光纤(简称“光纤”)作为光波导工具已经为大众所熟知。除了众所周知的通信领域,光纤在医疗领域还有哪些应用?
根据制造材料的不同,光纤通常分为无机纤维和有机纤维。无机光纤,包括玻璃光纤和石英光纤,常用于通信、建筑、航空航天等领域。有机光纤主要是指由高透明有机高分子材料制成的聚合物光纤(又称“塑料光纤”,简称“POF”)。较柔软的质地使它们比无机纤维具有更广泛的应用范围。
光纤面料是光纤与纺织面料结合形成的复合面料产品光纤照明,属于智能纺织品(Smart)。光纤织物一般采用高分子光纤,既具有纺织品的柔软性,又具有光纤的导光性能。光纤织物的应用涵盖通讯、照明、装饰、娱乐、医疗等领域,其中在医疗领域的应用正成为重要的发展方向。根据光纤功能的不同,用于医疗领域的光纤织物可细分为三大类:信号传输光纤织物、面发射光纤织物和光纤传感织物。
1、信号传输光纤织物
光纤织物可以作为可穿戴智能设备的一部分光纤照明,承担功能设备之间的物理连接和信号传输功能。1996年等率先开始智能服装的研究。他们利用光纤作为智能服装(Smart Shirt)的信号传输总线(bus),将嵌入织物中的电子设备和电子线连接起来,形成“可穿戴主板()”,首次实现了人体处于无干扰环境中。生理信号监测开创了“可穿戴电子”的新领域。
开发智能服装原型
2.发光光纤布
光纤发光面料是指利用光纤的光传导特性,将光源的光信号释放出来,形成发光效果的一种光纤纺织品。可用于照明、装饰、医疗等领域。医用光纤发光织物主要用作光动力治疗的设备。通过调制不同波长的光源信号可以获得预期的治疗光波,也可以通过适当的光纤排列或使用透镜装置获得不同面积、不同光强分布的发光面,以满足各种治疗需求。新生儿黄疸等疾病。蓝光照射疗法、促进伤口愈合的光疗法、治疗角化病等。
光疗侧发光面料及发光效果
3.传感光纤织物
光纤传感织物是光纤织物的另一种应用。通常,光纤用作传感器,作为纺织原料添加到织物中,形成织物的一部分。常用来制作传感织物的光纤传感器有光栅传感器、宏弯传感器和微弯传感器三种。
(1) 光纤布拉格光栅(FBG)是光栅传感器的典型代表。自1970年代以来,它一直被用作光纤设备,用于检测温度、湿度、位移、加速度等信号,用于航空航天、军事国防、生物医学等领域。
光纤可穿戴系统
(2) 光纤弯曲的曲率半径远大于光纤直径,称为宏弯,由此引起的附加损耗为宏弯损耗。这种损耗随外部干扰(温度、压力、折射率等)而变化。利用这一原理检测外部干扰信息的设备称为光纤宏弯传感器。目前,光纤宏弯传感织物多用于医疗领域,用于监测人体呼吸特性。
经编结构的光纤大弯传感织物
(3)光纤微弯损耗是指光纤轴极微小的弯曲(微弯)引起的附加损耗。与宏弯类似,也可以利用光纤微弯损耗原理开发光纤微弯传感器。目前,光纤微弯传感织物在医疗领域也有应用。
详情请参阅《纺织导报》第5期文章《光纤织物在医疗领域的应用》。