Kecerdasan buatan (AI) telah dapat memperoleh wawasan yang lebih dalam dari pemeriksaan pasien dan data uji coba,Dengan demikian meningkatkan kemampuan diagnostik dan meningkatkan kemampuan prediktif dan analisis trenLangkah selanjutnya adalah untuk memindahkan pengujian medis dan analisis sampel berbasis AI dari laboratorium ke kantor dokter, klinik, atau rumah.Metode pemantauan samping ranjang (PoC) ini dapat dengan cepat menilai kondisi medis, mengurangi beban pasien, dan memungkinkan pengujian yang lebih sering untuk memberikan data yang lebih halus dan mendeteksi tren yang mengkhawatirkan lebih cepat.
Untuk mencapai PoC yang didorong oleh AI,diperlukan untuk menggunakan aplikasi multifunctional dioptimalkan IC dengan front-end analog canggih (AFE) untuk antarmuka dengan berbagai biosensor untuk pengambilalihan dan pengukuran data yang diperlukanIC ini harus memenuhi persyaratan karakteristik unik dari pengukuran elektrokimia, biologis, dan terkait yang kompleks, termasuk akurasi, konsumsi daya rendah,dan fungsi yang sangat terintegrasiMereka juga harus mengandalkan teknologi keamanan canggih untuk memastikan privasi data.
Artikel ini akan mengeksplorasi tren transformasi PoC dan dampaknya pada desain, kemudian menggambarkan skenario pengukuran AFE yang banyak digunakan,dan memperkenalkan contoh solusi perangkat analog yang dapat memenuhi persyaratan pengukuran dan keamanan PoC.
Mengapa kita perlu PoC sekarang?
Faktor pendorong untuk meningkatkan deteksi PoC dan pengolahan sampel meliputi: permintaan untuk diagnosis medis yang lebih banyak dan lebih baik untuk meningkatkan kondisi kesehatan individu;Mengembangkan wawasan tentang kebutuhan penuaan berdasarkan populasi, penyakit, dan perubahan penyakit. Peraturan peraturan mendorong atau bahkan mengharuskan lebih banyak pengujian, yang harus dilakukan dengan biaya lebih rendah dan mengurangi pengujian dan waktu tunggu.ada kecenderungan untuk membangun lebih banyak PoC lokal di klinik atau rumah untuk meminimalkan gangguan dan biaya bagi pasien, yang membutuhkan instrumen sederhana namun kuat.
Pada saat yang sama, AI berkembang pesat, memungkinkan data ini untuk digunakan untuk analisis dan prediksi yang lebih mendalam.
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 management. IC jenis ini adalah antarmuka front-end yang menghubungkan cairan tubuh pasien dengan sistem, bertanggung jawab untuk menangkap dan merekam data dari berbagai sensor, mengevaluasi,dan pelaporan data akhir (Gambar 1).
Diagram antarmuka utama antara tanda vital pasien dan cairan tubuh dan instrumen PoC terkait dan sistem data (klik untuk memperbesar)
Gambar 1: Simulasi dan perangkat elektronik terkait berfungsi sebagai antarmuka komunikasi penting antara tanda vital pasien dan cairan tubuh, serta instrumen PoC dan sistem data terkait.(Sumber gambar): Perangkat analog)
IK terdiversifikasi berorientasi aplikasi harus mampu mengatasi berbagai tantangan
Kita bisa menggunakan beberapa contoh untuk menggambarkan situasi ini dengan jelas:
Contoh 1: Pulse oximetry dan monitor denyut jantung:
Kejenuhan oksigen darah (SpO2) dan denyut jantung adalah indikator dasar penting untuk mengukur kesehatan.Parameter pertama memberikan contoh paling jelas bagaimana teknologi optik dan elektronik dapat mengubah harapan PoC. Satu-satunya cara untuk mengukur SpO2 selalu untuk perawat untuk mengambil sampel darah dan mengirimnya ke laboratorium untuk pengujian.
Sekarang, dengan teknologi optik elektronik yang mapan dari beberapa dekade yang lalu, LED, sensor cahaya, dan algoritma di ujung jari dapat memberikan pembacaan DIY cepat dalam hitungan detik.pengaturan yang sama dari sensor fotoelektrik LED juga dapat memberikan informasi detak jantung.
