كيفية استخدام الألياف الفلورية لمراقبة درجة حرارة جسم الإنسان باستخدام التداخل الكهرومغناطيسي الطبي للميكروويف

1、 تأثير التداخل الكهرومغناطيسي الطبي بالموجات الدقيقة على مراقبة درجة حرارة الإنسان

قد يكون للتداخل الكهرومغناطيسي الطبي بالموجات الدقيقة تأثيرات مختلفة على الطرق التقليدية لمراقبة درجة حرارة الإنسان.
أولاً, من وجهة نظر مصادر التداخل, هناك العديد من الأجهزة في البيئة الطبية التي تولد تداخلًا كهرومغناطيسيًا بالموجات الدقيقة, مثل أجهزة العلاج بالميكروويف. عندما تعمل هذه الأجهزة, أنها تولد كثافة معينة من المجال الكهرومغناطيسي الميكروويف. لأجهزة مراقبة درجة الحرارة الإلكترونية التقليدية, مثل موازين الحرارة المعتمدة على المزدوجات الحرارية أو مبادئ الثرمستور, ويعتمد عملها على توصيل وتحويل الإشارات الإلكترونية. تحت التداخل الكهرومغناطيسي الميكروويف, قد يتم التداخل مع هذه الإشارة الإلكترونية. خاصة, يتجلى في تشويه الإشارة أو تراكب الضوضاء, وهو ما يشبه خلط صوت الخلفية الصاخب في إشارة صوتية هادئة, مما يجعل من الصعب قراءة إشارة درجة الحرارة الواضحة في الأصل بدقة.

من حيث التأثير على دقة المراقبة, مع أخذ المعدات الطبية مثل مخططات كهربية القلب ومخططات كهربية الدماغ التي تتطلب إشارات دقيقة كمثال, إذا تعرض للتداخل الكهرومغناطيسي الميكروويف, قد يتم فرض تشويه مشابه لبعض الآفات على نتائج الكشف مثل الأشكال الموجية, الرسومات, والصور, التسبب في التشخيص الخاطئ. قد تخطئ معدات مراقبة درجة الحرارة في تقدير قيم درجة الحرارة عند تعرضها لتداخل مماثل, مما يؤثر على التقييم الصحيح لحالة درجة حرارة المريض. علاوة على ذلك, في بيئة طبية, إذا تم استخدام أجهزة متعددة في وقت واحد, مثل أجهزة الميكروويف التي تعمل بالاشتراك مع أجهزة المراقبة الإلكترونية الأخرى, قد يصبح التدخل أكثر تعقيدًا وخطورة, مما يؤثر على دقة وموثوقية مراقبة درجة حرارة الإنسان. فضلاً عن ذلك, قد يؤثر التداخل الكهرومغناطيسي بالموجات الدقيقة أيضًا على استقرار معدات المراقبة, مما يؤدي إلى أعطال المعدات أو التشغيل غير الطبيعي, مما يجعل مراقبة درجة الحرارة غير قادرة على المضي قدما بشكل طبيعي.

2、 مبدأ مراقبة درجة حرارة الإنسان بالألياف الضوئية الفلورية

تعتمد مراقبة الألياف الضوئية الفلورية لدرجة حرارة الإنسان بشكل أساسي على خصائص استجابة المواد الفلورية لدرجة الحرارة.
تحتوي المواد الفلورية على بنية خاصة لمستوى الطاقة تنتقل من الحالة الأرضية إلى الحالة المثارة عند تعريضها لضوء الإثارة المناسب. الإلكترونات في الحالة المثارة غير مستقرة وستعود إلى الحالة الأرضية من خلال التحولات الإشعاعية وينبعث منها مضان. وخصائص هذا الفلورسنت (مثل الشدة, حياة, إلخ.) ترتبط بدرجة الحرارة. عندما تتغير درجة الحرارة, سيخضع هيكل مستوى الطاقة داخل مادة الفلورسنت لتغييرات معينة, والتي سوف تؤثر على عملية انبعاث مضان. على سبيل المثال, مع ارتفاع درجة الحرارة, قد تضعف شدة الأسفار أو قد يتغير عمر الأسفار.

