notícias da empresa sobre Como otimizar a arquitetura do monitor de glicose no sangue

Com um número cada vez maior de segmentos da população mais velhos e campanhas focadas na conscientização sobre a prevenção de doenças, os fabricantes de monitores de glicose no sangue estão percebendo taxas de crescimento consistentes no mercado. As tendências crescentes de obesidade e os avanços tecnológicos aceleraram a prevalência de monitores, bem como a cobertura de seguro de monitores para manter níveis saudáveis em pacientes, reduzindo o risco e as hospitalizações.

Embora os monitores possam assumir muitas formas, incluindo soluções contínuas ou discretas, todos dependem de front-ends baseados em sensores semicondutores, processadores e uma interface de usuário de saída. Em qualquer forma, os volumes anuais de monitores são significativos, com um único OEM produzindo perto de 1 milhão de unidades por ano. Por anos, o monitor dominante tem sido uma solução discreta de automonitoramento; esta solução apresenta obstáculos de estilo de vida em termos de picadas diárias nos dedos com lancetas, extrações de sangue em tiras de teste e rastreamento de leituras do monitor. Os monitores contínuos de glicose no sangue (CGM) oferecem ao paciente facilidade de uso significativa, eliminando as etapas manuais associadas às soluções discretas de automonitoramento. Além disso, o CGM pode aproveitar os aplicativos de smartphone dos fabricantes para fornecer uma interface simples para pacientes e médicos, em muitos casos oferecendo opções de tele-saúde na forma de upload de registros para revisão médica. Qualquer solução de arquitetura é focada em fornecer ao usuário/paciente leituras precisas do nível de glicose para evitar complicações graves e/ou com risco de vida para pacientes com diabetes.

Como os volumes são altos, as metodologias de design anteriores que suportavam várias soluções de IC rapidamente perderam o favor por soluções integradas. As soluções de semicondutores direcionadas de hoje adotam uma abordagem de sistema em um chip, eliminando o máximo possível de circuitos e componentes externos para reduzir o custo da solução. Os monitores discretos de glicose no sangue utilizam tiras de teste eletromecânicas com eletrodos excitados por um conversor digital-analógico, produzindo uma corrente medida proporcional à glicose no sangue. Essa corrente proporcional é então passada por um amplificador de transimpedância, produzindo uma tensão que é amostrada por um conversor analógico-digital e processada em uma leitura dependente da temperatura para o usuário/paciente. Como observado, os dispositivos de sistema em um chip incorporam esses blocos analógicos e processamento em um único dispositivo. Arquiteturas de sistema alternativas podem utilizar um front-end analógico integrado que passa as leituras condicionadas para um microcontrolador que pode incorporar funcionalidade adicional, incluindo Bluetooth Low Energy. Os monitores contínuos de glicose no sangue utilizam uma arquitetura de circuito integrado específico para aplicação (ASIC) composta por um MCU, front-end analógico e transmissor BLE.

Recursos

• Energia otimizada
• Projetos de baixo custo
• Monitores discretos/contínuos
• Front-end analógico integrado
• Conectividade sem fio

Diagrama de blocos do sistema

O diagrama de blocos destaca os principais blocos de arquitetura de interesse para o projetista. Decidir sobre uma solução normalmente envolve níveis de integração, como uma abordagem de sistema em um chip versus ICs tradicionais, fatores de custo e tamanho geral de uma perspectiva de design industrial. Esses blocos de arquitetura incluem um bloco de entrada para inserção de tiras de teste, seguido pelo front-end analógico, responsável pelo condicionamento do sinal do sinal elétrico da tira de teste. A saída do front-end analógico é passada para um microcontrolador ou bloco SoC para processar o sinal e converter em uma leitura de glicose que pode ser exibida na tela do usuário, bem como comunicada via Bluetooth. Vários blocos de memória podem existir para dados de calibração, bem como dados do usuário, com todos os blocos sendo alimentados por uma bateria e circuitos associados de carregamento e medição de combustível.

