Monitorizarea continuă a glucozei: un proiect de referință compact pentru confort sporit și costuri reduse
Diabetul zaharat, o afecțiune care afectează peste 10% din populația mondială (sursa: International Diabetes Federation), prezintă riscuri semnificative pentru sănătate din cauza numeroaselor complicații asociate și a lipsei unui tratament curativ. În acest context, monitorizarea continuă a glucozei (CGM – Continuous Glucose Monitoring) s-a impus ca o soluție importantă pentru pacienți, contribuind la îmbunătățirea calității vieții prin posibilitatea de a lua decizii informate în gestionarea activităților zilnice.
Principiul de funcționare al sistemelor CGM
Tehnologia CGM măsoară concentrația de glucoză din lichidul interstițial al pielii (Figura 1). Astfel, metoda este mai puțin invazivă decât testarea clasică a glicemiei din sânge și permite purtarea dispozitivului direct pe piele, pe o perioadă de mai multe zile.
Notă a redacției:
Nivelul glucozei din lichidul interstițial urmează variațiile glicemiei din sânge cu un anumit decalaj (de obicei câteva minute). Acest aspect este important în interpretarea datelor CGM, în special în situații dinamice, precum activitatea fizică sau administrarea insulinei.
Figura 1: Ilustrarea straturilor pielii și a poziționării vaselor de sânge, evidențiind faptul că nivelul glucozei poate fi determinat eficient din lichidul interstițial. (Sursă: DiabetesWise.org)
Datele colectate de sistemele CGM la intervale de câteva minute pot fi transmise către un dispozitiv medical de citire sau către un telefon inteligent și ulterior partajate cu unitățile medicale, unde sunt înregistrate și analizate de specialiști. În plus, fluxul continuu de date provenite de la pacienți conectați contribuie la dezvoltarea unor modele predictive avansate bazate pe inteligență artificială, utilizate atât pentru optimizarea controlului diabetului, cât și în activități de cercetare.
Cercetarea în domeniul tehnologiei CGM se concentrează pe dezvoltarea unor soluții mai precise, sigure, compacte, durabile și eficiente din punct de vedere al costurilor. Obiectivul este asigurarea accesibilității pe termen lung și adoptarea pe scară largă, iar componentele electronice au un rol esențial în atingerea acestor obiective.
Arhitectura sistemului CGM
Majoritatea sistemelor CGM comerciale utilizează senzori electrochimici amperometrici plasați pe pielea pacientului. Acești senzori generează un curent electric de intensitate foarte mică, proporțional cu concentrația de glucoză, care este apoi prelucrat de un bloc analogic de condiționare a semnalului (AFE – Analog Front-End) și convertit într-un semnal digital. Semnalul este procesat de un microcontroler și transmis prin Bluetooth Low Energy (BLE) către un dispozitiv medical de citire. Sistemul este alimentat de o baterie tip monedă, de unică folosință.
Integrare, miniaturizare și eficiență energetică
Renesas Electronics Corporation și Xmoore Microelectronics au dezvoltat recent un proiect de referință care integrează cele mai recente inovații din domeniul tehnologiei CGM. Soluția propusă este un sistem compact și eficient, care include un AFE, un SoC BLE și o memorie flash externă de dimensiuni reduse pentru stocarea datelor. SoC-ul BLE nu doar procesează datele privind nivelul glucozei, ci le și transmite wireless către un dispozitiv medical de citire sau către un telefon inteligent, facilitând utilizarea sistemului atât de către pacienți, cât și de către personalul medical.
Figura 2: Proiectul de referință include un AFE (Analog Front-End) dezvoltat de Xmoore și un SoC (System-on-Chip) Bluetooth® furnizat de Renesas Electronics. (Sursă: Renesas)
Așa cum este ilustrat în Figura 2, proiectul de referință oferă o soluție ultracompactă, în care atât SoC-ul BLE, cât și AFE-ul sunt alimentate de o baterie cu oxid de argint de 1,5 V, fără a fi necesar un amplificator extern de curent continuu.
Miniaturizare și eficiență energetică
Această abordare conduce la îmbunătățiri semnificative în ceea ce privește dimensiunea și eficiența energetică. Întregul sistem ocupă un spațiu de doar 18 mm, inclusiv bateria, permițând producătorilor de dispozitive CGM să dezvolte plasturi mai mici și mai subțiri decât cei disponibili în prezent pe piață. Miniaturizarea reduce volumul și disconfortul asociate frecvent cu dispozitivele CGM tradiționale, contribuind astfel la creșterea confortului pacientului și la o mai bună respectare a protocoalelor de monitorizare. În plus, utilizarea unei baterii comerciale de joasă tensiune contribuie la reducerea costului total al dispozitivului.
