Steven Dean（安森美半导体 无线及医疗分部 信号处理事务营销）
摘 要：丈量和监测是对1型和2型糖尿病有用办理的要害。典型的和传统的丈量技能都需求运用血糖仪（BGM），接连血糖监测。商场为1型和2型糖尿病患者供给的另一种技能挑选是接连血糖仪（CGMS）。
要害词：糖尿病；血糖仪；接连血糖仪；智能打针器；胰岛素泵
世界卫生组织（WHO）指出，全球有4亿多人患有糖尿病，自1980年以来，糖尿病人数简直翻了两番。在这些数字的背面，真实的悲惨剧是糖尿病或许导致严峻的健康并发症，如失明、中风、下肢麻痹和截肢、心脏病发生乃至逝世。
丈量和监测是对1型糖尿病和2型糖尿病有用办理的要害。典型的和传统的丈量技能都需求运用血糖仪（BGM）（如图1）。商场为1型和2型糖尿病患者供给的另一种技能挑选是接连血糖仪（CGMS）。接连丈量的长处许多，例如使人们更多地了解人体，以及血糖如安在一段时刻内跟着进行各种日常活动（如膂力活动、饮食乃至睡觉）而不断改变。跟着继续而非离散地更多地了解人体的行为，可进行相应的医治和改善。
因为这些仪器一般在皮下丈量间质液，直到最近，还需求定时校准血液，即需求老派的戳手指。可是，跟着技能的前进，一些CGM现在无需对全血进行校准。
接连血糖监测体系的微电子性质一般是相同的，仅有少量要害的破例。而且，这些设备一般是穿戴式的，因而尺度问题意味着需求更高的集成度和有用的电源办理，以进步所用半导体器材的最佳能效水平。
除了丈量和监测之外，用于胰岛素运送的技能也在推动，闭环体系将接连监测与经过所谓的人工胰腺运送胰岛素相结合。这为数以百万计的糖尿病患者带来了更好、更便利的医疗保健以及更达观的长时刻远景。
1 丈量血糖水平
传统的BGM（如图1）可以在药房或任何药店连锁店购买。运用顺便的刺血针设备（十分小的细针）刺破手指，流出一小滴血，把这滴血触摸刺进血糖仪的试纸条。
当血液样本与试纸条发生化学反应时，一般会向血液样本施加一些AC或DC鼓励电压或电流。成果由数据转化器读取。时刻短等候微操控器完结核算后，终究的血糖水平将在屏幕上显现。
更先进的血糖仪含蓝牙低功耗联接功用，用于将这些离散的血糖成果传输到智能手机，智能手机一般运转支撑云联接的运用程序。成果被存储，而且家庭成员或护理人员可以当即检查或用于今后检查，以改善医治作用。
2 接连血糖丈量
现在，接连血糖仪（CGM）的体系架构一般将模/数（A/D）和数/模（D/A）以及输入、输出功用集成到单片硅中，一般是定制专用集成电路（ASIC）模仿前端（AFE）或专用规范产品（ASSP）。在1个小的晶圆级芯片尺度封装（WLCSP）中结合1个蓝牙低功耗（BLE）和微操控器（MCU），如RSL10。对用户而言，这有助于处理应战，使长时刻穿戴的设备变得尽或许不显眼和有用。
除了电路之外，另1个影响尺度的首要要素是所需的电池。例如，在手持式BGM中，一般运用1个或2个AA、AAA或AAAA电池。这些关于CGM而言太重且太大，因而，电池的尺度和化学性质一般决议了扣子电池的外形尺度。为了实在可用，有必要审慎办理体系电源。峰值电流和总电流有必要最小化，因为从扣子电池取得的最大电流远低于AA电池可供给的最大电流。另一个考虑要素是放电曲线。例如，假如运用氧化银化学电池，它们一般会发生最大1.55 V的电压，运用寿数降至1.2 V。假如运用二氧化锰化学电池，则额外电压为1.5 V，运用寿数降至1.0 V。
3 胰岛素运送：打针器
胰岛素以往是在需求时运用临床级打针器和针头自行打针，就像在医师办公室承受打针相同。现在有许多种胰岛素现已上市出售。快速、短、中、长效类型的胰岛素可以独自打针或根据需求混合运用。
最近，皮下打针的替代品现已进入商场。一种替代办法是喷射式打针器，其以细流将胰岛素运送并进入皮肤。另一种是打针器笔（如图2），它经过一根超细针头更主动地分配胰岛素。便利性和舒适性大大进步，一起还能削减打针恐惧感。
这些替代设备实际上更趋于机电化和“智能”，就像传统的血糖仪相同。笔的规划选用微操控器（MCU）和蓝牙低功耗无线电，意图是捕捉和陈述离散的打针时刻、打针量等等。
