وظیفه اصلی دیودها در تجهیزات پزشکی چیست؟

1، تبدیل نوری الکترونیکی: "عصب بینایی" تصویربرداری پزشکی
در تجهیزات تصویربرداری پزشکی پیشرفته مانند پرتوهای ایکس، CT، MRI و غیره، آرایه فوتودیود جزء اصلی آشکارساز است که وظیفه اصلی تبدیل سیگنال‌های نوری به سیگنال‌های الکتریکی را بر عهده دارد. برای مثال، تصویربرداری اشعه ایکس، زمانی که اشعه ایکس به بافت انسان نفوذ می‌کند، بافت‌هایی با تراکم‌های مختلف (مانند استخوان‌ها و بافت‌های نرم) درجات مختلفی از جذب پرتوهای ایکس- را دارند که در نتیجه هنگام تابش بر روی آرایه دیود نور، شدت نور توزیع نابرابر می‌شود. فتودیودها سیگنال‌های شدت نور را از طریق اثر فوتوالکتریک به سیگنال‌های جاری تبدیل می‌کنند و حساسیت آنها مستقیماً بر نسبت سیگنال به-تصویر تأثیر می‌گذارد. برای مثال، در اسکن سی‌تی، فتودیودهای موجود در آشکارساز باید دریافت و تبدیل سیگنال نوری را در عرض میکروثانیه انجام دهند تا از همگام‌سازی بین لوله پرتو ایکس{11}}سرعت چرخش{12} و آرایه آشکارساز اطمینان حاصل شود، و در نهایت وضوح تصویر بالا{13} تولید شود.

اگرچه تجهیزات MRI به عنوان هسته خود به میدان های مغناطیسی و سیگنال های فرکانس رادیویی متکی هستند، فتودیودها هنوز نقش مهمی در سیستم های کمکی ایفا می کنند. به عنوان مثال، در کنترل روشنایی اتاق‌های معاینه MRI، فتودیودها می‌توانند شدت نور محیط را حس کنند، به طور خودکار روشنایی نور LED را تنظیم کنند، از تداخل شدید نور با یکنواختی میدان مغناطیسی جلوگیری کنند و راحتی بیمار را بهبود بخشند. علاوه بر این، در مدار درایو سیم پیچ گرادیان MRI، دیود بازیابی سریع (FRD) به طور موثری نیروی الکتروموتور معکوس را با هدایت و قطع سریع، محافظت از دستگاه های برق در برابر شوک های ولتاژ و اطمینان از کنترل دقیق میدان مغناطیسی گرادیان، سرکوب می کند.

2، پردازش سیگنال: "مرکز داده" آزمایش پزشکی
در تجهیزات تشخیصی آزمایشگاهی مانند آنالایزرهای خون و آشکارسازهای بیوشیمیایی، دیودها به تجزیه و تحلیل دقیق پارامترهای سلولی و شاخص‌های بیوشیمیایی از طریق فناوری‌هایی مانند پراکندگی نور و تشخیص فلورسانس دست می‌یابند. با در نظر گرفتن آنالایزر خون به عنوان مثال، هنگامی که نمونه خون از کانال تشخیص عبور می کند، آرایه فتودیود سیگنال نور پراکنده سلول ها را از زوایای مختلف تشخیص می دهد. همراه با ویژگی های جذب نور، شاخص های کلیدی مانند تعداد گلبول های قرمز و طبقه بندی گلبول های سفید خون را می توان تجزیه و تحلیل کرد. به عنوان مثال، مدل خاصی از آنالایزر خون از فتودیودهای سیلیکونی با محدوده طول موج پاسخ 400 تا 1100 نانومتر استفاده می کند که می تواند به طور همزمان نور پراکنده رو به جلو (FSC)، نور پراکنده جانبی (SSC) و سیگنال های فلورسانس را تشخیص دهد و به تشخیص گلبول های سفید پنج دسته با نرخ بیش از 99٪ دست یابد.

در آزمایش‌های بیوشیمیایی، دیودها با تشخیص تغییرات فلورسانس یا جذب نور ناشی از واکنش‌های آنزیمی به تجزیه و تحلیل کمی می‌رسند. به عنوان مثال، در تشخیص گلوکز خون، گلوکز تحت اثر گلوکز اکسیداز، پراکسید هیدروژن تولید می کند که با واکنشگرها برای تولید مواد فلورسنت واکنش نشان می دهد. تغییرات شدت فلورسانس توسط فتودیود تشخیص داده می شود و غلظت گلوکز خون بر اساس منحنی استاندارد محاسبه می شود. در چنین کاربردهایی، محدوده پاسخ خطی و ویژگی های نویز کم دیودها بسیار مهم است. مدل خاصی از فتودیود بهمنی (APD) از مکانیزم بهره داخلی برای افزایش حساسیت تشخیص به سطح تک فوتون استفاده می‌کند که می‌تواند مواد بیوشیمیایی را در غلظت‌های نانومولاری تشخیص دهد و مبنایی برای تشخیص زودهنگام بیماری فراهم کند.

