一种基于光学MEMS的ICP和ICT监测仪的制作方法

一种基于光学mems的icp和ict监测仪
1.本技术要求2020年11月15日提交的美国临时专利申请(no.63/113883)和2020年11月15日提交的美国临时专利申请(no.63/113882)的优先权。该申请的全部内容通过引用结合在本技术中。
技术领域
2.本技术涉及神经外科领域，尤其涉及一种基于光学mems的颅内压(icp)和颅内温(ict)监测仪。


背景技术：

3.在颅内，有脑组织和脑脊液和血液。这三种材料保持了icp的稳定性。这三种材料都是不可压缩的。高颅内压若未及时处理，会造成病人脑组织永久变形、导致死亡。有创icp监测是医学界的金标准。
4.历史上最早的有创icp监测仪是由一个1.5米长的管子连接的气泡制成的。放置在颅内的气泡感应icp，并通过导管发送压力信号。在管的另一侧，采用压力传感器来监测压力。然而气泡太大，不便于操作。
5.后来发明了压电icp监测仪和压阻icp监测仪。这两种基于电的mems icp监视器受到电磁波的干扰。在计算机断层扫描(ct)或磁共振成像(mri)下，探针具有非预期的错误图像。更严重的是，核磁共振成像的强电磁波产生的巨大电流会移动头部的探针，破坏探针。为避免这类麻烦，做核磁共振前，不得不从患者头部取出植入的探针，非常麻烦。
6.近年来开发的icp监测仪是基于光学mems的。光由光纤引导，照射到icp传感器的膜上。icp改变了膜的形状，使得由膜反射的光功率改变。通过监测光功率，系统可以判断icp。该icp监测仪不受电磁波的影响。然而，光纤偶尔会出现意外弯曲，改变了光功率，从而对待监测的icp造成干扰。
7.迄今为止，所有的ict传感器都是基于电的热敏电阻器。所以，迫切需要开发一种新型的基于光学mems的icp和ict监测仪，它不需要电，不依赖于光的能量，因此icp和ict的监测不会受到电磁波或光纤弯曲的影响。


