notizie sull'azienda Come ottimizzare l'architettura del monitor della glicemia

Con un numero sempre crescente di segmenti di popolazione anziana e campagne mirate sulla consapevolezza della prevenzione delle malattie, i produttori di monitor della glicemia stanno realizzando tassi di crescita costanti nel mercato. Le crescenti tendenze all'obesità e i progressi tecnologici hanno accelerato la prevalenza dei monitor, così come la copertura assicurativa dei monitor per mantenere livelli sani nei pazienti, riducendo i rischi e i ricoveri.

Sebbene i monitor possano assumere molte forme, comprese soluzioni continue o discrete, tutti si basano su front-end basati su sensori a semiconduttore, processori e un'interfaccia utente di output. In entrambe le forme, i volumi annuali dei monitor sono significativi, con un singolo OEM che produce quasi 1 milione di unità all'anno. Per anni, il monitor dominante è stata una soluzione discreta di auto-monitoraggio; questa soluzione presenta ostacoli nello stile di vita in termini di punture giornaliere con lancette, prelievi di sangue su strisce reattive e monitoraggio delle letture del monitor. I monitor continui della glicemia (CGM) offrono al paziente una notevole facilità d'uso, eliminando i passaggi manuali associati alle soluzioni discrete di auto-monitoraggio. Inoltre, i CGM possono sfruttare le app per smartphone dei produttori per fornire un'interfaccia semplice sia per il paziente che per il medico, in molti casi offrendo opzioni di tele-salute sotto forma di caricamento di registrazioni per la revisione del medico. Entrambe le soluzioni architettoniche si concentrano sulla fornitura all'utente/paziente di letture accurate dei livelli di glucosio per prevenire complicanze gravi e/o pericolose per la vita per i pazienti diabetici.

Poiché i volumi sono elevati, le precedenti metodologie di progettazione a supporto di più soluzioni IC hanno rapidamente perso favore per le soluzioni integrate. Le soluzioni a semiconduttore odierne mirate adottano un approccio system-on-chip, eliminando quanti più circuiti e componenti esterni possibili per ridurre i costi della soluzione. I monitor discreti della glicemia utilizzano strisce reattive elettromeccaniche con elettrodi eccitati da un convertitore digitale-analogico che produce una corrente misurata proporzionale al glucosio nel sangue. Tale corrente proporzionale viene quindi fatta passare attraverso un amplificatore di transimpedenza, producendo una tensione che viene campionata da un convertitore analogico-digitale ed elaborata in una lettura dipendente dalla temperatura per l'utente/paziente. Come notato, i dispositivi system-on-chip incorporano questi blocchi analogici ed elaborazione in un unico dispositivo. Le architetture di sistema alternative possono utilizzare un front-end analogico integrato che passa le letture condizionate a un microcontroller che può incorporare funzionalità aggiuntive, tra cui Bluetooth Low Energy. I monitor continui della glicemia utilizzano un'architettura di circuito integrato specifico per l'applicazione (ASIC) composta da un MCU, un front-end analogico e un trasmettitore BLE.

Caratteristiche

• Alimentazione ottimizzata
• Progettazioni a basso costo
• Monitor discreti/continui
• Front-end analogico integrato
• Connettività wireless

Diagramma a blocchi del sistema

Il diagramma a blocchi evidenzia i principali blocchi architettonici di interesse per il progettista. La decisione su una soluzione prevede in genere livelli di integrazione come un approccio system-on-chip rispetto agli IC tradizionali, fattori di costo e dimensioni complessive da una prospettiva di progettazione industriale. Questi blocchi architettonici includono un blocco di input per l'inserimento della striscia reattiva seguito dal front-end analogico, responsabile del condizionamento del segnale del segnale elettrico dalla striscia reattiva. L'uscita del front-end analogico viene passata in un microcontroller o in un blocco SoC per l'elaborazione del segnale e la conversione in una lettura del glucosio che può essere visualizzata sullo schermo dell'utente e comunicata tramite Bluetooth. Possono esistere diversi blocchi di memoria per i dati di calibrazione e i dati utente, con tutti i blocchi alimentati tramite una batteria e circuiti associati di carica e misurazione del gas.

Vantaggi del sistema

Come discusso, diverse implementazioni architettoniche possono offrire soluzioni al diagramma a blocchi presentato sfruttando soluzioni integrate, riducendo i costi complessivi dei componenti e il risparmio di spazio. Queste ottimizzazioni si traducono anche in realizzazioni a peso ridotto e batterie più piccole o una durata maggiore con la stessa batteria che offre una migliore esperienza all'utente finale.

