Специалисты Химико-технологического кластера (ХТК) научного дивизиона «Росатома» приступили к внедрению пленочного композиционного пьезоматериала собственной разработки в производство сканирующего модуля УЗИ-датчика. Диагностические возможности аппарата УЗИ и качество визуализации напрямую зависят от конструкции фазированной антенной решетки модуля и пьезоматериалов, используемых при ее изготовлении. Образец решетки из композитных пьезоэлементов будет представлен в этом году.
Медицинское приборостроение является одной из наиболее конкурентных и наукоемких отраслей современной промышленности. Российский рынок медицинских технологий демонстрирует стабильный рост, в том числе за счет ухода западных компаний. Отечественные разработчики и производители восполнили дефицит оборудования и комплектующих, в том числе для зарубежной техники. Благодаря внедрению инновационных материалов принципиально улучшаются возможности аппаратов, и, как следствие, повышается эффективность медицинской помощи.
Ультразвуковая диагностика — самый распространенный метод исследования в медицинской практике. С помощью ультразвукового аппарата можно получить информацию о локализации, параметрах формы и двигательной активности внутренних органов. В сканирующем модуле сигнал формируется следующим образом: на фазированную решетку подается периодический электрический сигнал, а пьезоматериалы преобразуют его в ультразвуковые волны, которые по-разному отражаются от тканей человека в исследуемой области. Далее отраженные УЗ-волны заставляют колебаться пьезоэлементы, генерируя электрический сигнал, трансформирующийся в цифровые данные для визуализации изображения.
Применяемые сейчас решетки на основе пьезокристаллов крайне уязвимы к любым механическим воздействиям, поэтому имеют недолгий срок службы. Если общий срок эксплуатации УЗИ-аппарата составляет минимум 7-8 лет, то датчики приходится заменять гораздо чаще. От исправности модуля, количества «битых» и деградировавших элементов решетки зависит качество изображения и точность измерений. Помимо хрупкости, их недостатком является высокая специализированность. Опережающее развитие систем обработки и электроники приводит к тому, что датчики довольно быстро устаревают и перестают удовлетворять требованиям к разрешению и точности диагностики.
Начальник управления функциональных материалов ХТК Егор Данилов отметил:
«Наша заслуга как материаловедов в том, что мы разработали специальный композитный материал, который крайне перспективен для изготовления пьезоэлементов сканирующего модуля датчика. По сравнению с традиционными материалами (пьезокерамикой) композитные пьезоэлементы имеют ряд преимуществ: близкий кпд преобразования электрической энергии в механическую, в 10 раз более низкое акустическое сопротивление на границе с водой и телом человека, а значит, меньшие шумы и потери сигнала. Кроме того, пьезокерамика работает в довольно узком интервале частот, что приводит к необходимости разработки большого числа специализированных датчиков, отличающихся глубиной исследования и разрешением. Композит работает в широком интервале частот, что потенциально позволяет создать более универсальные датчики с возможностью плавного регулирования рабочей частоты. В результате внедрения инновационного материала мы ожидаем получить мультипликативный эффект, с одной стороны, повышая надежность сканирующего модуля и упрощая конструкцию согласующего слоя датчика, а с другой – обеспечивая более высокую чувствительность и точность. Фактически наши материалы двигают медицину вперед».