterüberwachungssystem 110 für mehrere Säuglinge ist so skalierbar, dass es die Anforderungen einer bestimmten Einrichtung oder Umgebung erfüllen kann. Das System 110 kann die Überwachung physiologischer Parameter durchführen, welche zu einem einzelnen Patienten gehören, oder kann mit wenig oder keinem zusätzlichen Hardware-/Softwareaufwand erweitert werden, so dass es Tausende von Patienten unter Verwendung einer einzigen Signalverarbeitungsschnittstelle überwachen kann.
15 illustriert ein physiologisches Multiparameter-Faseroptiksensormodul 120 gemäß einem anderen Aspekt der Erfindung. Das Faseroptiksensormodul 120 ist unter anderem mit einem Faseroptik-Temperaturerkennungssensor 102, einem Faseroptik-Atmungssensor 104, einem Faseroptik-Pulssensor 105 und einem Faseroptik-Extremitäten-Beschleunigungssensor 101 ausgestattet, die entlang der Länge einer optischen Faser 122 integriert sind. Die optische Faser ist mit einer Schutzummantelung 124, wie sie hier bereits beschrieben worden ist, bedeckt, um zusätzliche Dehnungsstärke oder mechanische Stärke zu liefern und die Faseroptiksensoren 101, 102, 104, 105 und die optische Faser 122 vor äußeren Schäden zu schützen.
Jeder Faseroptiksensor 101, 102, 104, 105 umfasst ein Beugungsgitter 106, wie beispielsweise ein Faser-Bragg-Gitter (FBG), das so in die optische Faser eingebrannt ist, dass ein gewünschter Grad an reflektierter Lichtenergie bei einer gewünschten Lichtwellenlänge, welche den entsprechenden Faseroptiksensor passiert, erreicht wird. Die reflektierte Lichtenergie, die zu einem bestimmten Sensor 101, 102, 104, 105 gehört, hängt mit der Verschiebung seiner entsprechenden Wellenlänge 107 in Reaktion auf eine gewünschte physiologische Patientenvariable zusammen.
Diese Wellenlängenverschiebung 107 wird über ein verteiltes Erkennungssystem 108 überwacht, das eine Breitbandlichtquelle, wie beispielsweise einen drehbaren Laser, eine lichtemittierende Diode und eine superlumineszierende Lampe, ein optisches Verbindungsstück, Fabry-Pérot(FP)-Etalon, Photodetector (PD), einen Personal Computer (PC), einen digitalen Signalprozessor (DSP) oder ein beliebiges anderes geeignetes Signalverarbeitungsmittel zur Umwandlung des reflektierten Grades von Lichtenergie bei einer entsprechenden Wellenlänge in die gewünschten entsprechenden physiologischen Patientenvariablen-Messungsdaten umfasst. Die faseroptischen Sensoren, wie beispielsweise Faser-Bragg-Gitter (FBG), könnten von FBG1 bis FBGn reichen und potentiell in einer großen Einrichtung, wie beispielsweise einem Krankenhaus, verteilt sein.
Zusammenfassend lässt sich sagen, dass ein faseroptisches Patientengesundheits-Multiparameter-Überwachungssystem beschrieben worden ist, das ein oder mehrere faseroptische Sensoren oder Sensormodule umfasst. Das faseroptische Überwachungssystem und der eine oder die mehreren dazuge hörigen Sensoren können kontinuierliche Echtzeit-Überwachung liefern oder über Luft und Wasser übertragene Krankheitserreger in Mikroumgebungen und Außenumgebungen ausmachen. Das faseroptische Überwachungssystem und die/der dazugehörige(n) Sensor(n) können mittels verteilter Sensoren zum Zwecke der Temperaturkontrolle innerhalb eines geschlossenen Kreislaufes eine Mikroumgebungstemperatur und Feuchtigkeit über ein größeres Volumen der Mikroumgebung charakterisieren, als dies zurzeit unter Verwendung von bekannten Überwachungssystemen möglich ist.
Die hier beschriebenen faseroptischen Sensoren können auf vorteilhafte Weise in einer Sensoranordnung konfiguriert werden, um die Kosten zu reduzieren, die mit der Geräteausstattung im Zusammenhang stehen, welche erforderlich ist, um jeden Sensor durch Wavelength Division Multiplexing (WDM) zu unterstützen. Ferner stellen die hier beschriebenen faseroptischen Sensoren auf vorteilhafte Weise einen sicheren und verlässlichen Betrieb in Umgebungen sicher, in denen die Verwendung von traditionellen leitenden elektronischen Sensoren nicht wünschenswert ist und aufgrund von elektromagnetischer Interferenz zur Abschwächung der Sensorsignale beiträgt.
