أخبار الشركة عن كيفية تحسين بنية مراقبة نسبة الجلوكوز في الدم

مع تزايد عدد شرائح السكان الأكبر سنًا والحملات المركزة على التوعية بالوقاية من الأمراض، يدرك مصنعو أجهزة مراقبة الجلوكوز في الدم معدلات نمو ثابتة في السوق. وقد أدت اتجاهات السمنة المتزايدة والتقدم التكنولوجي إلى تسريع انتشار أجهزة المراقبة بالإضافة إلى التغطية التأمينية لأجهزة المراقبة للحفاظ على مستويات صحية لدى المرضى، مما يقلل من المخاطر والاحتجاز في المستشفيات.

في حين أن أجهزة المراقبة يمكن أن تتخذ أشكالًا عديدة، بما في ذلك الحلول المستمرة أو المنفصلة، إلا أنها تعتمد جميعها على الواجهات الأمامية القائمة على مستشعرات أشباه الموصلات والمعالجات وواجهة مستخدم الإخراج. في أي من الشكلين، تكون الأحجام السنوية لأجهزة المراقبة كبيرة حيث ينتج مصنع المعدات الأصلية (OEM) الواحد ما يقرب من مليون وحدة سنويًا. لسنوات، كانت الشاشة المهيمنة هي الحل المنفصل للمراقبة الذاتية؛ يمثل هذا الحل عقبات في نمط الحياة من حيث وخز الأصابع اليومي بالإبر، ورسم الدم على شرائط الاختبار وتتبع قراءات الشاشة. توفر أجهزة مراقبة الجلوكوز المستمرة (CGM) للمريض سهولة استخدام كبيرة، مما يلغي الخطوات اليدوية المرتبطة بحلول المراقبة الذاتية المنفصلة. بالإضافة إلى ذلك، يمكن لـ CGM الاستفادة من تطبيقات الهواتف الذكية الخاصة بالشركات المصنعة لتوفير واجهة بسيطة لكل من المريض والطبيب، وفي كثير من الحالات تقدم خيارات الرعاية الصحية عن بعد في شكل تحميل السجلات لمراجعة الطبيب. يركز أي حل معماري على تزويد المستخدم/المريض بقراءات دقيقة لمستوى الجلوكوز لمنع المضاعفات الشديدة و/أو التي تهدد الحياة لمرضى السكري.

نظرًا لأن الأحجام كبيرة، فقدت منهجيات التصميم السابقة التي تدعم حلول IC المتعددة بسرعة لصالح الحلول المتكاملة. تتخذ حلول أشباه الموصلات المستهدفة اليوم نهجًا يعتمد على نظام على شريحة، مما يلغي أكبر عدد ممكن من الدوائر والمكونات الخارجية لخفض تكلفة الحل. تستخدم أجهزة مراقبة الجلوكوز في الدم المنفصلة شرائط اختبار كهروميكانيكية مع أقطاب كهربائية يتم تنشيطها بواسطة محول رقمي إلى تناظري مما يؤدي إلى تيار مقاس يتناسب مع الجلوكوز في الدم. ثم يتم تمرير هذا التيار التناسبي عبر مضخم ممانعة التحويل، مما ينتج عنه جهد يتم أخذ عينات منه بواسطة محول تناظري إلى رقمي ومعالجته في قراءة تعتمد على درجة الحرارة للمستخدم/المريض. كما لوحظ، تدمج أجهزة النظام على شريحة هذه الكتل التناظرية والمعالجة في جهاز واحد. يمكن لهندسات النظام البديلة استخدام واجهة أمامية تناظرية متكاملة تمرر القراءات المهيأة إلى متحكم دقيق يمكنه دمج وظائف إضافية، بما في ذلك Bluetooth Low Energy. تستخدم أجهزة مراقبة الجلوكوز المستمرة بنية دائرة متكاملة خاصة بالتطبيق (ASIC) تتكون من MCU وواجهة أمامية تناظرية وجهاز إرسال BLE.

الميزات

• الطاقة المحسنة
• تصميمات منخفضة التكلفة
• أجهزة مراقبة منفصلة/مستمرة
• واجهة أمامية تناظرية متكاملة
• الاتصال اللاسلكي

مخطط كتلة النظام

يسلط مخطط الكتلة الضوء على كتل الهندسة المعمارية الرئيسية التي تهم المصمم. يتضمن تحديد الحل عادةً مستويات التكامل مثل نهج النظام على شريحة مقابل الدوائر المتكاملة التقليدية، وعوامل التكلفة والحجم الإجمالي من منظور التصميم الصناعي. تتضمن كتل الهندسة المعمارية هذه كتلة إدخال لإدخال شريط الاختبار متبوعة بالواجهة الأمامية التناظرية، المسؤولة عن تهيئة إشارة الإشارة الكهربائية من شريط الاختبار. يتم تمرير خرج الواجهة الأمامية التناظرية إلى متحكم دقيق أو كتلة SoC لمعالجة الإشارة والتحويل إلى قراءة جلوكوز يمكن عرضها على شاشة المستخدم بالإضافة إلى التواصل عبر Bluetooth. يمكن أن توجد العديد من كتل الذاكرة لبيانات المعايرة بالإضافة إلى بيانات المستخدم مع تزويد جميع الكتل بالطاقة عبر البطارية والدوائر المرتبطة بالشحن وقياس الغاز.

