बेडसाइड मेडिकल डिटेक्शन उपकरणों में एआई लाभ लाने के लिए उन्नत सिमुलेशन फ्रंट-एंड और सुरक्षा उपकरणों का उपयोग करना

कृत्रिम बुद्धिमत्ता (एआई) मरीजों की जांच और परीक्षण डेटा से गहरी जानकारी प्राप्त करने में सक्षम है।इस प्रकार नैदानिक क्षमताओं में सुधार और पूर्वानुमान और प्रवृत्ति विश्लेषण क्षमताओं में वृद्धिअगला कदम एआई संचालित चिकित्सा परीक्षण और नमूना विश्लेषण को प्रयोगशाला से डॉक्टरों के कार्यालयों, क्लीनिकों या घरों में स्थानांतरित करना है।यह बिस्तर के पास निगरानी विधि (पीओसी) चिकित्सा स्थितियों का तेजी से आकलन कर सकती है, रोगी बोझ को कम करें और अधिक परिष्कृत डेटा प्रदान करने और चिंताजनक रुझानों का तेजी से पता लगाने के लिए अधिक बार परीक्षण करने की अनुमति दें।

एआई संचालित पीओसी प्राप्त करने के लिए,आवश्यक डेटा अधिग्रहण और माप के लिए विभिन्न बायोसेंसर के साथ इंटरफेस करने के लिए उन्नत एनालॉग फ्रंट-एंड (एएफई) के साथ एक बहुक्रियाशील अनुप्रयोग अनुकूलित आईसी का उपयोग करना आवश्यक हैइन आईसी को जटिल विद्युत रासायनिक, जैविक और संबंधित मापों की विशिष्ट विशेषता आवश्यकताओं को पूरा करना चाहिए, जिसमें सटीकता, कम बिजली की खपत,और अत्यधिक एकीकृत कार्यक्षमताउन्हें डेटा गोपनीयता सुनिश्चित करने के लिए उन्नत सुरक्षा प्रौद्योगिकियों पर भी भरोसा करना चाहिए।

इस लेख में पीओसी परिवर्तन की प्रवृत्ति और डिजाइन पर इसके प्रभाव का पता लगाया जाएगा, फिर व्यापक रूप से उपयोग किए जाने वाले एएफई माप परिदृश्यों का वर्णन किया जाएगा,और एनालॉग उपकरणों के उदाहरण समाधान पेश करें जो पीओसी माप और सुरक्षा आवश्यकताओं को पूरा कर सकते हैं.

हमें अब पीओसी की आवश्यकता क्यों है?
पीओसी का पता लगाने और नमूना प्रसंस्करण बढ़ाने के लिए ड्राइविंग कारकों में शामिल हैंः व्यक्तिगत स्वास्थ्य स्थितियों में सुधार के लिए अधिक और बेहतर चिकित्सा निदान की मांग;जनसंख्या आधारित वृद्धावस्था की जरूरतों के बारे में अंतर्दृष्टि विकसित करनानियामक नियम अधिक परीक्षणों को प्रोत्साहित करते हैं या यहां तक कि अधिक परीक्षणों की आवश्यकता होती है, जो कम लागत पर किया जाना चाहिए और परीक्षण और प्रतीक्षा समय को कम करना चाहिए।रोगियों के लिए हस्तक्षेप और लागत को कम करने के लिए क्लीनिकों या घरों में अधिक स्थानीय पीओसी स्थापित करने की प्रवृत्ति है।, जिसके लिए सरल लेकिन शक्तिशाली उपकरणों की आवश्यकता होती है।

इसी समय, एआई तेजी से विकसित हो रहा है, जिससे इन आंकड़ों का उपयोग गहन विश्लेषण और भविष्यवाणी के लिए किया जा सकता है।

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 managementइस प्रकार का आईसी फ्रंट-एंड इंटरफेस है जो रोगी के शरीर के तरल पदार्थों को सिस्टम से जोड़ता है, जो विभिन्न सेंसरों से डेटा कैप्चर और रिकॉर्ड करने, इसका मूल्यांकन करने के लिए जिम्मेदार है,और अंतिम आंकड़ों की रिपोर्टिंग (चित्र 1).

