الكشف غير الجراحي القائم على مصابيح LED ذات نطاق الأشعة تحت الحمراء القصيرة لتطبيقات طبية وصحية

مقدمة

أصبحت تقنيات الاستشعار غير الجراحية حجر الزاوية في الإدارة الصحية الحديثة. تجمع مصابيح LED ذات الموجة القصيرة (900-1700 نانومتر) بين انخفاض تشتت الضوء في الأنسجة، والاختراق البصري العميق، وقمم امتصاص خاصة بالجزيئات، مما يتيح تقديرات فورية وغير مؤلمة للجلوكوز والكوليسترول والبروتين الكلي دون الحاجة إلى كواشف أو إبر أو أدوات مخبرية.

لماذا مصابيح LED ذات نطاق الأشعة تحت الحمراء القصيرة (SWIR)؟

• تشتت أقل بمقدار 10-100 مرة في الجلد مقارنةً بالأشعة المرئية/الأشعة تحت الحمراء القريبة ← تصل الفوتونات إلى 2-3 مم من السائل الخلالي تحت الجلد

• نطاقات امتصاص قوية ومميزة: الجلوكوز (1450/1500 نانومتر)، الكوليسترول (1050/1300 نانومتر)، البروتين (940/1200 نانومتر)

• حالة صلبة، موفرة للطاقة: قدرة تشغيل بمستوى ميلي واط، عمر افتراضي يزيد عن 50000 ساعة، انحراف طيفي أقل من 1 نانومتر درجة مئوية⁻¹

• عبوات بحجم الشريحة (1.6 مم × 1.6 مم) مؤهلة بالفعل للأجهزة القابلة للارتداء للمستهلكين

مبادئ الأهداف الفسيولوجية وأحدث التطورات

3.1 الجلوكوز

الآلية: الامتصاص التفاضلي بين 1450 نانومتر (الجلوكوز + الماء) و1500 نانومتر (الماء بشكل رئيسي) مع تصحيح حركي لحجم الدم النبضي.

الحالة: وصلت وحدة "Silicon Photonics" الاستكشافية من Apple (SWIR LED + Ge photodiode) إلى منطقة خطأ Clarke A بنسبة 78٪ على الساعد؛ وخفض زوج Zhuhai Tianhui 3 mW 1 450 nm emeter + 1 550 nm reference متوسط ​​الفرق النسبي المطلق (MARD) إلى 9.2٪ في 30 شخصًا أثناء اختبار تحمل الجلوكوز الفموي (OGTT).

3.2 الكوليسترول

الآلية: نسبة الانعكاس عند 1050 نانومتر / 1300 نانومتر ترتبط بمحتوى البروتين الدهني منخفض الكثافة (LDL).

الحالة: نموذج أولي لسوار معصم جامعة طوكيو (شريحة مزدوجة Tianhui 1050 نانومتر + 1300 نانومتر) مقابل الفحص الإنزيمي: R² = 0.87، معامل التكرار CV 4.1%.

3.3 إجمالي البروتين

الآلية: نطاقات التوافق لرابطة الببتيد عند 940 نانومتر ونطاقات التوافق للسلسلة الجانبية عند 1200 نانومتر؛ تمت معايرتها بواسطة نقطة الهيموجلوبين متساوية الامتصاص عند 850 نانومتر لإلغاء تغير حجم الدم.

الحالة: عرض توضيحي لمختبر تيانهوي على 24 متطوعًا: بروتين البلازما RMSEP 0.32 جم ديسيلتر⁻¹ (المرجع: بيوريت).

التكامل بين الأجهزة القابلة للارتداء والصحة عن بعد

عوامل الشكل

• حلقة أسفل الساعة الذكية: 6 × رقائق LED متعددة الأطوال الموجية من نوع Tianhui SWIR (940/1 200/1 450 نانومتر) في حزمة QFN بحجم 3.5 مم × 2.0 مم، تعمل بتردد 100 هرتز، متوسط ​​الطاقة

• خاتم ذكي: ركيزة بوليميد مرنة مع ناشر بصري دقيق؛ التداخل البصري

• العدسات اللاصقة: 500 ميكرومتر × 500 ميكرومتر، 1 300 نانومتر SWIR LED + كاشف ضوئي من الجرافين، طاقة لاسلكية عبر NFC.

وحدة الأشعة تحت الحمراء ذات الموجة القصيرة "الصحة في واحد" من شركة تشوهاي تيانهوي

• عبوة ثلاثية الأطوال الموجية: 940 نانومتر | 200 نانومتر | 450 نانومتر (±10 نانومتر)، عرض النطاق عند نصف الارتفاع 20 نانومتر، 3 ميلي واط/ستراديان لكل منها

• الأبعاد: 1.6 مم × 1.6 مم × 0.55 مم؛ متوافقة مع تقنية إعادة التدفق القياسية SMT

• استهلاك الطاقة: 1 مللي أمبير لكل قناة عند 3 فولت، نبضة 100 مللي ثانية

• مجموعة التقييم: منصة بصرية مرجعية (بمسافة 8 مم بين المصدر والكاشف)، وواقي ضوئي من مادة TPU سوداء، وبرنامج Nordic nRF52 الثابت مع حزمة تطوير خوارزميات مفتوحة المصدر

• الدعم التنظيمي: تم توفير مجموعة بيانات المسح المسبق للتوافق الكهرومغناطيسي IEC 60601-1-2؛ ​​تقرير التسامح البصري لمدة 6 أشهر جاهز لتقديم 510(k).

جدول زمني جاهز للتنفيذ

الأسبوع الأول - تركيب العدسات البصرية في الغلاف الموجود

الأسبوع الثاني - دمج البرامج الثابتة ومعايرتها

الأسبوع الثالث - دراسة تجريبية للمستخدمين (20 مشاركًا)

الأسبوع الرابع – تثبيت الخوارزمية والموافقة النهائية على الإنتاج

خارطة طريق الجيل القادم

2025: التمديد إلى 1650 نانومتر لفك تشفير الطيف لأجزاء البروتين الدهني منخفض الكثافة/البروتين الدهني عالي الكثافة

2026: مصباح LED يعمل بالأشعة تحت الحمراء ذات الموجة القصيرة (SWIR) بمستوى طاقة ميكروواط، مصنوع من بلورات ضوئية، ويتم تشغيله عن طريق حصاد الطاقة (حرارة الجسم + الخلايا الكهروضوئية)

2027: قطب ضوئي SWIR قابل للزرع بالكامل بحجم 0.3 مم³ مقترن بنظام توصيل الأدوية ذي الحلقة المغلقة المدعوم بالذكاء الاصطناعي

اتصل بشركة Zhuhai Tianhui اليوم للمشاركة في تصميم حلول استشعار الصحة بتقنية SWIR LED المصممة خصيصًا لك - بدءًا من الرقاقة الخام وحتى الوحدة الطبية المعتمدة.