Piyezoelektrik keramikadan hazırlanan tibbi sensorlar qan təzyiqindəki dəyişikliklər və ya səs tellərinin vibrasiyası kimi mexaniki təzyiqləri ölçülə bilən elektrik siqnallarına çevirə bildiyi üçün orqanizmdə baş verən çox kiçik dəyişiklikləri aşkar edə bilir. Burada baş verən hadisə keramik materialın mikroskopik səviyyədə deformasiyaya uğramasıdır ki, bu da ona tətbiq olunan təzyiqlə eyni ölçüdə səth yükü yaradır. Xüsusilə ultrasəs görüntüləməsinə baxdıqda, bu xüsusi keramikalar köhnə elektromaqnit sistemlərinə nisbətən təxminən 40 faiz yaxşı görüntü keyfiyyəti təmin edir. Bu isə həkimlərin bir millimetrdən kiçik toxuma problemlərini müəyyən etməsinə imkan verir. Bu texnologiyanın arxasında duran prinsip cihazların 0.01 Nyuton qədər aşağı səviyyədə olan təzyiqləri hiss etməsini təmin edir ki, bu da əzələ-sinir qarşılıqlı təsirlərini izləmək və ya qanın orqanizmdəki kiçik damarlarda necə hərəkət etdiyini müşahidə etmək üçün zəruri bir şərtdir.
Tibbi tətbiqlərdə istifadə olunan piezoelektrik sensorlar temperatur -20°C-dən 50°C-ə qədər dəyişsə belə, ölçmələrini ±0.5% daxilində sabit saxlaya bilir. Son klinik testlərə görə, bu sensorlar deformasiya mühərriklərini üç dəfə yaxşı performans nümayiş etdirərək üstünlük tuta bilir. Histerezis göstəriciləri 1.5%-dən aşağıdır ki, bu da həkimlərin uzun müddət ərzində etibarlı oxunuşlar almağı təmin edir. Bu, epileptik tutmalar keçirən xəstələrin izlənməsi və ya birinin Parkinson titrəməsinin nə qədər şiddətləndiyinin ölçülməsi kimi hallarda xüsusi önəm daşıyır. Keçən il yayımlanan tədqiqatda olduqca təsirli bir şey də göstərildi: qurğuşunsuz materiallardan hazırlanan bu sensorların saatlıq sürüşməsi yalnız 0.08 mikrovolt təşkil edir. Bu isə dəqiq intrakranial təzyiq oxunuşlarının həyatı xilas etdiyi intensiv terapiya şöbələrində böyük fərq yaradır.
NICU, bir neçə mərkəzdə aparılan və 324 xəstəni əhatə edən tədqiqatlara görə, köhnə üsullardan təxminən 12 saniyə tez apnoe epizodlarını aşkar edən piezoelektrik sensor massivləri sayəsində əhəmiyyətli təkmilləşmələr yaşadı. Ürəyin monitorinqi baxımından Mayoklinikdə altı ay ərzində invaziv kateter göstəricilərinə təxminən 99,2% dəqiqliklə uyğun gələn nano-dənəvər piyozeroamikaya malik cihazlar yaradılıb. Gələcəyə baxdıqda, qaraciyər tonlarının 50 ilə 2000 Hz tezlikləri arasında dinləməklə bağırsaq hərəkətliliyini izləmək üçün sınanılan yeni sensorlar kimi maraqlı inkişaflar da mövcuddur. İlkin testlər onların endoskopiyaların sayı təxminən 40% azalacağını göstərir, bu da narahatlıq verən prosedurları əhəmiyyətli dərəcədə azalda bilər.
