बुद्धिमान चिकित्सा में इन्वेंटरी इलेक्ट्रोमैग्नेटिक सिमुलेशन का अनुप्रयोग

- Jan 25, 2019-

चिकित्सा क्षेत्र में कई तकनीकी विकास हैं जो हमारे आभार के योग्य हैं। संज्ञाहरण सर्जरी में मरीजों को "दांतों को कफ" करने की आवश्यकता नहीं है। एंटीबायोटिक दवाओं के जन्म के बाद, डॉक्टर रक्तस्राव के बिना संक्रमण को ठीक कर सकते हैं। आधुनिक युग में प्रवेश करने के बाद, रेडियो-फ्रीक्वेंसी आइडेंटिफिकेशन (RFID) सिस्टम ने कई तरह के हेल्थकेयर इनोवेशन के लिए एक विंडो खोली है। हालांकि, स्थिर प्रणाली के प्रदर्शन और अन्य चिकित्सा प्रणालियों के साथ अच्छी संगतता सुनिश्चित करने के लिए, किसी भी उभरती हुई चिकित्सा प्रौद्योगिकी को कठोर परीक्षण से गुजरना होगा, और बायोमेडिकल क्षेत्र में रेडियो आवृत्ति पहचान उपकरण कोई अपवाद नहीं है।

आरएफआईडी प्रणाली चिकित्सा देखभाल में सुधार करती है

रेडियो आवृत्ति पहचान तकनीक का व्यापक रूप से कई उद्योगों में उपयोग किया जाता है। हालांकि, जब यह चिकित्सा क्षेत्र की बात आती है, तो आकार एक महत्वपूर्ण डिजाइन चुनौती बन गया है। RFID टैग का संकरा अंत चावल के एक दाने के बराबर है, लेकिन यह पर्याप्त नहीं है, और सेल-स्तरीय अनुप्रयोगों (जैसे अनुसंधान और निदान) को आकार में और कम करने की आवश्यकता है।

स्टैनफोर्ड यूनिवर्सिटी के शोधकर्ताओं की एक टीम ने एक लघु आरएफआईडी टैग विकसित किया है जिसे त्वचा या कैंसर कोशिकाओं जैसे कोशिकाओं में प्रत्यारोपित किया जा सकता है। लेबल एक मानव बाल की मोटाई का पांचवां हिस्सा है। यह वास्तविक समय में डेटा की व्याख्या करने और सेल गतिविधि की निगरानी करने के लिए एक समर्पित आरएफ पहचान रीडर के साथ मिलकर काम करता है। भविष्य में, माइक्रो-आरएफआईडी टैग को सेंसर से भी जोड़ा जा सकता है ताकि उन्नत जैव-चिकित्सीय प्रौद्योगिकियों जैसे एंटीबॉडी का पता लगाने और कैंसर सेल विनाश के विकास को सुविधाजनक बनाया जा सके।

सर्जन ने आरएफआईडी माइक्रोचिप को डॉक्टर के हाथों में प्रत्यारोपित किया। जल्द ही, इन टैग को एकल कक्षों में प्रत्यारोपित किया जा सकता है। पॉल ह्यूजेस की छवि शिष्टाचार। CC BY-SA 4.0 द्वारा लाइसेंस, विकिमीडिया कॉमन्स के माध्यम से साझा किया गया।

