Το κύμα μετασχηματισμού των ιατρικών δοκιμών στο πλευρό του κρεβατιού (PoC) μετατοπίζεται από τα εργαστήρια σε κλινικές κλινικές, κοινοτικά ιδρύματα υγειονομικής περίθαλψης και ακόμη και σε νοικοκυριά.Αυτή η αλλαγή θα επιταχύνει την ταχύτητα της διάγνωσης, επιταχύνοντας έτσι τη φροντίδα των ασθενών, βελτιώνοντας την αποτελεσματικότητα και μειώνοντας το κόστος.
Για να επιτευχθεί το PoC, the first step is to use a multifunctional application optimized integrated circuit with advanced analog front-end (AFE) to connect with various biosensors for necessary data acquisition and measurementΚάθε IC πρέπει να πληροί μοναδικές απαιτήσεις χαρακτηριστικών για πολύπλοκες ηλεκτροχημικές, βιολογικές και συναφείς μετρήσεις, συμπεριλαμβανομένης της ακρίβειας, της χαμηλής κατανάλωσης ενέργειας,και πολύ ολοκληρωμένη λειτουργικότηταΤα επιτυχημένα τελικά προϊόντα χαρακτηρίζονται από εξαιρετικές επιδόσεις, υψηλή ευελιξία και δυνατότητα αναβάθμισης, τα οποία συμβάλλουν στην υλοποίηση μελλοντικών πλατφορμών.Τα προϊόντα αυτά πρέπει επίσης να είναι εξοπλισμένα με εύρυθμα και ακριβή κυκλώματα ελέγχου κίνησης και εξακρίβωσης ταυτότητας για να εξασφαλίζεται η ακρίβεια των δεδομένων και η ασφάλεια της ιδιωτικής ζωής..
Το παρόν άρθρο θα διερευνήσει τη σημαντική μεταμόρφωση προς την PoC και την επίδρασή της στον σχεδιασμό και στη συνέχεια θα περιγράψει τα ευρέως χρησιμοποιούμενα σενάρια μέτρησης AFE,εισαγωγή των ευέλικτων λύσεων που μπορεί να παρέχει η Analog Devices για την κάλυψη των απαιτήσεων της μέτρησης PoC, έλεγχο κίνησης και επαλήθευση.
Γιατί χρειαζόμαστε τον ΠΟΚ τώρα;
Υπάρχουν πολλοί παράγοντες που οδηγούν στην ζήτηση για PoC και επεξεργασία δειγμάτων, συμπεριλαμβανομένης της ανάγκης για ταχεία ιατρική διάγνωση για τη βελτίωση των ατομικών συνθηκών υγείας.Οι κανονισμοί ενθαρρύνουν ή ακόμη και επιβάλλουν περισσότερες δοκιμέςΣήμερα υπάρχει τάση να διεξάγεται PoC κοντά σε κλινικές ή σπίτια για να ελαχιστοποιηθούν οι επιπτώσεις στους ασθενείς, να μειωθούν τα έξοδα και να εξοικονομηθεί χρόνος.Αυτά τα συστήματα απαιτούν τη χρήση απλών και εύκολων στη χρήση, αλλά ισχυρών οργάνων και εξοπλισμού για την επίτευξη αυτών των στόχων..
Για τους σχεδιαστές τέτοιων συστημάτων, το AFE, το IC ελέγχου κίνησης και επαλήθευσης ταυτότητας παρέχει μια ενδιάμεση διεπαφή που μπορεί να συνδέσει άμεσα τα σωματικά υγρά του ασθενούς, τα ζωτικά σημεία,και τα συστήματα που απαιτούνται για τη συλλογήΟι συσκευές αυτές αποτελούν τον ακρογωνιαίο λίθο για την κατασκευή ηλεκτροχημικών και οπτικών διαγνωστικών λύσεων.και απαιτούν τέτοιες λύσεις για την παροχή μηχανών μέτρησης συμβατών με διάφορους βιοαισθητήρες και χημικά, καθώς και μια πλατφόρμα αναβάθμισης λογισμικού.
