אסטרטגיות למקסום אותות אופטיים למכשירים רפואיים – StarFish Medical

Share on facebook
Share on twitter
Share on linkedin
Share on telegram
Share on whatsapp
Share on email
פרסומת
תכנון תשתיות רפואיות


מקסום אותות אופטיים למכשירים רפואייםאתגר נפוץ בעת תכנון מכשירים רפואיים המבצעים מדידות אופטיות הוא להבטיח שמצב המערכת האופטית יישאר בקורלציה עם מדידות חיישנים על מנת למקסם את האותות האופטיים של המכשור הרפואי.
סוג המכשיר שאני מדבר עליו משיג את מדידתו על ידי הארת משהו ואיסוף האור המפוזר או המועבר. לשיחה זו, "משהו" יכול להיות חלק ממטופל, או אולי בדיקה הכוללת דגימה ממטופל.

במכשיר כזה יש שני דברים עיקריים לדאוג: שליטה על מצב המערכת ואיסוף מדידות חיישנים. מצב המערכת יכול לכלול מקורות אור, מנגנוני מיקוד, תריסים, גלוונומטרים, או אפילו היבט כלשהו של תהליך בדיקה. החיישנים הם מסוג שמייצר אותות רוחב פס גבוהים יחסית, כמו מצלמות, ספקטרומטרים או מודולי ספירת פוטונים.

בדרך כלל, כמה מדידות במצבים שונים נדרשות לכימות נכון. יתכן שזה פשוט משלב מדידות עם ובלי תאורה. או אולי יש צורך ברצף שלם של מקורות אור. לעיתים קרובות נדרשות מדידות מרובות לאורך כל תהליך הבדיקה. בדרך כלל משתמשים באפנון מתוחכם יותר כדי למזער מקורות רעש חיצוניים, כמו תאורת סביבה.

במערכת כזו, השליטה במצב מושגת בדרך כלל דרך ממשק או ערוץ תקשורת שונה ממדידות החיישן ואלה אסינכרוניים ביחס זה לזה. זמן ההשהיה של ערוצים אלה הוא בדרך כלל משתנה מאוד ובלתי צפוי. כתוצאה מכך, הוודאות במצב המערכת עבור כל מדידת חיישנים הופכת לבוצית. אין מידע מספיק שלב על מצב המערכת במדידת האות.

אז מה הבעיה?

דמיין חיישן מצלמה המשלב מדידת צפיפות אופטית של assay. אם החיישן מתחיל להשתלב מעט לאחר הדלקת מקור האור, ערכי הפיקסלים המתקבלים בסופו של דבר נמוכים מהצפוי. אם אי אפשר לחזור על עיכוב זה, לא רק שיש שגיאה אלא שהוא אפילו לא ניתן לחזור עליו. באופן דומה, אם קיים עיכוב לא ידוע בין מנגנון מיקוד לתמונות שצולמו, במקרה הטוב תהליך המיקוד יהיה איטי; במקרה הרע ייבחר נקודת המיקוד הלא נכונה. ככל שרצף המצבים מורכב יותר, כך יהיה קריטי לדעת בדיוק את השלב בתוך נתוני החיישן על מנת למקסם את האותות האופטיים של המכשור הרפואי.

מהם הפתרונות?

ביסודו של דבר, המטרה היא להכיר ידע ברור של מצב בתוך נתוני החיישנים. זה מאפשר פענוח האות מנתוני החיישן מבלי לדאוג לבעיות חביון. ישנן שתי שיטות עיקריות להשיג זאת: או השתמש בחיישן כדי ללכוד את המצב, או לסנכרן את המצב לחיישן. איזה מסלול תלוי בחיישן.

לחיישנים מסוימים יכולת לדגום סיכות כניסה דיגיטליות במהלך רכישת אות ולשלוח ערכים אלה יחד עם נתוני החיישן. אחרים יכולים להניע סיכות פלט באופן סינכרוני עם רכישת אותות. ניתן להשתמש ביעילות באחד ממנגנונים אלה. שים לב שלחלק ממודולי החיישנים יש פונקציות אלה, אך אינם מספיק סינכרוניים כדי לפתור את הבעיות שלנו.

