Yapay zeka (AI), hasta muayenesi ve deneme verilerinden daha derin anlayışlar elde edebilmiştir.Bu sayede teşhis yeteneklerini geliştirmek ve öngörü ve eğilim analizi yeteneklerini artırmakBir sonraki adım, yapay zekaya dayalı tıbbi testleri ve örnek analizlerini laboratuvardan doktor ofislerine, kliniklere veya evlere taşımaktır.Bu yatak kenarında izleme yöntemi (PoC) tıbbi durumları hızlı bir şekilde değerlendirebilir, hasta yükünü azaltmak ve daha sık test yaparak daha ince veriler elde etmek ve endişe verici eğilimleri daha hızlı tespit etmek için mümkün kılmak.
Yapay zekaya dayalı bir PoC elde etmek için,Gerekli veri alımı ve ölçümü için çeşitli biyosensörlerle arayüz oluşturmak için gelişmiş analog ön uçlu (AFE) çok fonksiyonel bir uygulama optimizasyonlu IC kullanmak gerekir.Bu IC'ler, hassas elektrokimyasal, biyolojik ve ilgili ölçümlerin, doğruluk, düşük güç tüketimi,ve çok entegre işlevsellikVeri gizliliğini sağlamak için gelişmiş güvenlik teknolojilerine de güvenmelidirler.
Bu makalede PoC dönüşümünün eğilimi ve tasarım üzerindeki etkisi incelenecek, daha sonra yaygın olarak kullanılan AFE ölçüm senaryoları açıklanacak,ve PoC ölçüm ve güvenlik gereksinimlerini karşılayabilen analog cihazların örnek çözümlerini tanıtacağız..
Neden şimdi POC'ye ihtiyacımız var?
PoC tespitinin ve örnek işlenmesinin arttırılmasının itici faktörleri şunlardır: bireysel sağlık koşullarını iyileştirmek için daha fazla ve daha iyi tıbbi teşhis talebi;Nüfusa dayalı yaşlanmanın ihtiyaçları hakkında anlayış geliştirmekUygulama düzenlemeleri, daha düşük maliyetlerle yapılmalı ve test ve bekleme sürelerini azaltmalı olan daha fazla test yapmayı teşvik ediyor hatta gerektiriyor.Müdahale ve hastalar için maliyetleri en aza indirmek için kliniklerde veya evlerde daha fazla yerel PoC kurma eğilimi var.Bu basit ama güçlü aletler gerektiriyor.
Aynı zamanda, yapay zeka hızla gelişiyor ve bu verilerin daha derin analiz ve tahmin için kullanılmasını sağlıyor.
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 managementBu tip IC, hastanın vücut sıvılarını sistemle bağlayan ön uç arayüzüdür.ve nihai verilerin raporlanması (Şekil 1).
Hastanın hayati belirtileri ve vücut sıvıları ile ilgili PoC cihazları ve veri sistemleri arasındaki anahtar arayüz şeması (büyütmek için tıklayın)
Şekil 1: Simülasyon ve ilgili elektronik cihazlar, hastanın hayati belirtileri ve vücut sıvıları ile ilgili PoC araçları ve veri sistemleri arasındaki önemli iletişim arayüzleri olarak hizmet eder.(Resim kaynağı)Analog cihazlar)
Uygulama odaklı çeşitlendirilmiş İK'lar çeşitli zorlukları karşılayabilmelidir.
Bu durumu açıkça göstermek için bazı örnekler kullanabiliriz:
Örnek 1: Nabız oksimetri ve kalp atış hızı monitörü:
Kan oksijen doyması (SpO2) ve kalp atış hızı önemli temel sağlık ölçüm göstergeleridir.İlk parametreler, optik ve elektronik teknolojilerin PoC'nin beklentilerini nasıl değiştirebileceğini gösteren en canlı örnektir.SpO2'yi ölçmenin tek yolu hemşirelerin kan örnekleri alıp laboratuvara test için göndermesiydi.
Şimdi, onlarca yıl öncesinden kalma iyi kurulmuş elektronik optik teknolojisiyle, parmak uçlarındaki LED'ler, ışık sensörleri ve algoritmalar saniyeler içinde hızlı DIY okumalar sağlayabilir.Aynı şekilde LED fotoelektrik sensörler de kalp atış hızı bilgileri sağlayabilir..
Daha gelişmiş LED ve fotoelektrik sensör sistemi bize daha fazla performans ve işlevsellik sağlar.en üst), çok düşük güçlü bir optik veri alma sistemidir. İletişim ve alım kanallarıyla.Uygulamalarda sadece birkaç ayrı bileşen yapılandırılması gerekir (Şekil 2), aşağıda).
