מה התפקיד העיקרי של דיודות בציוד רפואי?

1, המרה אופטואלקטרונית: ה"עצב החזותי" של הדמיה רפואית
במכשירי הדמיה רפואיים-מתקדמים כגון-קרני X, CT, MRI וכו', מערך הפוטודיודות הוא מרכיב הליבה של הגלאי, האחראי למשימת המפתח של המרת אותות אופטיים לאותות חשמליים. אם ניקח כדוגמה הדמיית רנטגן, כאשר קרני X- חודרות לרקמות אנושיות, לרקמות בצפיפות שונות (כגון עצמות ורקמות רכות) יש דרגות שונות של קליטה של ​​קרני רנטגן, וכתוצאה מכך לפיזור לא אחיד של עוצמת האור כשהן מוקרנות על מערך הפוטודיודות. פוטודיודות ממירות אותות עוצמת האור לאותות זרם באמצעות האפקט הפוטואלקטרי, והרגישות שלהן משפיעה ישירות על יחס האות-ל-הרעש של התמונה. לדוגמה, בסריקת CT, הפוטודיודות בגלאי צריכות להשלים רכישה והמרה של אותות אופטי תוך מיקרו-שניות כדי להבטיח סנכרון בין-שפופרת ה-X-מסובבת במהירות גבוהה לבין מערך הגלאים, ובסופו של דבר יוצרות תמונות טומוגרפיות ברזולוציה גבוהה-.

למרות שציוד MRI מסתמך על שדות מגנטיים ואותות תדר רדיו בתור הליבה שלו, פוטודיודות עדיין ממלאות תפקיד חשוב במערכות עזר. לדוגמה, בבקרת התאורה של חדרי בדיקת MRI, פוטודיודות יכולות לחוש את עוצמת האור הסביבתי, להתאים אוטומטית את בהירות תאורת ה-LED, להימנע מהפרעות אור חזקות לאחידות השדה המגנטי ולשפר את נוחות המטופל. בנוסף, במעגל ההנעה של סליל שיפוע של MRI, דיודת ההתאוששות המהירה (FRD) מדכאת ביעילות את הכוח האלקטרו-מוטיבי ההפוך על ידי הולכה וניתוק מהירה, הגנה על מכשירי הכוח מפני זעזועים במתח והבטחת שליטה מדויקת בשדה המגנטי השיפוע.

2, עיבוד אותות: "מרכז הנתונים" של בדיקות רפואיות
בציוד אבחון חוץ-גופי כגון מנתחי דם וגלאים ביוכימיים, דיודות משיגות ניתוח מדויק של פרמטרי תאים ואינדיקטורים ביוכימיים באמצעות טכנולוגיות כגון פיזור אור וזיהוי פלואורסצנטי. אם לוקחים את מנתח הדם כדוגמה, כאשר דגימת הדם עוברת דרך ערוץ הזיהוי, מערך הפוטודיודות מזהה את אות האור המפוזר של תאים ממספר זוויות. בשילוב עם מאפייני ספיגת האור, ניתן לנתח מדדים מרכזיים כגון ספירת תאי דם אדומים וסיווג תאי דם לבנים. לדוגמה, דגם מסוים של מנתח דם משתמש בפוטודיודות סיליקון עם טווח אורך גל תגובה המכסה 400-1100 ננומטר, שיכולות לזהות בו זמנית אור מפוזר קדימה (FSC), אור מפוזר בצד (SSC) ואותות פלואורסצנציה, ומשיגים זיהוי תאי דם לבנים בחמש קטגוריות בשיעור דיוק של מעל 99%.

בבדיקות ביוכימיות, דיודות משיגות ניתוח כמותי על ידי זיהוי שינויים בקרינה או בספיגת האור הנוצרים על ידי תגובות אנזימטיות. לדוגמה, בזיהוי גלוקוז בדם, גלוקוז מייצר מי חמצן תחת פעולת גלוקוז אוקסידאז, המגיב עם ריאגנטים לייצור חומרים פלואורסצנטיים. השינויים בעוצמת הקרינה מזוהים על ידי פוטודיודה, וריכוז הגלוקוז בדם מחושב על סמך העקומה הסטנדרטית. ביישומים כאלה, טווח התגובה הליניארי ומאפייני הרעש הנמוכים של דיודות הם קריטיים. דגם מסוים של פוטודיודת מפולת (APD) משתמש במנגנון רווח פנימי כדי להגביר את רגישות הזיהוי לרמת הפוטון היחיד, שיכול לזהות חומרים ביוכימיים בריכוזים ננומולריים ולספק בסיס לאבחון מוקדם של מחלה.

