یک حسگر انعطاف‌پذیر برای ادغام EEG و PPG

یک پلتفرم مبتنی بر پلی‌اتیلن ترفتالات که الکترودهای الکتروانسفالوگرافی پیشانی و حسگرهای نوری روند پلثیسموگرافی بازتابی را ترکیب می‌کند.

دونگ‌قوان، چین — ۲۳ سپتامبر ۲۰۲۶ — شرکت وی‌من‌اکس اینداستریال کو.، لیمیتد پلتفرمی انعطاف‌پذیر برای حسگری پزشکی توسعه داده است که الکترودهای الکتروانسفالوگرافی پیشانی و حسگرهای نوری روند پلثیسموگرافی بازتابی را در یک مجموعهٔ مبتنی بر PET یکپارچه می‌کند. این مفهوم برای توسعهٔ سازندگان اصلی تجهیزات پزشکی (OEM) طراحی شده و چالش عملی یکپارچه‌سازی را حل می‌کند: چگونه می‌توان امواج الکتریکی و نوری مکمل را از طریق یک رابط پیشانی کم‌ضخامت به‌دست آورد، در حالی که پردازش سیگنال، الگوریتم‌ها و ادعاهای بالینی نهایی در چارچوب فرآیند اعتبارسنجی سازندهٔ دستگاه نهایی باقی می‌مانند.

چرا الکتروانسفالوگرافی و پلثیسموگرافی را در یک رابط پیشانی ترکیب می‌کنیم؟

الکتروانسفالوگرافی و فوتوفلثموگرافی پدیده‌های فیزیولوژیکی متفاوتی را مشاهده می‌کنند. الکترودهای الکتروانسفالوگرافی سیگنال‌های بیوپتانسیل کم‌سطح مرتبط با فعالیت الکتریکی مغز را ثبت می‌کنند. فوتوفلثموگرافی بازتابی از منابع نوری و یک آشکارساز نوری که در یک طرف بافت قرار گرفته‌اند، برای ثبت تغییرات ضربانی نور بازتابیده‌شده استفاده می‌کند.

در بسیاری از فرآیندهای نظارتی، این عملکردها به‌صورت حسگرهای جداگانه و با مراحل جداگانهٔ قرارگیری، کابل‌ها و رابط‌های مکانیکی پیاده‌سازی می‌شوند. یک مجموعهٔ انعطاف‌پذیر مشترک می‌تواند وظیفهٔ ادغام فیزیکی را برای تیم‌های سازندهٔ اصلی (OEM) با ثبت ناحیهٔ الکترود و ناحیهٔ نوری در یک پلتفرمِ منسجمِ پیشانی ساده‌تر کند.

هدف این نیست که دو سیگنال را در یک اندازه‌گیری واحد ترکیب کنیم. بلکه معماری طوری طراحی شده که مسیرهای الکتریکی و نوری در سطح حسگر از نظر کارکردی کاملاً مجزا باقی بمانند، در عین حال این امکان را فراهم می‌کند که دستگاهٔ میزبان، نوسان‌نماهای حاصل را برای تحلیل‌های خاصِ کاربردی همگام‌سازی کند.

معماری سطح تابع برای ارتباط عمومی. جزئیات مداری و پین‌ها عمدتاً حذف شده‌اند.

ساختار ترکیبی با جداسازی عملکردی

معماری عمومی را می‌توان به سه منطقه عملکردی تقسیم کرد:

• منطقه الکترودهای انگشتی انعطاف‌پذیر (EEG) — لایه‌ای سفید بر پایه PET که هندسه الکترودهای چاپ‌شده را حمل کرده و سیگنال بیوپتانسیل را به سمت الکترونیک میزبان هدایت می‌کند. طرح‌بندی الکترودها، ماده تماسی و ساختار رابط پوستی برای هر پروژه OEM تعریف می‌شوند.

• منطقه نوری PPG بازتاب‌دهنده — مدار انعطاف‌پذیر سیاه که آرایش ارسال‌کننده و دریافت‌کننده نوری را پشتیبانی می‌کند. ویژگی‌های مدیریت نور مسیرهای انتقال و دریافت را تعریف کرده و اثرات نوری مستقیم متقابل را کاهش می‌دهند.

• رابط سیستم میزبان — اتصال‌دهنده‌ای فشرده که سنسور ترکیبی را به الکترونیک مشتری متصل می‌کند. تعریف پین‌ها، پردازش سیگنال، نمونه‌برداری و ارتباطات مختص هر پروژه است.

این جداسازی اهمیت دارد. عملکرد الکتروانسفالوگرافی (EEG) به تماس الکترود با پوست، کنترل نویز و دریافت سیگنال تفاضلی بستگی دارد، در حالی که عملکرد فوتواپلثیسموگرافی (PPG) به جفت‌شدن نوری، حذف نور محیطی، کنترل حرکت و انتخاب مدار آنالوگ جلویی وابسته است. پلتفرم مکانیکی هر دو حوزه را در کنار هم قرار می‌دهد، بدون آنکه آنها را به‌عنوان یک زنجیره سیگنالی یکسان در نظر بگیرد.

تولید ترکیبی: الکترودهای چاپ‌شده با مونتاژ مدار انعطاف‌پذیر نوری ترکیب می‌شوند.

تولید این پلتفرم نیازمند یک فرآیند ترکیبی است نه یک فناوری مداری واحد. بخش EEG با آماده‌سازی فیلم انعطاف‌پذیر، پردازش رساناها به‌روش چاپ و تعریف الگوی الکترود آغاز می‌شود. بخش PPG از مونتاژ مدار انعطاف‌پذیر برای اجزای نوری و اتصالات مرتبط استفاده می‌کند. این دو بخش در مرحله ترازسازی و لامینه‌سازی به هم می‌رسند.