भले ही डॉक्टर की नैदानिक देखभाल कितनी अच्छी हो, मरीजों के लिए महत्वपूर्ण संकेतों का पता लगाने के लिए पंचर का आनंद लेना मुश्किल है। संयुक्त राज्य अमेरिका में कॉर्नेल विश्वविद्यालय में, शोधकर्ताओं ने अल्ट्राहिग फ्रिक्वेंसी (UHF) RFID टैग डिजाइन किए जो न केवल हृदय गति, श्वसन और रक्तचाप जैसे महत्वपूर्ण संकेतों की निगरानी करते हैं, या यहां तक कि रोगियों को भी स्पर्श करते हैं। लेबल को मेडिकल रिस्टबैंड में रखा जा सकता है या परिधान में सिल दिया जा सकता है। आरएफआईडी रीडर एक साथ कई रोगियों की निगरानी के लिए टैग के साथ वायरलेस तरीके से संचार करता है। सिस्टम डेटा के प्रबंधन, व्याख्या और निगरानी के लिए बैक-एंड सॉफ़्टवेयर पर निर्भर करता है। नतीजतन, डॉक्टर प्रत्येक रोगी की जीवन प्रणाली की विशेषताओं को सही ढंग से समझ सकते हैं, चिकित्सा कर्मी महत्वपूर्ण संकेतों को मापते समय समय और ऊर्जा बचा सकते हैं, मरीज अधिक आरामदायक हो जाते हैं, यह एक बहु-आयामी है।

बुद्धिमान चिकित्सा में इन्वेंट्री विद्युत चुम्बकीय सिमुलेशन का अनुप्रयोग

"स्मार्ट फैब्रिक" RFID सिस्टम के लिए एक संभावित अनुप्रयोग क्षेत्र है। जोशुआ डिकेंस की छवि शिष्टाचार। लाइसेंसेड CC BY-SA 2.0, जिसे विकिमीडिया कॉमन्स के माध्यम से साझा किया गया है।

उदाहरण के लिए, नींद संबंधी विकार और स्लीप एपनिया का अक्सर इलाज नहीं किया जाता है। यद्यपि वे विभिन्न प्रकार के स्वास्थ्य और सुरक्षा के मुद्दों को जन्म दे सकते हैं, कुछ रोगियों को रात में नींद परीक्षण प्राप्त करने के आदी हैं। सब के बाद, नींद की निगरानी न केवल बहुत महंगी है, बल्कि रोगी के अनुसूची को भी आसानी से बाधित करती है, और घर पर किए जाने वाले परीक्षणों को संचालित करना मुश्किल है। (मैं अक्सर घर पर नींद परीक्षण करता हूं। हर बार मुझे सिस्टम को अपनी छाती से बांधना पड़ता है, श्वास नली को मेरे चेहरे से चिपका दिया जाता है, और मेरी पूरी कोशिश होती है कि मैं अपनी उंगली को गिरने से रोकने के लिए अनुभव करूं। अनुभव बेहद असहज है। असुविधाजनक)।

समर्थन करने के लिए, RADIO6ENSE, पलेर्मो और रोम के शोधकर्ताओं ने एक निष्क्रिय RFID प्रणाली विकसित की है जो वास्तविक समय में नींद के पैटर्न को दूरस्थ रूप से ट्रैक कर सकती है। इस उपयोगकर्ता के अनुकूल निष्क्रिय RFID प्रणाली में पजामा में एक RFID टैग सिल दिया गया है जो बैटरी की आवश्यकता के बिना कम बिजली के स्तर पर काम कर सकता है, इसलिए स्लीप मोड डेटा कलेक्टर न केवल सटीक है, बल्कि एक सुरक्षित पहनने योग्य डिवाइस भी है।

बायोमेडिकल आरएफ पहचान डिजाइन में विद्युत चुम्बकीय हस्तक्षेप और विद्युत चुम्बकीय संगतता

इलेक्ट्रोमैग्नेटिक इंटरफेरेंस (EMI) और इलेक्ट्रोमैग्नेटिक कम्पैटिबिलिटी (EMC) इलेक्ट्रोमैग्नेटिक एप्लिकेशंस में आम घटनाएं हैं और इनका विश्लेषण इलेक्ट्रोमैग्नेटिक इंटरफेरेंस / कम्पैटिबिलिटी टेस्टिंग द्वारा किया जा सकता है।

बुद्धिमान चिकित्सा में इन्वेंट्री विद्युत चुम्बकीय सिमुलेशन का अनुप्रयोग

एनीकोइक कक्ष उन उपकरणों में से एक है जो ऐन्टेना के विद्युत चुम्बकीय हस्तक्षेप / विद्युत चुम्बकीय संगतता को माप सकते हैं।

