একটি বেডসাইড ডায়াগনস্টিক সিস্টেম তৈরি করতে নমনীয় AFE, গতি নিয়ন্ত্রণ প্রযুক্তি এবং প্রত্যয়িত চিপ ব্যবহার করে

বেডসাইড (পিওসি) মেডিকেল পরীক্ষার রূপান্তর তরঙ্গ পরীক্ষাগার থেকে ক্লিনিকাল ক্লিনিক, কমিউনিটি স্বাস্থ্যসেবা প্রতিষ্ঠান এবং এমনকি পরিবারগুলিতে স্থানান্তরিত হচ্ছে। এই রূপান্তরটি রোগ নির্ণয়ের গতিকে ত্বরান্বিত করবে, যার ফলে রোগীর যত্নের গতি বাড়বে, কার্যকারিতা উন্নত হবে এবং খরচ কমবে।

PoC অর্জনের জন্য, প্রথম ধাপ হল প্রয়োজনীয় ডেটা অধিগ্রহণ এবং পরিমাপের জন্য বিভিন্ন বায়োসেন্সরের সাথে সংযোগ স্থাপনের জন্য উন্নত এনালগ ফ্রন্ট-এন্ড (AFE) সহ একটি বহুমুখী অ্যাপ্লিকেশন অপ্টিমাইজড ইন্টিগ্রেটেড সার্কিট ব্যবহার করা। প্রতিটি আইসিকে অবশ্যই জটিল বৈদ্যুতিক রাসায়নিক, জৈবিক, এবং সম্পর্কিত পরিমাপের জন্য অনন্য বৈশিষ্ট্যগত প্রয়োজনীয়তা পূরণ করতে হবে, যার মধ্যে যথার্থতা, কম বিদ্যুত খরচ এবং অত্যন্ত সমন্বিত কার্যকারিতা রয়েছে। সফল চূড়ান্ত পণ্যগুলি চমৎকার পারফরম্যান্স, উচ্চ নমনীয়তা এবং আপগ্রেডেবিলিটি দ্বারা চিহ্নিত করা হয়, যা দূরদর্শী প্ল্যাটফর্মগুলির উপলব্ধিতে অবদান রাখে। এই পণ্যগুলিকে অবশ্যই মসৃণ এবং সুনির্দিষ্ট গতি নিয়ন্ত্রণ এবং প্রমাণীকরণ আইসি দিয়ে সজ্জিত করতে হবে যাতে ডেটা নির্ভুলতা এবং গোপনীয়তা সুরক্ষা নিশ্চিত করা যায়।

এই নিবন্ধটি PoC এর দিকে প্রধান রূপান্তর এবং ডিজাইনের উপর এর প্রভাব অন্বেষণ করবে এবং তারপরে ব্যাপকভাবে ব্যবহৃত AFE পরিমাপের পরিস্থিতি বর্ণনা করবে, PoC পরিমাপ, গতি নিয়ন্ত্রণ এবং যাচাইকরণের প্রয়োজনীয়তা মেটাতে এনালগ ডিভাইসগুলি প্রদান করতে পারে এমন নমনীয় সমাধানগুলি উপস্থাপন করবে।

কেন আমাদের এখন PoC দরকার?
ব্যক্তিগত স্বাস্থ্যের অবস্থার উন্নতির জন্য দ্রুত চিকিৎসা নির্ণয়ের প্রয়োজনীয়তা সহ PoC এবং নমুনা প্রক্রিয়াকরণের চাহিদাকে চালিত করে এমন অনেক কারণ রয়েছে। নিয়ন্ত্রক বিধিগুলি আরও পরীক্ষাকে উত্সাহিত করে বা বাধ্যতামূলক করে। বর্তমানে রোগীদের উপর প্রভাব কমাতে, খরচ কমাতে এবং সময় বাঁচাতে ক্লিনিক বা বাড়ির কাছাকাছি PoC করার প্রবণতা রয়েছে। অতএব, এই ধরনের সিস্টেমগুলির জন্য এই লক্ষ্যগুলি অর্জনের জন্য সহজ এবং সহজেই ব্যবহারযোগ্য তবে শক্তিশালী যন্ত্র এবং সরঞ্জামগুলির ব্যবহার প্রয়োজন।

