Aplikasi Laser Doppler Velocimetry Sebagai Sensor Untuk Mengukur Kecepatan Aliran Darah

download Aplikasi Laser Doppler Velocimetry Sebagai Sensor Untuk Mengukur Kecepatan Aliran Darah

If you can't read please download the document

description

Aplikasi laser dopler

Transcript of Aplikasi Laser Doppler Velocimetry Sebagai Sensor Untuk Mengukur Kecepatan Aliran Darah

APLIKASI LASER DOPPLER VELOCIMETRY SEBAGAI SENSOR UNTUK MENGUKUR KECEPATAN ALIRAN DARAH

Saturki, Abdul Rahman, M.Rofiki Adli, Muhlisin, Zaenal Fatah, Didik Aribowo

Jurusan Teknik Elektro, Fakultas Teknik, Universitas Sultan Ageng Tirtayasa

[email protected], [email protected], [email protected],

[email protected], [email protected]

Abstak - Sebuah miniatur sensor serat optik laser Doppler velocimetry telah dikembangkan untuk mengukur kecepatan darah. Sinar laser yang dipancarkan dari ujung sensor dapat difokuskan pada jarak antara 0,1 dan 0,5 mm dari ujung sensornya. Akibatnya, sensor memiliki rasio yang cukup tinggi signal-to-noise untuk mengukur kecepatan lokal di hampir semua cairan buram, termasuk darah. Kepala sensor dimasukkan ke dalam jarum suntik atau tabung kateter. Dalam kasus yang pertama, itu dimasukkan pada sudut lapisan luar tubuh dan dipindai di kulit untuk mengukur distribusi kecepatan. Dalam kasus terakhir, itu sejalan paralel dengan aliran darah di tubuh. Untuk semua aliran darah manusia, distribusi kecepatan di tubuh dapat diukur sangat akurat. Sudut penyisipan serat ke dalam aliran secara signifikan mempengaruhi akurasi pengukuran; sudut sekitar 50 cocok ketika jarum suntik yang digunakan. Ketika kateter digunakan, arah penyisipan berlawanan dengan arah aliran lebih baik daripada sejajar dengan aliran karena generasi bangian belakang serat. Sehingga digunakan metode Laser doppler Velocimetry untuk pengukuran dengan akurasi tinggi ini.

Kata kunci : miniatur sensor, kecepatan darah, akurasi, sudut penyisipan, LDV (Laser Doppler

Velocimetry)

Abstract - A miniaturized fiber-optic laser Doppler velocimetry sensor has been developed to measure the local blood velocity in vivo. The laser beam emitted from the sensor tip can be focused at any distance between 0.1 and 0.5 mm from the tip. Consequently, the sensor has a sufficiently high signal-to-noise ratio to measure the local velocity in almost any opaque fluid, including blood. The sensor head is inserted in an injection needle or a catheter tube. In the former case, it is inserted at an angle to the wall of a vessel and is scanned across the vessel to measure the velocity distribution. In the latter case, it is aligned parallel with the flow in a vessel. For all flows of whole human blood, whole caprine blood, and 69% hematocrit of bovine blood, the velocity distribution across the vessel could be measured very accurately. The insertion angle of the fiber into the flow significantly affects the measurement accuracy; an angle of about 50 is suitable when an injection needle is used. When a catheter is employed, an insertion direction opposite to the flow direction is better than parallel to the flow due to the generation of a wake behind the fiber. So that the laser Doppler velocimetry method used for measurement with high accuracy.

Keywords: miniature sensors, blood velocity, accuracy, angle of insertion, LDV (laser

Doppler velocimetry)

I. PENDAHULUAN

1.1. Latar Belakang

Sensor serat optik menemukan peningkatan aplikasi di daerah mulai dari pemantauan kesehatan struktural untuk Biophotonic penginderaan. Sifat unik dari serat optik dan sensor struktur mendukung kemajuan seperti: kekebalan lengkap untuk medan elektromagnetik, tegangan tinggi, petir, operasi media peledak atau kimia agresif dan korosif (energi, minyak, gas); ringan, miniatur, fleksibel, rendah konduktivitas termal, bahan yang tahan terhadap suhu (high end dan suhu low-end), rendah-rugi, non-interfering sinyal transmisi, kemampuan untuk beroperasi jarak jauh (penginderaan jarak jauh), kemampuan multiplexing (jaringan sensor), dan struktur pengawasan dengan menanamkan dalam material komposit (struktur pintar).