3, ניהול חשמל: 'אבן הפינה האנרגיה' של מכשור רפואי
במערכות חשמל רפואיות, דיודות מבטיחות פעולה יציבה של ציוד בסביבות אלקטרומגנטיות מורכבות באמצעות פונקציות כגון תיקון, ויסות מתח והגבלת זרם. אם ניקח לדוגמה מכונות רנטגן רפואיות, מחוללי המתח הגבוה- שלהם צריכים להמיר כוח AC לעשרות קילו-וולט של מתח גבוה DC כדי להניע את צינורות -רנטגן לייצר קרני X-. במהלך תהליך זה, מערך דיודות המתח הגבוה- יוצר גשר מיישר גל מלא, הממיר את מתח ה-AC ל-DC פועם, אשר לאחר מכן מוחלק על ידי מעגל סינון כדי להוציא מתח גבוה יציב. לדוגמה, דגם מסוים של דיודה במתח גבוה- משתמש בחומר סיליקון קרביד (SiC), בעל ערך עמידה במתח של 60kV וזמן התאוששות הפוך מקוצר ל-20ns, עם שיפור יעילות של 30% בהשוואה לדיודות סיליקון מסורתיות. זה יכול לתמוך במכונות -רנטגן כדי להשיג בקרת חשיפה ברמת אלפיות השנייה ולהפחית את מינון הקרינה של המטופל.

במכשירים רפואיים ניידים, מאפייני צריכת החשמל הנמוכה של דיודות הפכו ליתרון מרכזי. לדוגמה, במוניטור דינמי של גלוקוז בדם (CGM), נעשה שימוש בדיודות Schottky בעוצמה נמוכה במיוחד במעגל ניהול החשמל, עם ירידת מתח קדימה של 0.2V בלבד, שהיא נמוכה ב-50% מדיודות רגילות. זה יכול להאריך את חיי הסוללה של המכשיר ל-14 ימים ולעמוד בצרכי ניטור רציפים. בנוסף, במכשירים הניתנים להשתלה כגון קוצבי לב, דיודות מוגנות על ידי מעגלי ESD כדי למנוע פריקה אלקטרוסטטית מפגיעה ברכיבים אלקטרוניים רגישים, מה שמבטיח-פעולה אמינה לטווח ארוך של המכשיר בגוף האדם.

4, בקרת לייזר: "להב האור" לטיפול מדויק
בציוד לטיפול בלייזר, דיודות לייזר (LDs) משמשות כמקור האור הליבה, ומייצרות אלומות קוהרנטיות באמצעות אלקטרולומיננסנציה כדי להשיג טיפולים מדויקים כגון חיתוך רקמות, קרישה ואידוי. לדוגמה, בניתוח תיקון לייזר עיניים, דיודות לייזר פמט-שנייה פולטות לייזרים פולסים באורך גל של 1053nm, אשר חותכים במדויק את סטרומת הקרנית דרך אפקט הקרע הפוטו-אינדוקציוני. רוחב הדופק מגיע לרמת הפמטו-שנייה, ואזור הפגיעה התרמית הוא פחות מ-1 מיקרומטר, מה שמאפשר ניתוח "ללא סכין". במהלך תהליך זה, מערך הפוטודיודות עוקב אחר הספק הלייזר ואורך הגל בזמן אמת- ומבטיח פרמטרי פלט יציבים באמצעות בקרת משוב כדי למנוע נזק בקרנית הנגרם על ידי תנודות אנרגיה.

בטיפול פוטודינמי (PDT), דיודת לייזר פולטת אור מתמשך באורך גל מסוים (כגון 630 ננומטר), מפעילה את הפוטוסנסיטיזר לייצור חמצן בודד והורגת באופן סלקטיבי תאי גידול. דגם מסוים של ציוד PDT משתמש בדיודות לייזר קוונטיות, עם יציבות הספק פלט של ± 0.5% ודיוק אורך גל של ± 1nm, שיכולות לשלוט במדויק על יעילות ההפעלה של חומרי פוטוסנסיטיזציה ולשפר את יעילות הטיפול. בנוסף, בציוד לטיפול באינפרא אדום, דיודות פולטות אור (LED) פולטות 850 ננומטר ליד -אינפרא אדום כדי לקדם תיקון רקמות באמצעות השפעות גירוי פוטו-ביולוגיות. כוח המוצא שלהם מותאם במדויק על ידי דיודות במעגל הזרם הקבוע כדי להבטיח את אחידות מינון הטיפול.