Cum funcționează cipul transductor piezoelectric al monitorului cardiac fetal cu ultrasunete? ​

Principiul tehnic de bază al cipului traductorului piezoelectric
Funcționarea precisă a monitorului cardiac fetal ultrasonic constă în mecanismul de conversie a energiei cip traductor piezoelectric . Fiind o componentă cheie care conectează semnalele electronice și semnalele acustice, cipul realizează conversie bidirecțională a energiei pe baza efectului piezoelectric. La intrarea semnalului electric, materialul piezoelectric din interiorul cip generează vibrații mecanice datorită efectului piezoelectric invers, emițând astfel unde ultrasonice de o anumită frecvență; iar când undele sonore reflectate de inima fetală și de țesuturile din jur acționează asupra cipului, efectul piezoelectric pozitiv transformă vibrația mecanică într-un semnal electric recunoscut. Acest proces de conversie constituie legătura de bază a monitorizării inimii fetale, asigură fezabilitatea detectării neinvazive și menține stabilitatea transmisiei semnalului prin proprietățile inerente ale materialului. Emisia undelor sonore de înaltă frecvență și recepția ecourilor formează o buclă închisă. Cipul reflectă indirect legea bătăilor inimii fetale prin captarea modificărilor periodice ale semnalului de eco, furnizând datele acustice originale pentru calculul ulterioar al ritmului cardiac. ​
Influența materialelor piezoelectrice asupra performanței cipurilor traductoarelor
Performanța cipurilor traductoarelor piezoelectrice depinde în mare măsură de caracteristicile materialelor piezoelectrice selectate. Materialele utilizate în scenariile de monitorizare a inimii fetale trebuie să îndeplinească atât caracteristici de sensibilitate ridicată, cât și zgomot redus. Sensibilitatea ridicată asigură că cipul poate capta ecourile slabe ale bătăilor inimii fetale, mai ales când poziția fetală este variabilă sau vârsta gestațională este precoce, iar semnalul poate fi încă recunoscut; caracteristicile de zgomot redus reduc semnalul de interferență generat de vibrația proprie a materialului și evită contaminarea semnalului inimii fetale inițiale. Astfel de materiale au de obicei constante piezoelectrice stabile și factori de calitate mecanici. În mediul de temperatură și umiditate al monitorizării sarcinii, acestea pot menține consistența proprietăților fizice și nu vor determina scăderea eficienței conversiei semnalului din cauza fluctuațiilor condițiilor externe. Biocompatibilitatea materialelor este la fel de importantă. Deși cipul nu intră direct în contact cu corpul uman, întregul dispozitiv după ambalare trebuie să îndeplinească standardele de siguranță medicală. Stabilitatea chimică a materialului în sine poate reduce potențialele riscuri de siguranță. ​
Funcția de bază a cipurilor traductoarelor în monitorizarea inimii fetale
În procesul de monitorizare a inimii fetale, cipurile transductoare piezoelectrice joacă rolul dublu de captare a semnalului și procesare preliminară. Undele sonore de înaltă frecvență pe care le emite au caracteristici de propagare direcțională, care pot pătrunde în peretele abdominal și țesutul uterin al femeilor însărcinate, se concentrează cu precizie pe zona inimii fetale și pot reduce interferența de împrăștiere a țesuturilor înconjurătoare asupra undelor sonore. Atunci când undele sonore întâlnesc interfețe active, cum ar fi deschiderea și închiderea valvelor cardiace și contracția miocardului, semnalul eco va produce modificări regulate de frecvență. Cipul transformă semnalul acustic într-o formă de undă a semnalului electric prin detectarea acestei schimbări. În comparație cu senzorii obișnuiți, cipul conceput pentru monitorizarea inimii fetale a vizat optimizarea în filtrarea semnalului, care poate filtra automat semnale irelevante, cum ar fi pulsația vasculară maternă și mișcarea respiratorie, și evidențiază frecvența caracteristică a semnalului cardiac fetal. Această capacitate de recunoaștere selectivă permite modulului de calcul al ritmului cardiac ulterior să analizeze pe baza unor date originale mai pure, îmbunătățind astfel fiabilitatea rezultatelor monitorizării. ​
Considerații de siguranță clinică în proiectarea cipurilor
Particularitatea monitorizării inimii fetale necesită ca cipurile transductoare piezoelectrice să fie integrate în proiectarea mai multor considerente de siguranță clinică. Puterea de transmisie ultrasonică a cipului trebuie controlată strict în pragul de siguranță, care trebuie să asigure o capacitate de detectare suficientă și să evite impactul potențial al undelor sonore de înaltă frecvență asupra dezvoltării fetale. Acest echilibru se realizează prin optimizarea eficienței de conversie a energiei a materialului, reducând în același timp puterea de transmisie și menținând efectul de monitorizare prin îmbunătățirea sensibilității de recepție. Procesul de ambalare a cipurilor se concentrează și pe siguranță. Materialele de ambalare de calitate medicală trebuie să aibă rezistență la dezinfecție și proprietăți anti-îmbătrânire pentru a se asigura că nu sunt eliberate substanțe nocive în timpul utilizării pe termen lung și dezinfectării repetate. Intervalul de temperatură de funcționare al cipului este limitat la intervalul de toleranță al corpului uman, evitând transferul căldurii generate de munca de lungă durată în partea de monitorizare, asigurând siguranța fizică a gravidelor și a fetușilor.