Ultrasəs maşınları öz nüvəsində piezoelektrik keramikalar olmadan demək olar ki, eyni dərəcədə yaxşı işləməzdi. Bu xüsusi materiallar elektrik enerjisini götürür və 2 ilə 18 MHz arasında olan yüksək tezlikli vibrasiyalara çevirir ki, bu da həqiqətən bədən toxumalarından keçir. Onların dəyərli olmasının səbəbi onların zamana görə sabit qalmağıdır. Çoğu keyfiyyətli keramika saatlarla skan etmədən sonra belə təxminən yarım dərəcə daxilində fazalarını saxlayır, bu isə həkimlərin dölün kiçik ürək döyüntülərini izləyərkən və ya qarın skanlarında kiçik problemləri aşkar edərkən güvəndikləri şeydir. Bu keramikaların başqa bir üstünlüyü budur ki, həm siqnalları göndərə, həm də geri gələni qəbul edə bilirlər. Bu iki tərəfli rabitə maşınlara bu gün ekranlarda gördüyümüz detallı şəkilləri yaratmağa imkan verir. Təxminən bütün müasir diaqnostik ultrasəs sistemləri indi bu texnologiyaya əsaslanır və statistik göstəricilər klinikaların təxminən 89 faizinin bu prinsiplərə əsaslanan avadanlıqlardan istifadə etdiyini göstərir.
Elli yıldan çoxdur ki, qurğuşun zirkonat titanat (PZT) tibbi vizualizasiya tətbiqləri üçün əsas material hesab edilirdi. Lakin vəziyyət d³³ əmsallarının təxminən 650 pm/V-ə çatdığı, bu da PZT-nin 450 pm/V nisbətinə nisbətdə faktiki olaraq təxminən 40% daha yaxşı olan nano-mühəndislik keramikaları meydana çıxdıqdan sonra dəyişdi. Bu praktikada nə deməkdir? Bu, müasir çeviricilərin əvvəlki avadanlıqla mümkün olmayan yalnız 0,2 mm qalınlığında arteriya plaklarını aşkar etməsinə imkan verir. Qətnamə əvvəlkindən üç dəfə artıb. Bu günlərdə istehsalçıların əksəriyyəti ənənəvi materiallardan kimi ekoloji təmiz alternativlərə keçir barium titanat kompozitlər. Niyə? Çünki bu, işçilər və xəstələr üçün daha təhlükəsiz olması üçün qurğuşun miqdarını təxminən 97% azaldır. Bundan əlavə, bu yeni materiallar bizə 15% daha geniş tezlik diapazonu verir, bu da həkimlərin skan zamanı avadanlıqları daim dəyişdirmədən müxtəlif dərinliklərdə daha aydın şəkillər almağa imkan verir.
Üç əsas inkişaf ultrassəs performansını artırır:
| İrəliləyiş | Klinik təsir | Texniki Faidə |
|---|---|---|
| Çoxqatlı yığılma | 0,3 mm tiroid düyünlərini fərqləndirir | sinyal-gürültü nisbətində 8 dB yaxşılaşma |
| Əyri massiv dizaynları | kardiyak görüntüləmə üçün 152° görüş sahəsi | akustik kölgənin 25% azalması |
| Tezlik birləşdirmə | Mamalarda mikrokalsifikasiyaları müəyyən edir | İkili 5/10MHz sinxronizasiyası |
2023-cü il JAMA Imaging tədqiqatına görə, bu inkişaf etmələr süni intellektə əsaslanan nümunə tanıma ilə birləşdirildikdə erkən mərhələli şişlərin aşkarlanmasında 94% dəqiqliyi təmin edir.
Piyezoelektrik keramik alətlər 28-dən 32 kilogerca qədər olan mikrovibrasiyalar sayəsində sümükləri inanılmaz dəqiqliklə kəsir, bu da əməliyyat zamanı yaxınlıqdakı yumşaq toxumaların sağlam qalmasına kömək edir. Həqiqi rəqəmlər də təsir bağışlayır: bu cihazlar kəsimləri yalnız 0,1 millimetr dəqiqliklə həyata keçirə bilir və əməliyyatlarda qanaxmanı təxminən 60% azaldır. Onları həqiqətən xüsusi edən isə yalnız sərt sümük materialını hədəf almaq üçün tezliklərini necə tənzimləməsidir, beləliklə sinirlər toxunulmamış qalır. Bu, xəstələrin sonradan ciddi problemlərlə, o cümlədən mümkün paraliz, ya da davamlı ağrı problemləri ilə üzləşməməsi üçün həkimlərin mütləq qarşısını almaq istədiyi fəqərə sütunu və ya ağız kimi çətin sahələrdə xüsusilə vacibdir.