Διασύνδεση μεταξύ των ζωτικών σημείων του ασθενούς και των σωματικών υγρών και των σχετικών οργάνων PoC και συστημάτων δεδομένων
Σχήμα 1: Η προσομοίωση και οι συναφείς ηλεκτρονικές συσκευές χρησιμεύουν ως σημαντικές διεπαφές επικοινωνίας μεταξύ των ζωτικών σημείων του ασθενούς και των σωματικών υγρών, καθώς και των συναφών οργάνων PoC και συστημάτων δεδομένων.(Πηγή εικόνας): Αναλογικές συσκευές)
Οι διαφοροποιημένες ΚΠ προσανατολισμένες σε εφαρμογές θα πρέπει να είναι σε θέση να αντιμετωπίσουν διάφορες προκλήσεις
Μπορούμε να χρησιμοποιήσουμε μερικά παραδείγματα για να απεικονίσουμε καθαρά την κατάσταση:
Παράδειγμα 1: Ανίχνευση οπτικής φθορισμού (FLD):
Μέσω αυτής της τεχνολογίας, οι ερευνητές είναι σε θέση να μελετήσουν τη διανομή, την τοποθέτηση και τις αλληλεπιδράσεις των βιολογικών συστατικών στα κύτταρα ή τους ιστούς,Έτσι αποκτώντας μια λεπτομερή κατανόηση των κυτταρικών διεργασιών και λειτουργιών που συνήθως δεν παρατηρούνται από τα τυποποιημένα οπτικά μικροσκόπιαΗ τεχνική αυτή χρησιμοποιεί φθοροφόρους που προκαλούνται από φθορόφωρα αντί να βασίζεται σε αρχές οπτικής απορρόφησης, διάσπασης ή αντανάκλασης.
Τα φθοριστικά υλικά απορροφούν φως συγκεκριμένων μήκων κύματος, διεγείροντας μερικά από τα ηλεκτρόνια σε υψηλότερες ενεργειακές καταστάσεις.η φθοριστική ομάδα εκπέμπει φως με μεγαλύτερο χαρακτηριστικό μήκος κύματοςΜε την ανίχνευση και ανάλυση της εκπεμπόμενης φθορισμού, μπορεί να επιτευχθεί οραματισμός βιολογικών δομών σε μοριακό επίπεδο υψηλής αντίθεσης.
Το πιο προηγμένο σύστημα LED και φωτοηλεκτρικών αισθητήρων μας παρέχει μεγαλύτερη απόδοση και λειτουργικότητα.πάνω)Πρόκειται για ένα οπτικό σύστημα απόκτησης δεδομένων με πολύ χαμηλή ισχύ, με κανάλια μετάδοσης και λήψης.μόνο λίγα διακριτά στοιχεία πρέπει να ρυθμιστούν σε εφαρμογές (Σχήμα 2, κάτω).
MAX86171 πολυκάναλο, υπερ-χαμηλής ισχύος, οπτικό σύστημα απόκτησης δεδομένων από αναλογικές συσκευές (κάντε κλικ για να μεγαλώσετε)
Σχήμα 2: Το MAX86171 πολλαπλών καναλιών, εξαιρετικά χαμηλής ισχύος,σύστημα λήψης οπτικών δεδομένων (πάνω εικόνα) απλοποιεί την εξωτερική καλωδίωση και την ανάγκη για παθητικά βοηθητικά εξαρτήματα με τις εξαιρετικά ολοκληρωμένες εσωτερικές λειτουργίες του (κάτω εικόνα)(Πηγή εικόνας: Analog Devices)
Από την πλευρά του πομπού, το MAX86171 είναι εξοπλισμένο με 9 προγραμματιζόμενες πινές εξόδου οδηγού LED, η καθεμία από τις οποίες συνδέεται με 3 οδηγούς LED 8 bit υψηλού ρεύματος.το IC είναι εξοπλισμένο με δύο χαμηλού θορύβου, ενσωματωμένα εμπρόσθια άκρα φόρτισης και κυκλώματα ακύρωσης περιβάλλοντος φωτός (ALC), σχηματίζοντας ένα σύστημα λήψης δεδομένων υψηλής απόδοσης με υψηλή ολοκλήρωση, βασισμένο στην οπτική.
Για σχέδια που απαιτούν λιγότερα οπτικά κανάλια, μπορεί να χρησιμοποιηθεί η συσκευή MAX86178ENJ+, η οποία είναι εξαιρετικά χαμηλής ισχύος,Κλινική βαθμίδα ζωτικής σημασίας AFE που μπορεί να υποστηρίξει έως έξι LED και τέσσερις εισόδους φωτοδιόδων.
