εταιρικά νέα για Πώς να βελτιστοποιήσετε την αρχιτεκτονική της συσκευής παρακολούθησης γλυκόζης αίματος

Με έναν συνεχώς αυξανόμενο αριθμό τμημάτων του γηρασμένου πληθυσμού και στοχευμένες εκστρατείες για την ευαισθητοποίηση σχετικά με την πρόληψη ασθενειών, οι κατασκευαστές συσκευών παρακολούθησης γλυκόζης αίματος συνειδητοποιούν σταθερούς ρυθμούς ανάπτυξης στην αγορά. Οι αυξανόμενες τάσεις παχυσαρκίας και οι τεχνολογικές εξελίξεις έχουν επιταχύνει την επικράτηση των συσκευών παρακολούθησης, καθώς και την ασφαλιστική κάλυψη των συσκευών παρακολούθησης για τη διατήρηση υγιών επιπέδων στους ασθενείς, μειώνοντας τον κίνδυνο και τις νοσηλείες.

Ενώ οι συσκευές παρακολούθησης μπορούν να λάβουν πολλές μορφές, συμπεριλαμβανομένων συνεχών ή διακριτών λύσεων, όλες βασίζονται σε μπροστινά άκρα που βασίζονται σε αισθητήρες ημιαγωγών, επεξεργαστές και μια διεπαφή χρήστη εξόδου. Σε οποιαδήποτε μορφή, οι ετήσιοι όγκοι των συσκευών παρακολούθησης είναι σημαντικοί, με έναν μόνο OEM να παράγει κοντά στο 1 εκατομμύριο μονάδες ετησίως. Για χρόνια, η κυρίαρχη συσκευή παρακολούθησης ήταν μια διακριτή λύση αυτο-παρακολούθησης. αυτή η λύση παρουσιάζει εμπόδια στον τρόπο ζωής όσον αφορά τα καθημερινά τσιμπήματα δακτύλων με βελόνες, τις αιμοληψίες σε ταινίες δοκιμών και την παρακολούθηση των μετρήσεων της συσκευής παρακολούθησης. Οι συνεχείς συσκευές παρακολούθησης γλυκόζης αίματος (CGM) προσφέρουν στον ασθενή σημαντική ευκολία χρήσης, εξαλείφοντας τα χειροκίνητα βήματα που σχετίζονται με τις διακριτές λύσεις αυτο-παρακολούθησης. Επιπλέον, το CGM μπορεί να εκμεταλλευτεί τις εφαρμογές smartphone των κατασκευαστών για να παρέχει μια απλή διεπαφή τόσο για τον ασθενή όσο και για τον ιατρό, προσφέροντας σε πολλές περιπτώσεις επιλογές τηλε-υγείας με τη μορφή μεταφόρτωσης αρχείων για έλεγχο από τον ιατρό. Οποιαδήποτε λύση αρχιτεκτονικής επικεντρώνεται στην παροχή ακριβών μετρήσεων επιπέδου γλυκόζης στον χρήστη/ασθενή για την πρόληψη σοβαρών ή/και απειλητικών για τη ζωή επιπλοκών για ασθενείς με διαβήτη.

Δεδομένου ότι οι όγκοι είναι υψηλοί, οι προηγούμενες μεθοδολογίες σχεδιασμού που υποστηρίζουν πολλαπλές λύσεις IC έχασαν γρήγορα την εύνοια για ολοκληρωμένες λύσεις. Οι σημερινές στοχευμένες λύσεις ημιαγωγών υιοθετούν μια προσέγγιση system-on-chip, εξαλείφοντας όσο το δυνατόν περισσότερα εξωτερικά κυκλώματα και εξαρτήματα για τη μείωση του κόστους της λύσης. Οι διακριτές συσκευές παρακολούθησης γλυκόζης αίματος χρησιμοποιούν ηλεκτρομηχανικές ταινίες δοκιμών με ηλεκτρόδια που διεγείρονται από έναν μετατροπέα ψηφιακού σε αναλογικό, αποδίδοντας ένα μετρημένο ρεύμα ανάλογο της γλυκόζης στο αίμα. Αυτό το αναλογικό ρεύμα στη συνέχεια διέρχεται από έναν ενισχυτή μετα-αντίστασης, παράγοντας μια τάση η οποία δειγματίζεται από έναν μετατροπέα αναλογικού σε ψηφιακό και υποβάλλεται σε επεξεργασία σε μια ανάγνωση που εξαρτάται από τη θερμοκρασία για τον χρήστη/ασθενή. Όπως σημειώθηκε, οι συσκευές system-on-chip ενσωματώνουν αυτά τα αναλογικά μπλοκ και την επεξεργασία σε μια ενιαία συσκευή. Εναλλακτικές αρχιτεκτονικές συστήματος μπορούν να χρησιμοποιήσουν ένα ενσωματωμένο αναλογικό μπροστινό άκρο που μεταφέρει τις συνθήκες ανάγνωσης σε έναν μικροελεγκτή που μπορεί να ενσωματώσει πρόσθετη λειτουργικότητα, συμπεριλαμβανομένου του Bluetooth Low Energy. Οι συνεχείς συσκευές παρακολούθησης γλυκόζης αίματος χρησιμοποιούν μια αρχιτεκτονική ολοκληρωμένου κυκλώματος (ASIC) ειδικής εφαρμογής που αποτελείται από ένα MCU, ένα αναλογικό μπροστινό άκρο και έναν πομπό BLE.

