عنوان

طراحی کرنش سنج پزشکی با استفاده از سنسورهای فیبر نوری مدرن چنذدلاایه ای

‭۱۳۱۵۳پ‬

per

طراحی کرنش سنج پزشکی با استفاده از سنسورهای فیبر نوری مدرن چنذدلاایه ای

/فاطمه ماکوئی

: برق و کامپیوتر

چاپی

کارشناسی ارشد

مهندسی پزشکی - بیوالکتریک

‮‭۱۳۹۴/۰۵/۲۵‬

تبریز

در طی دهه‌های اخیر به‌تبع رشد و پیشرفت حاصل در صنعت فیبر نوری و الکترونیک نوری، سنسورهای فیبر نوری همچون سایر محصولات نوری دستخوش تغییرات فراوانی شده‌اند .فیبرهای نوری بیش از ‮‭۵۰‬ سال است که وارد حیطه‌ی اندازه‌گیری شده‌اند و با برتری‌هایی غیرقابل چشم‌پوشی نسبت به سنسورهای الکتریکی و مکانیکی موجب افزایش سرعت و دقت در عملیات اساسی اندازه‌گیری گردیده‌اند .پزشکی نیز همچون سایر زمینه‌ها متأثر از فناوری مدرن بوده و اهمیت مقوله‌ی اندازه‌گیری در پزشکی منجر به تلاش محققان و صاحب‌نظران برای دستیابی به وسایل و تجهیزات سنجش با کار آیی مطلوب و متناسب با علم روز گردیده است .امروزه با گرایش نسل جدید سنسورهای پزشکی به سمت سنسورهای فیبر نوری، ویژگی‌های مناسب این سنسورها برای به‌کارگیری در داخل بدن هرروز بیش‌ازپیش بر محققین آشکار می‌گردد .کسب اطلاعات معتبر از پاسخ بافت‌ها و اندام‌های مختلف بدن به کرنش محوری ناشی از اعمال نیروی خارجی و یا نیروهای بین عضلات منجر به دستیابی به مدل‌های تحلیلی مناسبی از مکانیک بدن می‌شود .جهت طراحی پروتزها و وسایل ورزشی در دست داشتن اطلاعات کرنشی درون بدن ضروری است .همچنین ارزیابی مشکلات حرکتی و تشخیص بیماری‌های عضلانی-اسکلتی و تعیین روند فیزیوتراپی مستلزم در اختیار داشتن پایگاه داده‌ای معتبر و با دقت بالا از کرنش‌های اعمالی به نقاط مختلف بدن است .در این پایان‌نامه با تمرکز بر ساختار فیبرهای نوری تک مد با مشخصه‌ی ضریب شکست پله‌ای تک لایه و مدرن چندلایه، پاسخ فیبرهای نوری به کرنش محوری بررسی شده و ساختاری مناسب و جدید برای این فیبرها به‌عنوان کرنش‌سنج پزشکی ارائه شده است .در حالت کلی، کرنش اعمالی می‌تواند در اثر وارد شدن یک نیروی خارجی و یا در اثر تغییرات دمایی ایجاد شده باشد .با انتخاب قطر میدان مد ‮‭(MFD)‬در فیبرهای نوری به‌عنوان پارامتر غیرمستقیم سنسور و با بیشینه نمودن حساسیت سنسور به کرنش اعمالی، ساختاری مناسب برای فیبر نوری تک لایه و چندلایه پیشنهاد داده شده است .حساسیت دمایی کم محاسبه شده برای ساختارهای پیشنهادی ویژگی بسیار مطلوبی در سنسورهای طراحی شده است .عملکرد موفقیت‌آمیز یک سیستم نوری به‌صورت مستقیم بستگی به انتخاب پارامترهای فیبر نوری دارد .هریک از پارامترهای ساختاری فیبر نوری نقش متفاوتی در نحوه‌ی تغییرات ‮‭MFD‬ نسبت به کرنش اعمالی دارند .با توجه به فضای وسیع موجود برای جواب، جهت مدیریت این پارامترها و دستیابی به بهترین مقادیر ممکن برای آن‌ها، از ابزار بهینه‌سازی الگوریتم ژنتیکی و تعریف تابع هزینه‌ی مناسب برای سیستم بهره گرفته شده است

In recent decades, following the growth and advancements in optoelectronic and fiber optic industry, analogous to other optical products, fiber optic sensors have faced various alterations. Optical fibers have entered the measurement field since more than 50 years ago and with indispensable superiorities compared to electrical and mechanical sensors, have led to boost in pace and accuracy in fundamental measurement task. Biomedical, same as other fields has been affected by modern technology and the prominence of measurement issue in medical has been resulted in the experts and researchers' attempt to access measurement devices with favorable performance according to the latest science. Today, through attitude of new generation medical sensors towards fiber optic sensors, researchers are enlightened about appropriate characteristics of these sensors for in vivo use more than before. The valid data acquisition of the axial strain response of tissues and diverse body parts, caused by external forces or intramuscular forces, lead to proper analytical models of the body biomechanics. In order for prosthesis and sport equipment design acquirement of in vivo strain information is on demand. Moreover, monitoring of the motion problems and identification of musculoskeletal diseases and determination of physiotherapy process requires precise and valid data base of applied strain to diverse parts of the body.In this thesis, focusing on single mode single layer step index fiber structure and modern multilayer optical fibers, the axial strain response of the optical fibers is investigated and appropriate and novel structure as a medical strain gauge is presented. Generally, the induced strain could be as a result of the external force or temperature variation. Through the selection of the mode field diameter (MFD) in the optical fiber as the indirect parameter of the sensor, maximizing the sensor sensitivity to applied strain, suitable fiber structures for single layer and multilayer optical fibers are nominated. The low thermal sensitivity evaluated for proposed structures is a desirable feature of the designed sensors. The successive function of an optical system is directly related to the determination of the fiber optic parameters. Each of the structural parameters of the optical fiber affect the MFD alteration due to applied strain, differently. Considering the extensive answer space, for management of the parameters and attaining the optimal values for them, the optimization tool of the genetic algorithm and an appropriate cost function is utilized

ماکوئی، فاطمه

استاد راهنما

استاد مشاور

سیاه و سفید

نمایه‌سازی قبلی