Dalam masalah ini penulis menemukan beberapa contoh aktual penelitian, pengembangan teknologi ilmiah, dan aplikasi sensor serat optik: review tentang status serat kristal fotonik untuk aplikasi penginderaan; struktur resonator fiber Bragg kisi mengakibatkan semua-serat sensor sistem terinterogasi untuk mengukur akustik gelombang. penerapan serat optik plastik untuk penginderaan kebocoran bahan bakar di dalam tanah serta konsentrasi alkohol dalam minuman keras; Aplikasi laser Doppler velocimetry (LDV) untuk pengukuran profil kecepatan darah.

1.2. Tujuan Penulisan

Tujuan dari penulisan makah ini yaitu tentang Aplikasi laser doppler velocimetry sebagai sensor untuk mengukur kecepatan aliran darah adalah:

Mengetahui efektifitas penggunaan LDV sebagai sensor untuk mengukur kecepatan darah.Mengetahui jenis cahaya laser pada penggunaan LDV yang lebih optimal untuk digunakan sebagi sensor pengukur kecepatan aliran darah.Mengetahui sudut penyisipan yang ideal untuk input sensor yaitu serat optik ke pembulu darah.Mengetahui efektifitas penggunaan multi injeksi atau multi sensor pada pengukuran keceptan aliran darah.

1.3. Batasan Masalah

mengingat luasnya pembahsan dari penulisan makah ini yaitu tentang Aplikasi laser doppler velocimetry sebagai sensor untuk mengukur kecepatan aliran darah maka penulis mengambil pembahsan dengan fokus pada :

perancangan sensor berbasis LDV dengan menggunakan konsep sensor yang sudah ada.menggunakna data yang sudah ada sebagai acuan penentuan karakteristik darah yang dikukur.

II.TEORI DASAR

2.1 Laser

Laser adalah sebuah perangkat yang mengeluarkan cahaya melalui satu proses disebut emisi terangsang. Laser adalah kepanjangan dari LASER (Light Amplification by Stimulated Emission of Radiation - Pembesaran Cahaya oleh Pancaran Radiasi yang Terangsang).

Gambar 1. Proyeksi sinar laser

Laser merupakan sumber optik yang memancarkan foton dalam sinar koheren. Cahaya laser biasanya monokromatik, misalnya, memiliki panjang gelombang tunggal atau warna, dan dipancarkan dalam pancaran halus. Ini berbeda dengan sumber cahaya biasa, seperti mentol, yang memancarkan photon yang dapat dilihat semua arah, biasanya mencangkupi panjang gelombang spektrum elektromagnetik yang luas. Laser dapat dipahami melalui penggunaan teori mekanika kuantum dan termodinamika. Kata kerja "to lase" berarti "untuk meghasilkan cahaya jelas (coherent)" atau mungkin "untuk memotong atau merawat dengan cahaya tampak", dan merupakan pembentukan dasar istilah laser.

2.2 Doppler

Efek Doppler, dinamakan mengikuti tokohfisika,Christian Andreas Doppler, adalah perubahanfrekuensiataupanjang gelombangdari sebuah sumbergelombangyang diterima oleh pengamat, jika sumber suara/gelombang tersebut bergerak relatif terhadap pengamat/pendengar. Untuk gelombang yang umum dijumpai, seperti gelombangsuarayang menjalar dalam medium udara, perhitungan dari perubahan frekuensi ini, memerlukankecepatanpengamat dan kecepatan sumber relatif terhadap medium di mana gelombang itu disalurkan. Rumus ini ada dua, dimana yang satu tidak di pengaruhi oleh angin, dan yang satu lagi dipengaruhi oleh angin.

Rumus:

(1)

di mana,

adalah frekuensi pengamat (reaciver).

adalah frekuensi sumber.

adalah kecepatan Rambat gelombang.

adalah kecepatan sumber gelombang relatif terhadap medium; positif jika pengamat menjauhi sumber gelombang/suara, negatif jika pengamat mendekati sumber gelombang/suara.

adalah kecepatan pengamat (receiver) relatif terhadap medium; positif jika sumber mendekati pengamat, negatif jika sumber menjauhi pengamat.

2.3Laser Doppler Velocimetry

Dengan perkembangan laser helium-neon (He-Ne) di Bell Telephone Laboratories pada tahun 1962, masyarakat optik telah tersedia sumber gelombang radiasi elektromagnetik yang terus menerus sangat terkonsentrasi pada panjang gelombang 632,8 nanometer (nm), di bagian merah dari spektrum yang terlihat. Pengukuran aliran fluida itu segera ditampilkan dapat dibuat dari efek Doppler pada balok Dia-Ne tersebar oleh bola polystyrene sangat kecil entrained dalam cairan.

Pada Laboratorium Penelitian Brown Engineering Company (kemudian Teledyne Brown Engineering), fenomena ini digunakan dalam mengembangkan pertama flowmeter Doppler laser menggunakan pemrosesan sinyal heterodyne.