فوائد النظام

كما تمت مناقشته، يمكن للعديد من تطبيقات الهندسة المعمارية أن تقدم حلولاً لمخطط الكتلة المقدم الذي يستفيد من الحلول المتكاملة، مما يقلل من تكاليف المكونات الإجمالية وتوفير المساحة. تتجاوز هذه التحسينات أيضًا إلى تحقيق تخفيضات في الوزن وبطاريات أصغر حجمًا أو عمر أطول مع نفس البطارية التي توفر تجربة مستخدم نهائية أفضل.

يوفر أحد هذه الحلول واجهة أمامية تناظرية لدعم حل مراقبة منفصل يجمع بين DAC و TIA و ADC المقدم إلى المتحكم الدقيق للنظام. تسمح مزايا النهج المعياري بإجراء ترقيات سهلة مع تقدم تقنية المستشعر. يوفر استخدام واجهة أمامية تناظرية متكاملة مستوى عالٍ من التكامل، وبالتالي يقلل من التعقيد في مساحة اللوحة الإجمالية واستهلاك الطاقة الأمثل مقابل الدوائر المتكاملة المنفصلة

تعد قياس درجة الحرارة أيضًا معلمة مهمة لقراءات درجة الحرارة المحيطة بالقرب من شريط الاختبار. تبلغ دقة القياس النموذجية +/-1 درجة مئوية إلى +/-2 درجة مئوية. يتم القياس عادةً باستخدام دائرة متكاملة لمستشعر درجة الحرارة قائمة بذاتها أو عبر الثرمستور عن بعد في ADC الخاص بـ MCU.

في قلب الشاشة يوجد MCU يستخدم للتحكم في تشغيل جهاز مراقبة الجلوكوز وإدارته. يوفر MCU قوة المعالجة اللازمة لإجراء معالجة الإشارات من كتلة الواجهة الأمامية التناظرية، وإدارة تخزين البيانات، وواجهات الإدخال/الإخراج والاتصالات المختلفة. تقدم الشركات المصنعة المختلفة حلول MCU المستهدفة لتطبيقات مراقبة الجلوكوز في الدم والتي تدمج على مستوى ما مهام نهج الواجهة الأمامية التناظرية. وتشمل هذه مكبرات التشغيل المدمجة والمحولات التناظرية إلى الرقمية لتحويل الإشارات التناظرية من أقطاب استشعار الجلوكوز للمعالجة بواسطة MCU. يوفر هذا النهج تحسين التكلفة وكفاءة الحجم.

يتخذ إدارة الطاقة داخل جهاز مراقبة الجلوكوز في الدم المحمول النموذجي شكل بطاريات أساسية أو ثانوية مقترنة بمقياس الوقود لحالة المستخدم على الشاشة، بالإضافة إلى اتصال شاحن البطارية عبر دبابيس الإدخال/الإخراج الخاصة بـ MCU. عادةً ما تكون البطاريات القابلة لإعادة الشحن أو الثانوية عبارة عن خلية ليثيوم أيون واحدة متصلة بشاحن البطارية ومقياس الوقود المناسبين. يتم الشحن الخارجي النموذجي في أجهزة المراقبة الحديثة عبر USB. إذا كانت هناك بطارية قابلة للإزالة يتم شحنها في قاعدة، فيمكن إضافة المصادقة لضمان استخدام البطاريات المصرح بها فقط وفقًا لمتطلبات الشركة المصنعة.

تتكون الشاشة وواجهة المستخدم عادةً من شريحة LCD أو حل مصفوفة نقطية رسومية. في حين أن المصفوفة النقطية الرسومية تمنح المطور مزيدًا من المرونة في إنشاء أيقونات مخصصة وعرض المعلومات، تتطلب هذه الشاشات ذاكرة إضافية، وعادةً ما تكون مصحوبة بجهود التحيز وبرامج التشغيل إذا لم يتم دمجها في وحدة LCD من الشركة المصنعة. تتضمن بعض وحدات MCU المستهدفة لمساحة مراقبة الجلوكوز في الدم إمكانية تشغيل LCD على MCU، وعادةً ما تكون لشاشات العرض المستندة إلى الشرائح في معظم الحالات.

بالإضافة إلى واجهة LCD، والتي قد يواجه المرضى صعوبة في قراءتها اعتمادًا على أعمارهم وقدراتهم البصرية، يتم تضمين مؤشر مسموع عادةً في شكل جرس وفي بعض الحالات مساعدة صوتية لتوجيه المريض دون الاعتماد على الشاشة. في أبسط أشكاله، يمكن تعديل عرض نبضة الجرس عبر دبابيس الإدخال/الإخراج المتاحة على MCU، وبالتالي الحد من تكاليف الدوائر الإضافية.

تم توفير واجهات الإدخال/الإخراج والبيانات في الأيام الأولى لتحميل نتائج الاختبار على جهاز كمبيوتر. تستفيد تصميمات الشاشات اليوم من الواجهات القياسية مثل USB وحلول Bluetooth اللاسلكية الأكثر حداثة. في حين أن هناك عوامل تكلفة إضافية عن طريق إضافة هذه المعايير إلى أجهزة مراقبة الجلوكوز في الدم، فإن تحالفات الصحة المختلفة تقود الصناعة نحو طرق أكثر ملاءمة لتحميل بيانات المريض إلى مقدم الرعاية الصحية.

بشكل عام، يتم استخدام هندسات النظام للدائرة الأساسية لتصميم الشاشة كوحدة بناء بحيث عندما تكون هناك حاجة إلى ميزة أخرى، ليست هناك حاجة إلى إعادة تصميم كاملة، وبالتالي إبطال المخاطر، وتقليل الموافقات التنظيمية وتحقيق وقت أسرع للتسويق للشركة المصنعة.