MAX86171 çok kanallı, ultra düşük güçlü, analog cihazlardan optik veri alma sistemi (büyütmek için tıklayın)
Şekil 2: MAX86171 çok kanallı, ultra düşük güç,optik veri alma sistemi (üst görüntü) yüksek derecede entegre iç fonksiyonları ile harici kablolama ve pasif yardımcı bileşenlere olan ihtiyacı basitleştirir (alt görüntü). (Görüntü kaynağı: Analog Aygıtlar)
İletici tarafında, MAX86171 her biri 3 yüksek akımlı 8 bitlik LED sürücüsüne bağlı 9 programlanabilir LED sürücü çıkış iğnesi ile donatılmıştır. Alıcı tarafında,MAX86171 iki düşük gürültülü, şarj entegrasyonu ön uç ve çevresel ışık iptal (ALC) devreleri, optik tabanlı, son derece entegre yüksek performanslı veri edinme sistemi oluşturmaktadır.
SpO2 ve kalp hızı verilerine ek olarak, bu IC aynı zamanda kalp hızı değişkenliğini, vücut hidrasyonunu, kas ve doku oksijen doyumunu (SmO2 ve StO2) değerlendirebilir.ve maksimum oksijen tüketimi (VO2 max).
Lütfen tıbbi uygulamaların performans göstergelerinin ve önceliklerinin tıbbi olmayan durumlardan farklı olduğunu unutmayın.Optik ön uçun mutlak arka plan gürültüsü önemli bir parametredir., sinyal-gürültü oranı (SNR) yerine.
Biyomedikal alanda sinyal bant genişliği ve örnekleme hızı genellikle çok düşük olsa da, ilgili parametreler birkaç kilohertz hızında değişmez.Hastaların ve sinyallerin karmaşık analog özellikleri, spesifikasyonlar açısından farklı öncelik sırası gerektirir.Bu özellikler arasında yüksek hassasiyet, geniş dinamik aralık ve sürekli değişen sabit olmayan ortamlarla başarıyla başa çıkmak için düşük gürültü vardır.Hastanın derisi ve iç organları sürekli hareket eder., ve küçük hareketler bile temas alanında ve temas kuvvetinde değişikliklere neden olabilir.Sorunu daha karmaşık hale getirmek.
Uygulama gereksinimlerini karşılamak için, MAX86171'in dinamik aralığı test düzenine bağlı olarak 91 ve 110 desibel (dB) arasındadır.Karanlık akım gürültüsü 50 picoampere (pA) (etkili değer) azdır., ve çevresel ışık bastırma katsayısı 120 hertz (Hz) 70 dB'den daha iyidir.
Örnek 2: Potansiometrik yöntem, akım analizi yöntemi, volt ampere ölçüm yöntemi ve impedans ölçümü:
Günümüzde elektrik mühendisleri, çeşitli standart aletler kullanarak voltaj, akım, impedans ve karşılıklı ilişkilerini yetkin bir şekilde ölçebilirler.Bu ölçümlerin kimyasal ve biyolojik ortamlarda benzersiz gereksinimleri ve sınırlamaları vardır., ve farklı ölçüm senaryolarını sunar:
Potansiyometrik yöntem: bir çözeltideki maddelerin konsantrasyonunu belirlemek için iki elektrot arasındaki potansiyeli ölçmek için bir potansiyostat kullanmak
Akım analizi yöntemi: akım ölçüm cihazı kullanarak, akım veya akımdaki değişikliklere dayanan bir çözeltideki iyonları tespit etmek
Voltametrik yöntem: Çalışma elektrotuna zamanla değişen belirli bir voltaj eğrisi uygulanır ve genellikle ölçüm için bir potentiostat kullanarak sistem tarafından üretilen akımı ölçülür
Impedans: Deri ve vücut arasındaki voltaj akım ilişkisini ölçmek
Bu parametreleri değerlendirmek için, AD5940, 3.6 × 4.2 milimetre (mm) ölçümlü 56 toplu WLCSP paketinde (Şekil 3) birden fazla işlevsellik ve arayüz seçenekleri sunar.Bu düşük güçlü AFE çoklu fonksiyonlara ve arayüzlere sahiptir, özellikle ampere, volt ampere veya impedans ölçümleri gibi yüksek hassasiyetli elektrokimyasal ölçüm teknikleri gerektiren taşınabilir uygulamalar için tasarlanmıştır.