A onda de transformação dos testes médicos ao lado da cama (PoC) está mudando de laboratórios para clínicas clínicas, instituições de saúde comunitárias e até mesmo famílias.Esta transformação irá acelerar a velocidade do diagnóstico, acelerando assim a assistência ao doente, melhorando a eficácia e reduzindo os custos.
Para alcançar o 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 measurementCada circuito integrado deve satisfazer requisitos característicos únicos para medições complexas em termos eletroquímicos, biológicos e relacionados, incluindo precisão, baixo consumo de energia,e funcionalidades altamente integradasOs produtos finais de sucesso caracterizam-se por um excelente desempenho, elevada flexibilidade e capacidade de actualização, que contribuem para a realização de plataformas prospectivas.Estes produtos devem também estar equipados com circuitos integrados de controlo de movimento e autenticação suaves e precisos para garantir a precisão dos dados e a segurança da privacidade..
Este artigo explorará a grande transformação para a PoC e o seu impacto no projeto e, em seguida, descreverá os cenários de medição AFE amplamente utilizados,Introdução das soluções flexíveis que a Analog Devices pode fornecer para satisfazer os requisitos de medição de PoC, controlo de movimento e verificação.
Porque precisamos de PoC agora?
Há muitos fatores que impulsionam a demanda por PoC e processamento de amostras, incluindo a necessidade de diagnóstico médico rápido para melhorar as condições de saúde individuais.As regulamentações regulamentares incentivam ou até obrigam a realização de mais testesAtualmente, há uma tendência de realizar PoC perto de clínicas ou casas para minimizar o impacto nos pacientes, reduzir custos e economizar tempo.tais sistemas exigem o uso de instrumentos e equipamentos simples e fáceis de usar, mas poderosos, para alcançar esses objetivos.
Para os projetistas de tais sistemas, AFE、 O controle de movimento e verificação de identidade IC fornece uma interface intermediária que pode conectar diretamente fluidos corporais do paciente, sinais vitais,e os sistemas necessários para capturarEstes dispositivos são a pedra angular da construção de soluções de diagnóstico electroquímico e óptico,e exigir tais soluções para fornecer motores de medição compatíveis com uma variedade de biosensores e produtos químicos, bem como uma plataforma de software atualizável.
Interface entre os sinais vitais do doente e os fluidos corporais e os instrumentos e sistemas de dados de PoC relacionados
Figura 1: A simulação e os dispositivos eletrónicos conexos servem como importantes interfaces de comunicação entre os sinais vitais do doente e os fluidos corporais, bem como os instrumentos e sistemas de dados de PoC relacionados.(Fonte da imagem)Dispositivos analógicos
Os ICs diversificados orientados para aplicações deverão ser capazes de enfrentar diversos desafios
Podemos usar alguns exemplos para ilustrar claramente esta situação:
Exemplo 1: Detecção de fluorescência óptica (FLD):
Através desta tecnologia, os pesquisadores são capazes de estudar a distribuição, localização e interações de componentes biológicos dentro de células ou tecidos,obtendo assim uma compreensão detalhada dos processos e funções celulares que normalmente são inobserváveis por microscópios ópticos padrãoEsta técnica utiliza fluoróforos induzidos por fluorescência em vez de trabalhar com base nos princípios de absorção óptica, dispersão ou reflexão.
Os materiais fluorescentes absorvem luz de comprimentos de onda específicos, excitando alguns dos elétrons para estados de energia mais elevados.o grupo fluorescente emite luz com um comprimento de onda característico mais longoAo detectar e analisar a fluorescência emitida, pode-se obter uma visualização de estruturas biológicas a nível molecular de alto contraste.
O sistema de sensores LED e fotoeléctricos mais avançado proporciona-nos mais desempenho e funcionalidade.superior)Trata-se de um sistema de aquisição de dados ópticos de ultra baixa potência com canais de transmissão e recepção.apenas alguns componentes discretos precisam ser configurados em aplicações (Figura 2), em baixo).
MAX86171 sistema de aquisição de dados ópticos multicanal, ultra-baixa potência, de dispositivos analógicos (clique para ampliar)
Figura 2: O MAX86171 multi-canal, ultra baixa potência,sistema de aquisição de dados ópticos (imagem superior) simplifica a fiação externa e a necessidade de componentes auxiliares passivos com suas funções internas altamente integradas (imagem inferior). (Fonte da imagem: Analog Devices)
No lado do transmissor, o MAX86171 está equipado com 9 pinos de saída de driver de LED programáveis, cada um conectado a 3 drivers de LED de 8 bits de alta corrente.O IC está equipado com dois sistemas de baixo ruído, circuitos de cancelamento de luz ambiente (ALC) integrados, formando um sistema de aquisição de dados de alto desempenho altamente integrado e baseado na óptica.
Para projetos que exigem menos canais ópticos, pode ser utilizado o dispositivo MAX86178ENJ+, que é de ultra baixa potência,sinal vital de grau clínico AFE que pode suportar até seis LEDs e quatro entradas de fotodiodos.
Observe que os indicadores de desempenho e as prioridades das aplicações médicas são diferentes das situações não médicas, como os canais ópticos de dados.O ruído de fundo absoluto da parte frontal óptica é um parâmetro chave, em vez da relação sinal/ruído (SNR).
Embora no campo biomédico, a largura de banda do sinal e a taxa de amostragem sejam geralmente muito baixas, e os parâmetros relacionados não mudem a uma taxa de vários kilohertz,As características complexas de simulação dos sistemas fisiológicos do paciente e dos próprios sinais exigem que definamos diferentes prioridades nas especificações técnicasEstas características incluem alta sensibilidade, ampla gama dinâmica e baixo ruído para lidar com sucesso com ambientes operacionais em constante mudança.A pele e os órgãos internos do paciente vão se mover constantemente, e mesmo pequenos movimentos podem causar alterações na área de contacto e na força de contacto.tornando o problema mais complexo.
Para satisfazer os requisitos da aplicação, a gama dinâmica do MAX86171 é de 91 a 110 decibéis (dB), dependendo do layout do ensaio.O ruído da corrente escura é inferior a 50 picoamps (pA) (valor efetivo), e o coeficiente de supressão da luz ambiente a 120 hertz (Hz) é superior a 70 dB.
Exemplo # 2: Potenciômetro, Amperiômetro, Voltametria e Medição de Impedância:
Hoje em dia, os engenheiros elétricos podem medir com competência tensão, corrente, impedância e suas inter-relações usando vários instrumentos padrão.Estas medições têm requisitos e limitações únicos em ambientes químicos e biológicos, e apresentar diferentes cenários:
Método potencialométrico: utilização de um potencialostato para medir o potencial entre dois elétrodos para determinar a concentração de substâncias numa solução
Amperiômetro: utilização de um dispositivo de medição de corrente para detectar íons numa solução com base na corrente ou nas alterações da corrente
Voltametria: Aplicar uma curva de tensão específica ao longo do tempo a um eletrodo de trabalho e medir a corrente gerada pelo sistema, normalmente usando um potencializador para medição.
Impedância: Medir a relação de tensão e corrente entre a pele e o corpo
Para avaliar estes parâmetros, pode utilizar-se um WLCSP AD5940 com 56 esferas, de dimensões de 3,6 × 4,2 milímetros (mm) (Figura 3).com uma tensão máxima de 80 V, mas não superior a 100 V,, voltampere ou medições de impedância.