인공지능 (AI) 은 환자 검사와 실험 데이터로부터 더 깊은 통찰력을 얻을 수 있었습니다.이를 통해 진단 능력을 향상시키고 예측 및 트렌드 분석 능력을 강화합니다.다음 단계는 인공지능 기반의 의료 테스트와 샘플 분석을 실험실에서 의사 사무실, 클리닉 또는 가정으로 옮기는 것입니다.이 병변 모니터링 방법 (PoC) 은 병상 상태를 빠르게 평가 할 수 있습니다., 환자에 대한 부담을 줄이고 더 빈번한 검사를 가능하게하여 더 정교한 데이터를 제공하고 우려되는 경향을 더 빨리 발견합니다.
인공지능이 주도하는 PoC를 달성하기 위해필요한 데이터 수집 및 측정을 위해 다양한 바이오 센서와 인터페이스를 위해 고급 아날로그 프론트 엔드 (AFE) 로 최적화된 다기능 애플리케이션 IC를 사용해야합니다.이 IC는 정확성, 낮은 전력 소비,그리고 매우 통합된 기능또한 데이터의 개인정보를 보장하기 위해 첨단 보안 기술에 의존해야 합니다.
이 문서에서는 PoC 변환의 경향과 설계에 미치는 영향을 탐구하고, 널리 사용되는 AFE 측정 시나리오를 설명합니다.그리고 PoC 측정 및 보안 요구 사항을 충족 할 수있는 아날로그 장치의 예제 솔루션을 도입합니다..
왜 지금 포커스가 필요해요?
PoC 검출과 샘플 처리 증가의 원인은 다음과 같습니다.인구 기반 노화의 필요에 대한 통찰력을 개발규제 규정은 더 많은 테스트를 권장하거나 심지어 요구합니다. 이는 더 적은 비용으로 수행되어야하며 테스트와 대기 시간을 줄여야합니다.진료소나 가정에서 더 많은 지역 PoC를 설치하는 경향이 있습니다. 환자에게 방해와 비용을 최소화하기 위해서입니다.간단하면서도 강력한 도구가 필요합니다.
동시에, 인공지능은 빠르게 발전하고 있으며, 이러한 데이터를 더 깊은 분석과 예측에 사용할 수 있게 해줍니다.
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 management이 유형의 IC는 환자의 체액을 시스템과 연결하는 프론트 엔드 인터페이스입니다. 다양한 센서에서 데이터를 캡처하고 기록하여 평가하는 데 책임이 있습니다.그리고 최종 데이터를 보고합니다 (그림 1).
환자의 생명계와 체액과 관련된 PoC 기기와 데이터 시스템 사이의 핵심 인터페이스 다이어그램 (대화하기 위해 클릭)
그림 1: 시뮬레이션 및 관련 전자 장치는 환자의 중요한 징후와 체액, 그리고 관련 PoC 도구 및 데이터 시스템 사이의 중요한 통신 인터페이스로 사용됩니다.(사진 출처): 아날로그 장치)
애플리케이션 지향적인 다양화된 IC는 다양한 과제를 해결할 수 있어야 합니다.
이 상황을 명확하게 설명하기 위해 몇 가지 예를 들 수 있습니다.
예제 1: 맥박 산소 측정 및 심박수 측정:
혈중 산소 포화 (SpO2) 와 심박수는 건강 측정의 중요한 기본 지표입니다.첫 번째 매개 변수는 광학 및 전자 기술이 PoC의 기대를 어떻게 바꿀 수 있는지 가장 생생한 예를 제공합니다.SpO2를 측정할 수 있는 유일한 방법은 간호사들이 혈액 샘플을 채취하고 실험실로 보내서 검사하는 것입니다.
이제 수십 년 전의 전자 광학 기술을 통해 LED, 빛 센서, 그리고 손가락 끝에 있는 알고리즘은 초 안에 빠른 DIY 판독을 제공할 수 있습니다.같은 LED 광전기 센서 배열은 또한 심장 박동률 정보를 제공할 수 있습니다..