रोगी के महत्वपूर्ण लक्षणों और शरीर के तरल पदार्थों और संबंधित पीओसी उपकरणों और डेटा प्रणालियों के बीच मुख्य इंटरफ़ेस आरेख (विस्तारित करने के लिए क्लिक करें)
चित्र 1: सिमुलेशन और संबंधित इलेक्ट्रॉनिक उपकरण रोगी के महत्वपूर्ण संकेतों और शरीर के तरल पदार्थों के साथ-साथ संबंधित पीओसी उपकरणों और डेटा सिस्टम के बीच महत्वपूर्ण संचार इंटरफेस के रूप में कार्य करते हैं।(चित्र स्रोत): एनालॉग उपकरण)

अनुप्रयोग उन्मुख विविध आईसी को विभिन्न चुनौतियों का सामना करने में सक्षम होना चाहिए
हम इस स्थिति को स्पष्ट रूप से चित्रित करने के लिए कुछ उदाहरणों का उपयोग कर सकते हैंः

उदाहरण 1: पल्स ऑक्सीमेट्री और हृदय गति मॉनिटर:

रक्त ऑक्सीजन संतृप्ति (SpO2) और हृदय गति स्वास्थ्य माप के महत्वपूर्ण बुनियादी संकेतक हैं।पहला पैरामीटर इस बात का सबसे स्पष्ट उदाहरण देता है कि ऑप्टिकल और इलेक्ट्रॉनिक प्रौद्योगिकियां पीओसी की अपेक्षाओं को कैसे बदल सकती हैं।SpO2 को मापने का एकमात्र तरीका हमेशा से ही नर्सों के लिए रक्त के नमूने लेने और उन्हें परीक्षण के लिए प्रयोगशाला में भेजने का रहा है।

अब, दशकों पहले की अच्छी तरह से स्थापित इलेक्ट्रॉनिक ऑप्टिकल तकनीक के साथ, एल ई डी, प्रकाश सेंसर, और अंगुली के सिरों पर एल्गोरिदम सेकंड में तेजी से DIY रीडिंग प्रदान कर सकते हैं। इसके अलावा,एलईडी फोटोइलेक्ट्रिक सेंसरों की एक ही व्यवस्था भी हृदय गति की जानकारी प्रदान कर सकती है.

अधिक उन्नत एलईडी और फोटोइलेक्ट्रिक सेंसर प्रणाली हमें अधिक प्रदर्शन और कार्यक्षमता प्रदान करती है। कुछ आईसी विशेष रूप से इन अनुप्रयोगों के लिए डिज़ाइन किए गए हैं, जैसे कि MAX86171 (चित्र 2,ऊपर), जो एक अल्ट्रा-लो पावर ऑप्टिकल डेटा अधिग्रहण प्रणाली है जिसमें ट्रांसमिशन और रिसेप्शन चैनल हैं। इसकी आंतरिक जटिलता के बावजूद,अनुप्रयोगों में केवल कुछ अलग-अलग घटकों को कॉन्फ़िगर करने की आवश्यकता है (चित्र 2), नीचे) ।

MAX86171 मल्टी-चैनल, अल्ट्रा-लो पावर, एनालॉग डिवाइस से ऑप्टिकल डेटा अधिग्रहण प्रणाली (विस्तार करने के लिए क्लिक करें)
चित्र 2: MAX86171 बहु-चैनल, अल्ट्रा-कम शक्ति,ऑप्टिकल डेटा अधिग्रहण प्रणाली (ऊपरी छवि) अपने अत्यधिक एकीकृत आंतरिक कार्यों के साथ बाहरी वायरिंग और निष्क्रिय सहायक घटकों की आवश्यकता को सरल बनाती है (नीचे छवि). (चित्र स्रोतः एनालॉग डिवाइस)

ट्रांसमीटर पक्ष पर, MAX86171 9 प्रोग्राम करने योग्य एलईडी ड्राइवर आउटपुट पिन से लैस है, प्रत्येक 3 उच्च वर्तमान 8-बिट एलईडी ड्राइवरों से जुड़ा हुआ है। रिसीवर पक्ष पर,MAX86171 दो कम शोर के साथ सुसज्जित हैचार्ज इंटीग्रेशन फ्रंट-एंड और एम्बियंट लाइट कैंसिल (ALC) सर्किट, एक ऑप्टिकल आधारित, उच्च एकीकृत उच्च प्रदर्शन डेटा अधिग्रहण प्रणाली बनाते हैं।

SpO2 और हृदय गति के आंकड़ों के अतिरिक्त यह आईसी हृदय गति परिवर्तनशीलता, शरीर के हाइड्रेशन, मांसपेशियों और ऊतकों के ऑक्सीजन संतृप्ति (SmO2 और StO2) का भी मूल्यांकन कर सकता है,और अधिकतम ऑक्सीजन खपत (VO2 अधिकतम).