技术实现要素：

8.本技术提供了一种基于光学mems的icp和ict监测仪，以解决现有技术中icp和ict的监测受到电磁波或光纤弯曲影响的问题。
9.本技术的实施例提供的基于光学mems的icp和ict监测仪，包括:
10.宽带光源和可调谐滤光器(tof)、光学标准具、多个光学接收器、多个光学耦合器、探针；
11.其中所述探针包括icp传感器和ict传感器；icp是通过所述icp传感器的反射光谱的波谷波长值获得的，通过采用具有绝对波长标记的光学标准具，与其周期光谱进行比较获得所述波谷波长值；
12.ict是通过所述ict传感器的反射光谱的波峰波长值获得的，通过采用具有绝对波长标记的光学标准具，与其周期光谱进行比较获得所述波峰波长值；
13.本技术的上述基于光学mems的icp和ict监测仪中，具有绝对波长标记所述光学标准具用于生成周期光谱，作为标尺，以测量所述icp传感器或所述ict传感器的反射光谱中的绝对波谷波长值或波峰波长值。
14.本技术的上述基于光学mems的icp和ict监测仪中，所述icp传感器和所述ict传感器集成在一个探针中，分别与各自的单模光纤连接，两根光纤及其连接的传感器形成并联结构。
15.本技术的上述基于光学mems的icp和ict监测仪中，所述icp传感器和所述ict传感器集成在一个探针中，通过一根单模光纤连接，单模光纤及其连接的两只传感器构成串联结构。
16.本技术的上述基于光学mems的icp和ict监测仪中，所述icp传感器为mems谐振腔结构，由单模光纤和mems膜、玻璃基板组成，且所述单模光纤的端面作为反射镜；所述mems膜由于icp而轻微变形；所述icp传感器的反射光谱的波谷波长值用于监测icp。
17.本技术的上述基于光学mems的icp和ict监测仪中，所述icp传感器为mems谐振腔结构，由单模透镜光纤和mems膜、玻璃基板组成，且所述单模透镜光纤的端面作为反射镜；所述mems膜由于icp而轻微变形；所述icp传感器的反射光谱的波谷波长值用于监测icp。
18.本技术的上述基于光学mems的icp和ict监测仪中，所述icp传感器为mems谐振腔结构，由单模光纤准直器和mems膜、玻璃基板组成，且所述单模光纤准直器的透镜平面作为反射镜；所述mems膜由于icp而轻微变形；所述icp传感器的反射光谱的波谷波长值用于监测icp。
19.本技术的上述基于光学mems的icp和ict监测仪中，所述ict传感器是光纤布拉格光栅；所述ict传感器的反射光谱的波峰波长值用于监测ict。
20.本技术的上述基于光学mems的icp和ict监测仪中，所述ict传感器为mems谐振腔结构，由单模光纤和mems膜、玻璃基板组成，且所述单模光纤的端面作为反射镜；所述mems膜由于icp而轻微变形；反射光谱的波谷波长值用于监测ict。
21.本技术的上述基于光学mems的icp和ict监测仪中，所述ict传感器为谐振腔结构，由单模光纤和第二反射镜、玻璃基板组成，且所述单模光纤的端面作为反射镜；所述谐振腔结构的腔长度随着ict而变化；反射光谱的波谷波长值用于监测ict。
22.本技术的上述基于光学mems的icp和ict监测仪中，所述光学耦合器用于连接所有光学元件和传感器。
23.本技术的上述基于光学mems的icp和ict监测仪中，所述光学耦合器可用光环行器代替。
24.本技术的上述基于光学mems的icp和ict监测仪中，所述宽带光源和所述tof的组合可由可调谐激光源代替。
25.根据本技术的基于光学mems的icp和ict监测仪，所述宽带光源沿着单模光纤到达tof并被扫描。然后，扫描后的宽带光源被分成两条光路。其中一条光路通向光学mems传感器，以获得透射、反射或干涉光谱的波谷波长值或波峰波长值。另一条光路通向光学标准具以获得具有绝对波长标记的周期光谱，作为标尺。通过与标尺比较，可以精确地测量波谷波
长值或波峰波长值。从而获得待监测的参数。
附图说明
26.图1是本技术一实施例提供的基于光学mems的icp和ict监测仪的结构示意图。
27.图2是本技术一实施例提供的基于fbg的与icp传感器和ict传感器集成的探针的横截面图。图3是本技术一实施例提供的具有mems膜和单模光纤的icp传感器的截面图，其端面作为mems谐振腔的反射镜。
28.图4是本技术一实施例提供的由光纤布拉格光栅构成的ict传感器的截面图。
29.图5a和图5b示出了本技术一实施例提供的icp传感器的反射光谱和ict传感器的反射光谱。说明书中的附图标记如下:
30.1.宽带光源；2.可调谐滤光器(tof)；3.光学标准具；4.光学接收器；5.光学耦合器；
31.6.探针；61.颅内压(icp)传感器；62.颅内温(ict)传感器；611.单模光纤；6111.光纤端面；612.mems膜；613.玻璃管。
具体实施方式
32.为了使本发明所解决的技术问题、技术方案及有益效果更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步的详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
