Kāds ir diožu pielietojums glikozes līmeņa asinīs kontroles iekārtās?

1, Fotodiožu tehniskā būtība: precīza pārveidošana no optiskajiem signāliem uz elektriskiem signāliem
Fotodiodes galvenā funkcija ir pārveidot optiskos signālus elektriskos signālos, izmantojot PN savienojuma fotoelektrisko efektu. Kad PN krustojumā tiek apstarota noteikta viļņa garuma gaisma, fotonu enerģija ierosina valences joslas elektronus, lai tie pārietu uz vadīšanas joslu, veidojot elektronu caurumu pārus (foto ģenerētus nesējus). Reversās novirzes iedarbībā lādiņu nesēju virziena kustība ģenerē fotostrāvu, un tās intensitāte ir lineāri saistīta ar krītošās gaismas jaudu. Šis process ietver trīs galvenos parametrus:

Kvantu efektivitāte: tieši nosaka fotoelektriskās konversijas efektivitāti. Piemēram, InGaAs fotodiodes var sasniegt kvantu efektivitāti virs 90% pie viļņa garuma 1310 nm, ievērojami uzlabojot vājas gaismas noteikšanas iespējas.
Reakcijas laiks: nosaka ātrumu, ar kādu ierīce fiksē glikozes koncentrācijas izmaiņas asinīs. PIN tipa fotodiodes saīsina nesēja tranzīta laiku līdz pikosekundes līmenim, optimizējot slāņa iekšējo biezumu un atbilst reāllaika uzraudzības prasībām.
Tumšā strāva: ietekmē zemas koncentrācijas noteikšanas precizitāti. Beijing Minguang Technology izstrādātās zemas tumšās strāvas 0,3 mm InGaAs PIN fotodiodes tumšā strāva ir mazāka par 0,1 nA, un tā labi nosaka vājus gaismas signālus.
Par piemēru ņemot neinvazīvo glikozes līmeņa asinīs detektoru, tas izmanto divu viļņu garuma lāzera diodes ar 1310 nm un 1550 nm, lai apstarotu ādu, un fotodiožu bloks saņem izkliedētu atstarošanas gaismas signālu. Izmērot gaismas absorbcijas atšķirības dažādos viļņu garumos un kombinējot tās ar daļējo mazāko kvadrātu regresijas (PLSR) algoritmu, var novērst traucējošo vielu, piemēram, ūdens un olbaltumvielu, ietekmi, panākot precīzu glikozes koncentrācijas aprēķinu asinīs.

2, Neinvazīva glikozes līmeņa kontrole asinīs: tehnoloģiska revolūcija, ko virza diodes
Tradicionālajai glikozes līmeņa asinīs kontrolei asins savākšanai ir nepieciešams caurdurt ādu, kas rada infekcijas risku un to nevar pastāvīgi uzraudzīt. Diožu tehnoloģijas sasniegums padara iespējamu ne-invazīvu uzraudzību, un tās pamatprincipi ietver:

Tuvo infrasarkano staru spektroskopijas absorbcijas metode: glikozei ir raksturīgās absorbcijas maksimumi 750-1850 nm viļņu garuma diapazonā. Izstarojot noteikta viļņa garuma gaismu caur DFB lāzerdiodēm, ar fotodiodēm tiek noteikta glikozes absorbcijas intensitāte audu šķidrumā. Piemēram, Sichuan Tengguang ražotajam 1550 nm DFB lāzeram ir iebūvēts -TEC temperatūras kontroles modulis, kura jaudas stabilitāte ir labāka par ± 0,5%, nodrošinot ilgtermiņa uzraudzības uzticamību.
Fotoakustiskā efekta metode: Kad lāzers apstaro ādu, glikoze absorbē gaismas enerģiju, lai radītu ultraskaņas viļņus. Pēc tam, kad ultraskaņas sensors uztver signālu, fotodiode pārvērš gaismas intensitātes izmaiņas elektriskā signālā. Tsinghua Universitātes izstrādātā valkājama ierīce izmanto trīs viļņu garumu lāzera diožu bloku un apstrādā trīs datu kopas, izmantojot DSP saplūšanu, ar noteikšanas precizitāti ± 10 mg/dL.
Optiskās rotācijas noteikšanas metode: izmantojot glikozes optiskās rotācijas raksturlielumus, koncentrāciju aprēķina, mērot raidītās gaismas novirzes leņķi. Organiskās gaismas diodes (OLED) kā gaismas avoti apvienojumā ar fotodiožu blokiem var nodrošināt bezkontakta noteikšanu un ir piemērotas dinamiskai glikozes līmeņa kontrolei asinīs.