في الفلورسنت نظام مراقبة درجة حرارة الألياف الضوئية, يوجد عادةً مصدر ضوء مثير ينبعث منه ضوء ذو طول موجي محدد, والتي تنتقل عبر الألياف الضوئية إلى موقع المسبار الذي يحتوي على مادة الفلورسنت. يمكن وضع هذا المسبار بالقرب من أجزاء الجسم التي تتطلب مراقبة درجة الحرارة. سيتم إرسال إشارة التألق المتولدة عند إثارة مادة الفلورسنت مرة أخرى إلى الكاشف عبر الألياف الضوئية. سيقوم الكاشف بقياس الخصائص ذات الصلة للتألق, مثل الشدة أو مدى الحياة, ومن ثم استنتاج درجة حرارة البيئة (في هذه الحالة, جسم الإنسان) استنادا إلى منحنى العلاقة درجة الحرارة المميزة مضان محددة مسبقا. تتميز طريقة مراقبة درجة الحرارة هذه المعتمدة على الألياف الضوئية الفلورية بمزايا فريدة في البيئات الطبية ذات التداخل الكهرومغناطيسي بسبب خصائص العزل الكهرومغناطيسي للألياف نفسها. علاوة على ذلك, the loss of fiber optic transmission signals is low, enabling long-distance transmission. The sensor’s optoelectronic components can also be placed far away from the temperature measurement site to avoid harsh environmental interference factors. فضلاً عن ذلك, the sensing method of fluorescence fiber optic temperature measurement technology often uses quartz fiber optic. In radiation temperature measurement, fiber optic replaces the spatial transmission optical path of conventional thermometers, making the interference factors such as dust, mist, and water vapor have little impact on the measurement results. علاوة على ذلك, fiber optic has small mass, small cross-section, and bendable transmission, which can measure the temperature of invisible working spaces and facilitate installation and use under special working conditions.

3、 حالة تطبيقية لمراقبة الألياف الضوئية الفلورية لدرجة حرارة جسم الإنسان في المجال الطبي

(1) مراقبة درجة الحرارة في ارتفاع حرارة الورم

أثناء ارتفاع حرارة الورم, مطلوب التحكم الدقيق في درجة حرارة أنسجة الورم. على سبيل المثال, يهدف فرط الحرارة بالموجات الدقيقة أو فرط الحرارة بالترددات الراديوية إلى تسخين الورم إلى نطاق درجة حرارة علاجي فعال مع تجنب الضرر المفرط للأنسجة الطبيعية المحيطة.. إذا كانت درجة حرارة الورم أقل من درجة حرارة العلاج, قد يعزز انتشار أنسجة الورم; إذا كانت درجة حرارة الورم مرتفعة جداً, قد يؤدي إلى تلف الأنسجة البشرية الطبيعية.
تلعب أجهزة استشعار درجة حرارة الألياف الضوئية الفلورية دورًا مهمًا في هذه العملية. المسبار غير موصل, والمسبار المصنوع من الزجاج والبوليمر مناسب تمامًا للتطبيقات ذات المجالات المغناطيسية القوية, أفران ميكروويف, وتيارات الترددات الراديوية, والتي يمكن أن تتجنب الجهد العالي المطبق على المريض مما يسبب صدمة كهربائية وتداخل كهرومغناطيسي في بيانات القياس. يمكن لأجهزة استشعار الألياف الضوئية الفلورية مراقبة التغيرات في درجة حرارة أنسجة الورم في الوقت الحقيقي وبدقة. يمكن للأطباء ضبط طاقة الخرج والمعلمات الأخرى لمعدات العلاج الحراري في الوقت المناسب بناءً على بيانات درجة الحرارة المراقبة, ضمان فعالية وسلامة العلاج الحراري.

(2) نظام مراقبة درجة حرارة الألياف الفلورية للعلاج الحراري لجسم الإنسان عبر الإنترنت (فجينو)

في مجال العلوم الطبية الحيوية, درجة حرارة جسم الإنسان هي معلمة فسيولوجية مهمة للغاية. The FJINNO system can perform real-time and non-destructive monitoring of the temperature of human cancerous tissues during microwave and radiofrequency hyperthermia. The system can monitor the trend of human temperature changes online and work in automatic temperature control mode. It has the ability to resist electromagnetic interference and can timely monitor alarm information. It can also operate normally in high magnetic field environments. This helps doctors better grasp the human body temperature during the thermal therapy process, in order to make more scientific treatment decisions.

