La inteligencia artificial (IA) ha podido obtener información más profunda a partir de los datos de los exámenes de pacientes y de los ensayos,mejorar así las capacidades de diagnóstico y mejorar las capacidades de análisis predictivo y de tendenciasEl siguiente paso es migrar pruebas médicas y análisis de muestras impulsadas por IA desde el laboratorio a consultorios médicos, clínicas o hogares.Este método de monitoreo junto a la cama puede evaluar rápidamente las condiciones médicas, reducir la carga del paciente y permitir pruebas más frecuentes para proporcionar datos más refinados y detectar tendencias preocupantes más rápidamente.
Para lograr un PoC impulsado por IA,es necesario utilizar un circuito integrado de aplicación multifunción optimizado con un front-end analógico avanzado (AFE) para interactuar con varios biosensores para la adquisición y medición de datos necesariosEstos circuitos integrados deben satisfacer los requisitos característicos únicos de las mediciones electroquímicas, biológicas y relacionadas complejas, incluida la precisión, el bajo consumo de energía,y funcionalidad altamente integradaTambién deben confiar en tecnologías de seguridad avanzadas para garantizar la privacidad de los datos.
Este artículo explorará la tendencia de la transformación de PoC y su impacto en el diseño, y luego describirá escenarios de medición AFE ampliamente utilizados,y introducir soluciones de ejemplo de dispositivos analógicos que puedan cumplir con los requisitos de medición y seguridad de PoC.
¿Por qué necesitamos PoC ahora?
Los factores impulsores para aumentar la detección de PoC y el procesamiento de muestras incluyen: la demanda de más y mejores diagnósticos médicos para mejorar las condiciones de salud individuales;Desarrollar conocimientos sobre las necesidades del envejecimiento de la poblaciónEn la actualidad, la mayoría de los países de la Unión Europea tienen un sistema de control de las enfermedades y de los cambios en las enfermedades.existe una tendencia a establecer más PoC local en clínicas o hogares para minimizar la interferencia y los costos para los pacientes, que requiere instrumentos simples pero poderosos.
Al mismo tiempo, la IA se está desarrollando rápidamente, lo que permite utilizar estos datos para un análisis y predicción más profundos.
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 es la interfaz frontal que conecta los fluidos corporales del paciente con el sistema, responsable de capturar y registrar datos de varios sensores, evaluándolos,y la presentación de los datos finales (Figura 1).
Diagrama de interfaz clave entre los signos vitales del paciente y los fluidos corporales y los instrumentos y sistemas de datos de PoC relacionados (haga clic para agrandar)
Figura 1: La simulación y los dispositivos electrónicos relacionados sirven como importantes interfaces de comunicación entre los signos vitales del paciente y los fluidos corporales, así como los instrumentos y sistemas de datos de PoC relacionados.(Fuente de imagen)Dispositivos analógicos
Los CI diversificados orientados a la aplicación deben poder abordar diversos desafíos
Podemos utilizar algunos ejemplos para ilustrar claramente esta situación:
Ejemplo 1: oximetría de pulso y medidor de frecuencia cardíaca:
La saturación de oxígeno en la sangre (SpO2) y la frecuencia cardíaca son indicadores básicos importantes para medir la salud.El primer parámetro proporciona el ejemplo más claro de cómo las tecnologías ópticas y electrónicas pueden cambiar las expectativas de PoCLa única forma de medir SpO2 siempre ha sido que las enfermeras tomaran muestras de sangre y las enviaran al laboratorio para su análisis.
Ahora, con la tecnología óptica electrónica bien establecida de hace décadas, los LED, sensores de luz y algoritmos en la punta de los dedos pueden proporcionar lecturas rápidas de bricolaje en segundos.La misma disposición de los sensores fotoeléctricos LED también puede proporcionar información sobre la frecuencia cardíaca.