Bu gün ultrasonik skalerlər iş prinsipinə görə piezoelektrik keramikadan istifadə edirlər və dəqiqədə 20.000-dən təxminən 45.000-ə qədər tebr yaradırlar. Bu cihazlar diş əti xəttinin altındakı biofilm-in təxminən 95 faizini aradan qaldırmağa imkan verir ki, bu da müalicəni xəstələr üçün daha rahat edir. Tədqiqatlar göstərir ki, bu alətlərin istifadəsi ənənəvi üsulların yerinə keçməsi ilə səthlərin təmizlənməsindən sonra minaların pürüzlanmasının təxminən 70 faiz azalmasına səbəb olur. Bu daha hamar səth bakteriyaların gələcəkdə yenidən yapışmasını azaldır. Bu skalerlərin ən son növləri real vaxt rejimində impedans sensoru texnologiyasına malikdir. Bu xüsusiyyət dentistlərə prosedur zamanı kalkulyus çöküntülərinin həqiqi sıxlığını hiss etməyə kömək edir. Nəticədə, periodontit problemi olan şəxslər üçün ümumiyyətlə daha yaxşı nəticələrlə kök planlaşdırılması işləri daha effektiv şəkildə aparıla bilər.
Bu cihazlar real klinik üstünlüklər təqdim etsə də, hələ ki, xəstəxanaların əksəriyyəti onlara keçməyib. Təxminən 42 faiz bildirir ki, hər bir vahid üçün 18 min və 55 min dollar arası qiymət etiketi çox bahalıdır və eyni zamanda materialların orqanizm daxilində nə qədər yaxşı işlədiyini narahat edirlər. Kiçik detalların zamanla dağılmaması üçün xüsusi təmizləmə prosedurları tələb olunur. Həkimlərin özünün dediklərini də unutmayaq - 2024-cü ilin son sorğusuna görə, cərrahların təxminən üçdə ikisi bu tezlikə xas parametrlərlə işləməzdən əvvəl əlavə təlimlər almağı lazım hesab edir. Tənzimləyici təsdiq almaq başqa bir maneədir. Piezoelektrik cərrahi avadanlıqları üçün FDA təsdiqindən keçmək təxminən 18-24 ay çəkir ki, bu da adi cərrahi avadanlıqla müqayisədə demək olar ki, iki dəfə çoxdur. Belə uzun gözləmə yeni texnologiyaların əməliyyat otaqlarına girməsini ciddi şəkildə yavaşladır.
PVDF kimi yeni elastik piyoelektrik materiallar sağlamlığımızın geyilən cihazlar vasitəsilə izlənilmə üsulunu dəyişdirir. Bu sensorlar adi hərəkətə mane olmadan arteriya döyünmələrini və tənəffüs nümunələrini aşkar edə bilir. Biləkliklərə və ya döş plombalarına yerləşdirildikdə, həkimlərin bütün gün ərzində ürək fəaliyyətini izləməsinə imkan verirlər. 2025-ci ilin son bazar araşdırmasına görə, bu xüsusi polimer sensorlar daha uzun ömürlü olmaqla və bir çox alternativdən daha aydın siqnallar verməklə təxminən 40% sağlamlıq sensoru tətbiq sahəsini əhatə edə bilər. Xüsusilə bir yapışqan plomba da mühüm nəticələr göstərib və qalxançı fibrilyasiya kimi bilinən ritm pozğunluğunu aşkar etməkdə təxminən 96% dəqiqliyə çatıb. Belə performans gündəlik həyatda erkən xəstəlik aşkarlanmasında həqiqətən faydalı bir texnologiyanın inkişaf etdiyini göstərir.
Koklear implantlar eşidən siqnalın emalını yaxşılaşdırmaq üçün artıq piezoelektrik keramiklərdən istifadə edirlər. Bu materiallar səs vibrasiyalarını xüsusilə nitq anlayışı üçün vacib olan yüksək tezlikli diapazonlarda daha aydın elektrik impulslarına çevirir. Son prototiplər elektromaqnit sistemlərindən 17% daha geniş dinamik diapazon təklif edir və gürültülü mühitdə səsin восприятие (qavranılmasını) əhəmiyyətli dərəcədə yaxşılaşdırır.
