L'intelligence artificielle (IA) a été en mesure d'acquérir des connaissances plus approfondies à partir des données d'examen des patients et des essais,améliorer ainsi les capacités de diagnostic et les capacités d'analyse prédictive et de tendanceL'étape suivante consiste à migrer les tests médicaux et l'analyse d'échantillons basés sur l'IA du laboratoire vers les cabinets, les cliniques ou les maisons des médecins.Cette méthode de surveillance au chevet du patient permet d'évaluer rapidement les conditions médicales, réduire le fardeau des patients et permettre des tests plus fréquents pour fournir des données plus précises et détecter plus rapidement les tendances préoccupantes.
Pour réaliser un PoC piloté par l'IA,il est nécessaire d'utiliser un circuit intégré multifonctionnel optimisé pour l'application avec un front-end analogique avancé (AFE) pour interagir avec divers biosensors pour l'acquisition et la mesure des données nécessairesCes circuits intégrés doivent satisfaire aux exigences caractéristiques uniques des mesures électrochimiques, biologiques et connexes complexes, y compris la précision, la faible consommation d'énergie,et fonctionnalités hautement intégréesIls doivent également s'appuyer sur des technologies de sécurité avancées pour assurer la confidentialité des données.
Cet article explorera la tendance de la transformation de PoC et son impact sur la conception, puis décrira les scénarios de mesure AFE largement utilisés,et introduire des solutions d'exemples de dispositifs analogiques qui peuvent répondre aux exigences de mesure et de sécurité du PoC.
Pourquoi on a besoin de PoC maintenant?
Les facteurs moteurs de l'accroissement de la détection et du traitement des échantillons de PoC sont les suivants: la demande d'un plus grand nombre et de meilleurs diagnostics médicaux pour améliorer les conditions de santé individuelles;Développer des connaissances sur les besoins du vieillissement basé sur la populationLes réglementations encouragent, voire exigent, davantage de tests, qui doivent être effectués à moindre coût et réduire les délais de test et d'attente.Il existe une tendance à établir plus de PoC locaux dans les cliniques ou les foyers afin de minimiser les interférences et les coûts pour les patients., ce qui nécessite des instruments simples mais puissants.
Dans le même temps, l'IA se développe rapidement, permettant d'utiliser ces données pour des analyses et des prédictions plus approfondies.
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 managementCe type d'IC est l'interface front-end qui relie les fluides corporels du patient au système, responsable de la capture et de l'enregistrement des données provenant de divers capteurs, de leur évaluation,et la communication des données finales (figure 1).
Diagramme d'interface clé entre les signes vitaux du patient et les fluides corporels et les instruments et systèmes de données PoC connexes (cliquez pour agrandir)
Figure 1: La simulation et les dispositifs électroniques connexes servent d'interfaces de communication importantes entre les signes vitaux du patient et les fluides corporels, ainsi que les instruments et systèmes de données PoC connexes.(Source de l'image)Les appareils analogiques
Les CI diversifiés orientés vers l'application devraient pouvoir relever divers défis
Nous pouvons utiliser quelques exemples pour illustrer clairement cette situation:
Exemple 1: oxymétrie du pouls et détecteur de fréquence cardiaque:
La saturation en oxygène dans le sang (SpO2) et la fréquence cardiaque sont des indicateurs de base importants pour mesurer la santé.Le premier paramètre fournit l'exemple le plus vif de la façon dont les technologies optiques et électroniques peuvent changer les attentes du PoCLe seul moyen de mesurer l'O2S a toujours été que les infirmières prennent des échantillons de sang et les envoient au laboratoire pour les analyser.
Maintenant, avec la technologie optique électronique bien établie d'il y a des décennies, les LED, les capteurs de lumière et les algorithmes au bout des doigts peuvent fournir des lectures rapides en quelques secondes.la même disposition de capteurs photoélectriques LED peut également fournir des informations sur la fréquence cardiaque.
