อัจฉริยะประดิษฐ์ (AI) ได้รับความรู้ที่ลึกซึ้งจากข้อมูลการตรวจสอบผู้ป่วยและการทดลองส่งเสริมความสามารถในการวินิจฉัยและเพิ่มความสามารถในการวิเคราะห์การคาดการณ์และแนวโน้มขั้นตอนต่อไปคือการย้ายการทดสอบทางการแพทย์และการวิเคราะห์ตัวอย่างที่ขับเคลื่อนโดย AI จากห้องปฏิบัติการไปยังสํานักงานแพทย์ คลินิก หรือบ้านวิธีการ ติดตาม ริม เตียง (PoC) นี้ สามารถ ตรวจ สอบ สภาพ การ แพทย์ ได้ อย่างรวดเร็ว, ลดภาระของผู้ป่วย และทําให้การทดสอบบ่อยขึ้น เพื่อให้มีข้อมูลที่ละเอียดมากขึ้น และตรวจพบแนวโน้มที่น่ากังวลเร็วขึ้น
เพื่อบรรลุความสามารถ PoC ที่ขับเคลื่อนโดย AIมันจําเป็นต้องใช้ IC ที่ปรับปรุงให้เป็นแอปพลิเคชันหลายฟังก์ชันที่มีหน้าด้านหน้าแบบแอนาล็อกที่ทันสมัย (AFE) เพื่อเชื่อมต่อกับบิโอเซ็นเซอร์ต่าง ๆ สําหรับการเก็บข้อมูลและการวัดที่จําเป็นICs เหล่านี้ต้องตอบสนองความต้องการลักษณะเฉพาะเจาะจงของการวัดไฟฟ้าเคมี, ธาตุชีววิทยาและที่เกี่ยวข้องซับซ้อน, รวมถึงความแม่นยํา, การบริโภคพลังงานที่ต่ําและฟังก์ชันที่บูรณาการสูงพวกเขายังต้องพึ่งพาเทคโนโลยีความปลอดภัยที่ทันสมัย เพื่อรับรองความเป็นส่วนตัวของข้อมูล
บทความนี้จะศึกษาแนวโน้มของการแปลง PoC และผลกระทบของมันต่อการออกแบบ จากนั้นจะอธิบายกรณีการวัด AFE ที่ใช้กันอย่างแพร่หลายและนําเสนอตัวอย่างการแก้ไขของอุปกรณ์ Analog ที่สามารถตอบสนองความต้องการการวัด PoC และความปลอดภัย.
ทําไมเราถึงต้องการ PoC ตอนนี้?
ปัจจัยขับเคลื่อนในการเพิ่มการตรวจพบ PoC และการประมวลผลตัวอย่างประกอบด้วย: ความต้องการสําหรับการวินิจฉัยทางการแพทย์ที่มากขึ้นและดีขึ้นเพื่อปรับปรุงสภาพสุขภาพของแต่ละคนการพัฒนาความเข้าใจในความต้องการของประชากรที่แก่ตัวกฎระเบียบส่งเสริม หรือแม้กระทั่งบังคับให้มีการทดสอบมากขึ้น ซึ่งต้องทําในราคาที่ต่ํากว่า และลดเวลาทดสอบและการรอคอยมีแนวโน้มที่จะจัดตั้ง PoC ท้องถิ่นมากขึ้นในคลินิกหรือบ้าน เพื่อลดการแทรกแซงและค่าใช้จ่ายให้กับผู้ป่วยให้น้อยที่สุดซึ่งต้องใช้เครื่องมือที่ง่าย แต่มีพลัง
ในขณะเดียวกัน AI กําลังพัฒนาอย่างรวดเร็ว ทําให้ข้อมูลเหล่านี้สามารถใช้ในการวิเคราะห์และการคาดการณ์ที่ลึกซึ้งขึ้นได้
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 managementIC แบบนี้เป็นอินเตอร์เฟซด้านหน้าที่เชื่อมต่อของเหลวร่างกายของผู้ป่วยกับระบบและการรายงานข้อมูลสุดท้าย (รูป 1).