Piyezoelektrik sensorlar tətbiq edərək insanın toxunma hissini təqlid etməyə başlayan yeni e-dəri texnologiyası dalğalar yaratmağa başlayıb. Bu inkişaf etmiş dərilərin bəziləri hətta təxminən 0,1 kilopaskal təzyiqi hiss edə bilir ki, bu da birinin barmağını nəyisə yüngülcə sürtməsi ilə demək olar eyni şeydir. Həqiqi sirr bu sistemlərin dərhal geri əlaqə verməsidir və bu da onları protezlər kimi, insanların toxunduqları şeyi bilmələri lazım olan hallarda və ya zərif əməliyyatlarda istifadə olunan gözəl robot qolları üçün xüsusi ilə faydalı edir. 2021-ci ildə materiallar üzərində işləyən tədqiqatçılar sink oksid nanotellərinin mövcud variantların çoxundan daha uzun müddət dayandığını aşkar etdilər. Bu tellər yarımmilyondan çox dəfə əyildikdən sonra belə düzgün şəkildə işləməyə davam etdi. Belə möhkəmlik sağlamlıq sahəsində gərginliklərin izlənməsindən tutmuş mürəkkəb əməliyyatlarda daha yaxşı reaksiya verən robotların inkişafına qədər bir çox tibbi tətbiqetmə imkanlarını açır.
Piyezoelektrik biosenzorlar, mövcud elektrokimyəvi sensorlara nisbətən təxminən on dəfə daha yüksək həssaslıqla biomarkerları aşkar etmək üçün bəzi keramiklərdə tapılan elektrik yükü yaradan xassələrdən istifadə edir. Bu cihazlar molekullar bir-birinə bağlandığı zaman rezonans tezliyində baş verən dəyişiklikləri müəyyən edərək sepsisin inkişafını və ya xərçəngin yayılmasını əvvəllər mümkün olandan xeyli əvvəl həkimlərin aşkar etməsinə imkan verir. Son zamanlarda aparılan çox vacib bir tədqiqatda tədqiqatçılar bu sensorların kardial troponin I-i millilitrə 0,01 nanogram səviyyəsində hətta aşkar edə biləcəyini nümayiş etdirdilər. Belə həssaslıq tez-tez gec qalınana qədər fərqinə varılmayan 'sessiz' infarktları aşkar etmək üçün böyük fərq yaradır.
Piyezoelektrik aktuatorlar aşağıdakı vasitə ilə yüksək dəqiqlikli dərman təchizatına imkan verir:
Klinik sınaqlar göstərir ki, piyezoelektrik mikro-nasoslar dəqiq dozalaşma yolu ilə qan-beyn bariyerini aşaraq Parkinson xəstəliyinin dərmanlarının yan təsirlərini 62% azaldır.
Ən son nano p'yezoelektrik keramikalar kiçik cihazların daha az güc çıxışı demək olduğu köhnə məhdudiyyətləri aşır. Məsələn, PMN PT nanotellər bu kiçik strukturlar yalnız 500 nanometr qalınlığında olduqda belə təxminən 85 faizlik gərginlik səmərəliliyinə çata bilir. Və onları həqiqətən xüsusi edən budur ki, siqnallarının bazası üzrə praktiki olaraq heç meyl etmir, 10 min sikl işlədikdən sonra belə meyl 0,1 faizdən az qalır. Bu praktikada nə deməkdir? Artıq adi bir metal pulun içinə yerləşə biləcək qədər kiçik olan, lakin tək şarjla beş il boyu işləyə bilən implantasiya edilə bilən sensorlar görməyə başlayırıq. Bu cür təkmilləşdirmələr diabet və ya ürək xəstəliklərinin davamlı monitorinqinə ehtiyacı olan xəstələr üçün batareyanı daim dəyişdirmədən böyük fərq yaradır.
EN