33.在一个实施例中，如图1所示，为本发明一实施例提供的基于光学mems的icp和ict监测仪的结构示意图，包括：
34.宽带光源1和可调谐滤光器2(tof 2)、光学标准具3、多个光学接收器4、多个光学耦合器5、探针6；
35.其中所述探针6包括颅内压(icp)传感器61和颅内温(ict)传感器62；
36.icp是通过所述icp传感器61的反射光谱的波谷波长值获得的，通过采用具有绝对波长标记的光学标准具3，与周期光谱进行比较获得所述波谷波长值；
37.ict是通过所述ict传感器62的反射光谱的波峰波长值获得的，通过采用具有绝对波长标记的光学标准具3，与周期光谱进行比较获得所述波峰波长值；
38.该光学标准具3用于生成周期光谱，作为标尺，以测量icp传感器61或ict传感器62的反射光谱中的绝对波谷波长值或波峰波长值。
39.具体地，宽带光源通过单模光纤611并被tof2扫描，然后扫描光被光学耦合器5分成两条光路。其中一条经tof2扫描后的宽带光照射到icp传感器61和ict传感器62，并借助多个光学耦合器5，被反射回两个光学接收器4。可获得icp传感器61和ict传感器62的两个反射光谱的波谷波长值或波峰波长值。另一条扫描后的宽带光照射到光学标准具3，并借助于多个光学耦合器5，被反射回光学接收器4，从而接收到带有绝对波长标记的周期光谱，作为标尺。通过将波谷波长值或波峰波长值与标尺进行比较，该系统可以判断波长。从而获得待监测的参数。
40.在一个实施例中，icp传感器61为mems谐振腔结构，由单模光纤611和mems膜612、玻璃管613构成；单模光纤611的端面6111作为反射镜；mems膜612由于icp而轻微变形；icp
传感器61的反射光谱的波谷波长值用于监测icp；ict传感器62为光纤布拉格光栅；ict传感器62的反射光谱的波峰波长值用于监测ict。
41.如图2所示，为探针6的截面图，由基于fbg的icp传感器61和ict传感器62集成。icp传感器61为mems谐振腔结构，由单模光纤611的端面6111、mems膜和玻璃管613构成.mems膜612随着icp的变化而变形，从而icp传感器61的反射光谱的波谷波长值发生变化。ict传感器62由光纤布拉格光栅构成。ict传感器62的反射光谱的波峰波长值随着ict而改变，用于指示ict的参数。
42.同样，ict传感器62为mems谐振腔结构，由单模光纤611、mems膜612和玻璃管613构成，单模光纤611的端面6111作为反射镜；mems膜612由于ict而轻微变形；反射光谱的波谷波长值用于监测ict。
43.ict传感器62具有与icp传感器61相同的结构，其中其谐振腔长度随着温度而变化。
44.ict传感器62也可以由光纤布拉格光栅制成，其中光纤布拉格光栅的反射光谱的波峰波长值随着ict而变化。通过监测光波长，系统可以判断ict。
45.在另一个实施例中，如图3所示，为icp传感器61的截面图，其具有mems膜612和单模光纤611，其端面6111用作mems谐振腔的反射镜。玻璃管613支撑所有组件。icp使得mems膜612轻微变形，从而反射光谱中波谷波长值发生变化。通过测量波长，可以确定压力。
46.在另一个实施例中，如图4所示，为在单模光纤611里具有光纤布拉格光栅的ict传感器62的截面图.ict传感器62为在反射光谱中具有峰值形状的光纤布拉格光栅。当ict改变时，波峰波长值改变。通过测量波长，可以获得ict。
47.在一个实施例中，如图5a和图5b所示，为icp传感器61的反射光谱和ict传感器62的反射光谱的形状。icp传感器61的反射光谱中的波谷波长值如图5a所示。通过计算波谷波长值，系统可以获得待监测的icp。ict传感器62的反射光谱的波峰波长值如图5b所示。通过计算出波峰波长值，系统可以获得待监测的ict。
48.在一实施例中，可采用电子温度传感器来应对tof2、光学标准具3和光纤布拉格光栅的热效应。
49.在一个实施例中，icp和ict监视器、连接到探针的光学耦合器5可由光循环器代替。
50.在一个实施例中，宽带光源1和tof2的组合可由可调谐激光源代替。
51.在其他实施例中，本技术提供的基于光学mems的icp和ict监测仪可用于监测一组生命体征，例如心率、呼吸率等。由于心跳或呼吸会引起icp和ict变化，因此通过分析icp和ict，可以获得心率、呼吸率等。
52.本技术提供的基于光学mems的icp和ict监测仪及其探针6经过升级设计，该探针6与基于光学mems的icp传感器61和基于光纤布拉格光栅的ict传感器62集成。所有的光学元件和光学传感器都与单模光纤611连接。传感器的透射、反射或干涉光谱的波谷波长值或波峰波长值为带待监测的icp或ict参数的函数。通过具有绝对波长标记的光学标准具3，与梳状周期光谱进行比较，可得到波长。确定波谷波长值或波峰波长值后，便可得到待监测的参数。
53.以上所述仅为本技术的较佳实施例而已，并不用以限制本技术。凡在本技术的精
神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本技术的保护范围之内。