더 진보 된 LED 및 광 전기 센서 시스템은 우리에게 더 많은 성능과 기능을 제공합니다. MAX86171 (그림 2,위쪽), 그것은 전송 및 수신 채널을 가진 초저전력 광학 데이터 획득 시스템입니다.응용 프로그램에서 몇 가지 개별 구성 요소만 구성해야합니다 (그림 2), 아래쪽)
MAX86171 다채널, 초저전력, 아날로그 장치에서 광학 데이터 획득 시스템 (대화하기 위해 클릭)
그림 2: MAX86171 다채널, 초저전력,광학 데이터 획득 시스템 (상단 사진) 은 매우 통합된 내부 기능으로 외부 배선 및 수동 보조 부품의 필요성을 단순화합니다 (아래 사진)(사진 소스: 아날로그 디바이스)
송신자 쪽에서, MAX86171은 9 개의 프로그래밍 가능한 LED 드라이버 출력 핀이 장착되어 있으며, 각각은 3 개의 고전류 8 비트 LED 드라이버에 연결됩니다. 수신자 쪽에서,MAX86171은 두 개의 저소음, 전하 통합 프론트 엔드 및 주변 빛 취소 (ALC) 회로, 광학 기반, 고 통합 고 성능 데이터 획득 시스템을 형성합니다.
이 IC는 SpO2 및 심박수 데이터 외에도 심박수 변동성, 신체 수분, 근육 및 조직 산소 포화 (SmO2 및 StO2) 를 평가 할 수 있습니다.최대 산소 소비량 (VO2max).
의료용 응용 프로그램의 성능 지표와 우선 순위가 비 의료용 상황과 다르다는 점에 유의하십시오.광적 전면의 절대적인 배경 소음은 핵심 매개 변수입니다., 신호와 소음 비율 (SNR) 보다
비록 생의학 분야에서 신호 대역폭과 샘플링 속도는 일반적으로 매우 낮지만 관련 매개 변수는 몇 킬로헤르츠의 속도로 변하지 않기 때문에환자와 신호의 복잡한 아날로그 특성은 사양 측면에서 다른 우선 순위를 요구합니다.이 특징은 높은 감수성, 넓은 동적 범위, 낮은 노이즈를 포함합니다.환자의 피부와 내장 기관이 끊임없이 움직일 것입니다., 심지어 가벼운 움직임은 접촉 영역과 접촉 힘의 변화를 일으킬 수 있습니다. 또한이 특성은 또한 다양한 간섭, 소음 및 변화에 의해 영향을 받습니다.문제를 더 복잡하게 만드는.
애플리케이션 요구사항을 충족시키기 위해, MAX86171의 동적 범위는 테스트 레이아웃에 따라 91에서 110 데시벨 (dB) 이다.암흑 전류 소음 50 피코 앰프 (pA) 이하 (효율적 값), 120 Hz (Hz) 의 주변광 압축 계수는 70 dB 이상이다.
예제 2: 전력 측정 방법, 전류 분석 방법, 볼트 암페어 측정 방법 및 임피던스 측정:
오늘날 전기 공학자들은 전압, 전류, 임피던스, 그리고 그 상호관계를 다양한 표준 기기를 사용하여 능숙하게 측정할 수 있습니다.이 측정은 화학적, 생물학적 환경에서 독특한 요구 사항과 제한이 있습니다., 그리고 다른 측정 시나리오를 제시합니다:
잠재력 측정 방법: 용액 내의 물질의 농도를 결정하기 위해 두 개의 전극 사이의 잠재력을 측정하기 위해 잠재력을 사용하는 방법
전류 분석 방법: 전류 측정 장치를 사용하여 전류 또는 전류의 변화에 기초하여 용액 내의 이온을 감지합니다.
볼타메트릭 방법: 작업 전극에 시간이 지남에 따라 변하는 특정 전압 곡선을 적용하고 시스템에서 생성되는 전류를 측정합니다. 일반적으로 측정을 위해 전력 계정을 사용합니다.
저항: 피부와 몸 사이의 전압 전류 관계를 측정
이러한 매개 변수를 평가하기 위해, AD5940는 3.6 × 4.2mm (mm) 를 측정하는 56 볼 WLCSP 패키지에서 여러 기능과 인터페이스 옵션을 제공합니다. (그림 3).이 저전력 AFE는 여러 기능과 인터페이스가 있습니다., 특히 앰페어, 볼트 앰페어 또는 임피던스 측정과 같은 고정도의 전기 화학 측정 기술이 필요한 휴대용 애플리케이션을 위해 설계되었습니다.