[发明专利]基于光纤光栅的可植入轴流式血泵温度检测系统和方法

说明书

技术领域

本发明涉及温度检测技术，特别是涉及一种基于光纤光栅的可植入轴流式血泵温度检测系统和方法。

背景技术

近年来，随着心脏移植供体的欠缺和心脏外科的迅速发展，心衰患者辅助时间逐渐延长，患者对生活质量的要求也越来越高，因此各式各样的叶轮泵尤其是可植入轴流式血泵越来越成为热点，但血泵在工作过程中也会带来使血泵以及血液温度有相应的影响和变化。

血泵工作状态中，温度产生的最大原因是血泵电机的持续工作。

1.血泵用永磁无刷电机线圈引起的铁损铜损散发的热量会经过血泵内壁这层中间介质传递给血泵流道里面的血液，导致血液温度产生变化；

2.叶轮高速运转时，轮轴上滑动轴承的摩擦也会导致流经血泵血液温度改变；

3.血泵流道内表面的材质以及光滑度和血泵叶轮，导轮的材质，光滑度同一粘度下的血液对流形式下的摩擦带来的温度变化。

温度变化对恒温动物来讲影响最大的是生命体的红细胞，红细胞是维持生命最重要的细胞之一，它具有多种重要的生理功能，除了可携带氧气和运输二氧化碳外，物质转运、信息传递、细胞免疫也依赖着红细胞。由此可见，红细胞于维持体内衡态起着非常重要的作用，温度作为血红蛋白和红细胞的一个重要变构因子，其微小变化即可引起从血红蛋白的分子结构、浓度、功能以至红细胞的形态、结构、功能的显著改变。

如上所述，血泵血液温度检测显得越发重要。而现有的温度传感器不同种类特性也不一致，热电偶传感器精度中等，响应速度慢，RTD传感器精度虽高但价格昂贵，数字以及模拟输出IC温度传感器响应速度慢，受干扰影响大，同时这些传感器都需要通电。因此，有必要寻找能够克服此种温度传感器弊病的替代传感器。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是：提供一种基于光纤光栅的可植入轴流式血泵温度检测系统和方法，以解决上述现有技术的缺陷。

本发明解决其技术问题采用以下的技术方案：

本发明提供的基于光纤光栅的可植入轴流式血泵温度检测系统，其包括：血泵，粘贴于血泵轴向流道的光纤光栅，与光纤光栅引出端分别相连的电机控制器、解调仪，以及通过数据线与解调仪相连的计算机。

所述光纤光栅有多根，其和血泵的电机的电缆用同一材料密封并一起引出人体。

所述光纤光栅可以有3根，分别粘贴于轴向流道外表面的第一光纤光栅粘贴点、第二光纤光栅粘贴点和第三光纤光栅粘贴点处，它们分别用于对血泵的前导轮、叶轮和后导轮处进行检测。

本发明提供的基于光纤光栅的可植入轴流式血泵温度检测方法，其利用上述的基于光纤光栅的可植入轴流式血泵温度检测系统实现的，其步骤包括：

步骤1：在无刷电机定子上铺设光纤光栅

其方法是：将无刷电机的定子线圈绕在圆柱形定子上，然后将光纤光栅沿着定子上的开槽进行走线和引出；

步骤2：可植入轴流式人工心脏泵光纤光栅的铺设

所述铺设的方法是：将布拉格光栅嵌入一根光纤中，充分利用光纤光栅的小巧和精确，一根光纤上串联多个光栅制成光纤光栅传感阵列，分别布置在前导轮、叶轮和后导轮相对应的轴向流道的外表面，成直线分布，避免光纤弯折，损伤光纤；

步骤3：光纤引出人体接入解调仪

将铺设在血泵轴向流道的外表面的光纤和永磁无刷电机的电缆一起引出人体，其中电缆的引出端接入电源和电机控制器，光纤的引出端接入解调仪，通过解调仪把得到的波长与温度的对应关系的光信号转换成相应的电信号，并采用计算机实时显示血泵内部温度变化情况。

上述步骤1中，在距定子紧贴在血泵轴向流道的外表面的1mm处打通孔，用于光纤的引出。

所述的通孔孔径为1mm。

本发明与现有技术相比具有以下主要的优点：

采用光纤光栅传感器，其传感头结构简单，体积小，与光纤的结合，低损耗，光谱特性好，可靠性高，同时具有抗腐蚀，抗电磁干扰的特点。另外光纤光栅传感器一根光纤可以写入多个光栅构成传感阵列，利用光纤光栅“一线多点，分布测量”的特点，实时检测可植入轴流式人工心脏泵泵内温度。

采用常温下的石英光纤，光纤Bragg光栅的温度灵敏度为7.2×10^-6/℃。对于1.3nm系列光栅,单位温度变化引起的光栅波长漂移为1300×7.2×10^-6＝0.0094nm/℃,即0.0094nm/℃。灵敏度高，对温度的检测误差小。