এই ধরনের সিস্টেমের ডিজাইনারদের জন্য, AFE、মোশন কন্ট্রোল এবং আইডেন্টিটি ভেরিফিকেশন IC একটি মধ্যবর্তী ইন্টারফেস প্রদান করে যা রোগীর শরীরের তরল, গুরুত্বপূর্ণ লক্ষণ এবং বিভিন্ন সেন্সর থেকে ফলাফলের ডেটা ক্যাপচার, রেকর্ড, মূল্যায়ন এবং রিপোর্ট করার জন্য প্রয়োজনীয় সিস্টেমগুলিকে সরাসরি সংযুক্ত করতে পারে। এই ডিভাইসগুলি ইলেক্ট্রোকেমিক্যাল এবং অপটিক্যাল ডায়াগনস্টিক সলিউশন তৈরির মূল ভিত্তি, এবং বিভিন্ন ধরনের বায়োসেন্সর এবং রাসায়নিকের সাথে সামঞ্জস্যপূর্ণ, সেইসাথে একটি সফ্টওয়্যার আপগ্রেডযোগ্য প্ল্যাটফর্মের সাথে সামঞ্জস্যপূর্ণ পরিমাপ ইঞ্জিনগুলি প্রদানের জন্য এই জাতীয় সমাধানগুলির প্রয়োজন৷

রোগীর গুরুত্বপূর্ণ লক্ষণ এবং শরীরের তরল এবং সম্পর্কিত PoC যন্ত্র এবং ডেটা সিস্টেমের মধ্যে ইন্টারফেস
চিত্র 1: সিমুলেশন এবং সম্পর্কিত ইলেকট্রনিক ডিভাইসগুলি রোগীর অত্যাবশ্যক লক্ষণ এবং শরীরের তরল, সেইসাথে সম্পর্কিত PoC যন্ত্র এবং ডেটা সিস্টেমের মধ্যে গুরুত্বপূর্ণ যোগাযোগ ইন্টারফেস হিসাবে কাজ করে। (ছবির উৎস: এনালগ ডিভাইস)

অ্যাপ্লিকেশন ভিত্তিক বৈচিত্র্যময় আইসিগুলি বিভিন্ন চ্যালেঞ্জ মোকাবেলা করতে সক্ষম হওয়া উচিত
এই পরিস্থিতিটি স্পষ্টভাবে ব্যাখ্যা করার জন্য আমরা কিছু উদাহরণ ব্যবহার করতে পারি:

উদাহরণ 1: অপটিক্যাল ফ্লুরোসেন্স ডিটেকশন (FLD):

এই প্রযুক্তির মাধ্যমে, গবেষকরা কোষ বা টিস্যুগুলির মধ্যে জৈবিক উপাদানগুলির বিতরণ, স্থানীয়করণ এবং মিথস্ক্রিয়াগুলি অধ্যয়ন করতে সক্ষম হন, যার ফলে সেলুলার প্রক্রিয়া এবং ফাংশনগুলির একটি বিশদ ধারণা লাভ করে যা সাধারণত স্ট্যান্ডার্ড অপটিক্যাল মাইক্রোস্কোপ দ্বারা পর্যবেক্ষণ করা যায় না। এই কৌশলটি অপটিক্যাল শোষণ, বিচ্ছুরণ, বা প্রতিফলন নীতির উপর ভিত্তি করে কাজ করার পরিবর্তে ফ্লুরোসেন্স প্ররোচিত ফ্লুরোফোর ব্যবহার করে।

ফ্লুরোসেন্ট পদার্থ নির্দিষ্ট তরঙ্গদৈর্ঘ্যের আলো শোষণ করে, কিছু ইলেকট্রনকে উচ্চ শক্তির অবস্থায় উত্তেজিত করে। যখন ইলেক্ট্রন স্থল অবস্থায় ফিরে আসে, তখন ফ্লুরোসেন্ট গোষ্ঠী একটি দীর্ঘ বৈশিষ্ট্যযুক্ত তরঙ্গদৈর্ঘ্য সহ আলো নির্গত করে। নির্গত ফ্লুরোসেন্স সনাক্তকরণ এবং বিশ্লেষণ করে, জৈবিক কাঠামোর উচ্চ বৈসাদৃশ্য আণবিক স্তরের ভিজ্যুয়ালাইজেশন অর্জন করা যেতে পারে।