3، مدیریت نیرو: سنگ بنای انرژی تجهیزات پزشکی
در سیستم های قدرت پزشکی، دیودها عملکرد پایدار تجهیزات را در محیط های پیچیده الکترومغناطیسی از طریق عملکردهایی مانند یکسوسازی، تنظیم ولتاژ و محدود کردن جریان تضمین می کنند. با در نظر گرفتن ماشین‌های{1}}اشعه ایکس پزشکی، ژنراتورهای ولتاژ بالا آن‌ها باید برق متناوب را به ده‌ها کیلوولت ولتاژ بالا DC تبدیل کنند تا لوله‌های اشعه ایکس را برای تولید پرتوهای ایکس به حرکت درآورند. در طی این فرآیند، آرایه دیود ولتاژ بالا، یک پل یکسو کننده موج کامل را تشکیل می‌دهد و ولتاژ AC را به DC ضربانی تبدیل می‌کند، که سپس توسط یک مدار فیلتر صاف می‌شود تا یک ولتاژ بالا پایدار تولید کند. به عنوان مثال، مدل خاصی از دیودهای ولتاژ بالا از مواد کاربید سیلیکون (SiC) استفاده می‌کند که دارای مقدار ولتاژ مقاومتی 60 کیلوولت و زمان بازیابی معکوس به 20 ثانیه کاهش یافته است، با بهبود راندمان 30 درصدی در مقایسه با دیودهای سیلیکونی سنتی. می‌تواند از دستگاه‌های اشعه ایکس{13} برای دستیابی به کنترل نوردهی در سطح میلی‌ثانیه و کاهش دوز تشعشع بیمار پشتیبانی کند.

در دستگاه های پزشکی قابل حمل، ویژگی های مصرف انرژی کم دیودها به یک مزیت کلیدی تبدیل شده است. به عنوان مثال، در یک مانیتور قند خون دینامیک (CGM)، از دیودهای شاتکی فوق‌{1}کم در مدار مدیریت توان استفاده می‌شود، با افت ولتاژ رو به جلو تنها 0.2 ولت، که 50 درصد کمتر از دیودهای معمولی است. این می تواند عمر باتری دستگاه را تا 14 روز افزایش دهد و نیازهای نظارت مستمر را برآورده کند. علاوه بر این، در دستگاه‌های قابل کاشت مانند ضربان‌سازها، دیودها توسط مدارهای ESD محافظت می‌شوند تا از تخلیه الکترواستاتیکی از آسیب رساندن به اجزای حساس الکترونیکی جلوگیری کنند و از کارکرد مطمئن طولانی‌مدت دستگاه در بدن انسان اطمینان حاصل کنند.

4، کنترل لیزر: "تیغه نور" برای درمان دقیق
در تجهیزات لیزر درمانی، دیودهای لیزر (LDs) به عنوان منبع نور اصلی عمل می‌کنند و پرتوهای منسجمی را از طریق الکترولومینسانس تولید می‌کنند تا به درمان‌های دقیقی مانند برش بافت، انعقاد و تبخیر دست یابند. به عنوان مثال، در جراحی تصحیح لیزر چشم، دیودهای لیزر فمتوثانیه لیزرهای پالسی با طول موج 1053 نانومتر منتشر می‌کنند که دقیقاً استرومای قرنیه را از طریق اثر پارگی ناشی از نور قطع می‌کند. عرض نبض به سطح فمتوثانیه می رسد و ناحیه آسیب حرارتی کمتر از 1 میکرومتر است که امکان جراحی "بدون چاقو" را فراهم می کند. در طول این فرآیند، آرایه فتودیود قدرت و طول موج لیزر را در زمان واقعی نظارت می‌کند و پارامترهای خروجی پایدار را از طریق کنترل بازخورد تضمین می‌کند تا از آسیب قرنیه ناشی از نوسانات انرژی جلوگیری کند.

در درمان فتودینامیک (PDT)، یک دیود لیزر نور پیوسته ای با طول موج خاص (مانند 630 نانومتر) ساطع می کند، که حساس کننده نور را برای تولید اکسیژن منفرد فعال می کند و سلول های تومور را به طور انتخابی از بین می برد. مدل خاصی از تجهیزات PDT از دیودهای لیزری چاه کوانتومی با پایداری توان خروجی ± 0.5٪ و دقت طول موج ± 1nm استفاده می کند که می تواند راندمان فعال سازی حساس کننده های نور را به طور دقیق کنترل کند و اثربخشی درمان را بهبود بخشد. علاوه بر این، در تجهیزات درمان مادون قرمز، دیودهای ساطع کننده نور (LED) 850 نانومتر نزدیک-نور مادون قرمز ساطع می‌کنند تا ترمیم بافت را از طریق اثرات تحریک فوتوبیولوژیکی تقویت کنند. توان خروجی آنها دقیقاً توسط دیودهای موجود در مدار حرکت جریان ثابت تنظیم می شود تا از یکنواختی دوز درمان اطمینان حاصل شود.