Sistem sensor LED dan fotoelektrik yang lebih maju memberikan kami lebih banyak kinerja dan fungsionalitas.atas), yang merupakan sistem akuisisi data optik ultra-low-power dengan saluran transmisi dan penerimaan.hanya beberapa komponen diskrit yang perlu dikonfigurasi dalam aplikasi (Gambar 2, bagian bawah).
MAX86171 multi-channel, ultra-low-power, sistem akuisisi data optik dari perangkat analog (klik untuk memperbesar)
Gambar 2: MAX86171 multi-saluran, daya ultra rendah,sistem pengumpulan data optik (gambar atas) menyederhanakan kabel eksternal dan kebutuhan untuk komponen bantu pasif dengan fungsi internal yang sangat terintegrasi (gambar bawah). (Sumber gambar: Perangkat Analog)
Di sisi pemancar, MAX86171 dilengkapi dengan 9 pin output driver LED yang dapat diprogram, masing-masing terhubung ke 3 driver LED 8-bit arus tinggi.MAX86171 dilengkapi dengan dua low-noise, pengisian integrasi front-end dan sirkuit pembatalan cahaya sekitar (ALC), membentuk sistem akuisisi data berkinerja tinggi berbasis optik yang sangat terintegrasi.
Selain data SpO2 dan detak jantung, IC ini juga dapat mengevaluasi variabilitas detak jantung, hidrasi tubuh, kejenuhan oksigen otot dan jaringan (SmO2 dan StO2),dan konsumsi oksigen maksimum (VO2 max).
Harap dicatat bahwa indikator kinerja dan prioritas aplikasi medis berbeda dari situasi non-medis.kebisingan latar belakang mutlak dari bagian depan optik adalah parameter kunci, bukan rasio sinyal ke kebisingan (SNR).
Meskipun dalam bidang biomedis, bandwidth sinyal dan tingkat pengambilan sampel biasanya sangat rendah karena parameter yang relevan tidak berubah pada tingkat beberapa kilohertz,sifat analog pasien dan sinyal yang kompleks membutuhkan urutan prioritas yang berbeda dalam hal spesifikasiFitur-fitur ini termasuk sensitivitas tinggi, rentang dinamis yang luas, dan kebisingan rendah untuk berhasil mengatasi lingkungan yang tidak tetap yang terus berubah.kulit dan organ-organ internal pasien akan terus bergerakSelain itu, karakteristik ini juga dipengaruhi oleh berbagai gangguan, kebisingan, dan perubahan,membuat masalah lebih kompleks.
Untuk memenuhi persyaratan aplikasi, rentang dinamis MAX86171 adalah antara 91 dan 110 desibel (dB), tergantung pada tata letak tes.kebisingan arus gelap kurang dari 50 picoampere (pA) (nilai efektif), dan koefisien penekanan cahaya sekitar pada 120 hertz (Hz) lebih baik dari 70 dB.
Contoh 2: Metode potensiometrik, metode analisis arus, metode pengukuran volt ampere, dan pengukuran impedansi:
Saat ini, insinyur listrik dapat mengukur tegangan, arus, impedansi, dan hubungan antar mereka dengan baik menggunakan berbagai instrumen standar.Pengukuran ini memiliki persyaratan dan keterbatasan yang unik dalam lingkungan kimia dan biologis, dan menyajikan skenario pengukuran yang berbeda:
Metode potensiometrik: menggunakan potensiostat untuk mengukur potensi antara dua elektroda untuk menentukan konsentrasi zat dalam larutan
Metode analisis arus: menggunakan alat pengukur arus untuk mendeteksi ion dalam larutan berdasarkan arus atau perubahan arus
Metode voltametrik: Menerapkan kurva tegangan tertentu yang bervariasi dari waktu ke waktu ke elektroda kerja dan mengukur arus yang dihasilkan oleh sistem, biasanya menggunakan potentiostat untuk pengukuran
Impedansi: Mengukur hubungan tegangan arus antara kulit dan tubuh
Untuk mengevaluasi parameter ini, AD5940 menawarkan beberapa fungsi dan opsi antarmuka dalam paket WLCSP 56 bola berukuran 3,6 × 4,2 milimeter (mm) (Gambar 3).AFE daya rendah ini memiliki beberapa fungsi dan antarmuka, dirancang khusus untuk aplikasi portabel yang membutuhkan teknik pengukuran elektrokimia presisi tinggi seperti ampere, volt ampere, atau pengukuran impedansi.