Χαρακτηριστικά

• Βελτιστοποιημένη Ισχύς
• Σχέδια Χαμηλότερου Κόστους
• Διακριτές/Συνεχείς Συσκευές Παρακολούθησης
• Ενσωματωμένο Αναλογικό Μπροστινό Άκρο
• Ασύρματη Συνδεσιμότητα

Διάγραμμα Μπλοκ Συστήματος

Το διάγραμμα μπλοκ επισημαίνει τα κύρια μπλοκ αρχιτεκτονικής που αφορούν τον σχεδιαστή. Η απόφαση για μια λύση περιλαμβάνει συνήθως επίπεδα ενσωμάτωσης, όπως μια προσέγγιση system-on-chip έναντι παραδοσιακών IC, παράγοντες κόστους και συνολικό μέγεθος από μια προοπτική βιομηχανικού σχεδιασμού. Αυτά τα μπλοκ αρχιτεκτονικής περιλαμβάνουν ένα μπλοκ εισόδου για την εισαγωγή ταινιών δοκιμών, ακολουθούμενο από το αναλογικό μπροστινό άκρο, υπεύθυνο για τη διαμόρφωση του σήματος του ηλεκτρικού σήματος από την ταινία δοκιμής. Η έξοδος του αναλογικού μπροστινού άκρου μεταφέρεται σε ένα μπλοκ μικροελεγκτή ή SoC για την επεξεργασία του σήματος και τη μετατροπή του σε μια μέτρηση γλυκόζης που μπορεί να εμφανιστεί στην οθόνη του χρήστη, καθώς και να επικοινωνηθεί μέσω Bluetooth. Αρκετά μπλοκ μνήμης μπορούν να υπάρχουν για δεδομένα βαθμονόμησης, καθώς και δεδομένα χρήστη, με όλα τα μπλοκ να τροφοδοτούνται μέσω μιας μπαταρίας και των σχετικών κυκλωμάτων φόρτισης και μέτρησης αερίου.

Οφέλη Συστήματος

Όπως συζητήθηκε, αρκετές υλοποιήσεις αρχιτεκτονικής μπορούν να προσφέρουν λύσεις στο διάγραμμα μπλοκ που παρουσιάζεται, αξιοποιώντας ολοκληρωμένες λύσεις, μειώνοντας το συνολικό κόστος εξαρτημάτων και την εξοικονόμηση χώρου. Αυτές οι βελτιστοποιήσεις διασταυρώνονται επίσης σε μειωμένες υλοποιήσεις βάρους και μικρότερες μπαταρίες ή μεγαλύτερη διάρκεια ζωής με την ίδια μπαταρία, προσφέροντας μια καλύτερη εμπειρία τελικού χρήστη.

Μια τέτοια λύση προσφέρει ένα αναλογικό μπροστινό άκρο για την υποστήριξη μιας διακριτής λύσης παρακολούθησης που συνδυάζει DAC, TIA και ADC που παρουσιάζονται στον μικροελεγκτή του συστήματος. Τα πλεονεκτήματα μιας αρθρωτής προσέγγισης επιτρέπουν εύκολες αναβαθμίσεις καθώς προχωρά η τεχνολογία αισθητήρων. Η χρήση ενός ενσωματωμένου αναλογικού μπροστινού άκρου παρέχει ένα υψηλό επίπεδο ενσωμάτωσης, μειώνοντας έτσι την πολυπλοκότητα στον συνολικό χώρο του πίνακα και τη βελτιστοποιημένη κατανάλωση ενέργειας έναντι διακριτών IC

Η μέτρηση της θερμοκρασίας είναι επίσης μια κρίσιμη παράμετρος για τις μετρήσεις θερμοκρασίας περιβάλλοντος κοντά στην ταινία δοκιμής. Οι τυπικές ακρίβειες μέτρησης είναι +/-1C έως +/-2C. Η μέτρηση πραγματοποιείται συνήθως με ένα αυτόνομο IC αισθητήρα θερμοκρασίας ή μέσω απομακρυσμένου θερμίστορ στον ADC του MCU.

