Kunstmatige intelligentie (AI) is in staat geweest diepere inzichten te verkrijgen uit patiëntonderzoek en proefgegevens.Daardoor worden de diagnostische mogelijkheden en de voorspellende en trendanalyse mogelijkheden verbeterd.De volgende stap is om AI-gedreven medisch testen en monsteranalyse van het laboratorium naar de kantoren, klinieken of huizen van artsen te verplaatsen.Deze methoden voor het monitoren van ziektegevallen bij het bed (PoC) kunnen medische aandoeningen snel beoordelen., verminderen van de last van de patiënt en maken vaker testen mogelijk om meer verfijnde gegevens te verkrijgen en zorgwekkende trends sneller op te sporen.
Om AI-gedreven PoC te bereiken,het is noodzakelijk om een multifunctionele applicatie-geoptimaliseerde IC met geavanceerde analoge front-end (AFE) te gebruiken om te communiceren met verschillende biosensoren voor de noodzakelijke gegevensopname en -metingDeze IC's moeten voldoen aan de unieke kenmerkende eisen van complexe elektrochemische, biologische en aanverwante metingen, met inbegrip van nauwkeurigheid, laag energieverbruik,en zeer geïntegreerde functionaliteitZe moeten ook vertrouwen op geavanceerde beveiligingstechnologieën om de privacy van gegevens te waarborgen.
In dit artikel wordt de trend van PoC-transformatie en de impact ervan op het ontwerp onderzocht, en vervolgens worden veelgebruikte AFE-metingscenario's beschreven.en voorbeeldoplossingen van analoge apparaten introduceren die kunnen voldoen aan de vereisten voor PoC-meting en beveiliging.
Waarom hebben we nu PoC nodig?
De drijvende factoren voor de toenemende detectie van PoC en de verwerking van monsters zijn onder meer: de vraag naar meer en betere medische diagnoses om de individuele gezondheidstoestand te verbeteren;Ontwikkelen van inzichten in de behoeften van bevolkingsgebaseerde verouderingDe regelgeving stimuleert of vereist zelfs meer testen, die moeten worden gedaan tegen lagere kosten en de test- en wachttijden moeten worden verkort.er is een tendens om meer lokale PoC's in klinieken of huizen te vestigen om de interferentie en kosten voor patiënten te minimaliseren, waarvoor eenvoudige maar krachtige instrumenten nodig zijn.
Tegelijkertijd ontwikkelt AI zich snel, waardoor deze gegevens kunnen worden gebruikt voor diepere analyse en voorspelling.
These comprehensive factors create a demand and opportunity for complex IC based circuits that need to be optimized according to the unique requirements of medical testing data acquisition and managementDit type IC is de front-end interface die de lichaamsvloeistoffen van de patiënt verbindt met het systeem, dat verantwoordelijk is voor het vastleggen en opnemen van gegevens van verschillende sensoren, het evalueren,en rapporteren van de definitieve gegevens (figuur 1).
Schema van de belangrijkste interface tussen vitale functies en lichaamsvloeistoffen van de patiënt en gerelateerde PoC-instrumenten en datasystemen (klik om te vergroten)
Figuur 1: Simulatie en aanverwante elektronische apparaten dienen als belangrijke communicatie-interfaces tussen de vitale functies van de patiënt en lichaamsvloeistoffen, evenals aanverwante PoC-instrumenten en datasystemen.(Foto bron): Analoogapparaten)
Toepassingsgerichte gediversifieerde IC's moeten verschillende uitdagingen kunnen aanpakken
We kunnen een aantal voorbeelden gebruiken om deze situatie duidelijk te illustreren:
Voorbeeld 1: Pulsoximetrie en hartslagmeter:
Bloedzuurstofverzadiging (SpO2) en hartslag zijn belangrijke basisindicatoren voor de gezondheid.De eerste parameter geeft het meest levendige voorbeeld van hoe optische en elektronische technologieën de verwachtingen van PoC kunnen veranderen.De enige manier om SpO2 te meten is altijd geweest dat verpleegkundigen bloedmonsters namen en naar het laboratorium stuurden voor testen.
Nu, met de gevestigde elektronische optische technologie van decennia geleden, kunnen LED's, lichtsensoren en algoritmen op de vingertoppen snelle doe-het-zelf-metingen leveren in seconden.dezelfde opstelling van LED-foto-elektrische sensoren kan ook informatie over de hartslag geven.
