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可穿戴式解决方案助力实现更有效、更经济的连续主动的血糖健康监测

2020-10-27
来源:电子发烧友

  20年前,2型糖尿病在中国几乎闻所未闻。20年后,我们走在了“世界前列”——世界上2型糖尿病患病率最高的国家。根据现有数据统计显示,我国2型糖尿病患者人数已达到了1。14亿,而且发病年龄年轻化的趋势越来越明显,从2008年以来,40岁以下人群2型糖尿病的发病率已经从3。2%增加到了5。9%,年轻糖尿病患者的人数在近十多年里增加了1倍之多。

  对糖尿病患者而言,测试血糖就跟吃饭一样,是每天必不可少的动作。目前最常规的方法是指尖釆血法检测血糖,即通过在不同时间点刺破患者的手指以测量血糖水平。由于很多糖友受不了频繁针扎的痛苦,所以很多人做不到一日七次测血糖。此外,这种方法测得的瞬间血糖容易受运动、饮食、药物、情绪波动等诸多因素的影响,所以这种测量结果存在一定的片面性。除监测方式自身存在的不足之外,患者的感受(如疼痛、不便等)也是影响血糖监测的主要原因之一。因此,动态血糖监测仪(ConTInuousGlucoseMonitor,CGM)等监测设备应运而生,并很快受到广大糖尿病患者的欢迎。中国是世界上糖尿病患者最多的国家,为了应对这个不断增长的市场,ADI公司与中国领先的CGM设备提供商合作为糖尿病患者带来福音,其中包括与美奇合作开发下一代集成式动态血糖监测可穿戴设备。

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  告别指尖釆血,CGM为患者提供更精确的监测数据

  CGM是指通过葡萄糖感应器监测皮下组织间液的葡萄糖浓度,间接反映血糖水平的监测技术,帮助患者全面了解其24小时动态血糖波动的设备。它允许用户实时观察饮食、运动和胰岛素剂量对患者葡萄糖水平的影响,并降低低血糖发作的频率和严重性,发现不易被传统监测方法所探测的隐匿性高血糖和低血糖。

  除此之外,CGM的成本优势也非常明显,不仅可以节约大量针头和试纸使用费用,而且在患者一生中,通过动态血糖仪获取的持续数据还可帮助他们成功地监测症状,避免严重的医疗程序或医院就诊带来的高昂费用。使用CGM患者能够管理自己的健康,改变饮食习惯、按时服药,同时提高整体生活质量。

  CGM的尺寸、重量以及功耗(SWaP)是整个动态血糖仪行业面临的挑战。毕竟,CGM是戴在糖尿病患者身上的便携式生命体征监测(VSM)设备,通常连接在手臂或腹部。但由于它需要持续不断地有电力来收集数据,所以很难让它们足够大,既能发挥作用,又不影响佩戴者。作为数字医疗解决方案的领导者,特别是在可穿戴技术和慢性病管理领域,这一SWaP挑战正是ADI的专业领域解决方案的优势所在。据公开资料介绍,美奇的动态血糖监测设备中就采用了ADI的传感器与下一代移动阻抗测试技术。

  ADI可满足医疗领域的阻抗测量解决方案

  在官方公布的信息中,美奇选择了ADI公司小尺寸、低电压的AD5950用于下一代移动阻抗测试技术。该器件型号并不在ADI官网的信息中,但我们不妨从ADI的相关解决方案中一窥其阻抗测量解决方案的技术特点技术趋势。

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  整合发射器+可更换传感器的美奇动态血糖监测贴片

  对于所有应用,阻抗测量的基本原理都是相同的,但单次测量的功能仍然存在很大差别。例如对于电化学阻抗分析,其中电化学电池或传感器的阻抗是在所有不同频率中测量。通过不同频率下阻抗的变化,测量传感器磨损,并自动调整信号链。采用这种测量时,传感器精度会随着时间(几天至几周)而下降,这可能严重影响到各种测量值的整体精度。CGM就会出现这种问题。ADI的阻抗测量的解决方案ADuCM355就可以统一实施所有测量,这种高度集成的芯片包含一个节能模拟前端(AFE)和一个微控制器,后者承担管理和安全功能,例如循环冗余校验(CRC)。下图显示了ADuCM355的关键组件。

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  具有化学传感器接口的精密模拟微控制器ADuCM355的框图

  在医疗技术领域,人们都在寻求体积小、节能和低成本的解决方案,以便将它们植入可穿戴设备和可用设备中。ADI公司的ADuCM355是一款片内系统,可以极低的功耗控制电化学和生物传感器。该器件是一款基于ArmCortex-M3处理器的超低功耗混合信号微控制器,具有电流、电压和阻抗测量功能。

  大多数用于测量的传感器都可以通过ADuCM355输入直接操作。例如,用于恒电势器测量,如血糖测量。与此相对,实现更准确的测量(例如电导率和pH值)需要用到扩展信号链,所以也需要采用外部芯片,例如LTC6078。它增加了输入阻抗,以适应传感器的高输出阻抗,从而获得准确的读数。借助较大的信号链,ADuCM355可以读取电压和电流值。在所示的电路中,可以检测到范围小于100Ω至10MΩ的阻抗,较大的测量范围可以覆盖医疗领域所需的整个阻抗图谱。

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  AD594x的高级功能框图

  ADI官网中用于连续血糖监测的高精度、低功耗模拟前端解决方案是AD594x,该系列芯片专为医疗和工业类应用量身定制。该模拟前端完全可配置,可进行修改以支持各种不同的用途,包括皮肤电活动(EDA)或皮肤电反应(GSR)、身体阻抗分析、水分测量和生化测量等。随着可穿戴设备和电池供电系统成为发展趋势,主要挑战是在尽可能小的外形尺寸内满足所需的性能水平,并且功耗极低。AD594x旨在支持当今的可穿戴市场,并满足所有关键要求,包括高精度、小尺寸和低功耗。

  结论

  随着医学从被动治疗转向主动预防,这种医疗趋势的转变依赖于高质量并持续获得的患者数据的设备,例如血糖是因为运动而太低,还是因为不良饮食习惯而太高,并能基于这些检测数据,更准确、有效和全面的判断。借助CGM提供的准确的临床级血糖水平数据,患者能够得到恰当的胰岛素治疗,这有助于避免进一步的糖尿病并发症,如血管损伤、心脏病、中风、肾病、糖尿病昏迷等。


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