Στην καρδιά της συσκευής παρακολούθησης βρίσκεται ένα MCU που χρησιμοποιείται για τον έλεγχο και τη διαχείριση της λειτουργίας της συσκευής παρακολούθησης γλυκόζης. Το MCU παρέχει την απαραίτητη υπολογιστική ισχύ για την εκτέλεση επεξεργασίας σήματος από το μπλοκ αναλογικού μπροστινού άκρου, τη διαχείριση αποθήκευσης δεδομένων και διάφορες διεπαφές I/O και επικοινωνιών. Διάφοροι κατασκευαστές προσφέρουν λύσεις MCU που στοχεύουν σε εφαρμογές παρακολούθησης γλυκόζης αίματος που ενσωματώνουν σε κάποιο επίπεδο τις εργασίες μιας προσέγγισης αναλογικού μπροστινού άκρου. Αυτά περιλαμβάνουν ενσωματωμένους λειτουργικούς ενισχυτές και μετατροπείς αναλογικού σε ψηφιακό για τη μετατροπή των αναλογικών σημάτων από τα ηλεκτρόδια ανίχνευσης γλυκόζης για επεξεργασία από το MCU. Αυτή η προσέγγιση προσφέρει βελτιστοποίηση κόστους και αποδοτικότητα μεγέθους.

Η διαχείριση ενέργειας σε μια τυπική φορητή συσκευή παρακολούθησης γλυκόζης αίματος λαμβάνει τη μορφή είτε κύριων είτε δευτερευουσών μπαταριών που συνδέονται με ένα μετρητή καυσίμου για την κατάσταση του χρήστη στην οθόνη, καθώς και επικοινωνία φορτιστή μπαταρίας μέσω ακίδων I/O MCU. Οι επαναφορτιζόμενες ή δευτερεύουσες μπαταρίες είναι συνήθως κυψέλες Li-ion ενός κυττάρου που συνδέονται με τον κατάλληλο φορτιστή μπαταρίας και το μετρητή καυσίμου. Η τυπική εξωτερική φόρτιση στις σύγχρονες συσκευές παρακολούθησης πραγματοποιείται μέσω USB. Εάν υπάρχει μια αφαιρούμενη μπαταρία που φορτίζεται σε μια βάση, μπορεί να προστεθεί έλεγχος ταυτότητας για να διασφαλιστεί ότι χρησιμοποιούνται μόνο εξουσιοδοτημένες μπαταρίες σύμφωνα με τις απαιτήσεις του κατασκευαστή.

Η οθόνη και η διεπαφή χρήστη περιλαμβάνουν συνήθως μια λύση τμήματος LCD ή γραφικού πίνακα κουκκίδων. Ενώ ο γραφικός πίνακας κουκκίδων προσφέρει στον προγραμματιστή περισσότερη ευελιξία στη δημιουργία προσαρμοσμένων εικονιδίων και στην εμφάνιση πληροφοριών, αυτές οι οθόνες απαιτούν πρόσθετη μνήμη, συνήθως μαζί με τάσεις πόλωσης και προγράμματα οδήγησης εάν δεν ενσωματωθούν στην ενότητα LCD από τον κατασκευαστή. Ορισμένα MCUs που στοχεύουν στον χώρο της συσκευής παρακολούθησης γλυκόζης αίματος περιλαμβάνουν τη δυνατότητα οδήγησης LCD στο MCU, συνήθως για οθόνες που βασίζονται σε τμήματα στις περισσότερες περιπτώσεις.

Εκτός από τη διεπαφή LCD, την οποία οι ασθενείς θα μπορούσαν να δυσκολευτούν να διαβάσουν ανάλογα με την ηλικία και τις δυνατότητες όρασής τους, ένας ακουστικός δείκτης περιλαμβάνεται συνήθως με τη μορφή βομβητή και σε ορισμένες περιπτώσεις μια φωνητική βοήθεια για την καθοδήγηση του ασθενούς χωρίς εξάρτηση από την οθόνη. Στην απλούστερη μορφή του, ένας βομβητής μπορεί να διαμορφωθεί με πλάτος παλμού μέσω διαθέσιμων ακίδων I/O στο MCU, περιορίζοντας έτσι το πρόσθετο κόστος κυκλώματος.

Οι διεπαφές I/O και δεδομένων παρέχονταν στις πρώτες μέρες για τη μεταφόρτωση των αποτελεσμάτων των δοκιμών σε έναν υπολογιστή. Τα σχέδια συσκευών παρακολούθησης σήμερα αξιοποιούν τυπικές διεπαφές όπως USB και πιο πρόσφατα ασύρματες λύσεις Bluetooth. Ενώ υπάρχουν πρόσθετοι παράγοντες κόστους με την προσθήκη αυτών των προτύπων στις συσκευές παρακολούθησης γλυκόζης αίματος, διάφορες συμμαχίες υγείας οδηγούν τη βιομηχανία για πιο βολικούς τρόπους μεταφόρτωσης δεδομένων ασθενών σε έναν πάροχο υγειονομικής περίθαλψης.

Συνολικά, οι αρχιτεκτονικές συστημάτων για τα βασικά κυκλώματα του σχεδιασμού της συσκευής παρακολούθησης χρησιμοποιούνται ως δομικό στοιχείο, έτσι ώστε όταν χρειάζεται ένα άλλο χαρακτηριστικό, δεν χρειάζεται ένας πλήρης επανασχεδιασμός, ακυρώνοντας έτσι τον κίνδυνο, μειώνοντας τις ρυθμιστικές εγκρίσεις και αποδίδοντας έναν ταχύτερο χρόνο κυκλοφορίας στην αγορά για τον κατασκευαστή.