Παρακαλούμε σημειώστε ότι οι δείκτες επιδόσεων και οι προτεραιότητες των ιατρικών εφαρμογών διαφέρουν από τις μη ιατρικές καταστάσεις, όπως τα οπτικά κανάλια δεδομένων.ο απόλυτος θόρυβος υποβάθρου του οπτικού μπροστινού μέρους είναι βασική παράμετρος, και όχι η αναλογία σήματος/θόρυβου (SNR).
Αν και στον βιοϊατρικό τομέα, το εύρος ζώνης του σήματος και ο ρυθμός δειγματοληψίας είναι συνήθως πολύ χαμηλοί και οι σχετικές παραμέτροι δεν αλλάζουν με ρυθμό αρκετών χιλιοχέρτζων,Τα πολύπλοκα χαρακτηριστικά προσομοίωσης των φυσιολογικών συστημάτων των ασθενών και τα ίδια τα σήματα απαιτούν να θέσουμε διαφορετικές προτεραιότητες στις τεχνικές προδιαγραφέςΤα χαρακτηριστικά αυτά περιλαμβάνουν υψηλή ευαισθησία, ευρύ δυναμικό εύρος και χαμηλό θόρυβο για να αντιμετωπίσει με επιτυχία τα συνεχώς μεταβαλλόμενα περιβάλλοντα λειτουργίας.το δέρμα και τα εσωτερικά όργανα του ασθενούς θα κινούνται συνεχώςΕπιπλέον, τα χαρακτηριστικά αυτά επηρεάζονται επίσης από διάφορες παρεμβολές και αλλαγές,κάνοντας το πρόβλημα πιο περίπλοκο.
Για να ανταποκριθεί στις απαιτήσεις εφαρμογής, το δυναμικό εύρος του MAX86171 είναι μεταξύ 91 και 110 decibels (dB), ανάλογα με τη διάταξη δοκιμής.ο θόρυβος σκοτεινού ρεύματος είναι μικρότερος από 50 picoamps (pA) (αποτελεσματική τιμή), και ο συντελεστής καταστολής του φωτός περιβάλλοντος σε 120 hertz (Hz) είναι καλύτερος από 70 dB.
Παράδειγμα # 2: Ποντικομέτρο, Μετρητή Άμπερ, Βολταμετρία και Μέτρηση Αντίστασης:
Σήμερα, οι ηλεκτρολόγοι μπορούν να μετρήσουν με επιδεξιότητα την τάση, το ρεύμα, την αντίσταση και τις σχέσεις τους χρησιμοποιώντας διάφορα τυποποιημένα όργανα.οι εν λόγω μετρήσεις έχουν μοναδικές απαιτήσεις και περιορισμούς σε χημικά και βιολογικά περιβάλλοντα, και παρουσιάζουν διαφορετικά σενάρια:
Μεθοδος δυνητικομετρίας: με τη χρήση ενός δυνητικοστάτη για τη μέτρηση του δυναμικού μεταξύ δύο ηλεκτροδίων για τον προσδιορισμό της συγκέντρωσης των ουσιών σε διάλυμα
Αμπερόμετρος: χρήση συσκευής μέτρησης ρεύματος για την ανίχνευση ιόντων σε διάλυμα με βάση το ρεύμα ή τις αλλαγές στο ρεύμα
Βολταμετρία: Εφαρμογή μιας συγκεκριμένης καμπύλης τάσης με την πάροδο του χρόνου σε ένα ηλεκτρόδιο εργασίας και μέτρηση του ρεύματος που παράγεται από το σύστημα, συνήθως χρησιμοποιώντας έναν δυνατοστάτη για τη μέτρηση.
Αντίσταση: Μέτρηση της σχέσης τάσης-στροφής μεταξύ του δέρματος και του σώματος
Για την αξιολόγηση αυτών των παραμέτρων, μπορεί να χρησιμοποιηθεί ένα WLCSP με σφαίρα AD5940 56 με μέγεθος 3,6 × 4,2 χιλιοστών (mm) (σχήμα 3).ειδικά σχεδιασμένο για φορητές εφαρμογές που απαιτούν υψηλής ακρίβειας ηλεκτροχημική τεχνολογία, όπως αμπεριαλικές, βολτ-άμπερα ή μετρήσεις αντίστασης.