（3） Application of multi-channel precise fiber optic temperature measurement in therapeutic microwave

During the microwave therapy process, a fluorescence fiber optic temperature measurement system can be used to detect real-time temperature information at the lesion site. And industrial computers can be used to control the output power of microwave output systems based on temperature information, forming a closed-loop control of temperature and output power. من ناحية, this ensures the microwave thermal therapy temperature at the lesion site, which is beneficial for improving the thermal therapy effect; على الجانب الآخر, to avoid adverse effects on patients caused by excessively high or low temperatures during the thermal therapy process. This multi-channel precise fiber optic temperature measurement method can meet the accurate monitoring needs of different parts or depths of tissue temperature in microwave therapy.

4、 How to solve the problem of fluorescence fiber monitoring human temperature under medical microwave electromagnetic interference

（1） Utilizing the inherent characteristics of fluorescent optical fibers

Advantages of electromagnetic insulation
The material and structural characteristics of fluorescent optical fibers determine their inherent electromagnetic insulation properties. In the medical microwave electromagnetic interference environment, this characteristic enables optical fibers to transmit temperature related optical signals without being affected by electromagnetic interference like traditional metal wires transmit electronic signals. على سبيل المثال, in the vicinity of microwave thermal therapy equipment, traditional electronic temperature sensors may generate induced currents due to microwave electromagnetic fields, مما يؤدي إلى نتائج قياس درجة الحرارة غير دقيقة, بينما يمكن لأجهزة استشعار الألياف الضوئية الفلورية أن تعمل بشكل طبيعي, ينقل بدقة إشارات الفلورسنت, وبالتالي تحقيق مراقبة دقيقة لدرجة حرارة جسم الإنسان.
مادة التحقيق والتصميم
التحقيق في مستشعر درجة حرارة الألياف الضوئية الفلورسنت مصنوعة من مواد غير موصلة للكهرباء مثل الزجاج والبوليمر. لا تولد هذه المواد تيارات مستحثة في بيئات الميكروويف, تجنب تأثير التداخل الكهرومغناطيسي على دقة قياس درجة الحرارة الناتج عن المسبار نفسه. علاوة على ذلك, يمكن تحسين تصميم المسبار وفقًا لمتطلبات المراقبة المختلفة, مثل الحجم يمكن أن يكون صغيرا جدا (يصل إلى 0.5 ملم كحد أدنى), مناسبة لسطح نوع الاتصال أو لقياس درجة الحرارة في الجسم الحي. عند مراقبة درجة حرارة جسم الإنسان, it can more accurately locate the parts that need to be measured, while reducing invasive effects on the human body.

（2） Adopting advanced demodulation technology

Based on fluorescence intensity ratio technology
Fiber optic temperature sensors based on fluorescence intensity ratio technology can improve anti-interference performance. This technology determines temperature by measuring the ratio of different fluorescence intensities, and is less sensitive to environmental interference (including medical microwave electromagnetic interference) compared to simply measuring fluorescence intensity. على سبيل المثال, in the presence of microwave interference, even if the absolute value of fluorescence intensity fluctuates due to interference, the intensity ratio may still remain relatively stable, accurately reflecting the temperature value. Through this method, it is possible to more reliably monitor human body temperature in complex medical electromagnetic environments.

（3） System integration and optimizatino

Closed loop control of temperature and power
In the process of medical microwave hyperthermia, a fluorescent fiber temperature measurement system is used to detect the temperature information of the lesion in real time, and then an industrial computer is used to control the output power of the microwave output system based on the temperature information, forming a closed-loop control of temperature and output power. This can ensure the accuracy of temperature monitoring and keep the thermal therapy temperature within an appropriate range in the presence of microwave electromagnetic interference. من ناحية, it ensures the thermal therapy effect, ومن ناحية أخرى, it avoids the problem of inaccurate temperature measurement caused by unstable microwave power or electromagnetic interference.
Multi channel monitoring and centralized display
The multi-channel fluorescent fiber temperature monitoring system can simultaneously monitor the temperature of multiple parts of the human body. And it can display these monitoring data centrally, مما يجعل من السهل على الطاقم الطبي فهم حالة درجة حرارة المريض بشكل شامل وفي الوقت المناسب. عند مواجهة التداخل الكهرومغناطيسي بالموجات الدقيقة في البيئات الطبية, يمكن للأنظمة متعددة القنوات تحسين موثوقية مراقبة درجة الحرارة من خلال التحليل الشامل ومقارنة البيانات. على سبيل المثال, إذا كانت بيانات قناة معينة مضطربة وغير طبيعية, ويمكن استخدام بيانات القنوات الأخرى كمرجع للمساعدة في تحديد حالة درجة الحرارة الحقيقية.