• آماده‌سازی فیلم پلی‌اتیلن ترفتالات (PET) و پردازش سطح آن؛

• چاپ و پخت الگوی رسانای EEG؛

• مونتاژ و بازرسی مدار انعطاف‌پذیر نوری؛

• آزمون پیوستگی و عملکرد نوری؛

• لامینه‌سازی ثبت‌شده الکترود، لایه‌های نوری و چسب‌دار؛

• برش قالبی، ادغام کانکتور و بازرسی نهایی بصری.

تصویر زیر عمداً برای استفاده عمومی پاک‌سازی شده است. مراجع مداری، شناسه‌های داخلی و اطلاعات دقیق مسیرهای مداری کاهش یافته‌اند تا از اطلاعات طراحی خاص پروژه محافظت شود، در عین حال روایت ساخت حفظ شده است.

از مونتاژ مدار انعطاف‌پذیر نوری تا ادغام دوگانه با ثبت دقیق.

اولویت‌های مهندسی برای توسعه‌دهندگان دستگاه‌های تمام‌شده

از آنجا که این پلتفرم یک قطعه سازنده اصلی (OEM) است، محدودیت‌های عملکردی معنادار باید با سیستم کامل مشتری تعیین شوند. اصلی‌ترین اولویت‌های توسعه شامل موارد زیر می‌شوند:

فرم فیزیکی اتصال‌دهنده قابل مشاهده صرفاً یک رابط مکانیکی است و به معنای پروتکل استاندارد یواس‌بی نیست. آرایش الکتریکی پین‌ها و ارتباطات توسط سیستم میزبان سازنده تعریف می‌شود.

وی‌من‌اکس سیگنال کانال نوری را به‌صورت موج‌نماي بازتابی پی‌پی‌جی و مسیر توسعه روند اکسیژن‌رسانی ارائه می‌کند. دقت خاصی برای اشباع اکسیژن خون (SpO₂) یا اشباع اکسیژن منطقه‌ای مغز در سطح اجزا ادعا نشده است؛ چنین عملکردی وابسته به کل پشته نوری، الکترونیک، کالیبراسیون، الگوریتم و اعتبارسنجی بالینی است.

توسعه‌ای متمرکز بر کاربرد

قالب پیشانی مشترک در زمینه‌های مختلف توسعه‌ای که در آن‌ها جمع‌آوری هماهنگ و کم‌ارتفاع از امواج مفید است، اهمیت دارد:

• مراقبت‌های ویژه — جمع‌آوری پیوسته روندهای الکتریکی و نوری در کنار تخت بیمار؛

• اتاق عمل — فرآیند یکپارچه‌شدهٔ قرارگیری پیش از استفاده برای توسعهٔ سیستم‌های نظارتی بیهوشی؛

• آزمایشگاه خواب — حسگری طولانی‌مدت از پیشانی برای مطالعات چندوجهی طی شب؛

• علوم اعصاب و بهبودی — امواج الکتریکی و نوری ضربانی هماهنگ در فرآیندهای تحقیقاتی مرحله‌ای یا سیار.

این تصاویر زمینه‌های احتمالی فرآیند کار را نشان می‌دهند، نه موارد بالینی تأییدشده. کاربرد نهایی، جمعیت بیماران و ادعاهای عملکردی باید توسط سازندهٔ دستگاه نهایی تعیین شوند.

مفاهیم توضیحی فرآیند کار؛ نه موارد بالینی تأییدشده.

دامنهٔ توسعهٔ سازندهٔ تجهیزات اصلی (OEM)

VMANX از توسعهٔ اختصاصی پروژه‌ها در زمینه‌های زیر پشتیبانی می‌کند:

• تعداد الکترودهای EEG، فاصلهٔ بین آن‌ها و محل الکترود مرجع;

• آرایش گسیل‌کننده و شناساگر نوری و هندسه جداسازی نور؛

• پیکربندی انباشتهٔ PET و مدار انعطاف‌پذیر؛

• انتخاب چسب یا ژل تماس‌دهنده با پوست؛

• طول قابل انعطاف، مناطق خم‌شدن و طراحی کاهش تنش؛

• تعریف پین‌های اتصال‌دهنده و تطبیق با سیستم میزبان؛

• برنامه‌ریزی بازرسی، ردیابی‌پذیری و مستندسازی آزمون‌های پروژه؛

توسعه در چارچوب کیفیت پزشکی VMANX مدیریت می‌شود. مواد تماس‌دهنده با بیمار را می‌توان بر اساس طرح ISO 10993 مربوطه ارزیابی کرد، در حالی که مستندسازی RoHS و REACH را می‌توان برای پیکربندی مصالح منتشرشده تهیه کرد.

از پلتفرم اجزا تا دستگاه پزشکی مورد تأیید؛

ارزش مهندسی حس‌گری چندوجهی تنها با قرار دادن دو فناوری در کنار یکدیگر ایجاد نمی‌شود. این ارزش از کنترل پشته مکانیکی، شرایط تماس، هندسه نوری، مسیرهای سیگنال و همگام‌سازی سوی میزبان به‌عنوان یک مسئله توسعه‌ای واحد ناشی می‌شود.

وی‌من‌اکس این پلتفرم انعطاف‌پذیر الکتروانسفالوگرافی و فوتواپلزومتری بازتابی را به‌عنوان نقطه شروع سازنده تجهیزات اصلی برای تیم‌هایی معرفی می‌کند که به یک رابط جبهه‌ای فشرده نیاز دارند و می‌خواهند پیچیدگی ادغام مکانیکی را کاهش دهند، بدون اینکه مرز بین قابلیت‌های مؤلفه و عملکرد دستگاه تمام‌شده محو شود.