Ferner liefern die hier beschriebenen Faseroptiksensoren auf vorteilhafte Weise eine verbesserte Tragbarkeit und Benutzbarkeit von Sensoren, die mit der Patientengesundheit im Zusammenhang stehen, wozu unter anderem Atmung, Herzrate, Körperbewegung, Blutanalyten, Temperatur, elektrische Aktivität auf der Körperoberfläche, Druck, Ultraschall und Herzleistung gehören. Die hier beschriebenen faseroptischen Sensoren haben Durchmesser, die beispielsweise klein genug sind, als dass sie eine kontinuierliche Echtzeitüberwachung in einem Verweilkatheter bei einem Neugeborenen ermöglichen, das deutlich unter dem Gestationsalter ist.
Andere Vorteile, die von den hier beschriebenen Faseroptiksensoren geliefert werden, umfassen die Verwendung eines biokompatiblem Materials, um invasive Prozeduren oder die Wiedergabetreue des Sensors in wässrigen Umgebungen zu unterstützen. Die hier beschriebenen Faseroptiksensoren erlauben vorteilhafterweise eine Konfiguration, bei der – je nach Notwendigkeit für Sensorredundanz oder dem Grad der Sensordichte pro Länge der Faser – eine einzelne optische Faser oder mehrere Stränge verwendet werden.
Wo dies wünschenswert oder notwendig ist, erlauben die Eigenschaften, die durch die oben beschriebenen Faseroptiksensoren geliefert werden, die Verwendung eines tragbaren Abfrage- und Sensorssystems für neuartige Telemetrie-Anwendungen. Die Größe, Struktur und Betriebscharakteristik der hier beschriebenen Faseroptiksensoren liefern ferner vorteilhafterweise eine modulare Funktionsweise, Vielseitigkeit und flexible Funktionalität mit verschiedenen Sensorfasern durch eine Plug & Play-Fasersensor-Austauschfähigkeit.
Weiterhin lässt sich zusammenfassend sagen, dass eine hier beschriebene physiologische Sensorplattform durch die Verwendung einer Vielzahl von Beugungsgittern, wie beispielsweise Bragg-Gittern, funktioniert, die entlang der Länge einer optischen Faser angeordnet sind, wie hier zuvor beschrieben. Der Zweck jedes Gitters ist die Reflexion von sich vorwärts ausbreitendem Licht zurück entlang der Faser, in die Richtung, aus der es gekommen ist. Da das Spektrum dieses Lichts bewertet worden ist, enthält das reflektierte Licht nun eine Spektralsignatur, die jedem einzelnen Gitter entlang der Faserlänge entspricht. Am Standort jedes Gitters wurde entweder der Faserkern oder die Verkleidung signifikant modifiziert, so dass der effektive Brechungsindex der Gittestruktur sich einhergehend mit einem bestimmten äußeren Reiz, wie beispielsweise, unter anderem, der Temperatur, dem Druck oder der Bewegung, verändert. Die Veränderung des Brechungsindex resultiert in einer entsprechenden Wellenlängen- und Intensitätsverschiebung der Spektralsignatur, die zu jedem Gitter gehört. So kann, während sich das Licht in Abwärtsrichtung die Fader entlang ausbreitet und reflektiert wird, auch der äußere Reiz überwacht werden.
Die hier gemäß verschiedener Aspekte der Erfindung beschriebenen faseroptischen Multiparameter-Patientenüberwachungsvorrichtungen und -Systeme liefern gegenüber bekannten Überwachungsvorrichtungen und -Systemen zahlreiche Vorteile. Die Schlankheit der optischen Faser, d. h. 14, 24, die beispielsweise in den oben beschriebenen Ausführungsformen verwendet wird, ermöglicht es, diese in ein Kleidungsstück einzuweben, das getragen werden kann, so dass die Präsenz des Sensors in der unmittelbaren Umgebung des Patienten reduziert wird. Da der optische Sensor optischer Natur und eng mit dem Patienten gebunden ist, ist die Vorrichtung ferner weniger von der Schnittstelle des Sensors und der Haut abhängig, was die Wahrscheinlichkeit einer einwandfreien Sensorablesung erhöht.
Bei den hier beschriebenen faseroptischen Multiparameter-Patientenüberwachungsvorrichtungen und dem System wird auch auf vorteilhafte Weise die potentiell harsche elektrische Umgebung eines Patientenversorgungsbereiches umgangen, insbesondere bei Vorhandensein von Elektrokaustik-, Defibrillations- oder MRI-Ausrüstung, da das auf Siliziumdioxid beruhende Material der Faser bei der Betriebsfrequenz der störenden Vorrichtungen in Wesentlichen nicht leitend ist.