技术特征：
1.一种基于光学mems的icp和ict监测仪，其特征在于，包括：宽带光源和可调谐滤光器(tof)、光学标准具、多个光学接收器、多个光学耦合器、探针；其中所述探针包括颅内压(icp)传感器和颅内温(ict)传感器；icp是通过所述icp传感器的反射光谱的波谷波长值获得的，通过采用具有绝对波长标记的光学标准具，与其周期光谱进行比较获得所述波谷波长值；ict是通过所述ict传感器的反射光谱的波峰波长值获得的，通过采用具有绝对波长标记的光学标准具，与其周期光谱进行比较获得所述波峰波长值。2.根据权利要求1所述的基于光学mems的icp和ict监测仪，其特征在于，具有绝对波长标记的所述光学标准具用于生成周期光谱，作为标尺，以测量所述icp传感器或所述ict传感器的反射光谱中的绝对波谷波长值或波峰波长值。3.根据权利要求1所述的基于光学mems的icp和ict监测仪，其特征在于，所述icp传感器和所述ict传感器集成在一个探针中，分别与各自的单模光纤连接，两根光纤及其连接的传感器形成并联结构。4.根据权利要求1所述的基于光学mems的icp和ict监测仪，其特征在于，所述icp传感器和所述ict传感器集成在一个探针中，并通过一根单模光纤连接，单模光纤及其连接的两只传感器构成串联结构。5.根据权利要求1所述的基于光学mems的icp和ict监测仪，其特征在于，所述icp传感器为mems谐振腔结构，由单模光纤和mems膜、玻璃基板组成，且所述单模光纤的端面作为反射镜；所述mems膜由于icp而轻微变形；所述icp传感器的反射光谱的波谷波长值用于监测icp。6.根据权利要求1所述的基于光学mems的icp和ict监测仪，其特征在于，所述icp传感器为mems谐振腔结构，由单模透镜光纤和mems膜、玻璃基板组成，且所述单模透镜光纤的端面作为反射镜；所述mems膜由于icp而轻微变形；所述icp传感器的反射光谱的波谷波长值用于监测icp。7.根据权利要求1所述的基于光学mems的icp和ict监测仪，其特征在于，所述icp传感器为mems谐振腔结构，由单模光纤准直器和mems膜、玻璃基板组成，且所述单模光纤准直器的透镜平面作为反射镜；所述mems膜由于icp而轻微变形；所述icp传感器的反射光谱的波谷波长值用于监测icp。8.根据权利要求1所述的基于光学mems的icp和ict监测仪，其特征在于，所述ict传感器是光纤布拉格光栅；所述ict传感器的反射光谱的波峰波长值用于监测ict。9.根据权利要求1所述的基于光学mems的icp和ict监测仪，其特征在于，所述ict传感器为mems谐振腔结构，由单模光纤和mems膜、玻璃基板组成，且所述单模光纤的端面作为反射镜；所述mems膜由于icp而轻微变形；反射光谱的波谷波长值用于监测ict。10.根据权利要求1所述的基于光学mems的icp和ict监测仪，其特征在于，所述ict传感器为谐振腔结构，由单模光纤和第二反射镜、玻璃基板组成，且所述单模光纤的端面作为反射镜；所述谐振腔结构的腔长度随着ict而变化；反射光谱的波谷波长值用于监测ict。11.根据权利要求1所述的基于光学mems的icp和ict监测仪，其特征在于，所述光学耦合器用于连接所有光学元件和传感器。
12.根据权利要求1所述的基于光学mems的icp和ict监测仪，其特征在于，所述光学耦合器可用光环行器代替。13.根据权利要求1所述的基于光学mems的icp和ict监测仪，其特征在于，所述宽带光源和所述tof的组合可由可调谐激光源代替。14.根据权利要求1所述的基于光学mems的icp和ict监测仪，其特征在于，所述基于光学mems的icp和ict监测仪用于分析icp和ict，可获得一组生命体征，所述生命体征至少包括心率和呼吸率。

技术总结
本申请公开了一种基于光学MEMS的颅内压(ICP)和颅内温(ICT)监测仪，包括：宽带光源和可调谐滤光器(TOF)、光学标准具、多个光学接收器、多个光学耦合器、探针；其中所述探针包括颅内压(ICP)传感器和颅内温(ICT)传感器；ICP是通过所述ICP传感器的反射光谱的波谷波长值获得的，通过采用具有绝对波长标记的光学标准具，与其周期光谱进行比较获得所述波谷波长值；ICT是通过所述ICT传感器的反射光谱的波峰波长值获得的，通过采用具有绝对波长标记的光学标准具，与其周期光谱进行比较获得所述波峰波长值。本申请可以精确地监测ICP和ICT。本申请可以精确地监测ICP和ICT。本申请可以精确地监测ICP和ICT。


技术研发人员：韩迺骞
受保护的技术使用者：深圳市安迅医疗器械科技有限公司
技术研发日：2021.11.12
技术公布日：2023/9/20