Beth yw cymhwysiad deuodau mewn offer monitro glwcos yn y gwaed?

1, Hanfod technegol ffotodiodes: trosi union o signalau optegol i signalau trydanol
Swyddogaeth graidd ffotodiode yw trosi signalau optegol yn signalau trydanol trwy effaith ffotodrydanol cyffordd PN. Pan fydd golau tonfedd benodol yn cael ei arbelydru i'r gyffordd PN, mae egni ffoton yn cyffroi electronau band falens i drosglwyddo i'r band dargludiad, gan ffurfio parau tyllau electronau (cludwyr a gynhyrchir gan luniau). O dan weithred tueddiad gwrthdro, mae symudiad cyfeiriadol cludwyr gwefr yn cynhyrchu ffotocurrent, ac mae ei ddwysedd yn gysylltiedig yn llinol â phŵer golau digwyddiad. Mae'r broses hon yn cynnwys tri pharamedr allweddol:

Effeithlonrwydd cwantwm: yn pennu'n uniongyrchol yr effeithlonrwydd trosi ffotodrydanol. Er enghraifft, gall ffotodiodes InGaAs gyflawni effeithlonrwydd cwantwm o dros 90% ar donfedd o 1310nm, gan wella galluoedd canfod golau gwan yn sylweddol.
Amser ymateb: sy'n pennu'r cyflymder y mae'r ddyfais yn dal newidiadau mewn crynodiad glwcos yn y gwaed. Mae ffotodiodau math PIN yn byrhau amser cludo'r cludwr i'r lefel picosecond trwy optimeiddio'r trwch haen gynhenid, gan fodloni-gofynion monitro amser real.
Cerrynt tywyll: yn effeithio ar gywirdeb canfod crynodiad isel. Mae gan ffotodiode PIN InGaAs 0.3mm Cerrynt Tywyll Isel a ddatblygwyd gan Beijing Minguang Technology gerrynt tywyll o lai na 0.1nA ac mae'n perfformio'n dda wrth ganfod signalau golau gwan.
Gan gymryd y synhwyrydd glwcos gwaed anfewnwthiol fel enghraifft, mae'n defnyddio deuodau laser tonfedd deuol o 1310nm a 1550nm i arbelydru'r croen, ac mae'r arae ffotodiod yn derbyn y signal golau adlewyrchiad gwasgaredig. Trwy fesur gwahaniaethau amsugno golau ar wahanol donfeddi a'u cyfuno ag algorithm atchweliad rhannol sgwariau lleiaf (PLSR), gellir dileu dylanwad sylweddau ymyrrol fel dŵr a phrotein, gan gyflawni cyfrifiad cywir o grynodiad glwcos yn y gwaed.

2, Monitro glwcos gwaed anfewnwthiol: chwyldro technolegol sy'n cael ei yrru gan ddeuodau
Mae monitro glwcos yn y gwaed yn draddodiadol yn gofyn am dyllu'r croen i gasglu gwaed, sy'n peri risg o haint ac ni ellir ei fonitro'n barhaus. Mae datblygiad technoleg deuod yn gwneud monitro anfewnwthiol yn bosibl, ac mae ei egwyddorion craidd yn cynnwys:

Dull amsugno sbectrosgopeg isgoch bron: Mae gan glwcos frig amsugno nodweddiadol yn ystod tonfedd 750-1850nm. Trwy allyrru golau tonfedd penodol trwy deuodau laser DFB, mae ffotodiodes yn canfod dwyster amsugno glwcos mewn hylif meinwe. Er enghraifft, mae gan y laser DFB 1550nm a gynhyrchir gan Sichuan Tengguang fodiwl rheoli tymheredd TEC wedi'i adeiladu-, gyda sefydlogrwydd pŵer yn well na ± 0.5%, gan sicrhau dibynadwyedd monitro hirdymor.
Dull effaith ffotoacwstig: Pan fydd laser yn arbelydru'r croen, mae glwcos yn amsugno egni golau i gynhyrchu tonnau uwchsain. Ar ôl i'r synhwyrydd ultrasonic ddal y signal, mae'r ffotodiode yn trosi'r newid mewn dwyster golau yn signal trydanol. Mae'r ddyfais gwisgadwy a ddatblygwyd gan Brifysgol Tsinghua yn mabwysiadu arae deuod laser tair tonfedd ac yn prosesu tair set o ddata trwy ymasiad DSP, gyda chywirdeb canfod o ± 10mg/dL.
Dull canfod cylchdro optegol: Gan ddefnyddio nodweddion cylchdroi optegol glwcos, cyfrifir y crynodiad trwy fesur ongl gwyro golau a drosglwyddir. Gall deuodau allyrru golau organig (OLEDs) fel ffynonellau golau, wedi'u cyfuno ag araeau ffotodeuod, gyflawni darganfyddiad digyswllt ac maent yn addas ar gyfer monitro glwcos yn y gwaed yn ddeinamig.