Le système plus avancé de capteurs LED et photoélectriques nous offre plus de performances et de fonctionnalités.en haut), qui est un système d'acquisition de données optiques ultra-faible puissance avec des canaux de transmission et de réception.Il n'est nécessaire de configurer que quelques composants discrets dans les applications (figure 2)., en bas).
Système d'acquisition de données optiques multi-canaux, ultra-faible puissance, de MAX86171 (cliquez pour agrandir)
Figure 2: Le MAX86171 multicanal, à très faible puissance,système d'acquisition de données optiques (image en haut) simplifie le câblage externe et le besoin de composants auxiliaires passifs avec ses fonctions internes hautement intégrées (image en bas). (Source d'image: Dispositifs analogiques)
Du côté de l'émetteur, le MAX86171 est équipé de 9 broches de sortie de pilote LED programmables, chacune connectée à 3 pilotes LED 8 bits à courant élevé.le MAX86171 est équipé de deux, des circuits d'intégration de charge à l'avant et d'annulation de la lumière ambiante (ALC), formant un système d'acquisition de données haute performance hautement intégré et basé sur l'optique.
En plus des données SpO2 et de fréquence cardiaque, ce CI peut également évaluer la variabilité de la fréquence cardiaque, l'hydratation corporelle, la saturation en oxygène des muscles et des tissus (SmO2 et StO2),et consommation maximale d'oxygène (VO2 max).
Veuillez noter que les indicateurs de performance et les priorités des applications médicales diffèrent des situations non médicales.le bruit de fond absolu du front optique est un paramètre clé, plutôt que le rapport signal/bruit (SNR).
Bien que dans le domaine biomédical, la bande passante du signal et le taux d'échantillonnage soient généralement très faibles, car les paramètres pertinents ne changent pas à une vitesse de plusieurs kilohertz,Les propriétés analogiques complexes des patients et des signaux nécessitent des ordres de priorité différents en termes de spécifications.Ces caractéristiques comprennent une sensibilité élevée, une large plage dynamique et un faible bruit pour faire face avec succès à des environnements non fixes en constante évolution.la peau et les organes internes du patient bougeront constamment, et même de légers mouvements peuvent entraîner des changements dans la zone de contact et la force de contact.rendre le problème plus complexe.
Pour répondre aux exigences de l'application, la plage dynamique du MAX86171 est comprise entre 91 et 110 décibels (dB), selon la disposition de l'essai.le bruit de courant sombre est inférieur à 50 picoampères (pA) (valeur effective);, et le coefficient de suppression de la lumière ambiante à 120 hertz (Hz) est supérieur à 70 dB.
Exemple 2: Méthode potentiométrique, méthode d'analyse du courant, méthode de mesure en volts-ampères et mesure de l'impédance:
Aujourd'hui, les ingénieurs en électricité peuvent mesurer efficacement la tension, le courant, l'impédance et leurs interrelations à l'aide de divers instruments standard.ces mesures ont des exigences et des limites uniques dans les environnements chimiques et biologiques, et présenter différents scénarios de mesure:
Méthode potentiométrique: utilisation d'un potentiostat pour mesurer le potentiel entre deux électrodes afin de déterminer la concentration des substances dans une solution
Méthode d'analyse du courant: utilisation d'un dispositif de mesure du courant pour détecter les ions dans une solution en fonction du courant ou des variations de courant
Méthode voltamétrique: appliquer une courbe de tension spécifique qui varie dans le temps à l'électrode de travail et mesurer le courant généré par le système, en utilisant généralement un potentiostat pour la mesure
Impédance: Mesure de la relation de tension et de courant entre la peau et le corps
Pour évaluer ces paramètres, l'AD5940 offre de multiples fonctionnalités et options d'interface dans un emballage WLCSP à 56 boules de 3,6 × 4,2 mm (figure 3).Cet AFE à faible consommation a plusieurs fonctions et interfaces, spécialement conçus pour les applications portables nécessitant des techniques de mesure électrochimique de haute précision telles que les mesures d'ampères, de volts-ampères ou d'impédances.