Η τεχνητή νοημοσύνη (AI) έχει καταφέρει να αποκτήσει βαθύτερες γνώσεις από τα δεδομένα εξέτασης ασθενών και δοκιμών,Με τον τρόπο αυτό βελτιώνονται οι διαγνωστικές δυνατότητες και οι δυνατότητες πρόβλεψης και ανάλυσης τάσεωνΤο επόμενο βήμα είναι η μετανάστευση των ιατρικών δοκιμών και των αναλύσεων δειγμάτων που βασίζονται στην ΤΝ από το εργαστήριο στα ιατρεία, τις κλινικές ή τα σπίτια.Αυτή η μέθοδος παρακολούθησης στο πλευρό του κρεβατιού μπορεί να αξιολογήσει γρήγορα τις ιατρικές καταστάσεις, να μειωθεί η επιβάρυνση των ασθενών και να καταστεί δυνατή η συχνότερη εξέταση για την παροχή πιο ακριβών δεδομένων και την ταχύτερη ανίχνευση ανησυχητικών τάσεων.
Για να πετύχει την AI PoC,είναι απαραίτητο να χρησιμοποιηθεί ένα πολυλειτουργικό σύστημα διασύνδεσης με βελτιστοποιημένη εφαρμογή με προηγμένο αναλογικό front-end (AFE) για να συνδεθεί με διάφορους βιοαισθητήρες για την απαραίτητη συλλογή και μέτρηση δεδομένωνΤα εν λόγω διασυνοριακά συστήματα πρέπει να ανταποκρίνονται στις μοναδικές χαρακτηριστικές απαιτήσεις των πολύπλοκων ηλεκτροχημικών, βιολογικών και συναφών μετρήσεων, συμπεριλαμβανομένης της ακρίβειας, της χαμηλής κατανάλωσης ενέργειας,και πολύ ολοκληρωμένη λειτουργικότηταΠρέπει επίσης να βασίζονται σε προηγμένες τεχνολογίες ασφαλείας για να εξασφαλίσουν την ιδιωτικότητα των δεδομένων.
Αυτό το άρθρο θα διερευνήσει την τάση μετατροπής PoC και την επίδρασή της στον σχεδιασμό, στη συνέχεια θα περιγράψει ευρέως χρησιμοποιούμενα σενάρια μέτρησης AFE,και να εισάγουν παραδείγματα λύσεων αναλογικών συσκευών που μπορούν να ανταποκριθούν στις απαιτήσεις μέτρησης PoC και ασφάλειας.
Γιατί χρειαζόμαστε τον ΠΟΚ τώρα;
Οι παράγοντες που οδηγούν στην αύξηση της ανίχνευσης PoC και της επεξεργασίας δειγμάτων περιλαμβάνουν: τη ζήτηση για περισσότερες και καλύτερες ιατρικές διαγνώσεις για τη βελτίωση των ατομικών συνθηκών υγείας.Ανάπτυξη γνώσεων σχετικά με τις ανάγκες της γήρανσης του πληθυσμούΟι κανονιστικές διατάξεις ενθαρρύνουν ή απαιτούν περισσότερες δοκιμές, οι οποίες πρέπει να γίνονται με χαμηλότερα κόστη και να μειώνουν τους χρόνους δοκιμών και αναμονής.Υπάρχει τάση να δημιουργούνται περισσότεροι τοπικοί PoC σε κλινικές ή σπίτια για να ελαχιστοποιηθούν οι παρεμβολές και το κόστος για τους ασθενείς, η οποία απαιτεί απλά αλλά ισχυρά εργαλεία.
Ταυτόχρονα, η τεχνητή νοημοσύνη αναπτύσσεται ραγδαία, επιτρέποντας τη χρήση αυτών των δεδομένων για βαθύτερη ανάλυση και πρόβλεψη.
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 managementΑυτός ο τύπος IC είναι το front-end interface που συνδέει τα σωματικά υγρά του ασθενούς με το σύστημα, υπεύθυνο για τη συλλογή και καταγραφή δεδομένων από διάφορους αισθητήρες, την αξιολόγησή τους,και αναφορά των τελικών δεδομένων (Σχήμα 1).
Διάγραμμα βασικής διεπαφής μεταξύ των ζωτικών σημείων του ασθενούς και των σωματικών υγρών και των σχετικών οργάνων PoC και συστημάτων δεδομένων (κάντε κλικ για να μεγαλώσετε)
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: Οξυμετρία σφυγμού και μέτρο καρδιακού ρυθμού:
Ο κορεσμός οξυγόνου στο αίμα (SpO2) και ο καρδιακός ρυθμός είναι σημαντικοί βασικοί δείκτες μέτρησης της υγείας.Η πρώτη παράμετρος παρέχει το πιο ζωντανό παράδειγμα του πώς οι οπτικές και ηλεκτρονικές τεχνολογίες μπορούν να αλλάξουν τις προσδοκίες του PoCΟ μόνος τρόπος για να μετρηθεί το SpO2 ήταν πάντα οι νοσοκόμες να παίρνουν δείγματα αίματος και να τα στέλνουν στο εργαστήριο για εξέταση.
