A inteligência artificial (IA) tem sido capaz de obter insights mais profundos a partir de dados de exames de doentes e ensaios,Melhorar as capacidades de diagnóstico e de análise de tendênciasO próximo passo é migrar testes médicos e análises de amostras baseados em IA do laboratório para consultórios médicos, clínicas ou casas.Este método de monitoramento à beira do leito (PoC) pode avaliar rapidamente as condições médicas, reduzir a carga do paciente e permitir testes mais frequentes para fornecer dados mais refinados e detectar tendências preocupantes mais rapidamente.
Para conseguir um PoC com IA,É necessário utilizar um IC multifuncional de aplicação otimizado com interface front-end analógica avançada (AFE) com vários biosensores para aquisição e medição de dados necessários.Estes circuitos integrados devem satisfazer os requisitos característicos únicos de medições complexas de natureza eletroquímica, biológica e conexas, incluindo precisão, baixo consumo de energia,e funcionalidades altamente integradasDevem também contar com tecnologias de segurança avançadas para garantir a privacidade dos dados.
Este artigo explorará a tendência da transformação de PoC e seu impacto no projeto, em seguida, descreverá cenários de medição AFE amplamente utilizados,e introduzir soluções de exemplo de dispositivos analógicos que possam atender aos requisitos de medição e segurança do PoC.
Porque precisamos de PoC agora?
Os fatores que impulsionam o aumento da detecção de PoC e do processamento de amostras incluem: a demanda por mais e melhores diagnósticos médicos para melhorar as condições de saúde individuais;Desenvolver conhecimentos sobre as necessidades do envelhecimento baseado na populaçãoA regulamentação incentiva ou até exige mais testes, que devem ser realizados a custos mais baixos e reduzir os testes e os tempos de espera.Há uma tendência para estabelecer mais PoC local em clínicas ou casas para minimizar a interferência e os custos para os pacientes, que requer instrumentos simples mas poderosos.
Ao mesmo tempo, a IA está a desenvolver-se rapidamente, permitindo que estes dados sejam utilizados para análises e previsões mais profundas.
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 managementEste tipo de IC é a interface front-end que conecta os fluidos corporais do paciente com o sistema, responsável pela captura e gravação de dados de vários sensores, avaliando-o,e comunicação dos dados finais (Figura 1).
Diagrama de interface chave entre os sinais vitais do paciente e os fluidos corporais e os instrumentos e sistemas de dados PoC relacionados (clique para ampliar)
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: Oximetria do pulso e monitor de frequência cardíaca:
A saturação de oxigénio no sangue (SpO2) e a frequência cardíaca são importantes indicadores básicos de medição da saúde.O primeiro parâmetro fornece o exemplo mais vívido de como as tecnologias ópticas e eletrónicas podem mudar as expectativas do PoCA única forma de medir o SpO2 sempre foi para as enfermeiras tirar amostras de sangue e enviá-las para o laboratório para teste.
Agora, com a tecnologia óptica eletrônica bem estabelecida de décadas atrás, LEDs, sensores de luz e algoritmos na ponta dos dedos podem fornecer leituras rápidas em segundos.A mesma disposição de sensores fotoelétricos LED também pode fornecer informações sobre a frequência cardíaca.
O sistema de sensores LED e fotoeléctricos mais avançado proporciona-nos mais desempenho e funcionalidade.superior), que é 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 MAX86171 está equipado com dois sistemas de baixo ruído, circuitos de integração de carga front-end e de cancelamento da luz ambiente (ALC), formando um sistema de aquisição de dados de alto desempenho altamente integrado e baseado na óptica.
Para além dos dados relativos ao SpO2 e à frequência cardíaca, este IC pode também avaliar a variabilidade da frequência cardíaca, a hidratação corporal, a saturação de oxigénio dos músculos e dos tecidos (SmO2 e StO2),e consumo máximo de oxigénio (VO2 max).
Observe que os indicadores de desempenho e as prioridades das aplicações médicas são diferentes das situações não médicas.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 porque os parâmetros relevantes não mudam a uma taxa de vários kilohertz,As propriedades analógicas complexas dos pacientes e dos sinais exigem ordens de prioridade diferentes em termos de especificações.Estas características incluem alta sensibilidade, ampla gama dinâmica e baixo ruído para lidar com êxito com ambientes não fixos 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: Método potencialométrico, método de análise de corrente, método de medição em volts-ampere 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 de medição:
Método potencialométrico: utilização de um potencialostato para medir o potencial entre dois elétrodos para determinar a concentração de substâncias numa solução
Método de análise da corrente: utilização de um dispositivo de medição da corrente para detectar íons numa solução com base na corrente ou nas alterações da corrente
Método voltamétrico: Aplicar uma curva de tensão específica que varia ao longo do tempo ao elétrodo de trabalho e medir a corrente gerada pelo sistema, geralmente usando um potencializador para medição
Impedância: Medir a relação de tensão e corrente entre a pele e o corpo
Para avaliar estes parâmetros, o AD5940 oferece múltiplas funcionalidades e opções de interface num pacote WLCSP de 56 bolas de 3,6 × 4,2 milímetros (mm) (Figura 3).Este AFE de baixa potência tem múltiplas funções e interfaces, concebidos especificamente para aplicações portáteis que exijam técnicas de medição eletroquímica de alta precisão, tais como medições de amperes, volts ou impedância.