4 胰岛素运送：泵
胰岛素泵（如图3）可准确操控1型和某些2型糖尿病患者的胰岛素运送，但更常见的运用是针对1型糖尿病患者。这些泵是计划的要害部分，终究在“闭环”体系即人工胰腺中发挥作用。接连丈量血糖，选用胰岛素泵接纳这数据的体系，再加上恰当的运送操控和算法，创立出人工胰腺，这是糖尿病办理的圣杯。
运用CGM替代屡次刺手指，这是一种运用接连数据而不是几个离散数据点的更好的丈量办法。相同，能消除一整天低血糖和高血糖是一种改善。所谓的人工胰腺意味着患者不再需求忧虑夜间低血糖、睡觉期间低血糖水平或丈量、打针的频率。这可以极大地改善他们的健康、日子质量，还或许延伸寿数。
可以幻想，选用主动运送胰岛素需求体系的安全性、可靠性和准确性，所以设备制造商对技能、体系和元器材供货商的挑选至关重要。
5 构建人工胰腺
尽管人工胰腺（如图4）都是被戴在身上或附着在运用者的皮带上，可是它们的物理规划有很大不同，所示架构描绘了最常见计划运用高度集成的定制ASIC，含一切模仿前端（AFE）模块、电源办理、MCU或操控模块以及一个集成的蓝牙低功耗无线电以协助通讯。一切体系都包含某种类型的胰岛素储存器，供给恰当驱动器机制的泵或致动器体系，经过皮下针头运送胰岛素的导管或套管体系，以及各种类型的传感器（运动、压力、温度、血糖）。离散或未衔接的丈量体系的首要差异在于接连和闭环反应。
除了血糖传感器以外，还可以运用几种传感器如用于人体穿戴设备的低重力加速度计和温度传感器来监测活动水平，以改善剂量算法。这些传感器继续供给有关身体运动和外部环境的信息，一起还供给有关血糖水平的接连信息。人工智能（AI）可用来预估所需的近期和中期胰岛素医治。
大多数体系运用蓝牙低功耗与衔接到云的智能手机进行通讯。可是，有些人运用无外设的随身携带的Pod与独自的操控体系或 有 时 称 为 “ 个人 设 备 管 理 器 ”（PDM）的体系进行通讯。在这些情况下，PDM用于用户交互，并可用作开环（非闭环）操控体系。PDM也是一般经过Wi-Fi或LTE供给云联接的功用。
经过云联接，护理人员可收到告诉和相关。此外，经过云核算，可从大数据分析和人口办理取得更多的功用。
在某些情况下，除了IC集成以外，乃至无源器材也与高度集成的半导体ASIC集成在先进的3D混合模块中。这是尺度、分量和功能优势的真实表现。
6 蓝牙低功耗无线电挑选
回到对扣子电池运转和低功耗作业的需求，比如安森美半导体的RSL10蓝牙5认证的无线电体系单芯片（SoC）之类的器材可供给恰当的挑选计划，完成与人工胰腺计划的通讯。RSL10经嵌入式微处理器基准协会（EEMBC）验证，可以供给业界最低的功耗，且最近取得了用于植体/生命攸关的医疗运用的认证。它特别适用于超低功耗电池供电的设备。它运用ArmCortex-M3处理器和安森美半导体的LPDSP32数字信号处理器来供给所需的强固性以支撑杂乱规划。板载384 kB闪存和160 kB RAM为用户供给灵敏的编程选项。RSL10还为蓝牙低功耗协议栈供给时机，并具有开发固件空中晋级（FOTA）运用程序的才干（如图5）。
RSL10的一个不为人知的优点是，安森美半导体的蓝牙低功耗知识产权（IP）可重用于超低功耗的定制ASIC，然后满意包括各种传感器和传感器接口的需求。因为丈量体系和胰岛素运送体系中共同的数/模（D/A）和模/数（A/D）转化很常见，因而简直总是需求定制。例如，在胰岛素运送体系中，或许仅需求蓝牙低功耗传输，然后削减了基带RF和操控器本钱。许多运用都是大体积或或许是一次性的，因而根据硅尽或许高能效，以节约本钱和尺度是要害。
7 糖尿病分类
糖尿病有两种首要分类：1型糖尿病和2型糖尿病。1型糖尿病是因为人类免疫体系无法在胰腺中发生满足的胰岛素而导致，可经过爸爸妈妈遗传。发生胰岛素缺乏的患者一般需求打针胰岛素才干生计。2型糖尿病是其他要素导致的，例如肥壮、活动/训练水平低、胆固醇和血压高。2型糖尿病是因为人体无法恰当运用天然发生的胰岛素而导致。
本文来源于科技期刊《电子产品世界》2020年第01期第35页，欢迎您写论文时引证，并注明出处。