3. Vairāku viļņu garumu saplūšanas noteikšana: galvenā tehnoloģija, lai uzlabotu pret-traucējumu spēju
Cilvēka audu sastāvs ir sarežģīts, un tādu vielu kā ūdens, olbaltumvielu un tauku gaismas absorbcijas īpašības ir līdzīgas glikozei, kas var viegli izraisīt savstarpējus traucējumus. Vairāku viļņu garumu saplūšanas noteikšana uzlabo precizitāti, izmantojot šādas stratēģijas:

Viļņa garuma izvēles optimizācija: Eksperimenti ir parādījuši, ka 750 nm, 980 nm un 1310 nm viļņu garumu kombinācija var aptvert galveno glikozes absorbcijas maksimumu, vienlaikus izvairoties no spēcīgas ūdens absorbcijas zonas (1450 nm). Piemēram, noteikts asins glikozes mērītāja modelis izmanto divu viļņu garumu 750 nm un 980 nm un novērš fona traucējumus, izmantojot diferenciālo algoritmu, un noteikšanas kļūda ir mazāka par 15%.
Dinamiskās regulēšanas tehnoloģija: kontrolējot lāzera diodes strāvu, lai tā noskaņotos 15 nm diapazonā, tiek panākta glikozes absorbcijas maksimumu izmaiņu uztveršana reāllaikā. Fiziskās simulācijas sistēma parāda, ka dinamiskā regulēšana var palielināt noteikšanas jutību par 40%.
Ķīmiskā modelēšana: apvienojot daļējas mazāko kvadrātu regresijas (PLSR) vai atbalsta vektora mašīnas (SVM) algoritmus, izveidojiet nelineāru gaismas absorbcijas intensitātes un glikozes koncentrācijas asinīs modeli. Klīniskie dati liecina, ka trīs viļņu garumu saplūšanas modeļa paredzamais korelācijas koeficients (R ²) ir 0,92, kas ir ievērojami labāks nekā viena viļņa garuma modelim (R ²=0.78).

4, Prettraucējumu dizains: sistēmas inženierija, lai nodrošinātu klīnisko uzticamību
Glikozes līmeņa asinīs monitoringa iekārtām ir jātiek galā ar vairākām problēmām, piemēram, vides gaismu, elektromagnētiskiem traucējumiem un ierīces troksni. Prettraucējumu dizains ir jāoptimizē gan aparatūras, gan algoritmu līmenī

Aparatūras dizains:
Optiskā filtrēšana: uzstādiet šaurjoslas filtru fotodiodes priekšā, lai novērstu traucējumus no gaismas, kas nav mērķa viļņa garums. Piemēram, 1310 nm filtra joslas platumu var kontrolēt ± 10 nm robežās, un caurlaidība ir lielāka par 90%.
Elektromagnētiskais ekranējums: metāla korpusu izmanto fotodiožu iekapsulēšanai, samazinot 50 Hz jaudas frekvences traucējumus. Eksperimenti ir parādījuši, ka ekranēšanas dizains var uzlabot signāla -pret-trokšņu attiecību (SNR) par 20 dB.
Zema trokšņa pastiprināšana: JFET ieejas darbības pastiprinātājs tiek izmantots, lai izveidotu transimpedances pastiprināšanas ķēdi, samazinot ieejas trokšņa sprieguma blīvumu līdz 0,5 nV/√ Hz. Piemēram, noteikta modeļa asins glikozes mērītāja ķēdes kopējais troksnis ir mazāks par 0,3 mV, kas atbilst 12 bitu AD pārveidošanas prasībām.
Algoritma optimizācija:
Viļņu trokšņa samazināšana: sadaliet fotostrāvas signālu, izmantojot db4 viļņu bāzi, lai filtrētu augstfrekvences{1}}trokšņus. Klīniskie testi ir parādījuši, ka viļņu trokšņa samazināšana var uzlabot signāla gludumu par 35%.
Adaptīvā filtrēšana: LMS algoritma izmantošana, lai dinamiski pielāgotu filtra koeficientus un novērstu vides gaismas svārstības reāllaikā. Piemēram, 1000 luksu fona apgaismojumā adaptīvā filtrēšana var samazināt noteikšanas kļūdu par 50%.
Temperatūras kompensācija: uzraugiet fotodiodes savienojuma temperatūru caur termistoru un koriģējiet tumšās strāvas novirzi, izmantojot uzmeklēšanas tabulas metodi. Eksperimenti ir parādījuši, ka temperatūras kompensācija var stabilizēt noteikšanas kļūdu diapazonā no 25 grādiem līdz 40 grādiem ± 8 mg/dL robežās.