Instrumen tersebut segera disebut velocimeter Laser Doppler (LDV) dan teknik laser Doppler velocimetry, juga disingkat LDV. Nama aplikasi lainnya adalah Laser Doppler anemometry (LDA). Aplikasi LDV awal berkisar antara pengukuran dan pemetaan knalpot dari mesin roket dengan kecepatan hingga 1.000 m / s untuk menentukan aliran dalam arteri darah dekat permukaan. Berbagai instrumen serupa yang dikembangkan untuk pemantauan permukaan padat, dengan aplikasi mulai dari mengukur kecepatan produk di lini produksi kertas dan baja pabrik, untuk mengukur frekuensi getaran dan amplitudo permukaan.

Laser Doppler Velocimetry adalah metode mapan untuk menganalisis gerakan partikel pada satu titik, baik dalam gas atau cairan. Informasi ini biasanya dikumpulkan dengan menggunakan dua berpotongan sinar laser collimated. Balok berpotongan dan mencampuri wilayah untuk analisis. Partikel-partikel yang melewati daerah ini memantulkan cahaya dan dari data ini adalah mungkin untuk mengukur pergeseran Doppler dan karena kecepatan partikel.

Gambar 2. Skema dasar laser doppler velocimetry

Sumber laser cocok untuk aplikasi seperti harus memiliki panjang koherensi panjang, beroperasi modus membujur tunggal, dan memiliki kekuatan yang baik dan stabilitas kebisingan. Cobolt CW DPSS laser sehingga sangat cocok untuk aplikasi tersebut. Selain itu, berbagai Cobolt tentang laser DPSS juga mencakup panjang gelombang yang lebih pendek, seperti 355nm, yang dapat digunakan untuk memberikan informasi tambahan tentang ukuran partikel.

Prinsip dasar operasi LDV

Dalam bentuk yang paling sederhana dan paling saat ini digunakan, LDV melintasi dua berkas sinar laser collimated, monokromatik, dan koheren dalam aliran fluida yang diukur. Kedua balok biasanya diperoleh dengan memisahkan balok tunggal, sehingga memastikan koherensi antara keduanya. Laser dengan panjang gelombang dalam spektrum terlihat (390-750 nm) yang umum digunakan; ini biasanya He-Ne, Argon ion, atau dioda laser, yang memungkinkan jalur balok untuk diamati.

Sebuah transmisi optik berfokus balok berpotongan di pinggang mereka (titik fokus sinar laser), di mana mereka mengganggu dan menghasilkan satu set pinggiran lurus. Sebagai partikel (baik alami atau induksi) entrained dalam lulus cairan melalui pinggiran, mereka memantulkan cahaya yang kemudian dikumpulkan oleh optik menerima dan fokus pada photodetector (biasanya sebuah fotodioda longsoran).

Cahaya yang dipantulkan berfluktuasi dalam intensitas, frekuensi yang setara dengan pergeseran Doppler antara kejadian dan cahaya tersebar, dan dengan demikian sebanding dengan komponen kecepatan partikel yang terletak pada bidang dua sinar laser. Jika sensor sejalan dengan aliran sehingga pinggiran tegak lurus terhadap arah aliran, sinyal listrik dari photodetektor maka akan sebanding dengan kecepatan partikel penuh. Dengan menggabungkan tiga perangkat (misalnya, Dia-Ne, Argon ion, dan laser diode) dengan panjang gelombang yang berbeda, semua komponen kecepatan tiga aliran dapat diukur secara simultan.

Bentuk lain dari LDV, terutama digunakan dalam perkembangan perangkat awal, memiliki pendekatan yang sama sekali berbeda dengan interferometer. Sensor ini juga membagi sinar laser menjadi dua bagian; satu (balok pengukuran) difokuskan ke dalam aliran dan yang kedua (balok referensi) melewati luar aliran. Sebuah optik menerima menyediakan jalur yang memotong balok pengukuran, membentuk volume kecil. Partikel melewati buku ini akan menghamburkan cahaya dari sinar pengukuran dengan pergeseran Doppler; sebagian cahaya ini dikumpulkan oleh optik penerima dan ditransfer ke photodetektor. Balok referensi juga dikirim ke photodetektor mana heterodyne deteksi optik menghasilkan sinyal listrik proporsional dengan pergeseran Doppler, dimana partikel kecepatan komponen tegak lurus terhadap bidang balok dapat ditentukan.

Pengaturan serupa menggunakan heterodyning optik juga digunakan dalam sensor laser Doppler untuk mengukur kecepatan linier padatan dan untuk mengukur getaran permukaan; sensor terakhir ini biasanya disebut Doppler vibrometer laser, juga disingkat LDV.

