20年前，2型糖尿病在中國幾乎聞所未聞。20年后，我們走在了“世界前列”——世界上2型糖尿病患病率最高的國家。根據(jù)現(xiàn)有數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)顯示，我國2型糖尿病患者人數(shù)已達(dá)到了1.14億，而且發(fā)病年齡年輕化的趨勢越來越明顯，從2008年以來，40歲以下人群2型糖尿病的發(fā)病率已經(jīng)從3.2%增加到了5.9%，年輕糖尿病患者的人數(shù)在近十多年里增加了1倍之多。
對糖尿病患者而言，測試血糖就跟吃飯一樣，是每天必不可少的動作。目前最常規(guī)的方法是指尖釆血法檢測血糖，即通過在不同時(shí)間點(diǎn)刺破患者的手指以測量血糖水平。由于很多糖友受不了頻繁針扎的痛苦，所以很多人做不到一日七次測血糖。此外，這種方法測得的瞬間血糖容易受運(yùn)動、飲食、藥物、情緒波動等諸多因素的影響，所以這種測量結(jié)果存在一定的片面性。除監(jiān)測方式自身存在的不足之外，患者的感受（如疼痛、不便等）也是影響血糖監(jiān)測的主要原因之一。因此，動態(tài)血糖監(jiān)測儀（ConTInuousGlucoseMonitor，CGM）等監(jiān)測設(shè)備應(yīng)運(yùn)而生，并很快受到廣大糖尿病患者的歡迎。中國是世界上糖尿病患者最多的國家，為了應(yīng)對這個(gè)不斷增長的市場，ADI公司與中國領(lǐng)先的CGM設(shè)備提供商合作為糖尿病患者帶來福音，其中包括與美奇合作開發(fā)下一代集成式動態(tài)血糖監(jiān)測可穿戴設(shè)備。
告別指尖釆血，CGM為患者提供更精確的監(jiān)測數(shù)據(jù)
CGM是指通過葡萄糖感應(yīng)器監(jiān)測皮下組織間液的葡萄糖濃度，間接反映血糖水平的監(jiān)測技術(shù)，幫助患者全面了解其24小時(shí)動態(tài)血糖波動的設(shè)備。它允許用戶實(shí)時(shí)觀察飲食、運(yùn)動和胰島素劑量對患者葡萄糖水平的影響，并降低低血糖發(fā)作的頻率和嚴(yán)重性，發(fā)現(xiàn)不易被傳統(tǒng)監(jiān)測方法所探測的隱匿性高血糖和低血糖。
除此之外，CGM的成本優(yōu)勢也非常明顯，不僅可以節(jié)約大量針頭和試紙使用費(fèi)用，而且在患者一生中，通過動態(tài)血糖儀獲取的持續(xù)數(shù)據(jù)還可幫助他們成功地監(jiān)測癥狀，避免嚴(yán)重的醫(yī)療程序或醫(yī)院就診帶來的高昂費(fèi)用。使用CGM患者能夠管理自己的健康，改變飲食習(xí)慣、按時(shí)服藥，同時(shí)提高整體生活質(zhì)量。
CGM的尺寸、重量以及功耗（SWaP）是整個(gè)動態(tài)血糖儀行業(yè)面臨的挑戰(zhàn)。畢竟，CGM是戴在糖尿病患者身上的便攜式生命體征監(jiān)測（VSM）設(shè)備，通常連接在手臂或腹部。但由于它需要持續(xù)不斷地有電力來收集數(shù)據(jù)，所以很難讓它們足夠大，既能發(fā)揮作用，又不影響佩戴者。作為數(shù)字醫(yī)療解決方案的領(lǐng)導(dǎo)者，特別是在可穿戴技術(shù)和慢性病管理領(lǐng)域，這一SWaP挑戰(zhàn)正是ADI的專業(yè)領(lǐng)域解決方案的優(yōu)勢所在。據(jù)公開資料介紹，美奇的動態(tài)血糖監(jiān)測設(shè)備中就采用了ADI的傳感器與下一代移動阻抗測試技術(shù)。
ADI可滿足醫(yī)療領(lǐng)域的阻抗測量解決方案
