Chức năng chính của điốt trong thiết bị y tế là gì?

1, Chuyển đổi quang điện tử: “dây thần kinh thị giác” của hình ảnh y tế
Trong các thiết bị-hình ảnh y tế cao cấp như tia X,-, CT, MRI, v.v., mảng photodiode là thành phần cốt lõi của máy dò, chịu trách nhiệm chính về nhiệm vụ chuyển đổi tín hiệu quang thành tín hiệu điện. Lấy hình ảnh tia X-làm ví dụ, khi tia X-xuyên qua mô người, các mô có mật độ khác nhau (chẳng hạn như xương và mô mềm) có mức độ hấp thụ tia X- khác nhau, dẫn đến sự phân bố cường độ ánh sáng không đồng đều khi chiếu xạ lên mảng điốt quang. Điốt quang chuyển đổi tín hiệu cường độ ánh sáng thành tín hiệu dòng điện thông qua hiệu ứng quang điện và độ nhạy của chúng ảnh hưởng trực tiếp đến tỷ lệ tín hiệu-trên-nhiễu của hình ảnh. Ví dụ: trong quá trình quét CT, các điốt quang trong máy dò cần phải hoàn tất quá trình thu thập và chuyển đổi tín hiệu quang trong vòng micro giây để đảm bảo đồng bộ hóa giữa ống tia X{11}}quay tốc độ cao và mảng máy dò, cuối cùng tạo ra hình ảnh chụp cắt lớp có độ phân giải cao.

Mặc dù thiết bị MRI dựa vào từ trường và tín hiệu tần số vô tuyến làm cốt lõi, nhưng điốt quang vẫn đóng một vai trò quan trọng trong các hệ thống phụ trợ. Ví dụ, trong điều khiển ánh sáng của phòng khám MRI, điốt quang có thể cảm nhận cường độ ánh sáng xung quanh, tự động điều chỉnh độ sáng của đèn LED, tránh nhiễu ánh sáng mạnh với tính đồng nhất của từ trường và cải thiện sự thoải mái cho bệnh nhân. Ngoài ra, trong mạch điều khiển cuộn dây gradient của MRI, diode phục hồi nhanh (FRD) triệt tiêu hiệu quả lực điện động ngược bằng cách dẫn và cắt nhanh, bảo vệ các thiết bị nguồn khỏi bị sốc điện áp và đảm bảo kiểm soát chính xác từ trường gradient.

2, Xử lý tín hiệu: “trung tâm dữ liệu” xét nghiệm y tế
Trong các thiết bị chẩn đoán in vitro như máy phân tích máu và máy dò sinh hóa, điốt đạt được sự phân tích chính xác về các thông số tế bào và chỉ số sinh hóa thông qua các công nghệ như tán xạ ánh sáng và phát hiện huỳnh quang. Lấy máy phân tích máu làm ví dụ, khi mẫu máu đi qua kênh phát hiện, mảng photodiode sẽ phát hiện tín hiệu ánh sáng tán xạ của tế bào từ nhiều góc độ. Kết hợp với đặc tính hấp thụ ánh sáng, có thể phân tích các chỉ số chính như số lượng hồng cầu và phân loại bạch cầu. Ví dụ, một mẫu máy phân tích máu nhất định sử dụng điốt quang silicon có dải bước sóng đáp ứng bao phủ 400-1100nm, có thể phát hiện đồng thời ánh sáng tán xạ thuận (FSC), ánh sáng tán xạ hai bên (SSC) và tín hiệu huỳnh quang, đạt được khả năng phát hiện tế bào bạch cầu năm loại với tỷ lệ chính xác trên 99%.

Trong thử nghiệm sinh hóa, điốt thực hiện phân tích định lượng bằng cách phát hiện những thay đổi về huỳnh quang hoặc sự hấp thụ ánh sáng được tạo ra bởi các phản ứng enzyme. Ví dụ, trong phát hiện đường huyết, glucose tạo ra hydro peroxide dưới tác dụng của glucose oxyase, phản ứng với thuốc thử để tạo ra chất huỳnh quang. Sự thay đổi cường độ huỳnh quang được phát hiện bởi photodiode và nồng độ glucose trong máu được tính toán dựa trên đường chuẩn. Trong các ứng dụng như vậy, phạm vi đáp ứng tuyến tính và đặc tính nhiễu thấp của điốt là rất quan trọng. Một mô hình điốt quang tuyết lở (APD) nhất định sử dụng cơ chế khuếch đại bên trong để tăng độ nhạy phát hiện đến mức photon đơn lẻ, có thể phát hiện các chất sinh hóa ở nồng độ nano và tạo cơ sở cho chẩn đoán bệnh sớm.