Aplikasi LDV

Dalam dekade sejak LDV yang pertama kali diperkenalkan, telah terjadi berbagai sensor laser Doppler dikembangkan dan diterapkan.

a. Penelitian laju aliran

Doppler Laser velocimetry sering dipilih lebih dari bentuk lain dari pengukuran aliran karena peralatan bisa berada di luar aliran yang diukur dan karena itu tidak berpengaruh pada arus. Beberapa aplikasi khas adalah sebagai berikut:

Angin percobaan kecepatan terowongan untuk aerodinamika pengujian pesawat, rudal, mobil, truk, kereta api, dan bangunan dan struktur lainnya

Pengukuran kecepatan arus air (penelitian hidrodinamika umum, desain lambung kapal, mesin berputar, arus pipa, aliran saluran, dll). Injeksi bahan bakar dan penelitian semprot di mana ada kebutuhan untuk mengukur kecepatan dalam mesin atau melalui nozel

Penelitian lingkungan (penelitian pembakaran, dinamika gelombang, rekayasa pesisir, pemodelan pasang surut, hidrologi sungai, dll).

Salah satu kelemahan sensor LDV tergantung jangkauan-; mereka harus dikalibrasi teliti dan jarak di mana mereka mengukur harus didefinisikan secara tegas. Pembatasan jarak ini baru-baru ini setidaknya sebagian diatasi dengan sensor baru yang berkisar independen.

b. Aplikasi medis

Laser Doppler velocimetry digunakan dalam penelitian hemodinamik sebagai teknik untuk mengukur sebagian aliran darah dalam jaringan manusia seperti kulit. Dalam lingkungan klinis, teknologi ini sering disebut sebagai Laser Doppler flowmetry (LDF).

Sinar dari laser berdaya rendah (biasanya dioda laser) menembus kulit cukup untuk tersebar dengan pergeseran Doppler oleh sel-sel darah merah dan kembali ke terkonsentrasi pada detektor. Pengukuran ini berguna untuk memantau efek olahraga, terapi obat, lingkungan, atau manipulasi fisik pada daerah pembuluh darah berukuran mikro yang ditargetkan.

Laser Doppler vibrometer sedang digunakan dalam Otology klinis untuk pengukuran membran timpani (gendang telinga), maleus (palu), dan prostesis kepala perpindahan dalam merespon suara masukan dari 80- 100-dB tingkat suara-tekanan. Ia juga memiliki potensi untuk digunakan dalam ruang operasi untuk melakukan pengukuran prostesis dan stapes (sanggurdi) perpindahan.

c. Getaran dan akustik

Laser Doppler velocimetry efektif dalam mengukur getaran permukaan melalui refleksi dari sinar laser dari permukaan bergetar. Teknologi, disesuaikan dengan menyertakan kemampuan pemindaian (untuk menyediakan pengukuran getaran melalui array poin), telah digunakan untuk mengukur generasi getaran dan propagasi untuk motor ultrasonik dan akustik dan ultrasonik mikrofluida. Hebatnya, adalah mungkin untuk mengukur deformasi gelombang kapiler serta menggunakan vibrometer laser yang Doppler.

d. Mouse komputer

Laser Doppler velocimetry telah digunakan dalam mouse komputer laser. [14] Keuntungan termasuk konsumsi daya yang rendah, dan kemampuan untuk melacak pada sebagian besar permukaan, termasuk permukaan sifat khusus seperti kaca, di mana gambar-sensor tradisional berbasis optical mouse gagal untuk memperkirakan gerak.

e. Navigasi

Otonomi Landing Hazard Penghindaran Teknologi yang digunakan di NASA Project Morpheus pendarat bulan untuk secara otomatis menemukan tempat pendaratan yang aman berisi velocimeter Doppler LIDAR yang mengukur ketinggian kendaraan dan kecepatan.

Kelebihan LDV

Ramah lingkunganSangat akuratTidak ada kalibrasiKecepatan transfer data tinggi

Kekurangan LDV

peralatan mahalTeknik pengukuran titik tunggalPengambilan data yang tidak kondusif jika dekat dengan dinding

III.METODELOGI

3.1. Fiber-Optic LDV Sistem

Lensa Cembung seperti fiber yang dibuat oleh etsa kimia. Secara khusus, multimode serat kuarsa dengan indeks bias dinilai telah terukir dalam larutan air hidrogen fluorida dan amonium fluoride. Konsentrasi larutan, waktu etsa, dan Suhu etsa dikendalikan untuk mendapatkan yang diinginkan jari-jari kelengkungan untuk permukaan lensa seperti serat tip (lihat Gambar 3).

---------- 5um----------

Gambar 3. Kandungan kimia serat optik. (HF: NH4F: H2O= 1: 7: 5, T = 5.0 h).

