noticias de la compañía sobre Cómo optimizar la arquitectura del monitor de glucosa en sangre

Con un número cada vez mayor de segmentos de población de edad avanzada y campañas centradas en la concienciación sobre la prevención de enfermedades, los fabricantes de medidores de glucosa en sangre están experimentando tasas de crecimiento constantes en el mercado. Las crecientes tendencias de obesidad y los avances tecnológicos han acelerado la prevalencia de los medidores, así como la cobertura de seguros de los medidores para mantener niveles saludables en los pacientes, reduciendo el riesgo y las hospitalizaciones.

Si bien los medidores pueden adoptar muchas formas, incluidas soluciones continuas o discretas, todos se basan en front-ends basados en sensores de semiconductores, procesadores y una interfaz de usuario de salida. En cualquier forma, los volúmenes anuales de medidores son significativos, con un solo OEM que produce cerca de 1 millón de unidades por año. Durante años, el medidor dominante ha sido una solución discreta de automonitoreo; esta solución presenta obstáculos de estilo de vida en términos de pinchazos diarios en los dedos con lancetas, extracciones de sangre en tiras reactivas y seguimiento de las lecturas del medidor. Los medidores continuos de glucosa en sangre (MCG) brindan al paciente una facilidad de uso significativa, eliminando los pasos manuales asociados con las soluciones discretas de automonitoreo. Además, los MCG pueden aprovechar las aplicaciones de teléfonos inteligentes de los fabricantes para proporcionar una interfaz simple tanto para el paciente como para el médico, en muchos casos ofreciendo opciones de telesalud en forma de carga de registros para la revisión del médico. Cualquiera de las soluciones de arquitectura se centra en proporcionar al usuario/paciente lecturas precisas del nivel de glucosa para prevenir complicaciones graves y/o potencialmente mortales para los pacientes con diabetes.

Dado que los volúmenes son altos, las metodologías de diseño anteriores que admitían múltiples soluciones de CI perdieron rápidamente el favor de las soluciones integradas. Las soluciones de semiconductores actuales adoptan un enfoque de sistema en chip, eliminando tantos circuitos y componentes externos como sea posible para reducir el costo de la solución. Los medidores discretos de glucosa en sangre utilizan tiras reactivas electromecánicas con electrodos excitados por un convertidor digital a analógico que produce una corriente medida proporcional a la glucosa en la sangre. Esa corriente proporcional se pasa luego a través de un amplificador de transimpedancia, produciendo un voltaje que es muestreado por un convertidor analógico a digital y procesado en una lectura dependiente de la temperatura para el usuario/paciente. Como se señaló, los dispositivos de sistema en chip incorporan estos bloques analógicos y el procesamiento en un solo dispositivo. Las arquitecturas de sistema alternativas pueden utilizar un front-end analógico integrado que pasa las lecturas acondicionadas a un microcontrolador que puede incorporar funcionalidad adicional, incluido Bluetooth de baja energía. Los medidores continuos de glucosa en sangre utilizan una arquitectura de circuito integrado específico de la aplicación (ASIC) que consta de una MCU, un front-end analógico y un transmisor BLE.

Características

• Potencia optimizada
• Diseños de menor costo
• Medidores discretos/continuos
• Front-end analógico integrado
• Conectividad inalámbrica

Diagrama de bloques del sistema

El diagrama de bloques destaca los principales bloques de arquitectura de interés para el diseñador. Decidir sobre una solución generalmente implica niveles de integración, como un enfoque de sistema en chip frente a CI tradicionales, factores de costo y tamaño general desde una perspectiva de diseño industrial. Estos bloques de arquitectura incluyen un bloque de entrada para la inserción de tiras reactivas, seguido del front-end analógico, responsable del acondicionamiento de la señal eléctrica de la tira reactiva. La salida del front-end analógico se pasa a un microcontrolador o bloque SoC para procesar la señal y convertirla en una lectura de glucosa que se puede mostrar en la pantalla del usuario, así como comunicarse a través de Bluetooth. Pueden existir varios bloques de memoria para los datos de calibración, así como los datos del usuario, y todos los bloques reciben energía a través de una batería y circuitos asociados de carga y medición de combustible.

