Apakah fungsi utama diod dalam peralatan perubatan?

1, Penukaran optoelektronik: "saraf visual" pengimejan perubatan
Dalam-peralatan pengimejan perubatan mewah seperti X-ray, CT, MRI, dsb., tatasusunan fotodiod ialah komponen teras pengesan, yang bertanggungjawab untuk tugas utama menukar isyarat optik kepada isyarat elektrik. Mengambil pengimejan sinar-X-sebagai contoh, apabila sinaran-sinar X menembusi tisu manusia, tisu-tisu yang berlainan ketumpatan (seperti tulang dan tisu lembut) mempunyai tahap penyerapan sinar-X{-yang berbeza-beza, mengakibatkan taburan keamatan cahaya yang tidak sekata apabila disinari pada tatasusunan fotodiod. Fotodiod menukar isyarat keamatan cahaya kepada isyarat semasa melalui kesan fotoelektrik dan kepekaannya secara langsung mempengaruhi nisbah isyarat-kepada-bunyi imej. Contohnya, dalam pengimbasan CT, fotodiod dalam pengesan perlu melengkapkan pemerolehan dan penukaran isyarat optik dalam masa mikrosaat untuk memastikan penyegerakan antara tiub sinar X{12}berputar berkelajuan tinggi dan tatasusunan pengesan, akhirnya menjana imej tomografi resolusi tinggi{13}}

Walaupun peralatan MRI bergantung pada medan magnet dan isyarat frekuensi radio sebagai terasnya, fotodiod masih memainkan peranan penting dalam sistem tambahan. Sebagai contoh, dalam kawalan pencahayaan bilik peperiksaan MRI, fotodiod dapat merasakan keamatan cahaya ambien, melaraskan kecerahan lampu LED secara automatik, mengelakkan gangguan cahaya yang kuat dengan keseragaman medan magnet, dan meningkatkan keselesaan pesakit. Di samping itu, dalam litar pemacu gegelung kecerunan MRI, diod pemulihan pantas (FRD) secara berkesan menekan daya gerak elektrik songsang dengan menjalankan dan memotong dengan cepat, melindungi peranti kuasa daripada kejutan voltan dan memastikan kawalan tepat medan magnet kecerunan.

2, Pemprosesan isyarat: "pusat data" ujian perubatan
Peralatan diagnostik in vitro seperti penganalisis darah dan pengesan biokimia, diod mencapai analisis tepat parameter sel dan penunjuk biokimia melalui teknologi seperti penyerakan cahaya dan pengesanan pendarfluor. Mengambil penganalisis darah sebagai contoh, apabila sampel darah melalui saluran pengesanan, tatasusunan fotodiod mengesan isyarat cahaya berselerak sel dari pelbagai sudut. Digabungkan dengan ciri-ciri penyerapan cahaya, penunjuk utama seperti kiraan sel darah merah dan klasifikasi sel darah putih boleh dianalisis. Sebagai contoh, model penganalisis darah tertentu menggunakan fotodiod silikon dengan julat panjang gelombang tindak balas meliputi 400-1100nm, yang secara serentak boleh mengesan cahaya berselerak ke hadapan (FSC), cahaya berselerak sisi (SSC) dan isyarat pendarfluor, mencapai lima kategori pengesanan sel darah putih dengan kadar ketepatan lebih 99%.

Dalam ujian biokimia, diod mencapai analisis kuantitatif dengan mengesan perubahan dalam pendarfluor atau penyerapan cahaya yang dihasilkan oleh tindak balas enzim. Sebagai contoh, dalam pengesanan glukosa darah, glukosa menjana hidrogen peroksida di bawah tindakan glukosa oksidase, yang bertindak balas dengan reagen untuk menghasilkan bahan pendarfluor. Perubahan keamatan pendarfluor dikesan oleh fotodiod, dan kepekatan glukosa darah dikira berdasarkan lengkung piawai. Dalam aplikasi sedemikian, julat tindak balas linear dan ciri hingar rendah diod adalah penting. Model fotodiod avalanche (APD) tertentu menggunakan mekanisme keuntungan dalaman untuk meningkatkan sensitiviti pengesanan kepada tahap foton tunggal, yang boleh mengesan bahan biokimia pada kepekatan nanomolar dan menyediakan asas untuk diagnosis penyakit awal.