Una di queste soluzioni offre un front-end analogico a supporto di una soluzione di monitoraggio discreto che combina DAC, TIA e ADC presentati al microcontroller di sistema. I vantaggi di un approccio modulare consentono facili aggiornamenti man mano che la tecnologia dei sensori avanza. L'uso di un front-end analogico integrato offre un elevato livello di integrazione, riducendo così la complessità nello spazio complessivo della scheda e ottimizzando il consumo energetico rispetto agli IC discreti

La misurazione della temperatura è anche un parametro critico per le letture della temperatura ambiente vicino alla striscia reattiva. Le accuratezze di misurazione tipiche sono +/-1C a +/-2C. La misurazione viene in genere eseguita con un sensore di temperatura autonomo IC o tramite termistore remoto nell'ADC dell'MCU.

Al centro del monitor c'è un MCU utilizzato per controllare e gestire il funzionamento del monitor della glicemia. L'MCU fornisce la potenza di elaborazione necessaria per eseguire l'elaborazione del segnale dal blocco front-end analogico, la gestione dell'archiviazione dei dati e varie interfacce I/O e di comunicazione. Vari produttori offrono soluzioni MCU mirate alle applicazioni di monitoraggio della glicemia che incorporano a un certo livello i compiti di un approccio front-end analogico. Questi includono amplificatori operazionali integrati e convertitori analogico-digitali per la conversione dei segnali analogici dagli elettrodi di rilevamento del glucosio per l'elaborazione da parte dell'MCU. Questo approccio offre ottimizzazione dei costi ed efficienza delle dimensioni.

La gestione dell'alimentazione all'interno di un tipico monitor della glicemia portatile assume la forma di batterie primarie o secondarie abbinate a un indicatore del carburante per lo stato dell'utente sul display, nonché la comunicazione del caricabatterie tramite i pin I/O dell'MCU. Le batterie ricaricabili o secondarie sono in genere celle singole agli ioni di litio interfacciate con il caricabatterie e l'indicatore del carburante appropriati. La ricarica esterna tipica nei monitor moderni viene eseguita tramite USB. Se è presente una batteria rimovibile che viene caricata in una docking station, è possibile aggiungere l'autenticazione per garantire che vengano utilizzate solo batterie autorizzate in base ai requisiti del produttore.

Il display e l'interfaccia utente comprendono in genere una soluzione a matrice di punti grafica o a segmenti LCD. Mentre la matrice di punti grafica offre allo sviluppatore maggiore flessibilità nella creazione di icone personalizzate e nella visualizzazione delle informazioni, questi display richiedono memoria aggiuntiva, in genere insieme a tensioni di polarizzazione e driver se non incorporati nel modulo LCD dal produttore. Alcuni MCU destinati allo spazio del monitor della glicemia includono la capacità di pilotaggio LCD sull'MCU, in genere per display basati su segmenti nella maggior parte dei casi.

Oltre all'interfaccia LCD, che i pazienti potrebbero avere difficoltà a leggere a seconda della loro età e delle capacità visive, un indicatore acustico è in genere incluso sotto forma di un cicalino e in alcuni casi un assistente vocale per guidare il paziente senza dipendenza dal display. Nella sua forma più semplice, un cicalino può essere modulato a larghezza di impulso tramite i pin I/O disponibili sull'MCU, limitando così i costi aggiuntivi del circuito.

Le interfacce I/O e dati sono state fornite nei primi tempi per il caricamento dei risultati dei test su un computer. I progetti dei monitor oggi sfruttano interfacce standard come USB e, più recentemente, soluzioni wireless Bluetooth. Sebbene vi siano fattori di costo aggiuntivi aggiungendo questi standard nei monitor della glicemia, varie alleanze sanitarie stanno guidando il settore per percorsi più convenienti per caricare i dati dei pazienti a un fornitore di assistenza sanitaria.

Nel complesso, le architetture di sistema per i circuiti principali del design del monitor vengono utilizzate come elemento costitutivo in modo tale che quando è necessaria un'altra funzionalità, non è necessaria una riprogettazione completa, negando così il rischio, riducendo le approvazioni normative e producendo un tempo di commercializzazione più rapido per il produttore.