Trí tuệ nhân tạo (AI) đã có thể thu được những hiểu biết sâu sắc hơn từ các dữ liệu kiểm tra bệnh nhân và thử nghiệm,do đó cải thiện khả năng chẩn đoán và tăng cường khả năng dự đoán và phân tích xu hướngBước tiếp theo là di chuyển xét nghiệm y tế và phân tích mẫu dựa trên AI từ phòng thí nghiệm đến văn phòng, phòng khám hoặc nhà của bác sĩ.Phương pháp giám sát bên giường bệnh này có thể nhanh chóng đánh giá các tình trạng y tế, giảm gánh nặng cho bệnh nhân và cho phép kiểm tra thường xuyên hơn để cung cấp dữ liệu tinh chỉnh hơn và phát hiện các xu hướng đáng lo ngại nhanh hơn.
Để đạt được PoC do AI điều khiển,cần phải sử dụng một ứng dụng đa chức năng tối ưu hóa IC với đầu tiên tiên tiến analog (AFE) để giao tiếp với các bộ cảm biến sinh học khác nhau để thu thập và đo lường dữ liệu cần thiếtCác IC này phải đáp ứng các yêu cầu đặc trưng độc đáo của các phép đo điện hóa học, sinh học và liên quan phức tạp, bao gồm độ chính xác, tiêu thụ năng lượng thấp,và chức năng tích hợp caoHọ cũng phải dựa vào các công nghệ bảo mật tiên tiến để đảm bảo quyền riêng tư dữ liệu.
Bài viết này sẽ khám phá xu hướng chuyển đổi PoC và tác động của nó đến thiết kế, sau đó mô tả các kịch bản đo AFE được sử dụng rộng rãi,và giới thiệu các giải pháp ví dụ của các thiết bị tương tự có thể đáp ứng các yêu cầu đo lường và bảo mật PoC.
Tại sao chúng ta cần PoC bây giờ?
Các yếu tố thúc đẩy tăng phát hiện PoC và xử lý mẫu bao gồm: nhu cầu về nhiều chẩn đoán y tế hơn và tốt hơn để cải thiện tình trạng sức khỏe cá nhân;Phát triển hiểu biết về nhu cầu về lão hóa dựa trên dân sốCác quy định quy định khuyến khích hoặc thậm chí yêu cầu nhiều xét nghiệm hơn, phải được thực hiện với chi phí thấp hơn và giảm thời gian xét nghiệm và chờ đợi.có xu hướng thiết lập nhiều PoC địa phương hơn trong các phòng khám hoặc nhà để giảm thiểu sự can thiệp và chi phí cho bệnh nhân, đòi hỏi các công cụ đơn giản nhưng mạnh mẽ.
Đồng thời, AI đang phát triển nhanh chóng, cho phép dữ liệu này được sử dụng để phân tích và dự đoán sâu hơn.
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 managementLoại IC này là giao diện đầu cuối kết nối dịch cơ thể của bệnh nhân với hệ thống, chịu trách nhiệm thu thập và ghi lại dữ liệu từ các cảm biến khác nhau, đánh giá nó,và báo cáo dữ liệu cuối cùng (Hình 1).
Biểu đồ giao diện chính 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 (nhấp để phóng to)
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:
Ví dụ 1: Xét oxy đập và đo nhịp tim:
Sự bão hòa oxy trong máu (SpO2) và nhịp tim là các chỉ số cơ bản quan trọng để đo sức khỏe.Các thông số đầu tiên cung cấp ví dụ sống động nhất về cách công nghệ quang học và điện tử có thể thay đổi kỳ vọng của PoCCách duy nhất để đo SpO2 luôn là cho y tá lấy mẫu máu và gửi chúng đến phòng thí nghiệm để xét nghiệm.
Bây giờ, với công nghệ quang học điện tử được thiết lập từ nhiều thập kỷ trước, đèn LED, cảm biến ánh sáng, và các thuật toán trên đầu ngón tay có thể cung cấp các phép đọc nhanh chóng trong vài giây.cùng một sự sắp xếp của các cảm biến quang điện LED cũng có thể cung cấp thông tin nhịp tim.
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), đó là một hệ thống thu dữ liệu quang học cực thấp với các kênh truyền và 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.MAX86171 được trang bị hai âm thanh thấp, tích hợp sạc đầu cuối và các mạch hủy ánh sáng xung quanh (ALC), tạo thành một hệ thống thu thập dữ liệu hiệu suất cao dựa trên quang học, tích hợp cao.
Ngoài SpO2 và dữ liệu nhịp tim, IC này cũng có thể đánh giá sự biến đổi nhịp tim, hydrat hóa cơ thể, bão hòa oxy cơ bắp và mô (SmO2 và StO2),và tiêu thụ oxy tối đa (VO2 max).
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.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 vì các thông số liên quan không thay đổi ở tốc độ vài kilohertz,Các tính chất tương tự phức tạp của bệnh nhân và tín hiệu đòi hỏi các thứ tự ưu tiên khác nhau về các thông số kỹ thuậtCác tính năng này bao gồm độ nhạy cao, phạm vi động lực rộng và tiếng ồn thấp để đối phó thành công với môi trường không cố định liên tục thay đổi.da và các cơ quan nội tạng của bệnh nhân sẽ liên tục di chuyểnNgoài ra, các đặc điểm này cũng bị ảnh hưởng bởi các nhiễu nhiễu, tiếng ồn và thay đổi,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: Phương pháp tiềm năng, phương pháp phân tích dòng điện, phương pháp đo volt ampere và đo trở kháng:
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, và trình bày các kịch bản đo khác nhau:
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
Phương pháp phân tích dòng điện: sử dụng thiết bị đo dòng điện để phát hiện ion trong dung dịch dựa trên dòng điện hoặc thay đổi dòng điện
Phương pháp điện áp: Áp dụng đường cong điện áp cụ thể thay đổi theo thời gian cho điện cực làm việc và đo dòng điện được tạo ra bởi hệ thống, thường sử dụng một điện lập để đo
Khống chế: đo mối quan hệ điện áp hiện tại giữa da và cơ thể
Để đánh giá các thông số này, AD5940 cung cấp nhiều chức năng và tùy chọn giao diện trong gói WLCSP 56 quả có kích thước 3,6 × 4,2 mm (Hình 3).AFE năng lượng thấp này có nhiều chức năng và giao diện, được thiết kế đặc biệt cho các ứng dụng di động đòi hỏi các kỹ thuật đo điện hóa chính xác cao như đo ampere, volt ampere hoặc kháng cự.