Wie funktioniert der piezoelektrische Wandlerchip des Ultraschall-Fetalherzmonitors? ​

Das technische Kernprinzip des piezoelektrischen Wandlerchips
Die präzise Funktionsweise des Ultraschall-Fetalherzmonitors liegt im Energieumwandlungsmechanismus des piezoelektrischer Wandlerchip . Als Schlüsselkomponente zur Verbindung elektronischer und akustischer Signale realisiert der Chip eine bidirektionale Energieumwandlung auf Basis des piezoelektrischen Effekts. Wenn das elektrische Signal eingegeben wird, erzeugt das piezoelektrische Material im Chip aufgrund des umgekehrten piezoelektrischen Effekts mechanische Vibrationen und sendet dadurch Ultraschallwellen einer bestimmten Frequenz aus; Und wenn die vom fetalen Herzen und dem umliegenden Gewebe reflektierten Schallwellen auf den Chip einwirken, wandelt der positive piezoelektrische Effekt die mechanische Schwingung in ein erkennbares elektrisches Signal um. Dieser Umwandlungsprozess stellt das grundlegende Glied der Überwachung des fetalen Herzens dar, gewährleistet die Durchführbarkeit einer nicht-invasiven Erkennung und erhält die Stabilität der Signalübertragung durch die inhärenten Eigenschaften des Materials aufrecht. Die Aussendung hochfrequenter Schallwellen und der Empfang von Echos bilden einen geschlossenen Kreislauf. Der Chip spiegelt indirekt das Schlaggesetz des fetalen Herzens wider, indem er die periodischen Änderungen des Echosignals erfasst und so die ursprünglichen akustischen Daten für die anschließende Herzfrequenzberechnung bereitstellt. ​
Der Einfluss piezoelektrischer Materialien auf die Leistung von Wandlerchips
Die Leistung piezoelektrischer Wandlerchips hängt weitgehend von den Eigenschaften der ausgewählten piezoelektrischen Materialien ab. Materialien, die in Szenarien zur Überwachung des fetalen Herzens verwendet werden, müssen sowohl eine hohe Empfindlichkeit als auch ein geringes Rauschen aufweisen. Durch die hohe Empfindlichkeit wird sichergestellt, dass der Chip schwache Herzschlagechos des Fötus erfassen kann, insbesondere wenn die Position des Fötus variiert oder das Gestationsalter früh ist, und das Signal noch erkannt werden kann; Die rauscharmen Eigenschaften reduzieren das durch die materialeigene Vibration erzeugte Störsignal und verhindern eine Verunreinigung des ursprünglichen fetalen Herzsignals. Solche Materialien weisen normalerweise stabile piezoelektrische Konstanten und mechanische Qualitätsfaktoren auf. In der Temperatur- und Feuchtigkeitsumgebung der Schwangerschaftsüberwachung können sie die Konsistenz der physikalischen Eigenschaften aufrechterhalten und führen nicht dazu, dass die Signalumwandlungseffizienz aufgrund von Schwankungen der äußeren Bedingungen abnimmt. Ebenso wichtig ist die Biokompatibilität der Materialien. Obwohl der Chip keinen direkten Kontakt mit dem menschlichen Körper hat, muss das gesamte Gerät nach der Verpackung den medizinischen Sicherheitsstandards entsprechen. Die chemische Stabilität des Materials selbst kann potenzielle Sicherheitsrisiken verringern. ​
Die Kernfunktion von Wandlerchips bei der Überwachung des fetalen Herzens
Bei der Überwachung des fetalen Herzens übernehmen piezoelektrische Wandlerchips die Doppelrolle der Signalerfassung und Vorverarbeitung. Die von ihm ausgesendeten hochfrequenten Schallwellen haben gerichtete Ausbreitungseigenschaften, die die Bauchdecke und das Gebärmuttergewebe schwangerer Frauen durchdringen, sich genau auf den Herzbereich des Fötus konzentrieren und die Streuinterferenz der Schallwellen durch umliegendes Gewebe reduzieren können. Wenn Schallwellen auf aktive Schnittstellen wie das Öffnen und Schließen von Herzklappen und die Myokardkontraktion treffen, erzeugt das Echosignal regelmäßige Frequenzänderungen. Der Chip wandelt das akustische Signal in eine elektrische Signalwellenform um, indem er diese Änderung erkennt. Im Vergleich zu herkömmlichen Sensoren verfügt der für die fetale Herzüberwachung entwickelte Chip über eine gezielte Optimierung der Signalfilterung, die automatisch irrelevante Signale wie mütterliche Gefäßpulsation und Atembewegungen filtern und die charakteristische Frequenz des fetalen Herzsignals hervorheben kann. Diese selektive Erkennungsfunktion ermöglicht es dem nachfolgenden Herzfrequenzberechnungsmodul, die Analyse auf der Grundlage reinerer Originaldaten durchzuführen, wodurch die Zuverlässigkeit der Überwachungsergebnisse verbessert wird. ​​
Klinische Sicherheitsüberlegungen beim Chip-Design
Die Besonderheit der fetalen Herzüberwachung erfordert, dass piezoelektrische Wandlerchips in die Gestaltung mehrerer klinischer Sicherheitsüberlegungen integriert werden. Die Ultraschallübertragungsleistung des Chips muss innerhalb der Sicherheitsschwelle streng kontrolliert werden, um eine ausreichende Erkennungsfähigkeit zu gewährleisten und die möglichen Auswirkungen hochfrequenter Schallwellen auf die Entwicklung des Fötus zu vermeiden. Dieses Gleichgewicht wird durch die Optimierung der Energieumwandlungseffizienz des Materials bei gleichzeitiger Reduzierung der Sendeleistung und Beibehaltung des Überwachungseffekts durch Verbesserung der Empfangsempfindlichkeit erreicht. Auch beim Chip-Verpackungsprozess steht die Sicherheit im Fokus. Medizinische Verpackungsmaterialien müssen über Desinfektionsbeständigkeit und Anti-Aging-Eigenschaften verfügen, um sicherzustellen, dass bei längerem Gebrauch und wiederholter Desinfektion keine Schadstoffe freigesetzt werden. Der Betriebstemperaturbereich des Chips ist auf den Toleranzbereich des menschlichen Körpers beschränkt, wodurch verhindert wird, dass die durch Langzeitarbeit erzeugte Wärme auf den Überwachungsteil übertragen wird, wodurch die körperliche Sicherheit von schwangeren Frauen und Föten gewährleistet wird.