Künstliche Intelligenz (KI) konnte aus Patientenuntersuchungen und Studiendaten tiefere Erkenntnisse gewinnen.damit die diagnostischen Fähigkeiten und die Fähigkeiten zur Vorhersage und Trendanalyse verbessert werdenDer nächste Schritt ist die Migration von KI-gesteuerten medizinischen Tests und Probenanalysen vom Labor in Arztpraxen, Kliniken oder Häuser.Diese Methode zur Überwachung von Erkrankungen am Krankenbett (PoC) ermöglicht eine schnelle Einschätzung von Krankheitszuständen, um die Belastung der Patienten zu reduzieren und häufigere Tests zu ermöglichen, um genauere Daten zu erhalten und besorgniserregende Trends schneller zu erkennen.
Um eine KI-gesteuerte PoC zu erreichen,es ist notwendig, eine multifunktionale Anwendung zu verwenden, die mit einem fortschrittlichen analogen Front-End (AFE) für die Verbindung mit verschiedenen Biosensoren für die notwendige Datenerfassung und -messung optimiert wurdeDiese ICs müssen die einzigartigen Eigenschaften der komplexen elektrochemischen, biologischen und damit zusammenhängenden Messungen erfüllen, einschließlich Genauigkeit, geringer Stromverbrauch,und hoch integrierte FunktionalitätSie müssen sich auch auf fortschrittliche Sicherheitstechnologien stützen, um die Datenschutzbestimmungen zu gewährleisten.
Dieser Artikel untersucht den Trend der PoC-Transformation und ihre Auswirkungen auf das Design und beschreibt dann weit verbreitete AFE-Messszenarien.Einführung von Beispiellösungen für analoge Geräte, die den Anforderungen an die Messung und Sicherheit von PoC entsprechen.
Warum brauchen wir jetzt PoC?
Zu den treibenden Faktoren für eine zunehmende PoC-Erkennung und Probenverarbeitung gehören: die Nachfrage nach mehr und besseren medizinischen Diagnosen zur Verbesserung der individuellen Gesundheitszustände;Entwicklung von Erkenntnissen über die Bedürfnisse der BevölkerungsalterungDie Vorschriften fördern oder verlangen sogar mehr Tests, die zu geringeren Kosten durchgeführt werden müssen und die Test- und Wartezeiten verkürzen.Es gibt eine Tendenz, mehr lokale PoC in Kliniken oder Häusern zu etablieren, um Störungen und Kosten für Patienten zu minimieren., was einfache, aber leistungsstarke Instrumente erfordert.
Gleichzeitig entwickelt sich die KI rasant und ermöglicht es, diese Daten für tiefere Analysen und Vorhersagen zu nutzen.
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 managementDiese Art von IC ist die Front-End-Schnittstelle, die die Körperflüssigkeiten des Patienten mit dem System verbindet, die für die Erfassung und Aufzeichnung von Daten von verschiedenen Sensoren verantwortlich ist, sie auswertet,und Berichterstattung über die endgültigen Daten (Abbildung 1).
Schlüssel-Schnittstellendiagramm zwischen den Vitalzügen des Patienten und Körperflüssigkeiten und zugehörigen PoC-Instrumenten und Datensystemen (Klicken Sie, um zu vergrößern)
Abbildung 1: Simulationen und damit verbundene elektronische Geräte dienen als wichtige Kommunikationsschnittstellen zwischen den Vitalzeichen des Patienten und den Körperflüssigkeiten sowie den damit verbundenen PoC-Instrumenten und Datensystemen.(Bildquelle)Analoggeräte)
Anwendungsorientierte diversifizierte IK sollten in der Lage sein, verschiedene Herausforderungen zu bewältigen
Wir können einige Beispiele verwenden, um diese Situation deutlich zu veranschaulichen:
Beispiel 1: Pulsoximetrie und Herzfrequenzmessung:
Blutsauerstoffsättigung (SpO2) und Herzfrequenz sind wichtige Grundindikatoren für die Messung der Gesundheit.Der erste Parameter liefert das anschaulichste Beispiel dafür, wie optische und elektronische Technologien die Erwartungen von PoC verändern können.Die einzige Möglichkeit, SpO2 zu messen, war immer, dass Krankenschwestern Blutproben entnahmen und sie zum Testen ins Labor schickten.
Jetzt, mit der etablierten elektronischen optischen Technologie von vor Jahrzehnten, können LEDs, Lichtsensoren und Algorithmen an den Fingerspitzen schnelle DIY-Werte in Sekunden liefern.Die gleiche Anordnung von LED-Fotoelektrischen Sensoren kann auch Herzfrequenzinformationen liefern.