আরও উন্নত LED এবং ফটোইলেকট্রিক সেন্সর সিস্টেম আমাদের আরও কর্মক্ষমতা এবং কার্যকারিতা প্রদান করে। এই অ্যাপ্লিকেশনগুলির জন্য বিশেষভাবে ডিজাইন করা কিছু আইসি রয়েছে, যেমন MAX86171 (চিত্র 2, শীর্ষ)। এটি ট্রান্সমিশন এবং রিসেপশন চ্যানেল সহ একটি অতি-লো পাওয়ার অপটিক্যাল ডেটা অধিগ্রহণের সিস্টেম। এর অভ্যন্তরীণ জটিলতা সত্ত্বেও, অ্যাপ্লিকেশনগুলিতে শুধুমাত্র কয়েকটি পৃথক উপাদান কনফিগার করা প্রয়োজন (চিত্র 2, নীচে)।

MAX86171 মাল্টি-চ্যানেল, আল্ট্রা-লো পাওয়ার, এনালগ ডিভাইস থেকে অপটিক্যাল ডেটা অধিগ্রহণ সিস্টেম (বড় করতে ক্লিক করুন)
চিত্র 2: MAX86171 মাল্টি-চ্যানেল, অতি-নিম্ন শক্তি, অপটিক্যাল ডেটা অধিগ্রহণ সিস্টেম (শীর্ষ চিত্র) বহিরাগত ওয়্যারিং এবং এর অত্যন্ত সমন্বিত অভ্যন্তরীণ ফাংশন (নীচের চিত্র) সহ প্যাসিভ অক্জিলিয়ারী উপাদানগুলির প্রয়োজনীয়তাকে সরল করে। (ছবির উৎস: এনালগ ডিভাইস)

ট্রান্সমিটারের দিকে, MAX86171 9টি প্রোগ্রামেবল LED ড্রাইভার আউটপুট পিন দিয়ে সজ্জিত, প্রতিটি 3টি উচ্চ কারেন্ট 8-বিট LED ড্রাইভারের সাথে সংযুক্ত। রিসিভারের দিকে, IC দুটি লো-আওয়াজ, চার্জ ইন্টিগ্রেটেড ফ্রন্ট এন্ডস এবং অ্যাম্বিয়েন্ট লাইট ক্যান্সেলেশন (ALC) সার্কিট দিয়ে সজ্জিত, যা একটি অপটিক্যাল ভিত্তিক, অত্যন্ত সমন্বিত হাই-পারফরম্যান্স ডেটা অধিগ্রহণ সিস্টেম তৈরি করে।

কম অপটিক্যাল চ্যানেলের প্রয়োজন হয় এমন ডিজাইনের জন্য, MAX86178ENJ+ ডিভাইসটি ব্যবহার করা যেতে পারে, যা একটি অতি-নিম্ন শক্তি, ক্লিনিকাল গ্রেড অত্যাবশ্যক চিহ্ন AFE যা ছয়টি LED এবং চারটি ফটোডিওড ইনপুট সমর্থন করতে পারে।

অনুগ্রহ করে মনে রাখবেন যে মেডিকেল অ্যাপ্লিকেশনগুলির কর্মক্ষমতা সূচক এবং অগ্রাধিকারগুলি অপটিক্যাল ডেটা চ্যানেলগুলির মতো অ-চিকিৎসা পরিস্থিতি থেকে আলাদা। তুলনামূলকভাবে কম আলোর স্তরের কারণে, অপটিক্যাল ফ্রন্ট-এন্ডের নিখুঁত পটভূমি শব্দ একটি মূল প্যারামিটার, সংকেত-টু-শব্দ অনুপাত (SNR) এর পরিবর্তে।