Serat optik terukir di bawah optimal kondisi digunakan untuk menghasilkan sistem LDV serat optik untuk mengukur kecepatan darah lokal (lihat Gambar 4).

Sistem ini menggunakan sinar referensi. Sebuah monokromatik sinar dari laser helium-neon ( =632.8nm; daya: 25mW) yang tegak lurus terpolarisasi (polarized S) setelah melewati piring setengah gelombang tercermin oleh beam terpolarisasi splitter (PBS). Sinar yang dipantulkan difokuskan oleh lensa di ujung serat optik (Sumitomo Electric Industries, Ltd, EG-5; inti diameter: 50 m; cladding diameter: 125 m, NA = 0,21).

Gambar 4. Diagram skematik sistem LDV fiber optik.

Sinar laser melewati melalui serat optik dan dipancarkan dari cembung akhir serat lensa seperti. Ini menyatu pada titik fokus di mana volume pengukuran terbentuk, karena intensitas adalah dimaksimalkan pada saat itu.

Perhitungan optik Ray berdasarkan gambar mikroskop dari permukaan ujung serat memprediksi bahwa sinar laser dalam serat optik akan berkumpul di kejauhan sekitar L = 220 m dari ujung serat.

Oleh karena itu, Volume pengukuran (balok pinggang, d0: 3,3 m; fokus mendalam, l0: 37 pm) terbentuk. Intensitas cahaya pada titik fokus adalah sekitar 160 kali lebih tinggi daripada cahaya insiden pada serat. Ketika hamburan partikel, seperti, eritrosit melewati titik fokus, mereka menyebarkan cahaya insiden dan pergeseran frekuensi oleh efek Doppler. Back-tersebar cahaya yang dikumpulkan oleh serat yang sama, sedangkan paralel terpolarisasi (P-terpolarisasi) cahaya yang terdiri dari cahaya tersebar dan cahaya sebagian tercermin pada akhir serat, yang berfungsi sebagai lokal osilator, melewati PBS. Melapiskan tersebar dan cahaya osilator lokal menghasilkan gangguan heterodyne. Cahaya terdeteksi oleh tabung photomultiplier (PMT; Hamamatsu Photonics K.K., R1477-06).

Sinyal Doppler terdeteksi oleh heterodyne interferometri diproses oleh spektrum analyzer komersial (SA) dan dicatat oleh XY perekam. Puncak di setiap spektrum diambil sebagai Frekuensi Doppler. Ketika puncak yang jelas tidak diamati dalam spektrum, kecepatan yang baik tidak diukur atau diatur ke nol. Probe sensor dimasukkan ke dalam cairan miring pada sudut antara sumbu serat dan arah aliran. Itu hubungan antara frekuensi Doppler dan aliran kecepatan diberikan oleh

(2)

n adalah indeks bias fluida kerja.

3.2. In-Vitro Sirkulasi Circuit Flow.

Gambar 5. Diagram skematik dari Model sistem aliran

Gambar 5 menunjukkan diagram skematik setup eksperimental untuk invitro sirkulasi aliran sirkuit. Sirkuit ini terdiri dari tertutup lingkaran dan memiliki reservoir, pompa tabung, tangki kepatuhan untuk menghapus denyutan aliran fl, dan tabung karet silikon (diameter bagian: 6 mm; diameter luar: 8 mm, panjang: 1 m) untuk menghasilkan berkembang dengan baik aliran medan.

Sistem adalah digunakan sebagai sistem kardiovaskular Model. Volumetrik Tingkat fl ow dan bekerja fl suhu cairan yang diukur dengan sebuah fl owmeter elektromagnetik (EMF) dan termokopel masing-masing.

3.3. Fiber-Optic LDV Metode Penyisipan Probe.

Dua penyisipan Metode yang digunakan untuk memperkenalkan fi ber-optic LDV menyelidiki ke titik pengukuran (Gambar 6).

(a) sistem injeksi laser

(b) Sistem injeksi kateter

Gambar 6. Diagram skematik LDV sistem penyelidikan injeksi

Metode pertama menggunakan jarum penyisipan dengan diameter luar 0,5 mm. Fi ber-optic sensor penyelidikan adalah miring dimasukkan ke bagian tes, dan itu dipindahkan sepanjang jarum menggunakan tahap micromotion geser untuk mengukur kecepatan pro fi le dalam tabung.

Sebelum pengukuran, frekuensi Doppler diukur pada pusat tabung untuk mengevaluasi kemampuan pengukuran, dan sensor Probe dipindahkan sepanjang diameter tabung untuk fi nd tempat di dinding tabung di mana tidak ada puncak yang jelas dalam spektral gelombang. Setelah mendeteksi posisi sensor, kecepatan distribusi di tabung diukur.