बायोमेडिकल अनुप्रयोगों के लिए आरएफआईडी टैग पर चर्चा करते समय, इलेक्ट्रोमैग्नेटिक हस्तक्षेप ने अतिरिक्त पारस्परिक अधिष्ठापन के कारण विशेष ध्यान दिया है जो उपकरणों के बीच प्रदर्शन, संचालन और विश्वसनीयता पर विनाशकारी प्रभाव के साथ हो सकता है। 2011 में प्रकाशित एक अध्ययन से पता चला है कि नेशनल सेंटर फॉर बायोटेक्नोलॉजी इंफॉर्मेशन, जहां पानी, धातु, या अन्य उपकरणों के साथ संपर्क (चिकित्सा सेटिंग्स में उचित है) आरएफआईडी प्रणाली के संचालन को प्रभावित कर सकता है - या विनाशकारी प्रभाव को उलट सकता है। इसके अलावा, 2017 में, यूएस फूड एंड ड्रग एडमिनिस्ट्रेशन ने एक RFID रिपोर्ट जारी करते हुए चेतावनी दी थी कि जब RFID सिस्टम अन्य चिकित्सा उपकरणों के साथ बातचीत करता है, तो विद्युत चुम्बकीय हस्तक्षेप एक संभावित खतरा बन सकता है।

चिकित्सा पेशेवर "संभावित नुकसान" को सुनने के लिए अनिच्छुक हैं क्योंकि वे रोगियों की भलाई और सुरक्षा को शामिल करते हैं। सिमुलेशन इस समय उनकी मदद कर सकता है।

COMSOL Multiphysics® में RF पहचान घटक डिज़ाइन का अनुकूलन करें

बायोमेडिकल अनुप्रयोगों के लिए आरएफआईडी टैग डिजाइन करते समय, इंजीनियरों को टैग और पाठकों के प्रदर्शन और अन्य चिकित्सा उपकरणों और प्रणालियों पर आरएफ टैग के प्रभाव पर विचार करना चाहिए। वे पहले विद्युत उपकरणों को चिह्नित कर सकते हैं, जैसे कि RFID टैग, विद्युत चुम्बकीय हस्तक्षेप विश्लेषण के लिए एक अच्छा प्रारंभिक बिंदु बनाने के लिए। आरएफआईडी प्रणालियों के डिजाइन में आपसी अधिष्ठापन की गणना करने के लिए विद्युत चुम्बकीय सिमुलेशन का उपयोग किया जा सकता है।

UHF उपकरणों का पता लगाने और पढ़ने की सीमा का अनुकूलन करें

यूएचएफ टैग का पता लगाना आसान है, चाहे वे पाठक के करीब हों या दूर के, इसलिए यूएचएफ निष्क्रिय आरएफआईडी टैग अधिक लोकप्रिय हैं और इनमें कम और उच्च आवृत्तियों की तुलना में आवेदनों की एक विस्तृत श्रृंखला है। एक विस्तृत श्रृंखला के लिए। UHF टैग बेहतर लागत लाभ के साथ डेटा को जल्दी से स्थानांतरित भी कर सकते हैं।

UHF RFID टैग का पता लगाने और पढ़ने की सीमा की गणना करने के लिए, आप COMSOL मल्टीफ़िज़िक्स® सॉफ़्टवेयर से जुड़े "RF मॉड्यूल" का उपयोग कर सकते हैं। RF सिमुलेशन डिफ़ॉल्ट इलेक्ट्रिक फ़ील्ड मोड या लेबल डिज़ाइन के इलेक्ट्रिक फ़ील्ड की गणना कर सकता है। गणना किए गए मूल्यों के आधार पर, हम रोगी पर आदर्श लेबल स्थिति का अनुमान लगा सकते हैं और एक ही समय में कई रोगियों के लिए आरएफआईडी रीडर की आदर्श स्थिति को ट्रैक कर सकते हैं।