যদিও বায়োমেডিকাল ক্ষেত্রে, সিগন্যাল ব্যান্ডউইথ এবং স্যাম্পলিং রেট সাধারণত খুব কম হয়, এবং সম্পর্কিত প্যারামিটারগুলি কয়েক কিলোহার্টজ হারে পরিবর্তিত হয় না, রোগীর শারীরবৃত্তীয় সিস্টেম এবং সংকেতের জটিল সিমুলেশন বৈশিষ্ট্যগুলির জন্য আমাদের প্রযুক্তিগত বৈশিষ্ট্যগুলিতে বিভিন্ন অগ্রাধিকার সেট করতে হয়। এই বৈশিষ্ট্যগুলির মধ্যে রয়েছে উচ্চ সংবেদনশীলতা, প্রশস্ত গতিশীল পরিসর এবং ক্রমাগত পরিবর্তিত অপারেটিং পরিবেশের সাথে সফলভাবে মোকাবেলা করার জন্য কম শব্দ। এই পরিবেশে, রোগীর ত্বক এবং অভ্যন্তরীণ অঙ্গগুলি ক্রমাগত নড়াচড়া করবে এবং এমনকি সামান্য নড়াচড়াও যোগাযোগের ক্ষেত্র এবং যোগাযোগের শক্তিতে পরিবর্তন আনতে পারে। উপরন্তু, এই বৈশিষ্ট্যগুলি বিভিন্ন হস্তক্ষেপ এবং পরিবর্তন দ্বারা প্রভাবিত হয়, সমস্যাটিকে আরও জটিল করে তোলে।

আবেদনের প্রয়োজনীয়তা মেটাতে, পরীক্ষার বিন্যাসের উপর নির্ভর করে MAX86171 এর গতিশীল পরিসীমা 91 থেকে 110 ডেসিবেল (dB) এর মধ্যে। এর রেজোলিউশন হল 19.5 বিট, অন্ধকার বর্তমান শব্দ 50 পিকোঅ্যাম্প (pA) (কার্যকর মান) এর কম এবং 120 হার্টজ (Hz) এ অ্যাম্বিয়েন্ট লাইট সাপ্রেশন সহগ 70 dB এর চেয়ে ভাল।

উদাহরণ # 2: পটেনশিওমিটার, অ্যাম্পিয়ার মিটার, ভোল্টমেট্রি এবং প্রতিবন্ধকতা পরিমাপ:

আজকাল, বৈদ্যুতিক প্রকৌশলীরা বিভিন্ন আদর্শ যন্ত্র ব্যবহার করে দক্ষতার সাথে ভোল্টেজ, কারেন্ট, প্রতিবন্ধকতা এবং তাদের আন্তঃসম্পর্ক পরিমাপ করতে পারে। যাইহোক, এই পরিমাপের রাসায়নিক এবং জৈবিক পরিবেশে অনন্য প্রয়োজনীয়তা এবং সীমাবদ্ধতা রয়েছে এবং বিভিন্ন পরিস্থিতিতে উপস্থাপন করে:

পটেনটিওমেট্রিক পদ্ধতি: একটি দ্রবণে পদার্থের ঘনত্ব নির্ধারণ করতে দুটি ইলেক্ট্রোডের মধ্যে সম্ভাব্যতা পরিমাপ করার জন্য একটি পোটেনটিওস্ট্যাট ব্যবহার করে
অ্যাম্পিয়ার মিটার: কারেন্ট বা কারেন্টের পরিবর্তনের উপর ভিত্তি করে দ্রবণে আয়ন সনাক্ত করতে একটি বর্তমান পরিমাপক যন্ত্র ব্যবহার করে
ভোল্টমেট্রি: একটি কার্যকরী ইলেক্ট্রোডে সময়ের সাথে সাথে একটি নির্দিষ্ট ভোল্টেজ বক্ররেখা প্রয়োগ করা এবং সিস্টেম দ্বারা উত্পন্ন বর্তমান পরিমাপ করা, সাধারণত পরিমাপের জন্য একটি potentiostat ব্যবহার করে।
প্রতিবন্ধকতা: ত্বক এবং শরীরের মধ্যে ভোল্টেজ বর্তমান সম্পর্ক পরিমাপ
এই পরামিতিগুলি মূল্যায়ন করার জন্য, 3.6 × 4.2 মিলিমিটার (মিমি) আকারের একটি AD5940 56 বল WLCSP ব্যবহার করা যেতে পারে (চিত্র 3)। এই লো-পাওয়ার AFE এর একাধিক ফাংশন এবং ইন্টারফেস রয়েছে, বিশেষভাবে পোর্টেবল অ্যাপ্লিকেশনের জন্য ডিজাইন করা হয়েছে যার জন্য অ্যাম্পিয়ার, ভোল্ট অ্যাম্পিয়ার বা প্রতিবন্ধক পরিমাপের মতো উচ্চ-নির্ভুলতা ইলেক্ট্রোকেমিক্যাল প্রযুক্তি প্রয়োজন।