Metode kedua untuk mengaktifkan probe sensor menjadi digunakan dalam aplikasi klinis, seperti, perangkat intervensi. Dalam metode ini, fi sensor ber-optik didirikan dalam kateter. Sebuah kateter untuk intervensi kardiovaskular pengobatan digunakan untuk memperkenalkan ujung ber fi ke titik pengukuran.

Kateter ini (Wilson-Cook Medis Inc, 3.5-Fr; diameter luar: 1.17 mm), yang dirancang untuk menghilangkan benda asing dalam aplikasi klinis, dimasukkan baik hulu (= 180) atau downstream ( = 0) dari bagian uji. Ujung serat optik dengan lipat Ni-Ti bingkai kawat itu ditekan tabung kateter ke titik pengukuran, dan frame diperpanjang untuk fi x probe di pusat tabung.

IV.HASIL DAN PEMBAHSAN

4.1.Pengukuran profil kecepatan di aliran darah manusia

Kecepatan aliran darah manusia utuh dan suspensi pigmen putih, yang digunakan sebagai semiopaque dan fluida buram dalam studi sebelumnya, diukur dalam pembuluh darah Model menggunakan penyelidikan serat fiber. Sebuah serat optik dengan ujung lensa seperti cembung (terukir menggunakan rasio konsentrasi volumetrik dari solusi berikut yaitu dengan HF: NH4:F: H2O = 1: 7: 5 (lihat Gambar 7).

(a) Sensor serat optik meruncing dengan prinsip kerja LVD

(b) Jalur cahaya pada penyinaran fiber optik di PBS

Gambar 7. Gambaran partikel cahaya pada ujung serat optik sebagai sensor LDV

Sebuah konsentrat sel darah merah dalam manitol-adeninephosphate solusi (yang disediakan oleh Palang Merah Jepang Osaka Blood Center) diencerkan dengan fosfat-bu ff Ered saline (PBS) untuk memberikan H = 45%, yang sama dengan bahwa darah seluruh manusia. Sudut penyisipan ditetapkan untuk = 80 ct dan tingkat aliran fl melalui pembulu model 0.2, 0.4, dan 0.6 L / min digunakan. Karena plasma darah sebagian besar terdiri dari air (sekitar 93% volume), plasma dianggap memiliki indeks bias mirip dengan PBS.

Oleh karena itu, indeks bias saline digunakan untuk memperkirakan volume pengukuran. Perhitungan optik ray menggunakan gambar mikroskop dari permukaan fi ujung ber memprediksi bahwa sinar laser dari ujung fi ber lensa seperti akan bertemu di jarak 220 m dari ujung dalam PBS dengan bias yang indeks 1.333 dan untuk panjang fokus pada 220 m. Untuk mencegah penurunan ke fi ber diameter dan Kekuatan selama etsa kimia ketika fabrikasi lensa seperti ujung fi ber cembung, dinding samping fi ber yang dilapisi dengan photoresist (Tokyo Ohka Kogyo Co Ltd, OFPR800).

Gambar 8. Profil Model kecepatan di pembuluh darah

Gambar 8 menunjukkan kecepatan pro fi les diukur dalam pembulu model pada volumetrik suatu aliran tingkat Q = 0.4 l / min.TheverticalaxisinFigure6 menunjukkan fungsi kepadatan probabilitas (PDF) dari waktu rata-rata- D (MHz).

Sinyal Doppler sedangkan sumbu horisontal menunjukkan frekuensi. Garis-garis vertikal rusak pada Gambar 6 menunjukkan Doppler yang frekuensi sesuai dengan aksial aliran kecepatan, yang

dihitung dari hubungan antara volumetrik aliran Tingkat dan parabola kecepatan profil aliran darah. Kurva parabola pada Gambar 9 menunjukkan kecepatan pro fi les untuk Poiseuille flow dihitung dari volumetrik flow rate. Garis tebal dan putus-putus adalah teoritis kecepatan pro fi les dalam tabung dengan diameter 6,0 dan 5,1 mm, masing-masing, dan titik-titik lingkaran ganda menunjukkan air

kecepatan aliran pro fi les diukur dengan menggunakan modus dual beam (pinggiran-type) sistem LDV.

Hasil ini jelas menunjukkan bahwa rasio signal-to-noise dari sinyal Doppler menurun dengan meningkatnya aliran volumetrik tingkat. Penurunan ini dianggap disebabkan oleh perubahan dalam pola aliran fl sebagai perubahan aliran fl dari menjadi laminar menjadi bergolak. Meskipun penurunan ini dalam sinyal-tonoise rasio, frekuensi dominan sesuai dengan Pergeseran Doppler diamati sebagai puncaknya pada semua frekuensi spektrum yang diperoleh dalam penelitian ini.

