2011, Volume 17, Issue 3

Światłowodowy czujnik czynności oddechowej oraz rytmu serca

Łukasz Dziuda¹, Mariusz Krej¹, Jarosław Lewandowski¹, Krzysztof Różanowski¹, Franciszek Skibniewski¹
-------------------------------------------------------------------------------------------------
¹Zakład Bioinżynierii Lotniczej, Wojskowy Instytut Medycyny Lotniczej


Autor korenspondencyjny: Łukasz Dziuda; Zakład Bioinżynierii Lotniczej, Wojskowy Instytut Medycyny Lotniczej; email: ldziuda[at]wiml.waw.pl

Full text

Streszczenie

Wstęp.W artykule zaprezentowano koncepcję, przykład wykonania oraz rezultaty badań laboratoryjnych światłowodowego czujnika podstawowych czynności życiowych. Idea czujnika została oparta na światłowodowych siatkach Bragga, znanych przede wszystkim jako tensometry optyczne wykorzystywane do precyzyjnych pomiarów naprężeń występujących w strukturach skrzydeł samolotów lub masztów statków morskich – konstrukcjach szczególnie narażonych na oddziaływania sił zewnętrznych. Metoda.Zdolności pomiarowe światłowodowych siatek Bragga zaadaptowano w obszarze medycyny przez skonstruowanie urządzenia pozwalającego na monitorowanie drgań ciała powodowanych takimi czynnościami życiowymi, jak oddychanie oraz rytm serca. Urządzenie składa się z siatki Bragga wpisanej w światłowód jednomodowy i pracującej na centralnej długości fali o wartości ok. 1550 nm (III okno transmisyjne), wbudowanej wewnątrz pneumatycznej poduszki umieszczanej między oparciem fotela a plecami monitorowanej osoby. Odkształcania poduszki, stąd również siatki Bragga, są proporcjonalne do drgań ciała osoby opartej o poduszkę. Wyniki.Badania laboratoryjne wykazały, iż odpowiednia obróbka i analiza sygnału pochodzącego z czujnika umożliwia ekstrakcję informacji o czynności oddechowej oraz czynności serca. Sensor pozwala na uzyskanie naprężeń na elemencie pomiarowym opartym na FBG rzędu 16,5-24,8 μstrain powodowanych oddychaniem oraz ok. 8,3 μstrain wywołanych rytmem serca. Takie wartości naprężeń są w pełni mierzalne przez współczesne systemy interrogacji. Wnioski.Nieskomplikowana budowa czyni sensor łatwym w implementacji, np. w fotelach lotniczych i samochodowych dla celów monitorowania stanu fizjologicznego pilotów oraz kierowców

Słowa kluczowe

częstość oddechu, częstość skurczów serca, FBG, pomiar naprężeń, system interrogacji, światłowodowe siatki Bragga, breathing rate, FBG, fiber Bragg gratings, heart rate, interrogation system, strain measurement