Làn sóng biến đổi của kiểm tra y tế bên giường (PoC) đang chuyển từ các phòng thí nghiệm sang các phòng khám lâm sàng, các tổ chức y tế cộng đồng, và thậm chí cả hộ gia đình.Sự chuyển đổi này sẽ tăng tốc độ chẩn đoán., do đó tăng tốc độ chăm sóc bệnh nhân, cải thiện hiệu quả, và giảm chi phí.
Để đạt được 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 measurementMỗi IC phải đáp ứng các yêu cầu đặc trưng độc đáo cho các phép đo điện hóa học, sinh học và liên quan phức tạp, bao gồm độ chính xác, tiêu thụ điện thấp,và chức năng tích hợp caoCác sản phẩm cuối cùng thành công được đặc trưng bởi hiệu suất tuyệt vời, tính linh hoạt cao và khả năng nâng cấp, góp phần vào việc thực hiện các nền tảng nhìn về phía trước.These products must also be equipped with smooth and precise motion control and authentication ICs to ensure data accuracy and privacy security Những sản phẩm này cũng phải được trang bị các bộ điều khiển chuyển động và xác thực mượt mà và chính xác để đảm bảo tính chính xác dữ liệu và bảo mật quyền riêng tư.
This article will explore the major transformation towards PoC and its impact on design, and then describe the widely used AFE measurement scenarios, và sau đó mô tả các kịch bản đo lường AFE được sử dụng rộng rãi.giới thiệu các giải pháp linh hoạt mà các thiết bị analog có thể cung cấp để đáp ứng các yêu cầu của đo PoC, điều khiển chuyển động, và xác minh.
Tại sao chúng ta cần PoC bây giờ?
Có nhiều yếu tố thúc đẩy nhu cầu về PoC và xử lý mẫu, bao gồm cả nhu cầu chẩn đoán y tế nhanh chóng để cải thiện các tình trạng sức khỏe cá nhân.Các quy định quy định khuyến khích hoặc thậm chí yêu cầu kiểm tra nhiều hơn.Hiện nay có xu hướng tiến hành PoC gần các phòng khám hoặc nhà để giảm thiểu tác động đến bệnh nhân, giảm chi phí và tiết kiệm thời gian.Những hệ thống như vậy đòi hỏi việc sử dụng các công cụ và thiết bị đơn giản và dễ sử dụng nhưng mạnh mẽ để đạt được những mục tiêu này..
Đối với các nhà thiết kế của các hệ thống như vậy, AFE, IC kiểm soát chuyển động và xác minh danh tính cung cấp một giao diện trung gian có thể trực tiếp kết nối dịch cơ thể bệnh nhân, các dấu hiệu quan trọng, và các yếu tố khác.và các hệ thống cần thiết để chụpNhững thiết bị này là nền tảng của việc xây dựng các giải pháp chẩn đoán điện hóa học và quang học.và yêu cầu các giải pháp như vậy để cung cấp các công cụ đo lường tương thích với một loạt các cảm biến sinh học và hóa chất, cũng như một nền tảng nâng cấp phần mềm.
Giao diện giữa các dấu hiệu quan trọng của bệnh nhân và chất lỏng cơ thể và các thiết bị PoC và hệ thống dữ liệu liên quan
Hình 1: Mô phỏng và các thiết bị điện tử liên quan phục vụ như là giao diện giao tiếp quan trọng giữa các dấu hiệu quan trọng của bệnh nhân và chất lỏng cơ thể, cũng như các thiết bị PoC và hệ thống dữ liệu liên quan.(Nguồn hình ảnh): Thiết bị tương tự)
Các IC đa dạng theo hướng ứng dụng nên có khả năng giải quyết các thách thức khác nhau
Chúng ta có thể sử dụng một số ví dụ để minh họa rõ tình hình này:
Example 1: Optical Fluorescence Detection (FLD):
Thông qua công nghệ này, các nhà nghiên cứu có thể nghiên cứu sự phân phối, vị trí và tương tác của các thành phần sinh học trong tế bào hoặc mô.thereby gaining a detailed understanding of cellular processes and functions that are typically unobservable by standard optical microscopes (tức là có thể hiểu được chi tiết về các quá trình và chức năng của tế bào mà thường không thể quan sát được bằng kính hiển vi quang học tiêu chuẩn)Kỹ thuật này sử dụng fluorescence induced fluorophores thay vì làm việc dựa trên các nguyên tắc hấp thụ quang học, phân tán, hoặc phản xạ.
Các vật liệu huỳnh quang hấp thụ ánh sáng của các bước sóng cụ thể, kích thích một số electron đến trạng thái năng lượng cao hơn.Nhóm huỳnh quang phát ra ánh sáng với bước sóng đặc trưng dài hơnBy detecting and analyzing the emitted fluorescence, high contrast molecular level visualization of biological structures can be achieved. Bằng cách phát hiện và phân tích sự phát quang phát ra, việc hình dung mức độ phân tử tương phản cao của các cấu trúc sinh học có thể đạt được.