3, Pengurusan Kuasa: 'Batu Penjuru Tenaga' Peranti Perubatan
Dalam sistem kuasa perubatan, diod memastikan operasi peralatan yang stabil dalam persekitaran elektromagnet yang kompleks melalui fungsi seperti pembetulan, pengawalan voltan dan pengehadan arus. Mengambil mesin sinar-X-perubatan sebagai contoh, penjana voltan-tingginya perlu menukar kuasa AC kepada berpuluh-puluh kilovolt voltan tinggi DC untuk memacu tiub-sinar X untuk menghasilkan sinaran-X. Semasa proses ini, tatasusunan diod-voltan tinggi membentuk jambatan penerus gelombang penuh, menukar voltan AC kepada DC berdenyut, yang kemudiannya dilicinkan oleh litar penapisan untuk mengeluarkan voltan tinggi yang stabil. Contohnya, model tertentu diod-voltan tinggi menggunakan bahan silikon karbida (SiC), yang mempunyai nilai voltan tahan 60kV dan masa pemulihan terbalik dipendekkan kepada 20ns, dengan peningkatan kecekapan sebanyak 30% berbanding diod silikon tradisional. Ia boleh menyokong mesin X{13}}untuk mencapai kawalan pendedahan tahap milisaat dan mengurangkan dos sinaran pesakit.

Dalam peranti perubatan mudah alih, ciri penggunaan kuasa rendah diod telah menjadi kelebihan utama. Contohnya, dalam monitor glukosa darah dinamik (CGM), diod Schottky kuasa ultra-rendah digunakan dalam litar pengurusan kuasa, dengan penurunan voltan hadapan hanya 0.2V, iaitu 50% lebih rendah daripada diod biasa. Ini boleh memanjangkan hayat bateri peranti kepada 14 hari dan memenuhi keperluan pemantauan berterusan. Di samping itu, dalam peranti boleh implan seperti perentak jantung, diod dilindungi oleh litar ESD untuk mengelakkan nyahcas elektrostatik daripada merosakkan komponen elektronik sensitif, memastikan-pengoperasian peranti yang boleh dipercayai jangka panjang dalam tubuh manusia.

4, Kawalan laser: "bilah cahaya" untuk rawatan yang tepat
Dalam peralatan terapi laser, diod laser (LD) berfungsi sebagai sumber cahaya teras, menghasilkan pancaran koheren melalui electroluminescence untuk mencapai rawatan yang tepat seperti pemotongan tisu, pembekuan dan pengewapan. Contohnya, dalam pembedahan pembetulan laser oftalmik, diod laser femtosaat memancarkan laser berdenyut dengan panjang gelombang 1053nm, yang memotong stroma kornea dengan tepat melalui kesan pecah akibat foto. Lebar nadi mencapai tahap femtosaat, dan zon kecederaan haba kurang daripada 1 μ m, membolehkan pembedahan "bebas pisau". Semasa proses ini, tatasusunan fotodiod memantau kuasa laser dan panjang gelombang dalam masa nyata-dan memastikan parameter output yang stabil melalui kawalan maklum balas untuk mengelakkan kerosakan kornea yang disebabkan oleh turun naik tenaga.

Dalam terapi fotodinamik (PDT), diod laser memancarkan cahaya berterusan dengan panjang gelombang tertentu (seperti 630nm), mengaktifkan photosensitizer untuk menghasilkan oksigen singlet dan membunuh sel tumor secara selektif. Model tertentu peralatan PDT menggunakan diod laser telaga kuantum, dengan kestabilan kuasa output ± 0.5% dan ketepatan panjang gelombang ± 1nm, yang boleh mengawal kecekapan pengaktifan fotosensitizer dengan tepat dan meningkatkan keberkesanan rawatan. Selain itu, dalam peralatan terapi inframerah,-diod pemancar cahaya (LED) memancarkan 850nm berhampiran-cahaya inframerah untuk menggalakkan pembaikan tisu melalui kesan rangsangan fotobiologi. Kuasa keluaran mereka diselaraskan dengan tepat oleh diod dalam litar pemacu arus berterusan untuk memastikan keseragaman dos rawatan.