Bei den hier beschriebenen faseroptischen Multiparameter-Patientenüberwachungsvorrichtungen und dem System wird auch ein auf Siliziumdioxid beruhendes optisches Fasermaterial verwendet, das flüssigkeitsabweisend ist. Dieses auf Si liziumdioxid beruhende Material der optischen Faser ist im Allgemeinen biologisch inaktiv, sofern es nicht behandelt wurde, damit es sich für bestimmte oben beschriebene Ausführungsformen wie dargestellt verhält.
Einige zusätzliche Vorteile, welche die hier beschriebenen faseroptischen Multiparameter-Patientenüberwachungsvorrichtungen und das System mit sich bringen, beziehen sich unter anderem auf Kabelanbindung, Sensoraustauschfähigkeiten, Skalierbarkeit und neuartige Parametermessungsfähigkeiten. Patientenmonitore, wie sie heutzutage in Krankenhäusern bekannt sind und verwendet werden, weisen normalerweise mindestens ein Kabel auf, das mit jedem Sensor verbunden ist. In einer Intensivversorgungsumgebung werden beispielsweise 10 EKG-Sensoren für die Herzaktivitäts-Überwachung, 1 Sensor für Oberflächentemperatur-Überwachung und 1 Sensor für Blutsauerstoffsättigungs-Überwachung verwendet, was schon zu 12 Kabeln führt, die vom Körper eines Patienten herabhängen. Bei den faseroptischen Vorrichtungen und dem System, die oben beschrieben werden, wird unabhängig vom Typ und der Anzahl der beteiligten faseroptischen Sensoren vorteilhafterweise ein einziges Kabel verwendet.
Weil das reflektierte Licht, das zu jedem faseroptischen Sensor gehört, nur einen kleinen Teil des gesamten optischen Spektrums einnimmt, welches bei dem hier beschriebenen faseroptischen Multiparameter-Patientenüberwachungssystem verwendet wird, können faseroptische Multiparameter-Patientenüberwachungsvorrichtungen und -Systeme so entworfen werden, dass sie mehrere Hunderte bis Tausende von Sensoren umfassen, indem das Spektrum jedes Sensors innerhalb des zugeordneten Bandes in entsprechenden Abständen eingeteilt wird. Diese Technik ist auch als Wavelength Division Multiplexing bekannt, wie hier zuvor festgestellt wurde. Wenn es bei der Überwachung von Mikroumgebungen verwendet wird, kann ein Sensorsystem eine breite Sensorabdeckung für eine gesamte Abteilung oder ein gesamtes Krankenhaus liefern, so dass die Geräteausstattungskosten für das Krankenhaus reduziert werden.
Die Erfinder des vorliegenden Gegenstandes haben erkannt, dass die Natur der faseroptischen Erkennung in Kombination mit den Eigenschaften von mikrobischen Krankheitserregern oder Biomolekülen eine räumlich verteilte Fernerkennung von deren Vorhandensein oder Fehlen ermöglicht. Ein Fasersensor kann beispielsweise so behandelt werden, dass er einen Krankheitserreger oder ein Biomolekül von Interesse bindet. In neonatalen Mikroumgebungen ist die Feuchtigkeit im Allgemeinen viel höher als in der Außenumgebung, damit eine Hautdehnbarkeit gewährleistet wird. Dies stellt auch einen Nährboden für Mikroben dar, welche die Gesundheit eines Neugeborenen ernsthaft beeinträchtigen können, dessen Immunsystem bei weitem noch nicht entwickelt ist. Das Erkennen des Vorhandenseins oder Fehlens von mikrobischen Krankheitserregern oder Biomolekülen kann beispielsweise implementiert werden, indem die Verkleidung oder der Kern des Gittersensors mit einem Marker behandelt wird, der spezifisch an die Mikrobe von Interesse anbindet. Das Anhaften des Krankheitserregers an dem Gitter modifiziert den effektiven Brechungsindex der Gitterstruktur und verändert infolge dessen die Wellenlänge des reflektierten Lichts.
Gemäß einer anderen Ausführungsform werden vier faseroptische physiologische Sensormodule zur nicht-invasiven Überwachung der Temperatur, Atmungsrate, Herzrate und der Gesamtkörperbewegung des Säuglings in eine Matratze oder eine Bettdecke integriert. Es werden entweder Einzelpunkt- oder verteilte Plug & Play-Sensormodule in das Sensorssystem installiert, wobei eine einzeln optischen Abfrage[einheit] die Interaktion zwischen den Sensoren und der äußeren Umgebung bewertet, die vollständig unempfindlich gegen elektromagnetische RF- Strahlung ist, welche typischerweise in der medizinischen Umgebung auftritt.