Các hệ thống cảm biến LED và quang điện tiên tiến hơn cung cấp cho chúng ta hiệu suất và chức năng nhiều hơn.trên cùng)Đây là một hệ thống thu thập dữ liệu quang học năng lượng cực thấp với các kênh truyền và tiếp nhận.chỉ một vài thành phần riêng biệt cần được cấu hình trong các ứng dụng (Hình 2, dưới).
MAX86171 hệ thống thu thập dữ liệu quang học đa kênh, năng lượng cực thấp từ các thiết bị tương tự (nhấp để phóng to)
Hình 2: MAX86171 đa kênh, năng lượng cực thấp,hệ thống thu thập dữ liệu quang học (hình trên) đơn giản hóa dây dẫn bên ngoài và nhu cầu về các thành phần phụ trợ thụ động với các chức năng nội bộ tích hợp cao (hình dưới). (Nguồn hình ảnh: Analog Devices)
Ở phía máy phát, MAX86171 được trang bị 9 chân đầu ra trình điều khiển LED có thể lập trình, mỗi chân được kết nối với 3 trình điều khiển LED 8-bit dòng cao.IC được trang bị với hai âm thanh thấp., sạc kết hợp các đầu cuối phía trước và các mạch hủy ánh sáng môi trường (ALC), tạo thành một hệ thống thu thập dữ liệu hiệu suất cao dựa trên quang học, tích hợp cao.
Đối với các thiết kế đòi hỏi ít kênh quang, thiết bị MAX86178ENJ+ có thể được sử dụng, đó là một năng lượng cực thấp,clinical grade vital sign AFE that can support up to six LEDs and four photodiode inputs (tạm dịch: tín hiệu quan trọng cấp lâm sàng AFE có thể hỗ trợ tới 6 đèn LED và 4 đầu vào quang điệu).
Xin lưu ý rằng các chỉ số hiệu suất và ưu tiên của các ứng dụng y tế khác với các tình huống phi y tế như kênh dữ liệu quang học.tiếng ồn nền tuyệt đối của mặt trước quang là một thông số quan trọng, chứ không phải là tỷ lệ tín hiệu-gọi tiếng ồn (SNR).
Mặc dù trong lĩnh vực y sinh, băng thông tín hiệu và tỷ lệ lấy mẫu thường rất thấp, và các thông số liên quan không thay đổi ở tốc độ vài kilohertz,The complex simulation characteristics of patient physiological systems and signals themselves require us to set different priorities in technical specifications. Các đặc điểm mô phỏng phức tạp của các hệ thống sinh lý và tín hiệu của bệnh nhân yêu cầu chúng ta đặt các ưu tiên khác nhau trong các đặc điểm kỹ thuật.These features include high sensitivity, wide dynamic range, and low noise to successfully cope with constantly changing operating environments.da và các cơ quan nội tạng của bệnh nhân sẽ liên tục di chuyểnNgoài ra, những đặc điểm này cũng bị ảnh hưởng bởi các nhiễu và thay đổi khác nhau,làm cho vấn đề phức tạp hơn.
Để đáp ứng các yêu cầu ứng dụng, phạm vi động của MAX86171 là từ 91 đến 110 decibel (dB), tùy thuộc vào bố trí thử nghiệm.Tiếng ồn dòng tối dưới 50 picoamp (pA) (giá trị hiệu quả), và hệ số ức chế ánh sáng xung quanh ở 120 hertz (Hz) tốt hơn 70 dB.
Ví dụ # 2: Potentiometer, Ampere Meter, Voltammetry, and Impedance Measurement:
Ngày nay, các kỹ sư điện có thể đo điện áp, dòng điện, trở ngại và mối quan hệ của chúng bằng cách sử dụng các dụng cụ tiêu chuẩn khác nhau.các phép đo này có yêu cầu và giới hạn duy nhất trong môi trường hóa học và sinh học, and present different scenarios:
Phương pháp tiềm năng: sử dụng một điện lập để đo tiềm năng giữa hai điện cực để xác định nồng độ chất trong dung dịch
Ampere meter: using a current measuring device to detect ions in a solution based on current or changes in current (tạm dịch: sử dụng một thiết bị đo dòng chảy để phát hiện các ion trong một giải pháp dựa trên dòng chảy hoặc thay đổi dòng chảy)
Voltammetry: Áp dụng một đường cong điện áp cụ thể theo thời gian cho một điện cực làm việc và đo lường dòng điện được tạo ra bởi hệ thống, thường sử dụng một điện trở để đo.
Khống chế: đo mối quan hệ điện áp hiện tại giữa da và cơ thể
To evaluate these parameters, an AD5940 56 ball WLCSP with a size of 3.6 × 4.2 millimeters (mm) can be used (Figure 3).được thiết kế đặc biệt cho các ứng dụng di động đòi hỏi công nghệ điện hóa chính xác cao như amperevolt, ampere, hoặc các phép đo impedance.