【学术科研】徐伟:基于光纤干涉仪的非侵入式体征状态监测研究
2023年04月17日13时33分    阅读:2501
供稿单位 / 科技产业处

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徐伟,博士,讲师,入选姑苏紧缺人才计划。2010年本科毕业于苏州大学电子信息科学与技术专业,2013年硕士毕业于华南师范大学光学专业。2022年博士毕业于中国科学院大学光学专业。在新加坡国立大学苏州研究院及香港理工大学深圳研究院从事基础研究工作,深度参与先进技术落地。与香港理工大学、复旦大学、苏州大学、武汉邮电科学研究院、海军特色医学中心、苏州大学附属第二医院等长期保持密切合作。

徐伟博士长期从事光纤传感、数字信号处理、人工智能诊断等研究。在IEEE Sensors Journal、IEEE Photonics Technology Letters、Optical Fiber Technology等国际期刊,以及CLEO-PR、ACP、PA、OECC、ICOCN等国际会议发表SCI/EI学术论文近40篇,授权发明专利7项。作为主要成员,获得2014年第三届中国创新创业大赛生物医药团队组冠军及优秀团队荣誉。(Google Scholar:https://scholar.google.com/citations?hl=zh-CN&user=YGQ82qIAAAAJ)

近期主要围绕非侵入式体征监测状态展开研究。代表性工作如下:

一、基于薄膜压电的高性能非侵入式体征监测传感器

提出一种基于薄膜压电辅助的新型集成光纤马赫-曾德尔干涉仪,利用两种不同杨氏模量材料分别封装马赫-曾德尔双臂,实现高性能非侵入式体征参数监测。干涉仪如图1所示,研究不同驱动电压峰值和驱动频率对相位调制深度的影响,实现了对不同体位不同样本情况下心跳、呼吸、体动等体征参数的实时监测。研究表明,提出的基于相位载波生成的非侵入式体征监测装置可以无失真实现相位解调(如图2所示),整体性、一致性、重复性、可靠性较好,体征监测误差满足中国二类医疗器械标准,有望在临床上实现应用。相关工作发表在IEEE Sensors Journal 2022, 22(3), 2151-2159。

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图1 集成光纤马赫-曾德尔干涉仪结构:(a)结构示意图(b)传感器实物图(c)压电薄膜实物图

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图2 基于相位载波生成的相位恢复

二、基于零差解调的高保真冲击信号恢复技术及无袖带血压监测应用

传统光纤干涉仪输出光强会随相位差Δφ变化而引起严重失真。当Δφ在0附近变化时,输出光强会出现压缩并伴随严重的失真,而当Δφ在正交点附近变化时,输出光强则没有失真。基于此,提出了一种利用可调谐VCSEL激光器和闭环控制系统设计的全光有源零差解调系统,有效解决了输出光强失真问题。图3为全光零差解调系统装置示意图,包括VCSEL激光器、马赫-曾德尔干涉仪、微处理器、两个光电探测器、1个1×2 3dB光纤耦合器、1个2×2 3dB耦合器。系统研究了VCSEL激光器工作波长范围对零差解调系统的影响以及无袖带血压监测模型的构建方法。研究表明,系统可以实现人体心冲击(BCG)信号的高保真恢复(如图4所示),实现高精度心率以及血压变化趋势的监测,可望应用在无体感血压监测上。相关工作发表在IEEE Sensors Journal 2022, 22(8), 7798-7807。

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图3 基于VCSEL激光器的光纤马赫-曾德尔干涉零差解调系统

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图4 高保真心冲击信号曲线图

(红色:未使用闭环相位控制;蓝色:使用闭环相位控制)

(韩志达/供稿 洪学鹍/审核 南木/编辑)