3, Quản lý năng lượng: 'Nền tảng năng lượng' của thiết bị y tế
Trong hệ thống điện y tế, điốt đảm bảo thiết bị hoạt động ổn định trong môi trường điện từ phức tạp thông qua các chức năng như chỉnh lưu, điều chỉnh điện áp và giới hạn dòng điện. Lấy máy chụp X-y tế làm ví dụ, máy phát điện áp-cao của chúng cần chuyển đổi nguồn điện xoay chiều thành hàng chục kilovolt điện áp cao DC để điều khiển các ống tia X-tạo ra tia X-. Trong quá trình này, mảng đi-ốt điện áp cao-tạo thành một cầu chỉnh lưu toàn sóng, chuyển đổi điện áp xoay chiều thành một chiều DC dao động, sau đó được làm mịn bằng mạch lọc để tạo ra điện áp cao ổn định. Ví dụ: một mẫu điốt điện áp cao -sử dụng vật liệu cacbua silic (SiC), có giá trị điện áp chịu được là 60kV và thời gian phục hồi ngược được rút ngắn xuống còn 20ns, với hiệu suất cải thiện 30% so với điốt silicon truyền thống. Nó có thể hỗ trợ các máy chụp X{13}}kiểm soát phơi nhiễm ở mức mili giây và giảm liều bức xạ cho bệnh nhân.

Trong các thiết bị y tế di động, đặc tính tiêu thụ điện năng thấp của điốt đã trở thành một lợi thế chính. Ví dụ: trong máy theo dõi đường huyết động (CGM), điốt Schottky công suất cực thấp được sử dụng trong mạch quản lý nguồn điện với mức giảm điện áp chuyển tiếp chỉ 0,2V, thấp hơn 50% so với điốt thông thường. Điều này có thể kéo dài thời lượng pin của thiết bị lên 14 ngày và đáp ứng nhu cầu giám sát liên tục. Ngoài ra, trong các thiết bị cấy ghép như máy điều hòa nhịp tim, điốt được bảo vệ bằng mạch ESD để ngăn chặn hiện tượng phóng tĩnh điện làm hỏng các linh kiện điện tử nhạy cảm, đảm bảo-thiết bị hoạt động đáng tin cậy lâu dài trong cơ thể con người.

4, Điều khiển bằng laser: "lưỡi đèn" để điều trị chính xác
Trong thiết bị trị liệu bằng laser, điốt laser (LD) đóng vai trò là nguồn sáng cốt lõi, tạo ra các chùm tia kết hợp thông qua quá trình điện phát quang để đạt được các phương pháp điều trị chính xác như cắt mô, đông máu và hóa hơi. Ví dụ, trong phẫu thuật điều chỉnh bằng laser nhãn khoa, điốt laser femto giây phát ra các xung laser có bước sóng 1053nm, cắt chính xác lớp mô giác mạc thông qua hiệu ứng vỡ do quang hóa. Độ rộng xung đạt đến mức femto giây và vùng tổn thương nhiệt nhỏ hơn 1 μm, cho phép phẫu thuật "không cần dao". Trong quá trình này, mảng photodiode sẽ giám sát công suất và bước sóng laser trong thời gian thực-, đồng thời đảm bảo các thông số đầu ra ổn định thông qua điều khiển phản hồi để tránh tổn thương giác mạc do biến động năng lượng.

Trong liệu pháp quang động (PDT), một diode laser phát ra ánh sáng liên tục có bước sóng cụ thể (chẳng hạn như 630nm), kích hoạt chất cảm quang để tạo ra oxy nhóm đơn và tiêu diệt có chọn lọc các tế bào khối u. Một mẫu thiết bị PDT nhất định sử dụng điốt laser giếng lượng tử, có độ ổn định công suất đầu ra là ± 0,5% và độ chính xác bước sóng là ± 1nm, có thể kiểm soát chính xác hiệu suất kích hoạt của chất cảm quang và cải thiện hiệu quả điều trị. Ngoài ra, trong thiết bị trị liệu bằng tia hồng ngoại, điốt phát quang (đèn LED) phát ra ánh sáng hồng ngoại gần có bước sóng 850nm-để thúc đẩy quá trình sửa chữa mô thông qua các hiệu ứng kích thích quang sinh học. Công suất đầu ra của chúng được điều chỉnh chính xác bằng điốt trong mạch điều khiển dòng điện không đổi để đảm bảo tính đồng nhất của liều điều trị.