Ein anderer Vorteil des Faseroptiksensors, der gemäß den hier beschriebenen Prinzipien implementiert ist, besteht in der Fähigkeit, die äußere Verkleidung der periodischen Gitterstruktur zu funktionalisieren, so dass sie auf die Phänomene von Interesse anspricht, wie hier zuvor festgestellt. Eine Überwachung unter Verwendung eines Faseroptik-Gitters beinhaltet die Umwandlung von Phänomenen von Interesse in einen optisch beobachtbaren Effekt, und zwar entweder durch die Modulation der periodischen Abstände des Gitters oder durch die Modulation des effektiven Brechungsindex der gesamten Gitterstruktur. So kann ein beliebiger Parameter beobachtet werden, vorausgesetzt die Phänomene können entweder in eine mechanische Verschiebung oder dielektrische Veränderung umgewandelt werden, und vorausgesetzt, dass eine ausreichende Isolierung gegen andere externen Einflüsse, die denselben Effekt erzeugen, eingearbeitet ist.
Obwohl hier nur bestimmte Merkmale der Erfindung illustriert und beschrieben worden sind, werden auf diesem Gebiet fachkundigen Personen zahlreiche Modifikationen und Veränderungen einfallen. Es sei daher darauf hingewiesen, dass die angehängten Patentansprüche alle solchen Modifikationen und Veränderungen abdecken sollen, die der Wesensart der Erfindung entsprechen.
Ein Patientenüberwachungssystem umfasst eine Vielzahl von Beugungsgittern, die entlang der Länge einer optischen Faser angeordnet sind, wobei die optische Faser und jedes Gitter zusammen so konfiguriert sind, dass sie entweder den effektiven Brechungsindex oder die Gitterperiodizität des entsprechenden Gitters an seinem entsprechenden Standort entlang der Faser in Reaktion auf mindestens einen gewünschten äußerer Reiz verändern.

10: Faseroptiksensor
12: Bragg-Gitter
14: optischer Faserkern
16: Schutzschicht
20: Faseroptiksensor
22: Bragg-Gitter
24: optischer Faserkern
26: Schutzschicht
30: Belastungssensormodul
31: auf Faser-Bragg-Gitter beruhendes Temperatursensorelement
32: komprimierter Belastungszustand
33: auf Mikrobelastung beruhendes Sensorelement
34: freier Belastungszustand
35: Baseline-Wellenlängencharakteristik
36: dehnbarer Belastungszustand
37: nach unten verschobene Wellenlängencharakteristik
39: nach oben verschobene Wellenlängencharakteristik
40: auf Faser-Bragg-Gitter beruhendes Temperatursensorelement
41: Baseline-Wellenlängencharakteristik
43: nach oben verschobene Wellenlängencharakteristik
44: ausgedehnter Zustand
45: nach unten verschobene Wellenlängencharakteristik
46: freier Ausdehnungszustand
48: komprimierter Zustand
50: dynamisches Faseroptik-Sensormodul
51: auf Bragg-Gitter beruhendes Faseroptik-Temperatursensorelement
52: komprimierter Belastungszustand
53: auf Vibrations-/Beschleunigungs-Mikrobelastung beruhendes Faseroptik-Sensorelement
54: freier Vibrationszustand
55: geringe Standardabweichungscharakteristik
56: dehnbarer Belastungszustand
57: nach unten verschobene Wellenlängencharakteristik
59: nach oben verschobene Wellenlängencharakteristik
60: auf Faser-Bragg-Gitter beruhender Sensor
62: Sensorwellenlängenverschiebung
64: Patiententemperatur
66: physiologische Aktivität
67: Herzschlagrate
68: Atmungsrate
72: faseroptisches gürtelartiges Erkennungsmodul
74: faseroptisches physiologisches Sensormodul
76: faseroptisches physiologisches Sensormodul
78: faseroptisches physiologisches Sensormodul
80: faseroptisches Oberflächentemperatur, Beschleunigungssystem
82: Sensorknotenpunkte
84: faseroptischer physiologischer Beschleunigungsmesser
90: faseroptisches physiologisches Gerätesystem
92: optische Verbindungen
94: Krankenhaus-Säuglingspflegeeinrichtung
96: Krankenhaus-Säuglingspflegeeinrichtung
98: optische Faser
99: faseroptisches physiologisches Gerätesystem
100: physiologisches biomedizinisches Parameterüberwachungssystem für einen einzelnen Säugling
106: Beugungsgitter
107: Wellenlängenverschiebung
108: verteiltes Erkennungssystem
110: physiologisches biomedizinisches Parameterüberwachungssystem für mehrere Säuglinge
120: physiologisches Multiparameter-Faseroptiksensormodul
102: Faseroptik-Temperaturerkennungssensor
104: Faseroptik-Atmungssensor
105: Faseroptik-Pulsesensor
101: Faseroptik-Extremitäts-Beschleunigungssensor
122: optische Faser
124: Schutzummantelung

Claims

Faseroptischer Sensor (120), der mindestens ein Beugungsgitter (106) umfasst, das in einen gewünschten Bereich mindestens einer optischen Faser (122) oder eines Fasergeflechts integriert ist, so dass entweder ein effektiver Brechungsindex oder die Periodizität des Gitters des mindestens einen Beugungsgitters sich in Reaktion auf mindestens einen zuvor bestimmt äußeren Reiz verändert.