3, Canfod ymasiad aml donfedd: technoleg allweddol i wella gallu gwrth-ymyrraeth
Mae cyfansoddiad meinwe dynol yn gymhleth, ac mae nodweddion amsugno golau sylweddau megis dŵr, protein a braster yn debyg i glwcos, a all achosi croes-ymyrraeth yn hawdd. Mae canfod ymasiad aml donfedd yn gwella cywirdeb trwy'r strategaethau canlynol:

Optimeiddio dewis tonfedd: Mae arbrofion wedi dangos y gall y cyfuniad o donfeddi 750nm, 980nm, a 1310nm gwmpasu prif uchafbwynt amsugno glwcos tra'n osgoi'r rhanbarth amsugno cryf o ddŵr (1450nm). Er enghraifft, mae model penodol o fesurydd glwcos yn y gwaed yn mabwysiadu dyluniad tonfedd deuol o 750nm a 980nm, ac yn dileu ymyrraeth cefndir trwy algorithm gwahaniaethol, gyda gwall canfod o lai na 15%.
Technoleg tiwnio deinamig: Trwy reoli cerrynt y deuod laser i diwnio o fewn ystod o 15nm, mae -gipio amser real o newidiadau mewn brigau amsugno glwcos yn cael ei gyflawni. Mae'r system efelychu ffisegol yn dangos y gall tiwnio deinamig gynyddu sensitifrwydd canfod 40%.
Modelu cemometrig: Gan gyfuno algorithmau atchweliad rhannol sgwariau lleiaf (PLSR) neu beiriant fector cymorth (SVM), sefydlu model aflinol o ddwysedd amsugno golau a chrynodiad glwcos yn y gwaed. Mae data clinigol yn dangos bod cyfernod cydberthynas rhagfynegol (R ²) y model ymasiad tair tonfedd yn 0.92, sy'n sylweddol well na'r model tonfedd sengl (R ²=0.78).

4, Dyluniad gwrth-ymyrraeth: peirianneg system i sicrhau dibynadwyedd clinigol
Mae angen i offer monitro glwcos yn y gwaed ymdopi â heriau lluosog megis golau amgylcheddol, ymyrraeth electromagnetig, a sŵn dyfais. Mae angen optimeiddio dyluniad gwrth-ymyrraeth o lefelau caledwedd ac algorithm

Dylunio Caledwedd:
Hidlo optegol: Gosod hidlydd band cul o flaen y ffotodiode i atal ymyrraeth gan olau tonfedd nad yw'n darged. Er enghraifft, gellir rheoli lled band hidlydd 1310nm o fewn ± 10nm, ac mae'r trosglwyddiad yn fwy na 90%.
Cysgodi electromagnetig: Defnyddir casin metel i grynhoi ffotodiodes, gan leihau ymyrraeth amledd pŵer 50Hz. Mae arbrofion wedi dangos y gall dyluniad gwarchod wella'r gymhareb signal i sŵn (SNR) o 20dB.
Ymhelaethiad sŵn isel: Defnyddir mwyhadur gweithredol mewnbwn JFET i adeiladu cylched mwyhau traws-rhwystr, gan leihau dwysedd foltedd sŵn mewnbwn i 0.5nV/√ Hz. Er enghraifft, mae cyfanswm sŵn cylched model penodol o fesurydd glwcos yn y gwaed yn llai na 0.3mV, sy'n bodloni'r gofyniad o drawsnewid 12 did AD.
Optimeiddio algorithm:
Dadelfeniad tonfedd: Dadelfennwch y signal ffotocerrynt gan ddefnyddio'r sail tonfedd db4 i hidlo allan -sŵn amledd uchel. Mae profion clinigol wedi dangos y gall dadelfennu tonfeddi wella llyfnder signal 35%.
Hidlo addasol: Defnyddio algorithm LMS i addasu cyfernodau hidlo yn ddeinamig ac atal amrywiadau golau amgylcheddol mewn amser real. Er enghraifft, o dan olau cefndir o 1000lux, gall hidlo addasol leihau gwall canfod 50%.
Iawndal tymheredd: Monitro tymheredd cyffordd y ffotodiode trwy thermistor a chywiro'r drifft cerrynt tywyll gan ddefnyddio dull tabl chwilio. Mae arbrofion wedi dangos y gall iawndal tymheredd sefydlogi'r gwall canfod o fewn yr ystod o 25 gradd i 40 gradd o fewn ± 8mg / dL.