Figura 3: Sistemul este alimentat de o baterie standard de 1,5 V și poate fi integrat într-un plasture compact de aproximativ 18 mm, comparabil ca dimensiune cu o monedă de 10 cenți (SUA). (Sursă: Renesas)
Această soluție compactă și eficientă din punct de vedere al costurilor, ilustrată în Figura 3, face ca proiectul de referință să fie competitiv pe piață. Dimensiunile reduse, împreună cu eficiența energetică a SoC-ului BLE și a AFE-ului, contribuie la menținerea unui nivel ridicat de performanță fără creșteri semnificative ale costului. Accesibilitatea este un factor esențial pentru extinderea utilizării sistemelor CGM, în special în regiunile unde acoperirea asigurărilor medicale este limitată sau unde costul dispozitivelor reprezintă o barieră pentru pacienți.
Accesibilitate și impact asupra utilizării pe scară largă
Prin creșterea accesibilității instrumentelor de gestionare a diabetului, această tehnologie poate contribui la reducerea complicațiilor asociate bolii pe termen lung. Extinderea utilizării sistemelor CGM fiabile și eficiente din punct de vedere al costurilor poate avea un impact semnificativ asupra stării de sănătate a pacienților, îmbunătățind controlul bolii și calitatea vieții.
În concluzie, proiectul de referință CGM dezvoltat de Renesas Electronics și Xmoore Microelectronics reprezintă un pas important în evoluția soluțiilor pentru monitorizarea diabetului. Combinația dintre miniaturizare, eficiență energetică și optimizarea costurilor îl recomandă ca o opțiune competitivă pentru implementarea sistemelor CGM. Prin creșterea confortului pacientului și reducerea costurilor totale, această soluție poate contribui la extinderea accesului la tehnologii moderne de monitorizare, cu impact asupra controlului și gestionării diabetului.
Platforma hardware: SoC Bluetooth® DA14531
Dispozitivul SoC DA14531 Bluetooth® de la Renesas, caracterizat printr-un consum energetic foarte redus, integrează un transceiver de 2,4 GHz și un microcontroler Arm® Cortex®-M0+ și este disponibil într-o capsulă compactă de 3,0 mm × 2,2 mm. Arhitectura sa permite funcționarea până la descărcarea completă a unei baterii de 1,5 V, inclusiv atunci când tensiunea scade sub valoarea nominală, contribuind astfel la maximizarea duratei de viață a bateriei. Pentru aplicații care necesită mai multă memorie RAM, modelul DA14535 reprezintă o alternativă adecvată.
AFE XMB1000: condiționarea semnalului în aplicații CGM
AFE-ul XMOORE AFE XMB1000 utilizează senzori electrochimici cu 2 până la 4 electrozi și integrează un senzor de temperatură pentru intervalul 0°C – 50°C. Dispozitivul poate funcționa la tensiuni de alimentare de până la 1 V fără degradarea performanței. Este disponibil într-o capsulă BGA compactă, de 2,0 mm × 2,0 mm, și necesită un număr redus de componente pasive externe.
Autori:
Kevin Fu, China Regional Marketing Lead, Connectivity, Renesas
Rossella Guiot, Central Marketing Manager, Connectivity, Renesas
Glosar de termeni
CGM (Continuous Glucose Monitoring) – Sistem de monitorizare continuă a glucozei care măsoară nivelul acesteia în lichidul interstițial, oferind date în timp real sau aproape în timp real.
Lichid interstițial – Fluidul care se găsește între celulele țesuturilor și care reflectă nivelul glucozei din sânge cu un ușor decalaj temporal.
Senzor electrochimic amperometric – Tip de senzor care măsoară concentrația unei substanțe (în acest caz glucoza) prin generarea unui curent electric proporțional cu reacțiile chimice produse la nivelul senzorului.
AFE (Analog Front-End) – Bloc analogic de condiționare a semnalului care preia semnalele electrice de intensitate foarte mică de la senzori, le amplifică și le filtrează înainte de conversia în format digital.
SoC (System-on-Chip) – Circuit integrat care include mai multe funcții (microcontroler, comunicație, memorie etc.) într-un singur cip, reducând dimensiunea și consumul sistemului.
BLE (Bluetooth Low Energy) – Standard de comunicație wireless cu consum redus de energie, utilizat frecvent în dispozitive portabile și aplicații medicale.