Как работает пьезоэлектрический преобразователь ультразвукового кардиомонитора плода? ​

Основной технический принцип чипа пьезоэлектрического преобразователя
Точная работа ультразвукового кардиомонитора плода заключается в механизме преобразования энергии чип пьезоэлектрического преобразователя . Являясь ключевым компонентом, соединяющим электронные сигналы и акустические сигналы, чип реализует двунаправленное преобразование энергии на основе пьезоэлектрического эффекта. При вводе электрического сигнала пьезоэлектрический материал внутри чипа генерирует механическую вибрацию за счет обратного пьезоэлектрического эффекта, излучая тем самым ультразвуковые волны определенной частоты; а когда на чип воздействуют звуковые волны, отраженные сердцем плода и окружающими тканями, положительный пьезоэлектрический эффект преобразует механическую вибрацию в узнаваемый электрический сигнал. Этот процесс преобразования представляет собой основное звено мониторинга сердца плода, обеспечивает возможность неинвазивного обнаружения и поддерживает стабильность передачи сигнала благодаря присущим свойствам материала. Излучение высокочастотных звуковых волн и прием эха образуют замкнутый контур. Чип косвенно отражает закон биения сердца плода, фиксируя периодические изменения эхо-сигнала, предоставляя исходные акустические данные для последующего расчета сердечного ритма. ​
Влияние пьезоэлектрических материалов на работу микросхем преобразователей ​
Производительность микросхем пьезоэлектрических преобразователей во многом зависит от характеристик выбранных пьезоэлектрических материалов. Материалы, используемые в сценариях мониторинга сердца плода, должны обладать как высокой чувствительностью, так и низкими шумовыми характеристиками. Высокая чувствительность гарантирует, что чип может улавливать слабые эхо-сигналы сердцебиения плода, особенно когда положение плода варьируется или срок беременности ранний, и сигнал все еще можно распознать; Низкие шумовые характеристики уменьшают интерференционный сигнал, генерируемый собственной вибрацией материала, и позволяют избежать загрязнения исходного сигнала сердца плода. Такие материалы обычно имеют стабильные пьезоэлектрические константы и механическую добротность. В условиях температуры и влажности мониторинга беременности они могут поддерживать постоянство физических свойств и не приводят к снижению эффективности преобразования сигнала из-за колебаний внешних условий. Не менее важна биосовместимость материалов. Хотя чип не контактирует напрямую с телом человека, все устройство после упаковки должно соответствовать стандартам медицинской безопасности. Химическая стабильность самого материала может снизить потенциальные риски безопасности. ​
Основная функция чипов-преобразователей в мониторинге сердца плода
В процессе мониторинга сердца плода пьезоэлектрические преобразователи играют двойную роль: захват сигнала и его предварительная обработка. Высокочастотные звуковые волны, которые он излучает, имеют характеристики направленного распространения, которые могут проникать через брюшную стенку и ткани матки беременных женщин, точно фокусироваться на области сердца плода и уменьшать рассеяние помех окружающих тканей на звуковых волнах. Когда звуковые волны сталкиваются с активными интерфейсами, такими как открытие и закрытие сердечных клапанов и сокращение миокарда, эхо-сигнал будет вызывать регулярные изменения частоты. Чип преобразует акустический сигнал в электрический сигнал, распознавая это изменение. По сравнению с обычными датчиками, чип, предназначенный для мониторинга сердца плода, имеет целенаправленную оптимизацию фильтрации сигналов, которая может автоматически фильтровать ненужные сигналы, такие как пульсация сосудов матери и дыхательные движения, и выделять характерную частоту сигнала сердца плода. Эта возможность выборочного распознавания позволяет последующему модулю расчета сердечного ритма анализировать на основе более точных исходных данных, тем самым повышая надежность результатов мониторинга. ​
Соображения клинической безопасности при проектировании чипов​
Особенности мониторинга сердца плода требуют, чтобы чипы пьезоэлектрических датчиков были интегрированы в конструкцию многочисленных соображений клинической безопасности. Мощность ультразвуковой передачи чипа должна строго контролироваться в пределах порога безопасности, который должен обеспечивать достаточную способность обнаружения и избегать потенциального воздействия высокочастотных звуковых волн на развитие плода. Этот баланс достигается за счет оптимизации эффективности преобразования энергии материала при одновременном снижении мощности передачи и сохранении эффекта мониторинга за счет улучшения чувствительности приема. В процессе упаковки чипов также уделяется особое внимание безопасности. Упаковочные материалы медицинского назначения должны обладать дезинфекционной стойкостью и антивозрастными свойствами, чтобы гарантировать отсутствие выделения вредных веществ при длительном использовании и многократной дезинфекции. Диапазон рабочих температур чипа ограничен диапазоном толерантности человеческого тела, что позволяет избежать передачи тепла, выделяемого в результате длительной работы, на часть мониторинга, обеспечивая физическую безопасность беременных женщин и плода.