สัญลักษณ์อินเตอร์เฟซหลักระหว่างเครื่องหมายสําคัญของผู้ป่วยและของเหลวในร่างกาย และเครื่องมือและระบบข้อมูล PoC ที่เกี่ยวข้อง (คลิกเพื่อขยาย)
รูปที่ 1: เครื่องจําลองและอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ที่เกี่ยวข้องเป็นอินเตอร์เฟซการสื่อสารที่สําคัญระหว่างสัญญาณสําคัญของผู้ป่วยและของเหลวในร่างกาย รวมถึงเครื่องมือและระบบข้อมูล PoC ที่เกี่ยวข้อง(แหล่งภาพ): อานาล็อกอุปกรณ์)
กิจกรรมประกอบความหลากหลายที่มีแนวทางการใช้งาน ควรสามารถตอบโจทย์กับปัญหาต่างๆ
เราสามารถใช้ตัวอย่างบางอย่างเพื่ออธิบายสถานการณ์นี้ได้ชัดเจน:
ตัวอย่างที่ 1: การวัดอ๊อกซิเมตรและวัดจังหวะหัวใจ
ความอิ่มอ๊อกซิเจนในเลือด (SpO2) และอัตราการเต้นของหัวใจ เป็นตัวชี้วัดหลักสําคัญในการวัดสุขภาพปารามิเตอร์แรกเป็นตัวอย่างที่ชัดเจนที่สุดของวิธีการที่เทคโนโลยีออฟติกและอิเล็กทรอนิกส์สามารถเปลี่ยนแปลงความคาดหวังของ PoCวิธีเดียวที่จะวัด SpO2 คือพยาบาลต้องเอาตัวอย่างเลือดไปส่งไปห้องทดลองเพื่อตรวจ
ตอนนี้ ด้วยเทคโนโลยีอิเล็กทรอนิกส์ออปติก ที่มีมานานหลายทศวรรษแล้ว ไลด์ เซ็นเซอร์แสง และอัลกอริทึมที่ติดอยู่บนปลายนิ้วมือ สามารถให้การอ่านแบบ DIY ได้อย่างรวดเร็วในไม่กี่วินาทีการจัดตั้งแบบเดียวกันของเซ็นเซอร์ไฟฟ้าแสง LED ก็สามารถให้ข้อมูลการเต้นของหัวใจได้.
ระบบเซ็นเซอร์ LED และไฟฟ้าไฟฟ้าที่มีความทันสมัยมากขึ้นทําให้เรามีผลงานและฟังก์ชันมากขึ้น มี ICs บางส่วนที่ออกแบบโดยเฉพาะสําหรับการใช้งานเหล่านี้ เช่น MAX86171 (รูป 2,(ด้านบน), ซึ่งเป็นระบบรับข้อมูลทางออนไลน์พลังงานต่ํามาก ด้วยช่องทางส่งและรับมีเพียงบางส่วนที่แยกแยกที่จําเป็นต้องตั้งค่าในแอพลิเคชั่น (รูป 2)ต่ํา)
MAX86171 ระบบรับข้อมูลทางแสงจากอุปกรณ์แบบแอนาล็อก มีหลายช่องทาง พลังงานต่ํามาก (คลิกเพื่อขยาย)
รูปที่ 2: MAX86171 มีหลายช่องทาง พลังงานต่ํามากระบบรับข้อมูลทางออปติก (ภาพด้านบน) ทําให้การเชื่อมต่อไฟฟ้าภายนอกและความต้องการขององค์ประกอบเสริมแบบปาสิฟง่ายขึ้น ด้วยฟังก์ชันภายในที่บูรณาการสูง (ภาพด้านล่าง). (แหล่งภาพ: Analog Devices)
ด้านตัวส่ง MAX86171 มี 9 จุดออก LED Driver ที่สามารถเขียนโปรแกรมได้ ซึ่งแต่ละตัวเชื่อมต่อกับ 3 จุดออก LED 8 บิตปัจจุบันMAX86171 พร้อมด้วยเครื่องปรับเสียงต่ํา 2 เครื่อง, การบูรณาการชาร์จด้านหน้าและวงจรการยกเลิกแสงแอมบิเรนท์ (ALC) สร้างระบบการสกัดข้อมูลที่มีประสิทธิภาพสูงที่บูรณาการสูง
นอกจากข้อมูล SpO2 และอัตราการเต้นของหัวใจแล้ว IC นี้ยังสามารถประเมินความแตกต่างของอัตราการเต้นของหัวใจ, ความชุ่มชื้นของร่างกาย, ความอิ่มอ๊อกซิเจนของกล้ามเนื้อและเนื้อเยื่อ (SmO2 และ StO2),และการบริโภคออกซิเจนสูงสุด (VO2 max).
