কৃত্রিম বুদ্ধিমত্তা (AI) রোগীর পরীক্ষা এবং ট্রায়াল ডেটা থেকে গভীর অন্তর্দৃষ্টি অর্জন করতে সক্ষম হয়েছে, যার ফলে ডায়াগনস্টিক ক্ষমতার উন্নতি হয়েছে এবং ভবিষ্যদ্বাণীমূলক এবং প্রবণতা বিশ্লেষণের ক্ষমতা বৃদ্ধি পেয়েছে। পরবর্তী ধাপ হল AI চালিত মেডিকেল টেস্টিং এবং নমুনা বিশ্লেষণ ল্যাবরেটরি থেকে ডাক্তারদের অফিস, ক্লিনিক বা বাড়িতে স্থানান্তর করা। এই বেডসাইড (PoC) মনিটরিং পদ্ধতিটি দ্রুত চিকিৎসার অবস্থার মূল্যায়ন করতে পারে, রোগীর বোঝা কমাতে পারে এবং আরও পরিমার্জিত ডেটা সরবরাহ করতে এবং উদ্বেগজনক প্রবণতা দ্রুত সনাক্ত করতে আরও ঘন ঘন পরীক্ষা সক্ষম করতে পারে।
AI চালিত PoC অর্জনের জন্য, প্রয়োজনীয় ডেটা অধিগ্রহণ এবং পরিমাপের জন্য বিভিন্ন বায়োসেন্সরগুলির সাথে ইন্টারফেসের জন্য উন্নত এনালগ ফ্রন্ট-এন্ড (AFE) সহ একটি বহুমুখী অ্যাপ্লিকেশন অপ্টিমাইজড আইসি ব্যবহার করা প্রয়োজন। এই আইসিগুলিকে অবশ্যই জটিল বৈদ্যুতিক রাসায়নিক, জৈবিক এবং সম্পর্কিত পরিমাপের অনন্য বৈশিষ্ট্যগত প্রয়োজনীয়তা পূরণ করতে হবে, যার মধ্যে যথার্থতা, কম শক্তি খরচ এবং অত্যন্ত সমন্বিত কার্যকারিতা রয়েছে। ডেটা গোপনীয়তা নিশ্চিত করতে তাদের অবশ্যই উন্নত সুরক্ষা প্রযুক্তির উপর নির্ভর করতে হবে।
এই নিবন্ধটি PoC রূপান্তরের প্রবণতা এবং ডিজাইনের উপর এর প্রভাব অন্বেষণ করবে, তারপরে ব্যাপকভাবে ব্যবহৃত AFE পরিমাপের পরিস্থিতি বর্ণনা করবে, এবং PoC পরিমাপ এবং নিরাপত্তা প্রয়োজনীয়তা পূরণ করতে পারে এমন এনালগ ডিভাইসগুলির উদাহরণ সমাধানগুলি উপস্থাপন করবে।
কেন আমাদের এখন PoC দরকার?
PoC সনাক্তকরণ এবং নমুনা প্রক্রিয়াকরণ বাড়ানোর মূল কারণগুলির মধ্যে রয়েছে: ব্যক্তিগত স্বাস্থ্যের অবস্থার উন্নতির জন্য আরও এবং আরও ভাল চিকিৎসা নির্ণয়ের চাহিদা; জনসংখ্যা ভিত্তিক বার্ধক্য, রোগ এবং রোগের পরিবর্তনের প্রয়োজনীয়তার অন্তর্দৃষ্টি বিকাশ করুন। নিয়ন্ত্রক প্রবিধানগুলি উৎসাহিত করে বা এমনকি আরও পরীক্ষার প্রয়োজন হয়, যা অবশ্যই কম খরচে করা উচিত এবং পরীক্ষা এবং অপেক্ষার সময় কমাতে হবে। উপরন্তু, রোগীদের হস্তক্ষেপ এবং খরচ কমানোর জন্য ক্লিনিক বা বাড়িতে আরও স্থানীয় PoC স্থাপনের প্রবণতা রয়েছে, যার জন্য সহজ কিন্তু শক্তিশালী যন্ত্রের প্রয়োজন।
একই সময়ে, AI দ্রুত বিকাশ করছে, এই ডেটাগুলিকে গভীর বিশ্লেষণ এবং ভবিষ্যদ্বাণীর জন্য ব্যবহার করতে সক্ষম করে।
এই বিস্তৃত কারণগুলি জটিল IC ভিত্তিক সার্কিটগুলির জন্য একটি চাহিদা এবং সুযোগ তৈরি করে যা মেডিকেল টেস্টিং ডেটা অধিগ্রহণ এবং পরিচালনার অনন্য প্রয়োজনীয়তা অনুসারে অপ্টিমাইজ করা প্রয়োজন। এই ধরনের আইসি হল ফ্রন্ট-এন্ড ইন্টারফেস যা রোগীর শারীরিক তরলগুলিকে সিস্টেমের সাথে সংযুক্ত করে, বিভিন্ন সেন্সর থেকে ডেটা ক্যাপচার এবং রেকর্ড করার জন্য, এটির মূল্যায়ন এবং চূড়ান্ত ডেটা রিপোর্ট করার জন্য দায়ী (চিত্র 1)।
রোগীর অত্যাবশ্যক লক্ষণ এবং শরীরের তরল এবং সম্পর্কিত PoC যন্ত্র এবং ডেটা সিস্টেমের মধ্যে মূল ইন্টারফেস চিত্র (বড় করতে ক্লিক করুন)
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: পালস অক্সিমেট্রি এবং হার্ট রেট মনিটর:
রক্তের অক্সিজেন স্যাচুরেশন (SpO2) এবং হৃদস্পন্দন হল গুরুত্বপূর্ণ মৌলিক স্বাস্থ্য পরিমাপের সূচক। প্রথম প্যারামিটারটি কীভাবে অপটিক্যাল এবং ইলেকট্রনিক প্রযুক্তি PoC-এর প্রত্যাশা পরিবর্তন করতে পারে তার সবচেয়ে উজ্জ্বল উদাহরণ প্রদান করে। SpO2 পরিমাপ করার একমাত্র উপায় সবসময় নার্সদের রক্তের নমুনা নেওয়া এবং পরীক্ষার জন্য পরীক্ষাগারে পাঠানো।
এখন, কয়েক দশক আগে সুপ্রতিষ্ঠিত ইলেকট্রনিক অপটিক্যাল প্রযুক্তির সাহায্যে, আঙুলের ডগায় এলইডি, লাইট সেন্সর এবং অ্যালগরিদম সেকেন্ডের মধ্যে দ্রুত DIY রিডিং প্রদান করতে পারে। উপরন্তু, LED ফটোইলেকট্রিক সেন্সর একই বিন্যাস এছাড়াও হার্ট রেট তথ্য প্রদান করতে পারেন.