Het meer geavanceerde LED- en foto-elektrische sensorsysteem biedt ons meer prestaties en functionaliteit.bovenste)Het is een optisch gegevensverzamelingssysteem met een zeer laag vermogen met zend- en ontvangstkanalen.In de toepassingen moeten slechts enkele discrete componenten worden geconfigureerd (figuur 2)., onderaan).
MAX86171 multi-kanaal, ultra-laag vermogen, optisch gegevensverzamelingssysteem van analoge apparaten (klik om te vergroten)
Figuur 2: De MAX86171 multi-kanaal, ultra laag vermogen,optisch gegevensverzamelingssysteem (bovenbeeld) vereenvoudigt de externe bedrading en de noodzaak van passieve hulpcomponenten met zijn sterk geïntegreerde interne functies (onderbeeld). (Foto: Analog Devices)
Aan de zenderzijde is de MAX86171 uitgerust met 9 programmeerbare LED-driver-uitgangspijnen, elk aangesloten op 3 hoogstroom 8-bits LED-drivers.de MAX86171 is uitgerust met twee geluidsarme, ladingintegratie front-end en omgevingslicht annulering (ALC) circuits, het vormen van een optisch gebaseerde, zeer geïntegreerde high-performance data acquisition systeem.
Naast SpO2 en hartslaggegevens kan deze IC ook de variabiliteit van de hartslag, de lichaamshydratatie, de zuurstofsaturatie van spieren en weefsels (SmO2 en StO2) evalueren,en maximaal zuurstofverbruik (VO2 max).
Houd er rekening mee dat de prestatie-indicatoren en prioriteiten van medische toepassingen verschillen van niet-medische situaties.het absolute achtergrondgeluid van de optische voorzijde is een belangrijke parameter, in plaats van de signaal-geluidsverhouding (SNR).
Hoewel in de biomedische sector de signaalbandbreedte en de bemonsteringssnelheid meestal zeer laag zijn omdat de relevante parameters niet veranderen bij een snelheid van enkele kilohertz,de complexe analoge eigenschappen van patiënten en signalen vereisen verschillende prioriteitsorde in termen van specificatiesDeze eigenschappen omvatten hoge gevoeligheid, een breed dynamisch bereik en een laag geluidsniveau om succesvol om te gaan met voortdurend veranderende niet-vaste omgevingen.de huid en de inwendige organen van de patiënt zullen voortdurend bewegen, en zelfs lichte bewegingen kunnen veranderingen in het contactgebied en de contactkracht veroorzaken.het probleem complexer maken.
Om aan de toepassingsvereisten te voldoen bedraagt het dynamische bereik van de MAX86171 91 tot 110 decibel (dB), afhankelijk van de testopstelling.donkerstroomgeluid minder dan 50 picoampere (pA) (effectieve waarde), en de coëfficiënt voor het onderdrukken van het omgevingslicht bij 120 hertz (Hz) beter is dan 70 dB.
Voorbeeld 2: Potentiometrische methode, stroomanalyse methode, volt-ampere meetmethode en impedantiemeting:
Tegenwoordig kunnen elektrotechnische ingenieurs met behulp van verschillende standaardinstrumenten spanning, stroom, impedantie en hun onderlinge relaties vakkundig meten.Deze metingen hebben unieke eisen en beperkingen in chemische en biologische omgevingen., en verschillende meetscenario's presenteren:
Potentiometrische methode: met behulp van een potentiostaat om het potentieel tussen twee elektroden te meten om de concentratie van stoffen in een oplossing te bepalen
Stroomanalyse methode: met behulp van een stroommetingsinrichting ionen in een oplossing detecteren op basis van stroom of veranderingen in stroom
Voltammetrische methode: op de werkende elektrode een specifieke spanningscurve toepassen die in de loop van de tijd varieert en de door het systeem gegenereerde stroom meten, meestal met behulp van een potentiostaat voor de meting
Impedantie: meting van de relatie tussen spanning en stroom tussen de huid en het lichaam
Om deze parameters te evalueren, biedt AD5940 meerdere functionaliteiten en interface-opties in een 56-bal WLCSP-pakket met een afmeting van 3,6 × 4,2 millimeter (mm) (figuur 3).Deze laagvermogen AFE heeft meerdere functies en interfaces, speciaal ontworpen voor draagbare toepassingen die hoge-precisie elektrochemische meettechnieken zoals ampère, voltampère of impedantiemetingen vereisen.