Chip chuyển đổi áp điện của máy theo dõi tim thai siêu âm hoạt động như thế nào? ​

Nguyên lý kỹ thuật cốt lõi của chip chuyển đổi áp điện
Hoạt động chính xác của máy theo dõi tim thai siêu âm nằm ở cơ chế chuyển đổi năng lượng của chip chuyển đổi áp điện . Là thành phần chính kết nối tín hiệu điện tử và tín hiệu âm thanh, chip thực hiện chuyển đổi năng lượng hai chiều dựa trên hiệu ứng áp điện. Khi tín hiệu điện được đưa vào, vật liệu áp điện bên trong chip sẽ tạo ra rung động cơ học do hiệu ứng áp điện nghịch đảo, từ đó phát ra sóng siêu âm có tần số cụ thể; và khi sóng âm thanh được phản xạ bởi tim thai nhi và các mô xung quanh tác động lên con chip, hiệu ứng áp điện dương sẽ chuyển đổi rung động cơ học thành tín hiệu điện có thể nhận biết được. Quá trình chuyển đổi này tạo thành liên kết cơ bản của việc theo dõi tim thai, đảm bảo tính khả thi của việc phát hiện không xâm lấn và duy trì sự ổn định trong quá trình truyền tín hiệu thông qua các đặc tính vốn có của vật liệu. Việc phát ra sóng âm tần số cao và thu nhận tiếng vang tạo thành một vòng khép kín. Con chip này gián tiếp phản ánh quy luật đập của tim thai nhi bằng cách ghi lại những thay đổi định kỳ của tín hiệu tiếng vang, cung cấp dữ liệu âm thanh gốc cho phép tính nhịp tim tiếp theo. ​
Ảnh hưởng của vật liệu áp điện đến hiệu suất của chip đầu dò
Hiệu suất của chip biến áp áp điện phụ thuộc phần lớn vào đặc tính của vật liệu áp điện được chọn. Vật liệu được sử dụng trong các tình huống theo dõi tim thai phải đáp ứng cả đặc tính có độ nhạy cao và độ ồn thấp. Độ nhạy cao đảm bảo chip có thể thu được tiếng vang nhịp tim yếu của thai nhi, đặc biệt khi vị trí của thai nhi thay đổi hoặc tuổi thai còn sớm mà vẫn có thể nhận ra tín hiệu; Đặc tính nhiễu thấp làm giảm tín hiệu nhiễu do rung động của chính vật liệu tạo ra và tránh làm nhiễm bẩn tín hiệu tim thai nhi ban đầu. Những vật liệu như vậy thường có hằng số áp điện ổn định và hệ số chất lượng cơ học. Trong môi trường nhiệt độ và độ ẩm của việc theo dõi thai kỳ, chúng có thể duy trì tính nhất quán của các đặc tính vật lý và không làm giảm hiệu suất chuyển đổi tín hiệu do sự biến động của điều kiện bên ngoài. Khả năng tương thích sinh học của vật liệu cũng quan trọng không kém. Mặc dù con chip không tiếp xúc trực tiếp với cơ thể con người nhưng tổng thể thiết bị sau khi đóng gói phải đáp ứng các tiêu chuẩn an toàn y tế. Bản thân tính ổn định hóa học của vật liệu có thể làm giảm rủi ro an toàn tiềm ẩn. ​
Chức năng cốt lõi của chip đầu dò trong theo dõi tim thai ​
Trong quá trình theo dõi tim thai nhi, chip chuyển đổi áp điện đóng vai trò kép là thu tín hiệu và xử lý sơ bộ. Sóng âm tần số cao mà nó phát ra có đặc tính truyền định hướng, có thể xuyên qua thành bụng và mô tử cung của phụ nữ mang thai, tập trung chính xác vào vùng tim của thai nhi và giảm sự giao thoa tán xạ của các mô xung quanh trên sóng âm. Khi sóng âm gặp các giao diện hoạt động như đóng mở van tim và co cơ tim, tín hiệu dội lại sẽ tạo ra sự thay đổi tần số đều đặn. Con chip chuyển đổi tín hiệu âm thanh thành dạng sóng tín hiệu điện bằng cách cảm nhận sự thay đổi này. So với các cảm biến thông thường, con chip được thiết kế để theo dõi tim thai nhi có mục tiêu tối ưu hóa trong việc lọc tín hiệu, có thể tự động lọc các tín hiệu không liên quan như nhịp đập mạch máu và chuyển động hô hấp của mẹ, đồng thời làm nổi bật tần số đặc trưng của tín hiệu tim thai nhi. Khả năng nhận dạng có chọn lọc này cho phép mô-đun tính toán nhịp tim tiếp theo phân tích dựa trên dữ liệu gốc thuần túy hơn, từ đó cải thiện độ tin cậy của kết quả theo dõi. ​
Những cân nhắc về an toàn lâm sàng trong thiết kế chip​
Tính đặc thù của việc theo dõi tim thai đòi hỏi các chip chuyển đổi áp điện phải được tích hợp vào thiết kế có nhiều cân nhắc về an toàn lâm sàng. Công suất truyền siêu âm của chip phải được kiểm soát chặt chẽ trong ngưỡng an toàn, phải đảm bảo đủ khả năng phát hiện và tránh tác động tiềm tàng của sóng âm tần số cao đến sự phát triển của thai nhi. Sự cân bằng này đạt được bằng cách tối ưu hóa hiệu suất chuyển đổi năng lượng của vật liệu, đồng thời giảm công suất truyền và duy trì hiệu quả giám sát bằng cách cải thiện độ nhạy thu. Quá trình đóng gói chip cũng tập trung vào sự an toàn. Vật liệu đóng gói cấp y tế phải có đặc tính chống khử trùng và chống lão hóa để đảm bảo rằng không có chất độc hại nào được thải ra trong quá trình sử dụng lâu dài và khử trùng nhiều lần. Phạm vi nhiệt độ hoạt động của chip được giới hạn trong phạm vi chịu đựng của cơ thể con người, tránh nhiệt lượng sinh ra khi làm việc lâu dài không truyền sang bộ phận giám sát, đảm bảo an toàn về thể chất cho bà bầu và thai nhi.