在官方公布的信息中，美奇選擇了ADI公司小尺寸、低電壓的AD5950用于下一代移動阻抗測試技術(shù)。該器件型號并不在ADI官網(wǎng)的信息中，但我們不妨從ADI的相關(guān)解決方案中一窺其阻抗測量解決方案的技術(shù)特點(diǎn)技術(shù)趨勢。
整合發(fā)射器+可更換傳感器的美奇動態(tài)血糖監(jiān)測貼片
對于所有應(yīng)用，阻抗測量的基本原理都是相同的，但單次測量的功能仍然存在很大差別。例如對于電化學(xué)阻抗分析，其中電化學(xué)電池或傳感器的阻抗是在所有不同頻率中測量。通過不同頻率下阻抗的變化，測量傳感器磨損，并自動調(diào)整信號鏈。采用這種測量時(shí)，傳感器精度會隨著時(shí)間（幾天至幾周）而下降，這可能嚴(yán)重影響到各種測量值的整體精度。CGM就會出現(xiàn)這種問題。ADI的阻抗測量的解決方案ADuCM355就可以統(tǒng)一實(shí)施所有測量，這種高度集成的芯片包含一個(gè)節(jié)能模擬前端（AFE）和一個(gè)微控制器，后者承擔(dān)管理和安全功能，例如循環(huán)冗余校驗(yàn)（CRC）。下圖顯示了ADuCM355的關(guān)鍵組件。
具有化學(xué)傳感器接口的精密模擬微控制器ADuCM355的框圖
在醫(yī)療技術(shù)領(lǐng)域，人們都在尋求體積小、節(jié)能和低成本的解決方案，以便將它們植入可穿戴設(shè)備和可用設(shè)備中。ADI公司的ADuCM355是一款片內(nèi)系統(tǒng)，可以極低的功耗控制電化學(xué)和生物傳感器。該器件是一款基于ArmCortex-M3處理器的超低功耗混合信號微控制器，具有電流、電壓和阻抗測量功能。
大多數(shù)用于測量的傳感器都可以通過ADuCM355輸入直接操作。例如，用于恒電勢器測量，如血糖測量。與此相對，實(shí)現(xiàn)更準(zhǔn)確的測量（例如電導(dǎo)率和pH值）需要用到擴(kuò)展信號鏈，所以也需要采用外部芯片，例如LTC6078。它增加了輸入阻抗，以適應(yīng)傳感器的高輸出阻抗，從而獲得準(zhǔn)確的讀數(shù)。借助較大的信號鏈，ADuCM355可以讀取電壓和電流值。在所示的電路中，可以檢測到范圍小于100Ω至10MΩ的阻抗，較大的測量范圍可以覆蓋醫(yī)療領(lǐng)域所需的整個(gè)阻抗圖譜。
AD594x的高級功能框圖
ADI官網(wǎng)中用于連續(xù)血糖監(jiān)測的高精度、低功耗模擬前端解決方案是AD594x，該系列芯片專為醫(yī)療和工業(yè)類應(yīng)用量身定制。該模擬前端完全可配置，可進(jìn)行修改以支持各種不同的用途，包括皮膚電活動（EDA）或皮膚電反應(yīng)（GSR）、身體阻抗分析、水分測量和生化測量等。隨著可穿戴設(shè)備和電池供電系統(tǒng)成為發(fā)展趨勢，主要挑戰(zhàn)是在盡可能小的外形尺寸內(nèi)滿足所需的性能水平，并且功耗極低。AD594x旨在支持當(dāng)今的可穿戴市場，并滿足所有關(guān)鍵要求，包括高精度、小尺寸和低功耗。
結(jié)論
隨著醫(yī)學(xué)從被動治療轉(zhuǎn)向主動預(yù)防，這種醫(yī)療趨勢的轉(zhuǎn)變依賴于高質(zhì)量并持續(xù)獲得的患者數(shù)據(jù)的設(shè)備，例如血糖是因?yàn)檫\(yùn)動而太低，還是因?yàn)椴涣硷嬍沉?xí)慣而太高，并能基于這些檢測數(shù)據(jù)，更準(zhǔn)確、有效和全面的判斷。借助CGM提供的準(zhǔn)確的臨床級血糖水平數(shù)據(jù)，患者能夠得到恰當(dāng)?shù)囊葝u素治療，這有助于避免進(jìn)一步的糖尿病并發(fā)癥，如血管損傷、心臟病、中風(fēng)、腎病、糖尿病昏迷等。