Faseroptischer Sensor (120) gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass es sich bei dem mindestens einen Beugungsgitter (106) um eine Bragg-Gitterstruktur handelt, die eine mikrokrümmungsempfindliche Oberfläche zur Verbesserung der Belastungsempfindlichkeit aufweist.
Faseroptischer Sensor (120) gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass es sich bei dem mindestens einen Beugungsgitter um (106) eine Bragg-Gitterstruktur handelt, die entweder zur Verbesserung der mechanischen Stärke des Sensors oder zur Verbesserung der Temperaturempfindlichkeit des Sensors eine metallisierte Beschichtung (124) aufweist.
Faseroptischer Sensor (120) gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das mindestens eine Beugungsgitter (106) so konfiguriert ist, dass es sich vorwärts ausbreitendes Licht entlang der mindestens einen optischen Faser (122) oder des Fasergeflechts in die Richtung zurückreflektiert, aus der es in die mindestens eine optische Faser (122) oder das Fasergeflecht eingetreten ist, und ferner dadurch gekennzeichnet, dass das reflektierte sich vorwärts ausbreitende Licht einen kleinen Abschnitt eines zuvor bestimmten optischen Spektrums einnimmt, so dass eine Vielzahl von Beugungsgittern in einem faseroptischen Überwachungssystem (108) integriert werden kann, in welchem jedes Beugungsgitter mit einem kleinen Abschnitt des zuvor bestimmten optischen Spektrums verbunden ist, welches diesem bestimmten Beugungsgitter entspricht.
Faseroptischer Sensor (120) gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das mindestens eine Beugungsgitter (106) eine Länge zwischen ungefähr 3000 Mikron und ungefähr 10000 Mikron hat, und ferner einen Durchmesser zwischen ungefähr 6 Mikron und ungefähr 10 Mikron aufweist.
Faseroptischer Sensor (120) gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das mindestens eine Beugungsgitter (106) ein auf Siliziumdioxid beruhendes Material umfasst, dass bei der Betriebsfrequenz von Elektrokaustik-, Defibrillations- und Magnetresonanzbildgebungs-Ausrüstung im Wesentlich nicht leitfähig ist.
Faseroptischer Sensor (120) gemäß Anspruch 1, ferner eine Beugungsgitter-Verkleidung (124) oder -Kern umfassend, der mit einem Marker behandelt wurde, welcher so konfiguriert ist, dass er eine zuvor bestimmte Mikrobe bindet, so dass die Anhaftung eines zuvor bestimmten Krankheitserregers an dem mindestens einen Beugungsgitter (106) den effektiven Brechungsindex des mindestens einen Beugungsgitters (106) modifiziert.
Faseroptischer Sensor (120) gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das mindestens eine Beugungsgitter (106) so konfiguriert ist, dass es in Verbindung mit einem anderen Beugungsgitter funktioniert, so dass durch das mindestens eine Beugungsgitter und das andere Gitter zusammen erwartete Artefakte, wozu auch Signalabweichungen gehört, ausgeglichen werden.
Faseroptischer Sensor (120) gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die mindestens eine optische Faser (122) oder das Fasergeflecht so konfiguriert ist, dass es einen physischen Kontakt mit dem Körper des Patienten herstellt, so dass der mindestens eine zuvor bestimmte äußere Reiz durch einen physiologischen Patientenparameter geliefert wird.
Faseroptischer Sensor gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die mindestens eine optische Faser (122) oder das Fasergeflecht an einem Kleidungsstück oder einer Bettedecke befestigt ist, wodurch der physische Kontakt zwischen dem faseroptischen Sensor (120) und dem Körper eines Patienten beibehalten werden kann.