Das fortschrittlichere LED- und photoelektrische Sensorsystem bietet uns mehr Leistung und Funktionalität.oben), das ein ultra-niedrigleistungsfähiges optisches Datenerfassungssystem mit Übertragung und Empfangskanälen ist.Es sind nur wenige diskrete Komponenten in Anwendungen zu konfigurieren (Abbildung 2)., unten).
MAX86171 Mehrkanal-, ultra-niedrige Leistung, optische Datenerfassung von Analoggeräten (Klicken Sie, um zu vergrößern)
Abbildung 2: Der MAX86171 Mehrkanal, sehr geringe Leistung,Das optische Datenerfassungssystem (oberes Bild) vereinfacht die externe Verkabelung und den Bedarf an passiven Hilfskomponenten durch seine hochintegrierten internen Funktionen (untere Bild). (Bildquelle: Analog Devices)
Auf der Senderseite ist der MAX86171 mit 9 programmierbaren LED-Treiber-Ausgangspins ausgestattet, die jeweils an 3 Hochstrom-LED-Treiber mit 8 Bit-Leitung angeschlossen sind.Der MAX86171 ist mit zwei geräuscharmen, Ladungsintegration Frontend- und Umgebungslichtunterdrückung (ALC) Schaltkreise, die ein optisch basiertes, stark integriertes Hochleistungsdatenerfassungssystem bilden.
Zusätzlich zu SpO2- und Herzfrequenzdaten kann dieser IC auch die Herzfrequenzvariabilität, die Körperhydratation, die Sauerstoffsättigung von Muskeln und Geweben (SmO2 und StO2) bewerten.und maximaler Sauerstoffverbrauch (VO2 max).
Bitte beachten Sie, dass sich die Leistungsindikatoren und Prioritäten medizinischer Anwendungen von denen nichtmedizinischer Situationen unterscheiden.Das absolute Hintergrundgeräusch der optischen Vorderseite ist ein wichtiger Parameter., und nicht das Signal-Rausch-Verhältnis (SNR).
Obwohl in der Biomedizin die Signalbandbreite und die Probenahmerate in der Regel sehr niedrig sind, weil sich die relevanten Parameter nicht mit einer Geschwindigkeit von mehreren Kilohertz ändern,Die komplexen analogen Eigenschaften von Patienten und Signalen erfordern unterschiedliche Prioritätsordnungen in Bezug auf die Spezifikationen.Diese Eigenschaften umfassen hohe Empfindlichkeit, einen breiten dynamischen Bereich und geringen Lärm, um mit ständig wechselnden nicht festen Umgebungen erfolgreich umzugehen.Die Haut und die inneren Organe des Patienten bewegen sich ständig., und selbst leichte Bewegungen können Veränderungen des Berührungsbereichs und der Berührungskraft verursachen.das Problem komplizierter machen.
Um den Anforderungen der Anwendung gerecht zu werden, beträgt der dynamische Bereich des MAX86171 je nach Testlayout zwischen 91 und 110 Dezibel (dB).Dunkelstromgeräusch kleiner als 50 picoampere (pA) (wirksamer Wert), und der Umgebungslichtdämpfungskoeffizient bei 120 Hertz (Hz) besser als 70 dB ist.
Beispiel 2: Potentiometrische Methode, Stromanalysemethode, Voltampere-Messmethode und Impedanzmessung:
Heutzutage können Elektroingenieure Spannung, Strom, Impedanz und ihre Wechselbeziehungen mit Hilfe verschiedener Standardgeräte erprobt messen.Diese Messungen haben in chemischen und biologischen Umgebungen einzigartige Anforderungen und Einschränkungen, und verschiedene Messszenarien vorstellen:
Potentiometrische Methode: Verwendung eines Potentiostats zur Messung des Potentials zwischen zwei Elektroden zur Bestimmung der Konzentration von Stoffen in einer Lösung
Stromanalysemethode: Verwendung einer Strommessvorrichtung zur Erfassung von Ionen in einer Lösung auf der Grundlage von Strom oder Stromänderungen
Voltammetrische Methode: Auf die Arbeitselektrode wird eine spezifische Spannungskurve angewendet, die im Laufe der Zeit variiert, und der vom System erzeugte Strom wird gemessen, wobei normalerweise ein Potentiostat zur Messung verwendet wird
Impedanz: Messung des Spannungs-Stromverhältnisses zwischen Haut und Körper
Um diese Parameter zu bewerten, bietet der AD5940 mehrere Funktionalitäten und Schnittstellenoptionen in einem WLCSP-Paket mit 56 Kugeln mit 3,6 × 4,2 mm (Abbildung 3).Diese leistungsarme AFE hat mehrere Funktionen und Schnittstellen, speziell für tragbare Anwendungen entwickelt, die hochpräzise elektrochemische Messtechniken wie Ampere, Voltampere oder Impedanzmessungen erfordern.