לא תמיד ניתן לבחור או לעצב את החיישן המושלם. במקום זאת, מסיבות אסטרטגיות, נבחר חיישן OEM שעשוי שלא להיות בעל תכונות או יכולות תזמון רצויות. הרציונל מבוסס בדרך כלל על צמצום קו הזמן או העלות הכוללים של התוכנית. לרוב זה סיכון לכך שיהיו גוצ'ות ביישום, כגון נושאי העיתוי עליהם אנו דנים כעת. הייתי צריך להתמודד עם נושא מסוים זה פעמים רבות, עם חיישנים רבים ושונים. אפילו חיישנים שנראים בעלי יכולות קלט או פלט שיכולים לפתור את הבעיה, אם הם נשלטים בצורה לא סינכרונית מהרכישה אינם ממש מועילים. לפעמים יש פיתרון חלקי, כמו פלט דופק סינכרון. אפשר לנעול את תקופת האינטגרציה של החיישן, אך עדיין יהיה עליך להבין את מצב המערכת הכולל באמצעים אחרים.

אוקי, מה עוד אפשר לעשות?

במקרה בו ניתן להבחין בבירור במצב המערכת באות הנמדדת, ייתכן שיהיה בסדר. לפעמים הגדלה זו תהפוך אותו לזיהוי בצורה ברורה יותר. דוגמה כאן עשויה להיות גילוי המסגרת הכהה של רצף מסגרות ומפתח זה.

זה נהיה מאתגר יותר אם לא יודעים מתי החיישן משתלב. גישה שעבדה אצלי בעבר היא להשליך מדידות המתרחשות בקצוות מעברי המדינה.

למצב שבו לא ניתן להבחין בקלות בשינויים במצב באות בגלל רצפת הרעש, הצלחתי לווסת את המצב לאט ובחלק – במקרה זה היו מקורות האור – והשתמשתי בטכניקות סינון תואמות לסינכרון עם לחלץ את האות.

כדי להכליל, ללא איתות חזק ומידע תזמון טוב, המנוף היחיד שנותר הוא להאט את המערכת. אם אפשר לברוח עם קצב דגימה שהוא הרבה יותר איטי מאי הוודאות בתזמון, סביר שהתוצאות יהיו בסדר. אם אין אפשרות להאט רכישה, אז באמת יש צרות.

כמה כללי אצבע יכולים לעזור למקסם אותות אופטיים של מכשור רפואי.

נסו לבצע מדידות זמן מדויקות, הן עבור אותות חיישנים והן עבור אותות בקרה. יתכן ואנחנו לא יודעים את האיחור היחסי של כל ערוץ תקשורת, אבל הידיעה לזמן לעולם אינה רעה. נסה לתכנן מנגנון למדידה והתאמה לחביון הערוץ. יתברר שהחביון יציב למדי במדידה. נסה לבנות ציוני דרך לאותות חיישנים. לדוגמה, לעתים קרובות קל לזהות מסגרות כהות.

שמירה על איתותי חיישן ובקרה היא אתגר די מקובל בתכנון המכשור הרפואי, במיוחד במדידות אופטיות. הערכת בחירות אדריכליות מוקדם ככל האפשר מונעת לפחות דחיפה של סיכון זה בהמשך הדרך. אם זה הופך להיות נושא, ישנם עדיין כמה טריקים זמינים כדי להתגבר עליו ולמקסם את האותות האופטיים של המכשור הרפואי.

קנת מקקלום, אנג, הוא פיזיקאי הנדסי ראשי ב- StarFish Medical. הוא עובד על פיתוח מכשירים רפואיים למגוון תחומים כולל יישומי אולטרסאונד. קנת יהנה לשמוע מקוראים על עיצובים וחוויות הייחוס שלהם.







קישור לכתבת המקור – 2021-05-04 01:46:40

Share on facebook
Facebook
Share on twitter
Twitter
Share on linkedin
LinkedIn
Share on telegram
Telegram
Share on whatsapp
WhatsApp
Share on email
Email
פרסומת
X-ray_Promo1

עוד מתחומי האתר