Abstract Optical fiber based sensors capable of measuring temperature distribution over a given length are particularly attractive in the biomedical field, especially in the case of real-time monitoring of minimally invasive hyperthermal treatments of tumors, such as laser ablation, given their intrinsic multiplexing along a single fiber span and the unique properties of optical fibers in terms of flexibility, size and electromagnetic compatibility. The paper compares two sensing approaches: one is based on an array of Bragg gratings inscribed in the core of a single-mode fiber, the other detects Rayleigh backscattering from an unmodified single-mode fiber using coherent optical frequency domain reflectometry. Following an introduction, which describes the most distinctive features of the two approaches, the paper presents three comparative experiments, each devised to highlight a peculiar aspect of the sensors. In the first experiment the sensors are exposed to various constant temperature distributions to evaluate the uniformity of the readings along the fiber length. In the second experiment, a known temperature profile is generated through an ad hoc setup to evaluate the actual capability of the two approaches to reconstruct the temperature distribution. Finally, in the third experiment the two sensors are employed in a simulated tumor laser ablation procedure to measure the temperature distribution in the irradiated area. Both sensors provide results whose error, mainly due to cross sensitivity between temperature and strain, is acceptable for the considered biomedical application.

中文翻译：

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使用光纤进行肿瘤高温治疗的温度监测：分布式和准分布式技术的比较

摘要 能够测量给定长度上的温度分布的基于光纤的传感器在生物医学领域特别有吸引力，特别是在实时监测肿瘤的微创高温治疗（如激光消融）的情况下，鉴于其固有的多路复用单光纤跨度以及光纤在灵活性、尺寸和电磁兼容性方面的独特性能。该论文比较了两种传感方法：一种基于刻在单模光纤纤芯中的布拉格光栅阵列，另一种使用相干光频域反射法检测来自未经修改的单模光纤的瑞利背向散射。在介绍之后，介绍了这两种方法最显着的特点，本文介绍了三个对比实验，每个实验都旨在突出传感器的一个特殊方面。在第一个实验中，传感器暴露在各种恒定温度分布中，以评估沿光纤长度读数的均匀性。在第二个实验中，通过临时设置生成已知的温度分布，以评估两种方法重建温度分布的实际能力。最后，在第三个实验中，两个传感器用于模拟肿瘤激光消融程序，以测量照射区域的温度分布。两种传感器提供的结果的误差，主要是由于温度和应变之间的交叉敏感性，对于所考虑的生物医学应用来说是可以接受的。每个设计都旨在突出传感器的一个特殊方面。在第一个实验中，传感器暴露在各种恒定温度分布中，以评估沿光纤长度读数的均匀性。在第二个实验中，通过临时设置生成已知的温度分布，以评估两种方法重建温度分布的实际能力。最后，在第三个实验中，两个传感器用于模拟肿瘤激光消融程序，以测量照射区域的温度分布。两种传感器提供的结果的误差，主要是由于温度和应变之间的交叉敏感性，对于所考虑的生物医学应用来说是可以接受的。每个设计都旨在突出传感器的一个特殊方面。在第一个实验中，传感器暴露在各种恒定温度分布中，以评估沿光纤长度读数的均匀性。在第二个实验中，通过临时设置生成已知的温度分布，以评估两种方法重建温度分布的实际能力。最后，在第三个实验中，两个传感器用于模拟肿瘤激光消融程序，以测量照射区域的温度分布。两种传感器提供的结果的误差，主要是由于温度和应变之间的交叉敏感性，对于所考虑的生物医学应用来说是可以接受的。在第一个实验中，传感器暴露在各种恒定温度分布中，以评估沿光纤长度读数的均匀性。在第二个实验中，通过临时设置生成已知的温度分布，以评估两种方法重建温度分布的实际能力。最后，在第三个实验中，两个传感器用于模拟肿瘤激光消融程序，以测量照射区域的温度分布。两种传感器提供的结果的误差，主要是由于温度和应变之间的交叉敏感性，对于所考虑的生物医学应用来说是可以接受的。在第一个实验中，传感器暴露在各种恒定温度分布中，以评估沿光纤长度读数的均匀性。在第二个实验中，通过临时设置生成已知的温度分布，以评估两种方法重建温度分布的实际能力。最后，在第三个实验中，两个传感器用于模拟肿瘤激光消融程序，以测量照射区域的温度分布。两种传感器提供的结果的误差，主要是由于温度和应变之间的交叉敏感性，对于所考虑的生物医学应用来说是可以接受的。已知的温度分布是通过特殊设置生成的，以评估两种方法重建温度分布的实际能力。最后，在第三个实验中，两个传感器用于模拟肿瘤激光消融程序，以测量照射区域的温度分布。两种传感器提供的结果的误差，主要是由于温度和应变之间的交叉敏感性，对于所考虑的生物医学应用来说是可以接受的。已知的温度分布是通过特殊设置生成的，以评估两种方法重建温度分布的实际能力。最后，在第三个实验中，两个传感器用于模拟肿瘤激光消融程序，以测量照射区域的温度分布。两种传感器提供的结果的误差，主要是由于温度和应变之间的交叉敏感性，对于所考虑的生物医学应用来说是可以接受的。