Fala transformacji badań medycznych przy łóżku (PoC) przesuwa się z laboratoriów do klinik klinicznych, instytucji opieki zdrowotnej społeczności, a nawet gospodarstw domowych.Ta transformacja przyspieszy diagnozę., przyspieszając tym samym opiekę nad pacjentami, zwiększając skuteczność i obniżając koszty.
Aby osiągnąć 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 measurementKażdy układ IC musi spełniać unikalne wymagania charakterystyczne dla złożonych pomiarów elektrochemicznych, biologicznych i pokrewnych, w tym dokładności, niskiego zużycia energii,i wysoce zintegrowane funkcjonalnościUdanego produktu końcowego charakteryzuje doskonała wydajność, duża elastyczność i możliwość modernizacji, co przyczynia się do realizacji platform przyszłościowych.Produkty te muszą być również wyposażone w płynne i precyzyjne układy kontrolne ruchu i układy identyfikacji w celu zapewnienia dokładności danych i bezpieczeństwa prywatności..
W niniejszym artykule omówi się główną transformację w kierunku PoC i jej wpływ na projektowanie, a następnie opisa szeroko stosowane scenariusze pomiaru AFE,wprowadzenie elastycznych rozwiązań, które urządzenia analogowe mogą zapewnić w celu spełnienia wymogów pomiaru PoC, sterowanie ruchem i weryfikacja.
Po co nam teraz PoC?
Istnieje wiele czynników napędzających popyt na PoC i przetwarzanie próbek, w tym potrzeba szybkiej diagnozy medycznej w celu poprawy indywidualnych warunków zdrowotnych.Przepisy regulacyjne zachęcają lub nawet nakazują większe badaniaObecnie istnieje tendencja do prowadzenia PoC w pobliżu klinik lub domów, aby zminimalizować wpływ na pacjentów, zmniejszyć koszty i zaoszczędzić czas.Takie systemy wymagają stosowania prostych i łatwych w obsłudze, ale potężnych instrumentów i sprzętu, aby osiągnąć te cele.
Dla projektantów takich systemów, AFE、 IC kontroli ruchu i weryfikacji tożsamości zapewnia pośredni interfejs, który może bezpośrednio łączyć płynów ciała pacjenta, oznak życia,i systemów wymaganych do przechwytywania, rejestrują, oceniają i przekazują dane z wyników różnych czujników.i wymagać takich rozwiązań w celu zapewnienia silników pomiarowych kompatybilnych z różnymi czujnikami biologicznymi i chemikaliami, a także platformę do aktualizacji oprogramowania.
Interfejs pomiędzy objawami życiowymi pacjenta a płynami ciała oraz powiązanymi instrumentami PoC i systemami danych
Rysunek 1: Symulacja i powiązane urządzenia elektroniczne służą jako ważne interfejsy komunikacyjne między oznakami życiowymi pacjenta a płynami ciała, a także powiązanymi instrumentami PoC i systemami danych.(źródło zdjęcia): Urządzenia analogowe)
Zróżnicowane IC zorientowane na zastosowanie powinny być w stanie sprostać różnym wyzwaniom
Możemy użyć kilku przykładów, aby jasno zilustrować tę sytuację:
Przykład 1: Wykrycie fluorescencji optycznej (FLD):
Dzięki tej technologii naukowcy mogą badać rozkład, lokalizację i interakcje składników biologicznych w komórkach lub tkankach.uzyskanie szczegółowego zrozumienia procesów i funkcji komórkowych, które zazwyczaj nie są obserwowane za pomocą standardowych mikroskopów optycznychTechnika ta wykorzystuje fluorofory indukowane fluorescencją zamiast działać w oparciu o zasady absorpcji optycznej, rozpraszania lub odbicia.
Materiały fluorescencyjne pochłaniają światło o określonych długościach fali, pobudzając niektóre elektrony do stanów wyższej energii.grupa fluorescencyjna emituje światło o dłuższej charakterystycznej długości fali. Dzięki wykrywaniu i analizie emitowanej fluorescencji można uzyskać wizualizację struktur biologicznych na poziomie wysokiego kontrastu molekularnego.
