Come funziona il chip trasduttore piezoelettrico del cardiofrequenzimetro ad ultrasuoni? ​

Il principio tecnico fondamentale del chip del trasduttore piezoelettrico
Il funzionamento preciso del cardiofrequenzimetro ad ultrasuoni risiede nel meccanismo di conversione dell'energia del chip trasduttore piezoelettrico . Essendo un componente chiave che collega segnali elettronici e segnali acustici, il chip realizza una conversione bidirezionale dell'energia basata sull'effetto piezoelettrico. Quando viene immesso il segnale elettrico, il materiale piezoelettrico all'interno del chip genera vibrazioni meccaniche dovute all'effetto piezoelettrico inverso, emettendo così onde ultrasoniche di una frequenza specifica; e quando le onde sonore riflesse dal cuore fetale e dai tessuti circostanti agiscono sul chip, l'effetto piezoelettrico positivo converte la vibrazione meccanica in un segnale elettrico riconoscibile. Questo processo di conversione costituisce l'anello di base del monitoraggio del cuore fetale, garantisce la fattibilità del rilevamento non invasivo e mantiene la stabilità della trasmissione del segnale attraverso le proprietà intrinseche del materiale. L'emissione di onde sonore ad alta frequenza e la ricezione degli echi formano un circuito chiuso. Il chip riflette indirettamente la legge del battito del cuore fetale catturando i cambiamenti periodici del segnale ecografico, fornendo i dati acustici originali per il successivo calcolo della frequenza cardiaca. ​
L'influenza dei materiali piezoelettrici sulle prestazioni dei chip del trasduttore ​
Le prestazioni dei chip del trasduttore piezoelettrico dipendono in gran parte dalle caratteristiche dei materiali piezoelettrici selezionati. I materiali utilizzati negli scenari di monitoraggio del cuore fetale devono soddisfare sia caratteristiche di elevata sensibilità che di basso rumore. L'elevata sensibilità garantisce che il chip possa catturare gli echi deboli del battito cardiaco fetale, soprattutto quando la posizione fetale è variabile o l'età gestazionale è precoce, e il segnale può ancora essere riconosciuto; le caratteristiche di basso rumore riducono il segnale di interferenza generato dalle vibrazioni del materiale ed evitano la contaminazione del segnale cardiaco fetale originale. Tali materiali solitamente hanno costanti piezoelettriche stabili e fattori di qualità meccanica. Nell'ambiente di temperatura e umidità del monitoraggio della gravidanza, possono mantenere la coerenza delle proprietà fisiche e non causeranno una diminuzione dell'efficienza di conversione del segnale a causa delle fluttuazioni delle condizioni esterne. Altrettanto importante è la biocompatibilità dei materiali. Sebbene il chip non entri direttamente in contatto con il corpo umano, l'intero dispositivo dopo l'imballaggio deve soddisfare gli standard di sicurezza medica. La stabilità chimica del materiale stesso può ridurre i potenziali rischi per la sicurezza. ​
La funzione principale dei chip trasduttori nel monitoraggio del cuore fetale
Nel processo di monitoraggio del cuore fetale, i chip trasduttori piezoelettrici svolgono il duplice ruolo di acquisizione del segnale ed elaborazione preliminare. Le onde sonore ad alta frequenza che emette hanno caratteristiche di propagazione direzionale, che possono penetrare nella parete addominale e nel tessuto uterino delle donne in gravidanza, concentrarsi accuratamente sull'area del cuore fetale e ridurre l'interferenza di diffusione dei tessuti circostanti sulle onde sonore. Quando le onde sonore incontrano interfacce attive come l'apertura e la chiusura delle valvole cardiache e la contrazione del miocardio, il segnale eco produrrà cambiamenti regolari di frequenza. Il chip converte il segnale acustico in una forma d'onda del segnale elettrico rilevando questo cambiamento. Rispetto ai normali sensori, il chip progettato per il monitoraggio del cuore fetale ha un'ottimizzazione mirata nel filtraggio del segnale, che può filtrare automaticamente segnali irrilevanti come la pulsazione vascolare materna e il movimento respiratorio ed evidenziare la frequenza caratteristica del segnale cardiaco fetale. Questa capacità di riconoscimento selettivo consente al successivo modulo di calcolo della frequenza cardiaca di analizzare sulla base di dati originali più puri, migliorando così l'affidabilità dei risultati del monitoraggio. ​​
Considerazioni sulla sicurezza clinica nella progettazione dei chip
La particolarità del monitoraggio cardiaco fetale richiede che i chip trasduttori piezoelettrici siano integrati nella progettazione tenendo conto di molteplici considerazioni sulla sicurezza clinica. La potenza di trasmissione ultrasonica del chip deve essere rigorosamente controllata entro la soglia di sicurezza, che deve garantire una capacità di rilevamento sufficiente ed evitare il potenziale impatto delle onde sonore ad alta frequenza sullo sviluppo fetale. Questo equilibrio si ottiene ottimizzando l'efficienza di conversione energetica del materiale, riducendo al contempo la potenza di trasmissione e mantenendo l'effetto di monitoraggio migliorando la sensibilità di ricezione. Anche il processo di confezionamento dei chip si concentra sulla sicurezza. I materiali di imballaggio di grado medico devono avere resistenza alla disinfezione e proprietà antietà per garantire che non vengano rilasciate sostanze nocive durante l'uso a lungo termine e la disinfezione ripetuta. L'intervallo di temperatura operativa del chip è limitato all'intervallo di tolleranza del corpo umano, evitando che il calore generato dal lavoro a lungo termine venga trasferito alla parte di monitoraggio, garantendo la sicurezza fisica delle donne incinte e dei feti.