बुद्धिमान चिकित्सा में इन्वेंट्री विद्युत चुम्बकीय सिमुलेशन का अनुप्रयोग

बुद्धिमान चिकित्सा में इन्वेंट्री विद्युत चुम्बकीय सिमुलेशन का अनुप्रयोग

यूएचएफ आरएफआईडी टैग के विद्युत क्षेत्र (शीर्ष) और दूर-क्षेत्र विकिरण पैटर्न (नीचे) का विश्लेषण डिवाइस की पहचान क्षमता को बढ़ा सकता है और माप सीमा का विस्तार कर सकता है।

सिमुलेशन विश्लेषण टैग के लिए दूर-क्षेत्र विकिरण पैटर्न भी उत्पन्न कर सकता है। उदाहरण के लिए, ऊपरी मॉडल दर्शाता है कि लेबल विमान पर प्रत्येक दिशा में विकिरण पैटर्न अनिवार्य रूप से समान है। सिमुलेशन परिणाम बताते हैं कि RFID टैग डिज़ाइन का प्रदर्शन अनुकूलित है, और पढ़ने की सीमा लंबी दूरी तक फैली हुई है।

बायोमेडिकल आरएफआईडी सिस्टम की सुरक्षा सुनिश्चित करना

अब हम एक मूल RFID सिस्टम मॉडल बनाते हैं, जिसमें मुख्य रूप से दो भाग होते हैं:

बड़े आरएफ एंटीना के साथ रीडर

मुद्रित सर्किट बोर्ड एंटीना के साथ उत्तर टैग

बुद्धिमान चिकित्सा में इन्वेंट्री विद्युत चुम्बकीय सिमुलेशन का अनुप्रयोग

बुद्धिमान चिकित्सा में इन्वेंट्री विद्युत चुम्बकीय सिमुलेशन का अनुप्रयोग

पाठक की ज्यामिति (ऊपर) और आरएफआईडी टैग (नीचे)।

सिस्टम निम्नानुसार काम करता है: पाठक विद्युत चुम्बकीय क्षेत्र उत्पन्न करने के बाद, यह आरएफआईडी टैग के अंदर चिप को उत्तेजित करता है। टैग की सर्किट्री विद्युत चुम्बकीय क्षेत्र को बदल देती है और आरएफआईडी रीडर का एंटीना परिवर्तित संकेत को पुनः प्राप्त करता है।

"AC / DC मॉड्यूल" और COMSOL मल्टीफ़िज़िक्स के चुंबकीय क्षेत्र इंटरफ़ेस के अलावा, डिजाइनर पाठक और टैग के बीच प्रेरक युग्मन का अनुकरण कर सकते हैं। आपसी अधिष्ठापन की गणना दूसरे एंटीना के करंट को बाधित करने वाले सिस्टम में एक एंटीना द्वारा उत्पन्न कुल चुंबकीय प्रवाह का पता लगाकर की जा सकती है।

नीचे दिए गए आंकड़े में सिमुलेशन परिणाम आरएफआईडी टैग और रीडर के बीच फ्लक्स लाइन और फ्लक्स ताकत दिखाते हैं। उपरोक्त परिणामों के आधार पर, हम सिस्टम के पारस्परिक अधिष्ठापन की गणना कर सकते हैं।

बुद्धिमान चिकित्सा में इन्वेंट्री विद्युत चुम्बकीय सिमुलेशन का अनुप्रयोग

RFID प्रणाली का चुंबकीय प्रवाह घनत्व।

RFID प्रणाली के पारस्परिक अधिष्ठापन की गणना करके, कोई सिस्टम और अन्य चिकित्सा उपकरणों के बीच विद्युत चुम्बकीय हस्तक्षेप की भविष्यवाणी कर सकता है। इससे भी महत्वपूर्ण बात यह है कि एक सुरक्षित आरएफआईडी टैग डिजाइन के सफल अधिग्रहण से रोगी के उपचार के स्तर में कई तरह से सुधार होता है।