4.2. Pengaruh Laser Panjang gelombang dan Konsentrasi Darah pada Akurasi Pengukuran

Penelitian ini menggunakan helium-neon laser sebagai sumber cahaya monokromatik untuk sistem LDV. Namun, cahaya dengan panjang gelombang dalam kisaran 700-1200 nm dapat dengan mudah menembus jaringan hidup.

Dalam studi sebelumnya di mana kita mengukur transmitansi optik seluruh darah, kami menemukan bahwa cahaya dengan panjang gelombang 830 dan 632,8 nm dari normal-potong ujung fi ber membusuk di intensitas 13,5 dan 2,5%, masing-masing, pada jarak L =220 nm dari ujung fiber. Karena fiber ini memiliki kedua transmisi dan menerima komponen optik dan cahaya tersebar dari partikel (misalnya, sel darah merah) dikumpulkan oleh satelit ber-optik fi yang sama, maksimum intensitas cahaya yang dikumpulkan oleh fi ber diharapkan jadi, masing-masing, 1,8% (LD: = 830 nm) dan 0,06% (He-Ne: = 632,8 nm) dari cahaya dari ujung fi ber. Ini akan menjadi effect hasil pengukuran kecepatan. Oleh karena itu, effek dari proyek konsentrasi darah dan panjang gelombang ketergantungan dari Sistem LDV.

Gambar 9. Profil kecepatan aliran darah dalam pembuluh

Gambar 9 menunjukkan hasil kecepatan profile pengukuran. Hasil ini menunjukkan bahwa komponen alas kebisingan di spektrum frekuensi sedikit lebih rendah untuk heliumneon yang Laser daripada untuk dioda laser. Namun, panjang gelombang selisih tidak muncul ke hasil. Hal ini dianggap berasal dari untuk perbedaan-perbedaan antara sampel darah dan heliumneon yang sinar laser yang lebih koheren daripada laser diode balok.

Di kedua panjang gelombang, puncaknya diamati di setiap spektrum yang diperoleh. Selain itu, ini fi ber-optic sistem LDV bisa mengukur kecepatan aliran fl darah terkonsentrasi tinggi (69% hematokrit). Kecepatan diukur pro fi les masing-masing aliran darah yang sedikit lebih bulat di tengah tabung dari kecepatan parabola pro fi le.

Aliran cahaya di tengah tabung dikenal sebagai plug parsial aliran dan diamati dalam untuk non-Newtonian aliran. Hasil di atas menunjukkan bahwa fiber ber-optik sensor LDV dapat mengukur aliran darah kecepatan sampel darah dengan konsentrasi yang lebih tinggi dari Seluruh tubuh.

4.3. Pengaruh dari sudut Penyisipan pada Akurasi Pengukuran.

Untuk menentukan pergeseran frekuensi yang dihasilkan effek Doppler, vektor kecepatan aliran harus memiliki paralel komponen untuk balok insiden laser.

Oleh karena itu, dalam studi sebelumnya, kita dimasukkan probe sensor diagonal ke kerja cairan. Namun, e ff ect dari sudut penyisipan pada akurasi pengukuran sistem kateter LDV belum ditentukan. Oleh karena itu, pengaruh dari penyisipan sudut pada keakuratan pengukuran diteliti di penelitian ini. Kecepatan aliran diukur dengan menggunakan kateter dan jarum LDV sistem untuk berbagai sudut penyisipan dalam suspensi pigmen putih, yang merupakan Model darah.

Gambar 10. Hubungan antara sudut injeksi dan rasio kesalahan pengukuran kecepatan

Gambar 10 menunjukkan hubungan antara volumetrik Tingkat fl ow dan rasio kesalahan (didefinisikan sebagai rasio dari diukur kecepatan di tengah tabung untuk teoritis kecepatan yang diperoleh dari volumetrik tingkat aliran fl) untuk berbagai penyisipan sudut ketika konsentrasi pigmen putih C = 10 g / L.

Gambar 11. sinyal Doppler diperoleh dengan menggunakan kateter LDV.

Gambar 11 menunjukkan contoh spektrum yang diperoleh dari sinyal Doppler menggunakan sistem kateter LDV. Itu garis patah vertikal dan panah di setiap spektrum menunjukkan parameter yang sama seperti di atas. Bila white Konsentrasi pigmen lebih rendah dari C = 24 g / L, yang jelas Puncak diamati pada spektrum yang diperoleh dengan menggunakan kateter Sistem LDV saat = 180 ; itu hampir sama dengan kecepatan teoritis dihitung dari tingkat aliran.

