De ruggengraat of wervelkolom (of de wervelkolom) kan worden onderverdeeld in vier hoofdcurven. Door de vormen van deze rondingen kan ons lichaam het gewicht goed verdelen in verschillende posities en omstandigheden, zoals bij het zitten of bukken. Door bepaalde misvormingen van de wervelkolom kunnen deze krommingen echter aanzienlijk afwijken, wat kan leiden tot chronische pijn of ernstige handicaps.

Als gevolg hiervan moeten artsen de kromming van deze wervelkolomcurven goed meten om potentieel schadelijke aandoeningen in een vroeg stadium te diagnosticeren. De traditionele manier om dit te doen is om röntgenfoto's te maken van de ruggengraat van de patiënt en de kromming van elke sectie te berekenen, handmatig of met behulp van beeldanalysesoftware. Helaas heeft deze aanpak enkele nadelen:het is tijdrovend en vatbaar voor zowel menselijke als machinefouten. Bovendien is röntgenstraling schadelijk voor ons lichaam, dus het is het beste om radiografische onderzoeken tot een minimum te beperken.

Rekening houdend met dit probleem, hebben onderzoekers zich verdiept in verschillende soorten systemen en sensoren om de kromming van de wervelkolom te meten. Deze alternatieve technieken zijn gevarieerd, met motion capture-systemen zoals Vicon en Kinect, traagheidssensoren of optische sensoren. Ze hebben echter een gemeenschappelijke beperking:ze kunnen geen nauwkeurige kwantitatieve metingen leveren die essentieel zijn voor artsen om problemen met de kromming van de wervelkolom te diagnosticeren.

Om dit probleem aan te pakken, ontwikkelden onderzoekers van de Universiteit van Tabriz in Iran een nieuw type sensor op basis van optische vezels. Zoals uitgelegd in hun paper gepubliceerd in Optical Engineering , optische vezelsensoren bieden veel voordelen, waaronder lage kosten, hoge gevoeligheid en kleine afmetingen. Deze sensoren zijn al gebruikt om de kromming van constructies en robotarmen te bewaken. Maar het meten van zowel de grootte als de richting van de kromming van de wervelkolom vormt een extra uitdaging - een uitdaging die het team heeft overwonnen door middel van innovatief ontwerp.

In de voorgestelde optische vezelsensor zijn er drie vezelkernen waar het ingangslicht doorheen gaat. Het werkingsprincipe van de sensor is gebaseerd op het concept van wat "golflengtemodulatie" wordt genoemd. Simpel gezegd, wanneer een optische vezel wordt gebogen, verandert de structuur van het materiaal van de vezelkern, waardoor de dichtheid verandert. Dit wijzigt op zijn beurt de brekingsindex van de kern en de golflengte van het uitgangslicht verandert afhankelijk van hoeveel de vezel is gebogen. Door kalibratietabellen te maken, kan de grootte van de kromming van de wervelkolom worden geschat op basis van het verschil tussen de golflengten van het ingangs- en uitgangslicht in een enkele kern.

Maar hoe meet deze sensor zowel de richting van de kromming als de grootte? Het antwoord ligt in de relatieve positie van de drie vezelkernen, die een asymmetrische geometrie creëren. Met andere woorden, elk van de vezelkernen wordt iets anders gebogen wanneer de sensor tegen de ruggengraat van de patiënt wordt geplaatst. Door de golflengten van het uitgangslicht van de twee buitenste vezelkernen te vergelijken, is het mogelijk om de richtingscomponent van de buiging te berekenen.

"Over het algemeen is een van de uitdagingen bij het ontwerpen van een sensor de outputrelatie van de sensor met de waarde die hij waarneemt. Een ongewenste situatie zou de niet-lineaire relatie tussen het gemeten item en de output zijn. De best mogelijke voorwaarde is de lineaire vorm", zegt Somayeh Makouei, een van de auteurs van het artikel. "Een belangrijk voordeel van de voorgestelde vezel is dat het lineaire resultaten laat zien in de output. En ook is de lengte van de curve die wordt gemeten een van de beperkingen in de krommingsmeetsensoren, vooral in optische. De voorgestelde vezel heeft geen eventuele beperkingen op de lengte van de te meten curve."

In vergelijking met een andere driekernige optische vezelsensor die in een eerdere studie werd gerapporteerd, bood de nieuwe sensor een aanzienlijk hogere gevoeligheid van ongeveer 1,22 picometer per meter in alle rotatierichtingen. Bovendien was de nieuwe sensor intrinsiek beter bestand tegen stroomschommelingen in de lichtbron - een probleem dat op intensiteitsmodulatie gebaseerde sensoren ernstig belemmert.

Over het algemeen zou de nieuwe optische vezelsensor de weg kunnen banen voor een nieuwe methode om de kromming van de verschillende delen van de wervelkolom te meten. We kunnen hopen op verder onderzoek en ontwerpverbeteringen om te leiden tot een handig en betrouwbaar hulpmiddel voor artsen om te gebruiken. + Verder verkennen

Op polymeer gebaseerde optische vezel voor visualisatie van materiaalspanning