5、 التقدم التكنولوجي في مراقبة درجة حرارة الإنسان باستخدام الألياف الضوئية الفلورية في التداخل الكهرومغناطيسي الطبي بالموجات الدقيقة

(1) تحسين أداء المستشعر

دقة ودقة أعلى
With the development of technology, دقة القياس ودقة أجهزة استشعار درجة حرارة الألياف الضوئية الفلورسنت في بيئات التداخل الكهرومغناطيسي بالموجات الدقيقة الطبية تستمر في التحسن. على سبيل المثال, some new sensors can achieve a resolution of 0.02 درجة مئوية أو أعلى, which enables more accurate capture of small temperature changes when monitoring human body temperature. This high-precision measurement is crucial in medical applications such as tumor hyperthermia that require extremely strict temperature requirements. During microwave hyperthermia, temperature monitoring accurate to 0.02 يمكن أن يتحكم بدقة أكبر في درجة تسخين أنسجة الورم, تجنب تلف الأنسجة الطبيعية المحيطة, وتحسين فعالية علاج الأورام.
استقرار وموثوقية أفضل
تم تطبيق مواد وعمليات جديدة على تصنيع أجهزة استشعار درجة حرارة الألياف الفلورية, تحسين استقرار وموثوقية أجهزة الاستشعار تحت التداخل الكهرومغناطيسي الطبي للميكروويف. على سبيل المثال, يتم استخدام تقنيات التعبئة والتغليف الخاصة لحماية المواد الفلورية والألياف الضوئية من التلف أو تدهور الأداء أثناء الاستخدام طويل الأمد في بيئات الميكروويف. في نفس الوقت, من حيث تصميم أجهزة الاستشعار, تم تحسين هيكل المسبار وطريقة توصيل الألياف الضوئية لتقليل أخطاء القياس الناتجة عن التداخل الخارجي (بما في ذلك التداخل الكهرومغناطيسي بالموجات الدقيقة), enabling the sensor to work stably and reliably for a long time, and continuously and accurately monitor human body temperature.

（2） Multi functional integration and intelligent development

Multi functional integration
Modern fluorescent fiber temperature monitoring systems are beginning to integrate multiple functions. In addition to basic temperature monitoring functions, it may also integrate functions such as data storage and analysis. In the medical microwave electromagnetic interference environment, this multifunctional integration can better meet medical needs. على سبيل المثال, the system can automatically store temperature data of patients during thermal therapy and analyze this data to provide information such as temperature trends, providing more comprehensive basis for doctors’ diagnosis and treatment. في نفس الوقت, some systems may also integrate communication functions with other medical devices (مثل معدات العلاج الحراري بالميكروويف) لتحقيق عمل تعاوني أكثر ذكاءً.
التنمية الذكية
مع تطور الذكاء الاصطناعي وتكنولوجيا البيانات الضخمة, أنظمة مراقبة درجة حرارة الألياف الفلورية تتجه أيضًا نحو الذكاء. تحت التداخل الكهرومغناطيسي الطبي الميكروويف, يمكن للأنظمة الذكية تحديد وإزالة البيانات غير الطبيعية الناتجة عن التداخل تلقائيًا من خلال تعلم وتحليل كمية كبيرة من بيانات درجة الحرارة. على سبيل المثال, باستخدام خوارزميات التعلم الآلي, يمكن للنظام تحديد ما إذا كانت بيانات درجة الحرارة المراقبة حاليًا تتأثر بالتداخل الكهرومغناطيسي للميكروويف استنادًا إلى البيانات التاريخية وأنماط تغير درجة الحرارة العادية. إذا كان الأمر كذلك, ويمكن إجراء التصحيحات أو التذكيرات المقابلة للموظفين الطبيين. فضلاً عن ذلك, يمكن للأنظمة الذكية ضبط معلمات واستراتيجيات مراقبة درجة الحرارة تلقائيًا بناءً على الفروق الفردية واحتياجات العلاج للمرضى, تحسين دقة وفعالية مراقبة درجة الحرارة.

مستشعر درجة حرارة الألياف الضوئية, نظام مراقبة ذكي, الشركة المصنعة للألياف الضوئية الموزعة في الصين