想讓血氧測(cè)量儀小而美？試試這種光學(xué)前端

• 在透射式脈搏血氧測(cè)量中，光電二極管和(發(fā)光二極管)LED分別放置在人體的相對(duì)兩側(cè)(例如手指)。人體組織吸收部分光線，而光電二極管則收集通過人體的剩余光線。

• 在反射式脈沖血氧儀中，光電二極管和LED在同一側(cè)。這里的光電二極管收集皮膚下方反射的光。

脈搏血氧測(cè)量主要基于三個(gè)原則:

• 脈搏動(dòng)脈血液對(duì)透射/反射光的吸光度。

• HbO2和RHb對(duì)不同光波長(紅光vs紅外光)的不同吸光度特征。

• 透射/反射光與光電二極管產(chǎn)生的PPG信號(hào)電流之間的直接相關(guān)性。

1.2熒光檢測(cè)應(yīng)用

例如，在圖2中，樣本中的熒光標(biāo)簽通過發(fā)射紅外線進(jìn)行反應(yīng)。這種發(fā)出的光就是需要檢測(cè)的熒光信號(hào)，以確定樣本中分析物的存在，可能還有數(shù)量。

基于熒光的診斷測(cè)試將有一個(gè)被認(rèn)為是可報(bào)告的熒光的閾值。低于閾值水平的熒光信號(hào)，不能確定地表明樣本中存在被分析物。

02

光學(xué)前端的性能要求

我們以典型的PoC診斷熒光檢測(cè)系統(tǒng)舉例。

• 響應(yīng)LED勵(lì)磁可靠地識(shí)別非常低的PD電流

• PD的模擬前端(AFE)設(shè)計(jì)尤為重要。

• 系統(tǒng)設(shè)計(jì)對(duì)于實(shí)現(xiàn)高靈敏度檢測(cè)也是非常重要的。

03

集成光學(xué)前端的優(yōu)點(diǎn)

集成解決方案的明顯好處：

• 提供的系統(tǒng)設(shè)計(jì)的簡(jiǎn)化。

• 同步熒光檢測(cè)與LED激發(fā)的挑戰(zhàn)被消除了，因?yàn)檫@是由光學(xué)前端內(nèi)部處理的。

• 集成光學(xué)前端還提供了更緊湊的解決方案，電子元件更少。

• 降低了BOM和供應(yīng)管理的復(fù)雜性，同時(shí)實(shí)現(xiàn)了更小的終端設(shè)備。

如光電二極管PD、LED驅(qū)動(dòng)器和光學(xué)濾鏡配置。在沒有開發(fā)新的硬件的情況下，離散解決方案無法實(shí)現(xiàn)可編程性。當(dāng)試圖隨著時(shí)間的推移，調(diào)整平臺(tái)以使用新的或修改的分析方法時(shí)，這種類型的可配置性是至關(guān)重要的。由于病原體的新變異株和新的疾病經(jīng)常被添加到測(cè)試菜單中，創(chuàng)建一個(gè)可以修改以適應(yīng)新的分析方法的平臺(tái)，而不需要修改硬件，是非常有利的。

集成光學(xué)前端具有明顯的優(yōu)勢(shì)，然而，在弱光熒光應(yīng)用中確定光學(xué)前端的性能并不是一件微不足道的任務(wù)。比較集成光學(xué)前端之間的信噪比(SNR)數(shù)字并不能真正了解光學(xué)接收機(jī)的實(shí)際性能。由于光通量通常較低，因此光學(xué)前端的絕對(duì)本底噪聲是關(guān)鍵參數(shù)，而不是信噪比。盡管1/f噪聲分量會(huì)限制均值方法對(duì)本底噪聲的改善程度，但我們還是可以基于熒光測(cè)量的時(shí)標(biāo)采用均值方法降低本底噪聲。因此，絕對(duì)暗電流噪聲，特別是閃爍噪聲，是主導(dǎo)因素。包括PD在內(nèi)的完整系統(tǒng)的暗電流噪聲在許多集成光學(xué)前端的數(shù)據(jù)表中并沒有描述，必須單獨(dú)測(cè)量。

ADI集成光學(xué)前端

• AFE具有9個(gè)LED通道和4個(gè)PD通道

• 足夠通道支持多種檢測(cè)方法并支持未來的檢測(cè)擴(kuò)展而無需進(jìn)行硬件升級(jí)。

• 可通過SPI或I2C進(jìn)行編程

• 允許對(duì)例如積分時(shí)間、均值范圍和動(dòng)態(tài)范圍等參數(shù)進(jìn)行微調(diào)

• FIFO支持在MCU的休眠模式下進(jìn)行測(cè)量，從而延長手持式PoC系統(tǒng)的電池壽命。

//總結(jié)

在快速發(fā)展的體外診斷(IVD)系統(tǒng)市場(chǎng)中，選擇合適的光學(xué)傳感器特別重要。集成光學(xué)前端可以簡(jiǎn)化系統(tǒng)設(shè)計(jì)，降低了BOM和供應(yīng)管理的復(fù)雜性，同時(shí)實(shí)現(xiàn)了更小的終端設(shè)備。

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