A coluna vertebral ou coluna vertebral (ou coluna vertebral) pode ser dividida em quatro grandes curvas. As formas dessas curvas permitem que nossos corpos distribuam adequadamente o peso em diferentes posições e condições, como quando sentado ou curvado. No entanto, certas malformações da coluna podem fazer com que essas curvas se desviem significativamente, o que pode levar a dores crônicas ou deficiências graves.
Como resultado, os médicos precisam medir adequadamente a curvatura dessas curvas da coluna para diagnosticar condições potencialmente prejudiciais em um estágio inicial. A maneira tradicional de fazer isso é tirar imagens de raios-X da coluna do paciente e calcular a curvatura de cada seção, manualmente ou usando um software de análise de imagem. Infelizmente, essa abordagem tem algumas desvantagens:é demorada e propensa a erros humanos e de máquina. Além disso, a radiação de raios X é prejudicial ao nosso corpo, por isso é melhor manter os exames radiográficos no mínimo.

Tomando nota dessa questão, os pesquisadores investigaram diferentes tipos de sistemas e sensores para medir a curvatura da coluna. Essas técnicas alternativas são variadas, envolvendo sistemas de captura de movimento como Vicon e Kinect, sensores inerciais ou sensores ópticos. No entanto, eles compartilham uma limitação comum:não podem fornecer medições quantitativas precisas, essenciais para os médicos diagnosticarem problemas na curvatura da coluna.

Para resolver esse problema, pesquisadores da Universidade de Tabriz, no Irã, desenvolveram um novo tipo de sensor baseado em fibras ópticas. Conforme explicado em seu artigo publicado em Engenharia Óptica , os sensores de fibra óptica oferecem muitas vantagens, incluindo baixo custo, alta sensibilidade e tamanho pequeno. Esses sensores já foram usados ​​para monitorar a curvatura de estruturas e braços robóticos. Mas medir a magnitude e a direção da curvatura da coluna vertebral apresenta um desafio adicional – um que a equipe superou por meio de um design inovador.

No sensor de fibra óptica proposto, existem três núcleos de fibra através dos quais a luz de entrada viaja. O princípio de funcionamento do sensor é baseado no conceito do que é chamado de "modulação de comprimento de onda". Simplificando, quando uma fibra óptica é dobrada, a estrutura do material do núcleo da fibra muda, alterando sua densidade. Por sua vez, isso modifica o índice de refração do núcleo e o comprimento de onda da luz de saída muda dependendo de quanto a fibra foi dobrada. Ao construir tabelas de calibração, a magnitude da curvatura da coluna pode ser estimada com base na diferença entre os comprimentos de onda da luz de entrada e saída em um único núcleo.

Mas como esse sensor mede a direção da curvatura, bem como a magnitude? A resposta está na posição relativa dos três núcleos de fibra, que criam uma geometria assimétrica. Em outras palavras, cada um dos núcleos de fibra é dobrado de forma um pouco diferente quando o sensor é colocado contra a coluna do paciente. Ao comparar os comprimentos de onda da luz de saída dos dois núcleos de fibra mais externos, é possível calcular o componente direcional da flexão.

"Em geral, um dos desafios de projetar um sensor é a relação de saída do sensor com o valor que ele está detectando. Uma situação indesejável seria a relação não linear entre o item medido e a saída. A melhor condição possível é a linear formulário", disse Somayeh Makouei, um dos autores do artigo. "Uma vantagem significativa da fibra proposta é que ela apresenta resultados lineares na saída. E também, o comprimento da curva medida é uma das restrições nos sensores de medição de curvatura, principalmente nos ópticos. quaisquer limitações no comprimento da curva que deve ser medida."

Quando comparado com outro sensor de fibra óptica de três núcleos relatado em um estudo anterior, o novo sensor ofereceu uma sensibilidade substancialmente maior de cerca de 1,22 picômetros por metro em todas as direções de rotação. Além disso, o novo sensor era intrinsecamente mais resistente a flutuações de energia na fonte de luz – um problema que dificulta severamente os sensores baseados em modulação de intensidade.

No geral, o novo sensor de fibra óptica pode abrir caminho para um novo método de medição da curvatura das diferentes seções da coluna vertebral. Podemos esperar por mais pesquisas e melhorias de design para levar a uma ferramenta conveniente e confiável para os médicos usarem. + Explorar mais

Fibra óptica à base de polímero para visualização da tensão do material