W celu zapewnienia większej wydajności i funkcjonalności istnieją niektóre układy IC specjalnie zaprojektowane do tych zastosowań, takie jak MAX86171 (rysunek 2,górne)Jest to ultra niskoenergetyczny optyczny system pozyskiwania danych z kanałami transmisji i odbioru.w aplikacjach potrzebna jest konfiguracja zaledwie kilku dyskretnych komponentów (rysunek 2), dolnej części).
MAX86171 wielokanałowy, ultra niskiej mocy, optyczny system pozyskiwania danych od urządzeń analogowych (kliknij aby powiększyć)
Rysunek 2: MAX86171 wielokanalizowany, o bardzo niskiej mocy,system pozyskiwania danych optycznych (zdjęcie górne) uproszcza okablowanie zewnętrzne i potrzebę pasywnych komponentów pomocniczych dzięki wysoce zintegrowanym funkcjom wewnętrznym (zdjęcie dolne)(źródło zdjęcia: Analog Devices)
Po stronie nadajnika, MAX86171 jest wyposażony w 9 programowalnych pinów wyjściowych sterowników LED, z których każdy jest podłączony do 3 sterowników LED o dużym prędkości 8-bitowej.IC jest wyposażony w dwa urządzenia o niskim hałasie, ładowanie zintegrowanych przednich końcówek i obwodów ALC, tworzących optyczny, wysoko zintegrowany, wydajny system pozyskiwania danych.
W przypadku konstrukcji wymagających mniejszej liczby kanałów optycznych, można użyć urządzenia MAX86178ENJ+, które ma bardzo niską moc,AFE, który może obsługiwać maksymalnie sześć diod LED i cztery wejścia fotodiody.
Należy pamiętać, że wskaźniki wydajności i priorytety zastosowań medycznych różnią się od sytuacji niemedycznych, takich jak kanały danych optycznych.bezwzględny hałas tła przedniej części urządzenia optycznego jest kluczowym parametrem, a nie stosunek sygnału do hałasu (SNR).
Chociaż w dziedzinie biomedycznej szerokość pasma sygnału i szybkość pobierania próbek są zazwyczaj bardzo niskie, a związane z nimi parametry nie zmieniają się z prędkością kilku kilohertzów,złożone cechy symulacji układów fizjologicznych pacjenta i samych sygnałów wymagają ustalenia różnych priorytetów w specyfikacjach technicznychW tym środowisku, w którym systemy operacyjne są w ciągłej zmianie, nie ma żadnych ograniczeń w zakresie czułości.skóra i narządy wewnętrzne pacjenta będą się ciągle poruszać, a nawet niewielkie ruchy mogą powodować zmiany w obszarze kontaktu i siłę kontaktu.Sprawianie problemu bardziej skomplikowanym.
Aby spełnić wymagania zastosowań, zakres dynamiczny MAX86171 wynosi od 91 do 110 decybeli (dB), w zależności od układu testowego.hałas ciemnego prądu jest mniejszy niż 50 picoamp (pA) (wartość rzeczywista), a współczynnik tłumienia światła otoczenia przy 120 hertzach (Hz) jest lepszy niż 70 dB.
Przykład # 2: Potencjometr, Ampere Meter, Voltametry i pomiar impedancji:
W dzisiejszych czasach inżynierowie elektryczni mogą umiejętnie mierzyć napięcie, prąd, impedancję i ich wzajemne powiązania za pomocą różnych standardowych instrumentów.te pomiary mają wyjątkowe wymagania i ograniczenia w środowisku chemicznym i biologicznym, przedstawiając różne scenariusze:
Metoda potencjometryczna: wykorzystanie potencjostatu do pomiaru potencjału między dwoma elektrodami w celu określenia stężenia substancji w roztworze
Amperometr: użycie urządzenia pomiaru prądu do wykrywania jonów w roztworze na podstawie prądu lub zmian prądu
Woltometria: stosowanie w czasie określonej krzywej napięcia do pracującej elektrody i pomiar prądu wytwarzanego przez system, zazwyczaj przy użyciu potencjatostatu do pomiaru.
Impedans: pomiar relacji napięcia i prądu między skórą a ciałem
W celu oceny tych parametrów można wykorzystać kulkowy WLCSP AD5940 56 o rozmiarach 3,6 × 4,2 mm (rys. 3).specjalnie zaprojektowane do zastosowań przenośnych, które wymagają wysokiej precyzji technologii elektrochemicznej, takich jak ampere, volt-ampera lub pomiarów impedancji.