กรุณาสังเกตว่าตัวชี้วัดการทํางานและความสําคัญของการใช้งานทางการแพทย์ต่างกันจากสถานการณ์ที่ไม่ใช่ทางการแพทย์เสียงเบื้องหลังที่สมบูรณ์แบบของด้านหน้าของออปติกส์เป็นปารามิเตอร์สําคัญ, แทนที่จะเป็นสัดส่วนสัญญาณกับเสียง (SNR)
แม้ว่าในสาขาชีววิทยา ความกว้างแบนด์เบนด์ของสัญญาณและอัตราการเก็บตัวอย่างมักจะต่ํามาก เพราะปริมาตรที่เกี่ยวข้องไม่เปลี่ยนแปลงในอัตราหลายกิโลเฮร์ซคุณสมบัติแบบแอนาล็อกที่ซับซ้อนของผู้ป่วยและสัญญาณต้องการลําดับความสําคัญที่แตกต่างกันในแง่ของนิติบุตรคุณสมบัติเหล่านี้ประกอบด้วยความรู้สึกสูง ระยะทางการเคลื่อนไหวที่กว้าง และความรบกวนต่ํา เพื่อรับมือกับสภาพแวดล้อมที่เปลี่ยนแปลงไม่จํากัดได้อย่างสําเร็จผิวหนังและอวัยวะภายในของผู้ป่วยจะเคลื่อนไหวตลอดเวลา, และแม้แต่การเคลื่อนไหวเล็ก ๆ น้อย ๆ อาจทําให้เกิดการเปลี่ยนแปลงในพื้นที่สัมผัสและแรงสัมผัส นอกจากนี้ลักษณะเหล่านี้ยังได้รับผลกระทบจากการแทรกแซงต่างๆ, เสียงและการเปลี่ยนแปลงทําให้ปัญหาซับซ้อนขึ้น.
เพื่อตอบโจทย์ความต้องการของการใช้งาน ระยะความเคลื่อนไหวของ MAX86171 ระหว่าง 91 และ 110 เดซิเบล (dB) ขึ้นอยู่กับการวางแผนการทดสอบ ความละเอียดของมันคือ 19.5 บิตเสียงกระแสไฟฟ้ามืดต่ํากว่า 50 picoamp (pA) (ค่าประสิทธิภาพ), และปริมาตรการดับแสงแวดล้อมที่ 120 Hz (Hz) ดีกว่า 70 dB
ตัวอย่างที่ 2: วิธีการพัตติโอเมตร, วิธีการวิเคราะห์กระแส, วิธีการวัดโวลต์ แอมเปอร์, และการวัดอัมพานซ์:
ในปัจจุบัน วิศวกรไฟฟ้าสามารถวัดความกระชับกําลังไฟฟ้า กระแสไฟฟ้า ความขัดขวาง และความสัมพันธ์ระหว่างมันได้อย่างดี โดยใช้อุปกรณ์มาตรฐานต่างๆการวัดเหล่านี้มีความต้องการและข้อจํากัดที่พิเศษในสภาพแวดล้อมทางเคมีและชีววิทยาและนําเสนอกรณาการวัดที่แตกต่างกัน
วิธี Potentiometric: การใช้ potentiostat เพื่อวัดความสามารถระหว่างสองอิเล็กทรอนด์เพื่อกําหนดปริมาณสารในสารละลาย
วิธีการวิเคราะห์กระแสไฟฟ้า: ใช้อุปกรณ์วัดกระแสไฟฟ้า เพื่อตรวจหาไอออนในสารละลาย โดยใช้กระแสไฟฟ้าหรือการเปลี่ยนแปลงกระแสไฟฟ้า
วิธีวอลทามเมทริก: ใช้เส้นโค้งความแรงดันเฉพาะที่เปลี่ยนแปลงตามเวลากับอิเล็กทรอนด์ทํางานและวัดกระแสที่เกิดจากระบบ โดยปกติใช้พอนติโอสเตตในการวัด
อุปสรรค: การวัดความสัมพันธ์ของกระแสไฟฟ้าและกระแสไฟฟ้าระหว่างผิวและร่างกาย
เพื่อการประเมินปริมาตรเหล่านี้ AD5940 ให้ฟังก์ชันและตัวเลือกอินเตอร์เฟซหลายอย่างในแพคเกจ WLCSP 56 ลูกขนาด 3.6 × 4.2 มิลลิเมตร (มิลลิเมตร) (รูป 3)AFE ที่ใช้พลังงานต่ํานี้ มีฟังก์ชันและอินเตอร์เฟสหลายอย่าง, ออกแบบมาโดยเฉพาะสําหรับการใช้งานที่พกพาที่ต้องการเทคนิคการวัดไฟฟ้าเคมีความแม่นยําสูง เช่น Ampere, Volt Ampere หรือการวัดอุปมา