Hoe werkt de piëzo-elektrische transducerchip van de ultrasone foetale hartmonitor? ​

Het technische kernprincipe van de piëzo-elektrische transducerchip
De precieze werking van de ultrasone foetale hartmonitor ligt in het energieconversiemechanisme van de piëzo-elektrische transducerchip . Als sleutelcomponent die elektronische signalen en akoestische signalen met elkaar verbindt, realiseert de chip bidirectionele energieconversie op basis van het piëzo-elektrische effect. Wanneer het elektrische signaal wordt ingevoerd, genereert het piëzo-elektrische materiaal in de chip mechanische trillingen als gevolg van het omgekeerde piëzo-elektrische effect, waardoor ultrasone golven met een specifieke frequentie worden uitgezonden; en wanneer de geluidsgolven die worden gereflecteerd door het foetale hart en de omringende weefsels op de chip inwerken, zet het positieve piëzo-elektrische effect de mechanische trilling om in een herkenbaar elektrisch signaal. Dit conversieproces vormt de basisschakel van foetale hartmonitoring, garandeert de haalbaarheid van niet-invasieve detectie en handhaaft de stabiliteit van de signaaloverdracht dankzij de inherente eigenschappen van het materiaal. De emissie van hoogfrequente geluidsgolven en de ontvangst van echo's vormen een gesloten lus. De chip weerspiegelt indirect de hartslagwetten van het foetale hart door de periodieke veranderingen van het echosignaal op te vangen, waardoor de originele akoestische gegevens worden geleverd voor de daaropvolgende hartslagberekening. ​
De invloed van piëzo-elektrische materialen op de prestaties van transducerchips
De prestaties van piëzo-elektrische transducerchips hangen grotendeels af van de kenmerken van de geselecteerde piëzo-elektrische materialen. Materialen die worden gebruikt in scenario's voor foetale hartmonitoring moeten voldoen aan zowel hoge gevoeligheid als geluidsarme eigenschappen. De hoge gevoeligheid zorgt ervoor dat de chip zwakke echo's van de foetale hartslag kan opvangen, vooral wanneer de foetushouding variabel is of de zwangerschapsduur vroeg is, en het signaal nog steeds kan worden herkend; lage ruiseigenschappen verminderen het interferentiesignaal dat wordt gegenereerd door de eigen trillingen van het materiaal en voorkomen besmetting van het oorspronkelijke foetale hartsignaal. Dergelijke materialen hebben gewoonlijk stabiele piëzo-elektrische constanten en mechanische kwaliteitsfactoren. In de temperatuur- en vochtigheidsomgeving van zwangerschapsmonitoring kunnen ze de consistentie van de fysieke eigenschappen behouden en zullen ze er niet voor zorgen dat de signaalomzettingsefficiëntie afneemt als gevolg van schommelingen in externe omstandigheden. De biocompatibiliteit van materialen is net zo belangrijk. Hoewel de chip niet rechtstreeks in contact komt met het menselijk lichaam, moet het totale apparaat na verpakking voldoen aan de medische veiligheidsnormen. De chemische stabiliteit van het materiaal zelf kan potentiële veiligheidsrisico's verminderen. ​
De kernfunctie van transducerchips bij foetale hartmonitoring
Bij het foetale hartmonitoringproces spelen piëzo-elektrische transducerchips de dubbele rol van signaalvangst en voorbereidende verwerking. De hoogfrequente geluidsgolven die het uitzendt, hebben directionele voortplantingskenmerken, die de buikwand en het baarmoederweefsel van zwangere vrouwen kunnen binnendringen, nauwkeurig kunnen focussen op het hartgebied van de foetus en de verstrooiende interferentie van omliggende weefsels op geluidsgolven kunnen verminderen. Wanneer geluidsgolven actieve grensvlakken tegenkomen, zoals het openen en sluiten van hartkleppen en samentrekking van het hart, zal het echosignaal regelmatige frequentieveranderingen veroorzaken. De chip zet het akoestische signaal om in een elektrische signaalgolfvorm door deze verandering waar te nemen. Vergeleken met gewone sensoren heeft de chip die is ontworpen voor foetale hartmonitoring een gerichte optimalisatie van signaalfiltering, die automatisch irrelevante signalen zoals maternale vasculaire pulsatie en ademhalingsbeweging kan filteren, en de karakteristieke frequentie van het foetale hartsignaal kan benadrukken. Dankzij deze selectieve herkenningsmogelijkheid kan de daaropvolgende hartslagberekeningsmodule analyseren op basis van zuiverdere originele gegevens, waardoor de betrouwbaarheid van de monitoringresultaten wordt verbeterd. ​​
Klinische veiligheidsoverwegingen bij chipontwerp
De bijzonderheid van foetale hartmonitoring vereist dat piëzo-elektrische transducerchips worden geïntegreerd in het ontwerp van meerdere klinische veiligheidsoverwegingen. Het ultrasone zendvermogen van de chip moet strikt worden gecontroleerd binnen de veiligheidsdrempel, die voldoende detectievermogen moet garanderen en de potentiële impact van hoogfrequente geluidsgolven op de ontwikkeling van de foetus moet vermijden. Dit evenwicht wordt bereikt door de energieomzettingsefficiëntie van het materiaal te optimaliseren, terwijl het zendvermogen wordt verminderd en het monitoringeffect behouden blijft door de ontvangstgevoeligheid te verbeteren. Bij het chipverpakkingsproces staat ook de veiligheid centraal. Verpakkingsmaterialen van medische kwaliteit moeten desinfectieweerstand en anti-verouderingseigenschappen hebben om ervoor te zorgen dat er bij langdurig gebruik en herhaalde desinfectie geen schadelijke stoffen vrijkomen. Het bedrijfstemperatuurbereik van de chip is beperkt tot het tolerantiebereik van het menselijk lichaam, waardoor wordt voorkomen dat de warmte die wordt gegenereerd door langdurig werk wordt overgedragen naar het bewakingsgedeelte, waardoor de fysieke veiligheid van zwangere vrouwen en foetussen wordt gegarandeerd.