Sebaliknya, ketika sudut penyisipan adalah = 0. puncak frekuensi di spektrum menghilang ketika C = 10 g / L dan frekuensi Doppler yang diperoleh jauh lebih rendah dari frekuensi yang diperkirakan sesuai dengan aksial kecepatan dalam tabung. Hal ini dianggap karena titik pengukuran terletak di bangun fl ow dihasilkan oleh lapisan batas aliran dalam fi ber. Pengukuran akurasi dari sistem jarum LDV berkurang ketika sudut penyisipan dekat dengan 90 .

Hasil ini menunjukkan bahwa pengaturan kesalahan sudut penyisipan sebuah proyek-ff frekuensi-tovelocity konversi menggunakan (1). Sudut penyisipan optimal

yang dianggap = 50 dan 180 untuk jarum

dan sistem kateter LDV, masing-masing. Kateter LDV Sistem adalah metode penyisipan disukai saat menggunakan ini sensor dalam aplikasi klinis. Kami selanjutnya dilakukan aliran darah pengukuran menggunakan sensor kateter LDV.

4.4. Pengukuran Aliran Darah dengan Karakter System LDV

Ujung sensor sistem kateter LDV adalah selaras hulu, dan bekerja fluida dari seluruh darah dan darah caprine (H = 40%) digunakan. Di percobaan ini, konsentrasi darah bervariasi antara 30 dan 69% dengan menambahkan PBS. Kerja cairan adalah dipompa melalui sirkuit (lihat Gambar 5).

Gambar 11. efek sumber cahaya berlainan dan rasio kesalahan ukur dari kecepatan untuk sistem kateter LDV.

Gambar 11 menunjukkan efek menggunakan sumber cahaya berlainan dan rasio kesalahan dari kecepatan pengukuran untuk sistem LDV kateter. Kebanyakan kecepatan diukur dalam penelitian adalah dalam beberapa persen dari nilai-nilai teoritis sepanjang sumbu tabung. Namun, kecepatan diukur untuk darah caprine aliran (40% hematokrit) menggunakan laser diode sekitar 3-15% lebih rendah dari nilai teoritis sepanjang sumbu tabung.

Sejak komponen alas kebisingan di setiap spektrum yang lebih tinggi untuk laser diode daripada laser helium-neon, Hasil ini menunjukkan bahwa koherensi laser menaikkan intensitas sinyal. Hal ini menunjukkan bahwa koherensi cahaya adalah faktor penting ketika mengukur kecepatan aliran darah menggunakan transmisi cahaya. Sehingga, akurasi pengukuran lebih tinggi.

V.KESIMPULAN

Sebuah Laser Doppler fiber optik dengan sistem velocimetr ber-optik dikembangkan menggunakan lensa ber-optik dengan cembung seperti sebagai pemancar cahaya. Teknologi Fiber optic dengan Sistem LDV digunakan untuk mengukur kecepatan aliran fluida buram dan semiopaque, termasuk pigmen putih suspensi, darah manusia utuh, dan Seluruh darah caprine. Kinerja sistem ini dievaluasi dan hasil yang diperoleh sebagai berikut :

Distribusi kecepatan di pembulu bisa sangat akurat diukur untuk mengalir cahaya (akurasi 69%).Sumber cahaya (laser He-Ne dan dioda laser) memiliki sedikit efek pada akurasi pengukuran. Sudut penyisipan fiber optik ke aliran darah memberikan efek yang signikan pada akurasi pengukuran; sudut penyisipan ideal sekitar 50.Untuk sistem LDV kateter, arah penyisipan terhadap aliran darah lebih baik dengan satu penyisipan karena adanya efek dari ujung fiber yang disispkan pada sudut pengukuran.

DAFTAR PUSTAKA

http://downloads.hindawi.com/journals/specialissues/289070.pdf" http://downloads.hindawi.com/journals/specialissues/289070.pdf (di akses 22/11/14 14:30 )http://en.wikipedia.org/wiki/Laser_Doppler_velocimetry (di akses 22/11/14 14:30)http://allaboutoptics14.blogspot.com/2013/03/laser-dan-prinsip-kerjanya.html (di akses 22/11/14 14:30 )http://en.wikipedia.org/wiki/Laser_Doppler_velocimetry (di akses 22/11/14 14:30)http://www2.cscamm.umd.edu/programs/trb10/presentations/LDV.pdf (di akses 22/11/14 14:30 )

BIODATA PENULIS

1.Nama: SATURKI

NIM: 3332111222

e-mail: [email protected]

2.Nama: ABDUL RAHMAN

NIM: 3332110924

e-mail: [email protected]

3.Nama: M ROFIKI ADLI

NIM: 3332110932

e-mail: [email protected]

4.Nama: MUHLISIN

NIM: 3332111408

e-mail: [email protected]

5.Nama: ZAENAL FATAH

NIM: 3332110146

e-mail: [email protected]