Benefícios do sistema

Como discutido, várias implementações de arquitetura podem oferecer soluções para o diagrama de blocos apresentado, aproveitando soluções integradas, reduzindo os custos gerais de componentes e economizando espaço. Essas otimizações também se estendem a realizações de peso reduzido e baterias menores ou vida útil mais longa com a mesma bateria, oferecendo uma melhor experiência ao usuário final.

Uma dessas soluções oferece um front-end analógico em suporte a uma solução de monitor discreto, combinando DAC, TIA e ADC apresentados ao microcontrolador do sistema. As vantagens de uma abordagem modular permitem atualizações fáceis à medida que a tecnologia de sensores avança. O uso de um front-end analógico integrado oferece um alto nível de integração, reduzindo assim a complexidade no espaço geral da placa e otimizando o consumo de energia em comparação com os ICs discretos

A medição da temperatura também é um parâmetro crítico para leituras de temperatura ambiente próximas à tira de teste. As precisões típicas de medição são +/-1C a +/-2C. A medição é normalmente realizada com um CI de sensor de temperatura autônomo ou via termistor remoto no ADC do MCU.

No coração do monitor está um MCU usado para controlar e gerenciar a operação do monitor de glicose. O MCU fornece a potência de processamento necessária para realizar o processamento de sinal do bloco front-end analógico, gerenciamento de armazenamento de dados e várias interfaces de E/S e comunicação. Vários fabricantes oferecem soluções de MCU direcionadas para aplicações de monitoramento de glicose no sangue que incorporam em algum nível as tarefas de uma abordagem de front-end analógico. Estes incluem amplificadores operacionais integrados e conversores analógico-digitais para converter os sinais analógicos dos eletrodos de detecção de glicose para processamento pelo MCU. Essa abordagem oferece otimização de custos e eficiências de tamanho.

O gerenciamento de energia em um monitor portátil típico de glicose no sangue assume a forma de baterias primárias ou secundárias combinadas a um medidor de combustível para status do usuário na tela, bem como comunicação do carregador de bateria via pinos de E/S do MCU. As baterias recarregáveis ou secundárias são tipicamente Li-ion de célula única interfacadas com o carregador de bateria e medidor de combustível apropriados. O carregamento externo típico em monitores modernos é realizado via USB. Se houver uma bateria removível que é carregada em uma base, a autenticação pode ser adicionada para garantir que apenas as baterias autorizadas sejam usadas de acordo com os requisitos do fabricante.

A tela e a interface do usuário normalmente compreendem um segmento LCD ou uma solução de matriz de pontos gráficos. Embora a matriz de pontos gráficos ofereça ao desenvolvedor mais flexibilidade na criação de ícones personalizados e exibição de informações, essas telas exigem memória adicional, normalmente junto com tensões de polarização e drivers, se não forem incorporados ao módulo LCD do fabricante. Alguns MCUs direcionados para o espaço do monitor de glicose no sangue incluem a capacidade de condução de LCD no MCU, normalmente para telas baseadas em segmentos na maioria dos casos.

Além da interface LCD, que os pacientes podem ter dificuldade em ler dependendo de sua idade e capacidade de visão, um indicador sonoro é normalmente incluído na forma de um buzzer e, em alguns casos, uma assistência por voz para orientar o paciente sem depender da tela. Em sua forma mais simples, um buzzer pode ser modulado por largura de pulso via pinos de E/S disponíveis no MCU, limitando assim os custos adicionais do circuito.

Interfaces de E/S e dados foram fornecidas nos primeiros dias para fazer upload dos resultados dos testes para um computador. Os designs de monitor de hoje aproveitam interfaces padrão, como USB e, mais recentemente, soluções sem fio Bluetooth. Embora existam fatores de custo adicionais ao adicionar esses padrões em monitores de glicose no sangue, várias alianças de saúde estão impulsionando a indústria por caminhos mais convenientes para fazer upload de dados do paciente para um provedor de saúde.

No geral, as arquiteturas de sistema para a eletrônica principal do design do monitor são utilizadas como um bloco de construção, de modo que, quando outro recurso é necessário, uma reformulação completa não é necessária, negando assim o risco, reduzindo as aprovações regulatórias e gerando um tempo mais rápido de lançamento no mercado para o fabricante.