कृपया ध्यान दें कि चिकित्सा अनुप्रयोगों के प्रदर्शन संकेतक और प्राथमिकताएं गैर-चिकित्सा स्थितियों से भिन्न हैं।ऑप्टिकल फ्रंट-एंड का पूर्ण पृष्ठभूमि शोर एक प्रमुख पैरामीटर है, सिग्नल-शोर अनुपात (एसएनआर) के बजाय।

यद्यपि बायोमेडिकल क्षेत्र में सिग्नल बैंडविड्थ और नमूनाकरण दर आमतौर पर बहुत कम होती है क्योंकि प्रासंगिक मापदंड कई किलोहर्ट्ज की दर से नहीं बदलते हैं,मरीजों और संकेतों के जटिल एनालॉग गुणों के लिए विनिर्देशों के संदर्भ में अलग-अलग प्राथमिकता क्रम की आवश्यकता होती हैइन विशेषताओं में उच्च संवेदनशीलता, व्यापक गतिशील रेंज और कम शोर शामिल हैं ताकि लगातार बदलते गैर-स्थिर वातावरण का सफलतापूर्वक सामना किया जा सके। इस वातावरण में,रोगी की त्वचा और आंतरिक अंग लगातार चलेंगे, और यहां तक कि मामूली आंदोलन संपर्क क्षेत्र और संपर्क बल में परिवर्तन का कारण बन सकता है। इसके अलावा, इन विशेषताओं को विभिन्न हस्तक्षेप, शोर और परिवर्तनों से भी प्रभावित किया जाता है,समस्या को अधिक जटिल बनाना.

अनुप्रयोग आवश्यकताओं को पूरा करने के लिए, परीक्षण लेआउट के आधार पर MAX86171 की गतिशील सीमा 91 से 110 डेसिबल (dB) के बीच है। इसका संकल्प 19.5 बिट है,डार्क करंट शोर 50 पीकोएम्पियर (पीए) से कम है (प्रभावी मूल्य), और 120 हर्ट्ज (हर्ट्ज) पर परिवेश प्रकाश शमन गुणांक 70 डीबी से बेहतर है।

उदाहरण 2: पोटेंशियोमेट्रिक विधि, वर्तमान विश्लेषण विधि, वोल्ट एम्पियर माप विधि और प्रतिबाधा माप विधिः

आजकल विद्युत अभियंता विभिन्न मानक उपकरणों का उपयोग करके वोल्टेज, करंट, प्रतिबाधा और उनके परस्पर संबंधों को कुशलतापूर्वक माप सकते हैं।इन मापों में रासायनिक और जैविक वातावरण में अद्वितीय आवश्यकताएं और सीमाएं हैं, और विभिन्न माप परिदृश्य प्रस्तुत करेंः

पोटेंशियोमेट्रिक विधिः एक समाधान में पदार्थों की एकाग्रता निर्धारित करने के लिए दो इलेक्ट्रोडों के बीच क्षमता को मापने के लिए एक पोटेंशियोस्टेट का उपयोग करना
वर्तमान विश्लेषण विधिः वर्तमान या वर्तमान में परिवर्तन के आधार पर एक समाधान में आयनों का पता लगाने के लिए एक वर्तमान मापने वाले उपकरण का उपयोग करना
वोल्टामेट्रिक विधि: कार्यरत इलेक्ट्रोड पर एक विशिष्ट वोल्टेज वक्र लागू करें जो समय के साथ भिन्न होता है और माप के लिए आमतौर पर एक पोटेंशियोस्टेट का उपयोग करके सिस्टम द्वारा उत्पन्न करंट को मापें
प्रतिबाधाः त्वचा और शरीर के बीच वोल्टेज वर्तमान संबंध को मापना
इन मापदंडों का मूल्यांकन करने के लिए, AD5940 एक 56 गेंद WLCSP पैकेज में 3.6 × 4.2 मिलीमीटर (मिमी) मापने में कई कार्यक्षमताओं और इंटरफ़ेस विकल्प प्रदान करता है (चित्र 3) ।इस कम शक्ति वाले एएफई में कई कार्य और इंटरफेस हैं, विशेष रूप से पोर्टेबल अनुप्रयोगों के लिए डिज़ाइन किया गया है जिसमें उच्च परिशुद्धता वाले इलेक्ट्रोकेमिकल माप तकनीक जैसे एम्पियर, वोल्ट एम्पियर, या प्रतिबाधा माप की आवश्यकता होती है।