La columna vertebral o la columna vertebral (o la columna vertebral) se puede dividir en cuatro curvas principales. Las formas de estas curvas permiten que nuestro cuerpo distribuya correctamente el peso en diferentes posiciones y condiciones, como al sentarse o agacharse. Sin embargo, ciertas malformaciones de la columna pueden hacer que estas curvas se desvíen significativamente, lo que puede provocar dolor crónico o discapacidades graves.

Como resultado, los médicos deben medir adecuadamente la curvatura de estas curvas de la columna vertebral para diagnosticar condiciones potencialmente dañinas en una etapa temprana. La forma tradicional de hacer esto es tomar imágenes de rayos X de la columna del paciente y calcular la curvatura de cada sección, ya sea manualmente o usando un software de análisis de imágenes. Desafortunadamente, este enfoque tiene algunas desventajas:requiere mucho tiempo y es propenso a errores tanto humanos como mecánicos. Además, la radiación de rayos X es dañina para nuestros cuerpos, por lo que es mejor mantener los exámenes radiográficos al mínimo.

Tomando nota de este problema, los investigadores han profundizado en diferentes tipos de sistemas y sensores para medir la curvatura de la columna. Estas técnicas alternativas son variadas e involucran sistemas de captura de movimiento como Vicon y Kinect, sensores de inercia o sensores ópticos. Sin embargo, comparten una limitación común:no pueden proporcionar mediciones cuantitativas precisas esenciales para que los médicos diagnostiquen problemas en la curvatura de la columna.

Para abordar este problema, investigadores de la Universidad de Tabriz en Irán desarrollaron un nuevo tipo de sensor basado en fibras ópticas. Como se explica en su artículo publicado en Optical Engineering , los sensores de fibra óptica ofrecen muchas ventajas, incluido el bajo costo, alta sensibilidad y tamaño pequeño. Estos sensores ya se han utilizado para monitorear la curvatura de estructuras y brazos robóticos. Pero medir tanto la magnitud como la dirección de la curvatura de la columna presenta un desafío adicional, que el equipo superó mediante un diseño innovador.

En el sensor de fibra óptica propuesto, hay tres núcleos de fibra a través de los cuales viaja la luz de entrada. El principio de funcionamiento del sensor se basa en el concepto de lo que se denomina "modulación de longitud de onda". En pocas palabras, cuando se dobla una fibra óptica, la estructura del material del núcleo de la fibra cambia, alterando su densidad. A su vez, esto modifica el índice de refracción del núcleo y la longitud de onda de la luz de salida cambia dependiendo de cuánto se haya doblado la fibra. Mediante la construcción de tablas de calibración, la magnitud de la curvatura de la columna se puede estimar en función de la diferencia entre las longitudes de onda de la luz de entrada y salida en un solo núcleo.

Pero, ¿cómo mide este sensor la dirección de la curvatura y la magnitud? La respuesta está en la posición relativa de los tres núcleos de fibra, que crean una geometría asimétrica. En otras palabras, cada uno de los núcleos de fibra se dobla un poco diferente cuando el sensor se coloca contra la columna del paciente. Al comparar las longitudes de onda de la luz de salida de los dos núcleos de fibra más externos, es posible calcular el componente direccional de la flexión.

"En general, uno de los desafíos de diseñar un sensor es la relación de salida del sensor con el valor que está detectando. Una situación indeseable sería la relación no lineal entre el elemento medido y la salida. La mejor condición posible es la lineal. forma", dijo Somayeh Makouei, una de las autoras del artículo. "Una ventaja significativa de la fibra propuesta es que muestra resultados lineales en la salida. Y también, la longitud de la curva que se mide es una de las limitaciones en los sensores de medición de curvatura, especialmente en los ópticos. La fibra propuesta no tiene cualquier limitación en la longitud de la curva que se va a medir".

En comparación con otro sensor de fibra óptica de tres núcleos informado en un estudio anterior, el nuevo sensor ofrecía una sensibilidad sustancialmente mayor de aproximadamente 1,22 picómetros por metro en todas las direcciones de rotación. Además, el nuevo sensor era intrínsecamente más resistente a las fluctuaciones de potencia en la fuente de luz, un problema que dificulta gravemente los sensores basados ​​en modulación de intensidad.

En general, el nuevo sensor de fibra óptica podría allanar el camino para un nuevo método de medición de la curvatura de las diferentes secciones de la columna vertebral. Podemos esperar más investigaciones y mejoras de diseño para conducir a una herramienta conveniente y confiable para que la usen los médicos. + Explora más

Fibra óptica basada en polímeros para la visualización de la tensión del material