El sistema de sensores LED y fotoeléctricos más avanzado nos proporciona más rendimiento y funcionalidad.en la parte superior), que es un sistema de adquisición de datos ópticos de muy baja potencia con canales de transmisión y recepción.En las aplicaciones sólo se deben configurar unos pocos componentes discretos (Figura 2)., abajo).
MAX86171 sistema de adquisición de datos ópticos multicanal, de muy baja potencia, de dispositivos analógicos (clic para agrandar)
Figura 2: El MAX86171 multicanal, de muy baja potencia,sistema de adquisición de datos ópticos (imagen superior) simplifica el cableado externo y la necesidad de componentes auxiliares pasivos con sus funciones internas altamente integradas (imagen inferior). (Fuente de imagen: Dispositivos analógicos)
En el lado del transmisor, el MAX86171 está equipado con 9 pines de salida de controlador de LED programables, cada uno conectado a 3 controladores de LED de 8 bits de alta corriente.el MAX86171 está equipado con dos sistemas de bajo ruido, circuitos de integración de carga front-end y de cancelación de luz ambiente (ALC), formando un sistema de adquisición de datos de alto rendimiento basado en óptica y altamente integrado.
Además de los datos de SpO2 y frecuencia cardíaca, este IC también puede evaluar la variabilidad de la frecuencia cardíaca, la hidratación corporal, la saturación de oxígeno de los músculos y tejidos (SmO2 y StO2),y consumo máximo de oxígeno (VO2 max).
Tenga en cuenta que los indicadores de rendimiento y las prioridades de las aplicaciones médicas son diferentes de las situaciones no médicas.el ruido de fondo absoluto del frontal óptico es un parámetro clave, en lugar de la relación señal-ruido (SNR).
Aunque en el campo biomédico, el ancho de banda de la señal y la velocidad de muestreo son generalmente muy bajos porque los parámetros relevantes no cambian a una velocidad de varios kilohertz,las complejas propiedades analógicas de los pacientes y las señales requieren diferentes órdenes de prioridad en términos de especificacionesEstas características incluyen una alta sensibilidad, un amplio rango dinámico y un bajo ruido para hacer frente con éxito a entornos no fijos en constante cambio.La piel y los órganos internos del paciente se moverán constantementeAdemás, estas características también se ven afectadas por diversas interferencias, ruido y cambios,haciendo el problema más complejo.
Para satisfacer los requisitos de la aplicación, el rango dinámico del MAX86171 se sitúa entre 91 y 110 decibelios (dB), según el diseño del ensayo.El ruido de corriente oscura es inferior a 50 picoamperios (pA) (valor efectivo), y el coeficiente de supresión de la luz ambiente a 120 hertz (Hz) sea superior a 70 dB.
Ejemplo 2: Método potencialométrico, método de análisis de corriente, método de medición en voltios-amperios y medición de impedancia:
Hoy en día, los ingenieros eléctricos pueden medir con competencia el voltaje, la corriente, la impedancia y sus interrelaciones utilizando varios instrumentos estándar.estas mediciones tienen requisitos y limitaciones únicos en entornos químicos y biológicos, y presentar diferentes escenarios de medición:
Método potencialométrico: se utiliza un potencióstato para medir el potencial entre dos electrodos para determinar la concentración de sustancias en una solución
Método de análisis de corriente: mediante el uso de un dispositivo de medición de corriente para detectar iones en una solución basado en la corriente o cambios en la corriente
Método voltamétrico: Aplicar una curva de voltaje específica que varía con el tiempo al electrodo de trabajo y medir la corriente generada por el sistema, generalmente utilizando un potencióstato para la medición
Impedancia: Medir la relación de voltaje y corriente entre la piel y el cuerpo
Para evaluar estos parámetros, el AD5940 ofrece múltiples funcionalidades y opciones de interfaz en un paquete WLCSP de 56 bolas de 3,6 × 4,2 mm (figura 3).Este AFE de baja potencia tiene múltiples funciones e interfaces, diseñados específicamente para aplicaciones portátiles que requieren técnicas de medición electroquímica de alta precisión, como las mediciones de ampere, voltampere o impedancia.