Beneficios del sistema

Como se discutió, varias implementaciones de arquitectura pueden ofrecer soluciones al diagrama de bloques presentado aprovechando las soluciones integradas, reduciendo los costos generales de los componentes y el ahorro de espacio. Estas optimizaciones también se cruzan en realizaciones de peso reducido y baterías de menor tamaño o mayor duración con la misma batería que ofrece una mejor experiencia para el usuario final.

Una de esas soluciones ofrece un front-end analógico en apoyo de una solución de monitor discreto que combina DAC, TIA y ADC presentados al microcontrolador del sistema. Las ventajas de un enfoque modular permiten actualizaciones fáciles a medida que avanzan las tecnologías de sensores. El uso de un front-end analógico integrado proporciona un alto nivel de integración, lo que reduce la complejidad en el espacio general de la placa y optimiza el consumo de energía frente a los CI discretos

La medición de la temperatura también es un parámetro crítico para las lecturas de temperatura ambiente cerca de la tira reactiva. Las precisiones de medición típicas son de +/-1C a +/-2C. La medición se realiza típicamente con un CI de sensor de temperatura independiente o mediante un termistor remoto en el ADC de la MCU.

En el corazón del monitor se encuentra una MCU utilizada para controlar y administrar el funcionamiento del monitor de glucosa. La MCU proporciona la potencia de procesamiento necesaria para realizar el procesamiento de señales del bloque front-end analógico, la gestión del almacenamiento de datos y varias interfaces de E/S y comunicaciones. Varios fabricantes ofrecen soluciones de MCU dirigidas a aplicaciones de control de glucosa en sangre que incorporan en algún nivel las tareas de un enfoque de front-end analógico. Estos incluyen amplificadores operacionales integrados y convertidores analógico-digitales para convertir las señales analógicas de los electrodos de detección de glucosa para su procesamiento por la MCU. Este enfoque ofrece optimización de costos y eficiencia de tamaño.

La gestión de la energía dentro de un monitor portátil típico de glucosa en sangre toma la forma de baterías primarias o secundarias combinadas con un indicador de combustible para el estado del usuario en la pantalla, así como la comunicación del cargador de batería a través de los pines de E/S de la MCU. Las baterías recargables o secundarias son típicamente de iones de litio de una sola celda conectadas al cargador de batería y al indicador de combustible apropiados. La carga externa típica en los monitores modernos se realiza a través de USB. Si hay una batería extraíble que se carga en una base, se puede agregar autenticación para garantizar que solo se utilicen las baterías autorizadas según los requisitos del fabricante.

La pantalla y la interfaz de usuario suelen comprender una solución de matriz de puntos gráfica o de segmento LCD. Si bien la matriz de puntos gráfica brinda al desarrollador más flexibilidad para crear iconos personalizados y mostrar información, estas pantallas requieren memoria adicional, típicamente junto con voltajes de polarización y controladores si no están incorporados en el módulo LCD del fabricante. Algunas MCU dirigidas al espacio del monitor de glucosa en sangre incluyen la capacidad de conducción de LCD en la MCU, típicamente para pantallas basadas en segmentos en la mayoría de los casos.

Además de la interfaz LCD, que los pacientes podrían tener dificultades para leer según su edad y capacidad visual, generalmente se incluye un indicador audible en forma de zumbador y, en algunos casos, una asistencia de voz para guiar al paciente sin depender de la pantalla. En su forma más simple, un zumbador puede ser modulado por ancho de pulso a través de los pines de E/S disponibles en la MCU, lo que limita los costos de circuito adicionales.

Las interfaces de E/S y datos se proporcionaron en los primeros días para cargar los resultados de las pruebas en una computadora. Los diseños de monitores actuales aprovechan las interfaces estándar, como USB y, más recientemente, soluciones inalámbricas Bluetooth. Si bien existen factores de costo adicionales al agregar estos estándares a los medidores de glucosa en sangre, varias alianzas de salud están impulsando a la industria a buscar vías más convenientes para cargar los datos de los pacientes a un proveedor de atención médica.

En general, las arquitecturas del sistema para los circuitos centrales del diseño del monitor se utilizan como un bloque de construcción de modo que cuando se necesita otra función, no se necesita un rediseño completo, lo que niega el riesgo, reduce las aprobaciones regulatorias y produce un tiempo de comercialización más rápido para el fabricante.