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), যা ট্রান্সমিশন এবং অভ্যর্থনা চ্যানেল সহ একটি অতি-লো পাওয়ার অপটিক্যাল ডেটা অধিগ্রহণ ব্যবস্থা। 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, MAX86171 দুটি লো-আওয়াজ, চার্জ ইন্টিগ্রেশন ফ্রন্ট-এন্ড এবং অ্যাম্বিয়েন্ট লাইট ক্যানসেলেশন (ALC) সার্কিট দিয়ে সজ্জিত, যা একটি অপটিক্যাল ভিত্তিক, অত্যন্ত সমন্বিত হাই-পারফরম্যান্স ডেটা অধিগ্রহণ সিস্টেম তৈরি করে।
SpO2 এবং হার্ট রেট ডেটা ছাড়াও, এই IC হার্ট রেট পরিবর্তনশীলতা, শরীরের হাইড্রেশন, পেশী এবং টিস্যু অক্সিজেন স্যাচুরেশন (SmO2 এবং StO2), এবং সর্বাধিক অক্সিজেন খরচ (VO2 সর্বোচ্চ) মূল্যায়ন করতে পারে।
অনুগ্রহ করে মনে রাখবেন যে মেডিকেল অ্যাপ্লিকেশনের কর্মক্ষমতা সূচক এবং অগ্রাধিকার অ-চিকিৎসা পরিস্থিতি থেকে ভিন্ন। 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 কারণ প্রাসঙ্গিক পরামিতিগুলি কয়েক কিলোহার্টজ হারে পরিবর্তিত হয় না, রোগী এবং সংকেতের জটিল অ্যানালগ বৈশিষ্ট্যগুলির স্পেসিফিকেশনের পরিপ্রেক্ষিতে বিভিন্ন অগ্রাধিকার আদেশের প্রয়োজন হয়। এই বৈশিষ্ট্যগুলির মধ্যে রয়েছে উচ্চ সংবেদনশীলতা, প্রশস্ত গতিশীল পরিসর এবং ক্রমাগত পরিবর্তনশীল অ স্থির 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, গোলমাল 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: Potentiometric পদ্ধতি, বর্তমান বিশ্লেষণ পদ্ধতি, ভোল্ট অ্যাম্পিয়ার পরিমাপ পদ্ধতি, 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 পরিমাপের পরিস্থিতি উপস্থাপন করে:
পটেনটিওমেট্রিক পদ্ধতি: একটি দ্রবণে পদার্থের ঘনত্ব নির্ধারণ করতে দুটি ইলেক্ট্রোডের মধ্যে সম্ভাব্যতা পরিমাপ করার জন্য একটি পোটেনটিওস্ট্যাট ব্যবহার করে
বর্তমান বিশ্লেষণ পদ্ধতি: বর্তমান বা কারেন্টের পরিবর্তনের উপর ভিত্তি করে দ্রবণে আয়ন সনাক্ত করতে একটি বর্তমান পরিমাপক যন্ত্র ব্যবহার করে
ভোল্টমেট্রিক পদ্ধতি: একটি নির্দিষ্ট ভোল্টেজ বক্ররেখা প্রয়োগ করুন যা কাজের ইলেক্ট্রোডের সাথে সময়ের সাথে পরিবর্তিত হয় এবং সিস্টেম দ্বারা উত্পন্ন বর্তমান পরিমাপ করে, সাধারণত পরিমাপের জন্য একটি potentiostat ব্যবহার করে
প্রতিবন্ধকতা: ত্বক এবং শরীরের মধ্যে ভোল্টেজ বর্তমান সম্পর্ক পরিমাপ
এই পরামিতিগুলি মূল্যায়ন করার জন্য, AD5940 3.6 × 4.2 মিলিমিটার (মিমি) (চিত্র 3) পরিমাপের 56 বলের WLCSP প্যাকেজে একাধিক কার্যকারিতা এবং ইন্টারফেস বিকল্প সরবরাহ করে। এই লো-পাওয়ার AFE এর একাধিক ফাংশন এবং ইন্টারফেস রয়েছে, বিশেষভাবে পোর্টেবল অ্যাপ্লিকেশনের জন্য ডিজাইন করা হয়েছে যার জন্য উচ্চ-নির্ভুলতা ইলেক্ট্রোকেমিক্যাল পরিমাপ কৌশল যেমন অ্যাম্পিয়ার, ভোল্ট অ্যাম্পিয়ার বা প্রতিবন্ধক পরিমাপের প্রয়োজন হয়।