Τώρα, με την καθιερωμένη ηλεκτρονική οπτική τεχνολογία από δεκαετίες πριν, τα LED, οι αισθητήρες φωτός και οι αλγόριθμοι στα δάχτυλα μπορούν να παρέχουν γρήγορες αναγνώσεις DIY σε δευτερόλεπτα.η ίδια διάταξη των φωτοηλεκτρικών αισθητήρων LED μπορεί επίσης να παρέχει πληροφορίες για τον καρδιακό ρυθμό.
Το πιο προηγμένο σύστημα LED και φωτοηλεκτρικών αισθητήρων μας παρέχει μεγαλύτερη απόδοση και λειτουργικότητα.πάνω), το οποίο είναι ένα σύστημα οπτικής απόκτησης δεδομένων εξαιρετικά χαμηλής ισχύος 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 MAX86171 είναι εξοπλισμένο με δύο χαμηλού θορύβου, ενσωματωμένα κυκλώματα ενδιάμεσης φόρτισης και διαγραφής του περιβάλλοντος φωτός (ALC), που σχηματίζουν ένα σύστημα λήψης δεδομένων υψηλής απόδοσης με βάση την οπτική και υψηλής ολοκλήρωσης.
Εκτός από τα δεδομένα SpO2 και καρδιακού ρυθμού, αυτό το IC μπορεί επίσης να αξιολογεί τη μεταβλητότητα του καρδιακού ρυθμού, την ενυδάτωση του σώματος, τον κορεσμό οξυγόνου των μυών και των ιστών (SmO2 και StO2),και μέγιστη κατανάλωση οξυγόνου (VO2 max).
Παρακαλούμε σημειώστε ότι οι δείκτες επιδόσεων και οι προτεραιότητες των ιατρικών εφαρμογών διαφέρουν από τις μη ιατρικές καταστάσεις.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, επειδή οι σχετικές παραμέτροι δεν αλλάζουν με ρυθμό αρκετών χιλιοχέρτζων,Οι πολύπλοκες αναλογικές ιδιότητες των ασθενών και των σημάτων απαιτούν διαφορετικές τάξεις προτεραιότητας όσον αφορά τις προδιαγραφές.Τα χαρακτηριστικά αυτά περιλαμβάνουν υψηλή ευαισθησία, ευρύ δυναμικό εύρος και χαμηλό θόρυβο για να αντιμετωπίζουν με επιτυχία τα συνεχώς μεταβαλλόμενα μη σταθερά περιβάλλοντα.το δέρμα και τα εσωτερικά όργανα του ασθενούς θα κινούνται συνεχώςΕπιπλέον, τα χαρακτηριστικά αυτά επηρεάζονται επίσης από διάφορες παρεμβολές, θόρυβο 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: Μεθοδολογία δυνητικομέτρησης, μέθοδος ανάλυσης ρεύματος, μέθοδος μέτρησης βολτ-άμπερ και μέτρηση παρεμπόδισης:
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 μέτρησης:
Μεθοδος δυνητικομετρίας: με τη χρήση ενός δυνητικοστάτη για τη μέτρηση του δυναμικού μεταξύ δύο ηλεκτροδίων για τον προσδιορισμό της συγκέντρωσης των ουσιών σε διάλυμα
Μέθοδος ανάλυσης ρεύματος: χρήση συσκευής μέτρησης ρεύματος για την ανίχνευση ιόντων σε διάλυμα με βάση το ρεύμα ή τις αλλαγές στο ρεύμα
Μεθοδος βολταμετρίας: Εφαρμόζεται μια συγκεκριμένη καμπύλη τάσης που ποικίλλει με την πάροδο του χρόνου στο ηλεκτρόδιο εργασίας και μετριέται το ρεύμα 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, το AD5940 προσφέρει πολλαπλές λειτουργίες και επιλογές διεπαφής σε συσκευασία WLCSP 56 σφαίρες μεγέθους 3,6 × 4,2 χιλιοστών (mm) (Σχήμα 3).Αυτό το χαμηλής ισχύος AFE έχει πολλαπλές λειτουργίες και διεπαφές, σχεδιασμένα ειδικά για φορητές εφαρμογές που απαιτούν υψηλής ακρίβειας ηλεκτροχημικές μετρήσεις όπως μετρήσεις αμπερίου, βολτ-αμπερίου ή παρεμπόδισης.