妊娠期糖尿病幫助減少并發(fā)癥的技術(shù)介紹

飛思卡爾在低功耗和混合信號(hào)方面的先進(jìn)技術(shù)導(dǎo)致出現(xiàn)更為靈活的微控制器(MCU)，這些微控制器有許多關(guān)鍵的外圍設(shè)備，可用來進(jìn)行妊娠期監(jiān)護(hù)的應(yīng)用，包括妊娠糖尿病的監(jiān)護(hù)。在所有對(duì)于醫(yī)療應(yīng)用重要的領(lǐng)域—低壓，混合信號(hào)物理集成，顯示和連接—飛思卡爾提供了下一代醫(yī)療系統(tǒng)方案所需要的強(qiáng)大的技術(shù)。

　　妊娠期糖尿病

　　非糖尿病患者的孕婦仍然會(huì)在懷孕期間有較高的血糖(葡萄糖)水平 。這被稱為妊娠期糖尿病，它會(huì)對(duì)1%~3%的孕婦有影響?；旧?，懷孕期間的婦女荷爾蒙的產(chǎn)生會(huì)增加，從而導(dǎo)致胰島素抵抗，這意味著胰島素不能有效地降低血糖水平，這迫使身體里產(chǎn)生更多的胰島素來進(jìn)行補(bǔ)償，從而導(dǎo)致了妊娠期糖尿病。

　　此外，盡管任何婦女都可能患上妊娠期糖尿病，有一些人會(huì)比另一些人更易患上妊娠期糖尿病，這些人包括那些：

　　● 年齡大于25歲;

　　● 有家族糖尿病史，或那些在前一次妊娠中患有妊娠期糖尿病的;

　　● 已經(jīng)生育過一個(gè)超過9磅重的嬰兒或經(jīng)歷過一次不明原因死胎的;

　　● 在懷孕前體重過重的。

　　此外，由于不明的原因，西班牙人，印第安人，亞洲人和黑人婦女比其他婦女更容易患上妊娠期糖尿病。對(duì)那些已經(jīng)患有糖尿病的婦女，受精前和懷孕期間良好的血糖控制不僅對(duì)于婦女本身，對(duì)胎兒的健康也是至關(guān)重要的。

　　在妊娠懷孕期間，如果血糖水平不能很好的受到控制，過多的血糖會(huì)通過胎盤抬高胎兒的血糖水平。這會(huì)使得胎兒的體格肥胖并形成新生兒巨大癥(出生時(shí)體重超過的9英磅15盎斯)。巨大癥嬰兒會(huì)面臨許多健康問題，包括容易患上呼吸系統(tǒng)疾病，小兒肥胖，在兒童時(shí)期發(fā)展成2型糖尿病，甚至在孕婦分娩期間造成身體傷害等。

　　因?yàn)檫@些原因，在懷孕前或懷孕早期，準(zhǔn)確的血糖測量對(duì)于迅速診斷和治療妊娠期糖尿病是至關(guān)重要的(見圖1)，尤其是，大部分婦女并不會(huì)表現(xiàn)出通常糖尿病有關(guān)的早期癥狀(過度口渴和尿頻)。

　　最初診斷包括一個(gè)口服葡萄糖耐受試驗(yàn)。這通常在一個(gè)診所環(huán)境中進(jìn)行，要求患者喝一種葡萄糖溶液，然后以一定的時(shí)間間隔進(jìn)行血液葡萄糖監(jiān)測(見表1)。然而，對(duì)于后期連續(xù)的糖尿病癥狀的觀察，最為方便的是在家進(jìn)行，這就需要精確的家庭監(jiān)測設(shè)備。

　　來自飛思卡爾的先進(jìn)的半導(dǎo)體技術(shù)，具有低功耗，混合信號(hào)物理集成，顯示和連接接口，這些使得設(shè)計(jì)出小巧，易于使用的設(shè)備成為可能。這種設(shè)備對(duì)于家庭血糖監(jiān)測是很理想的方案。飛思卡爾高度集成低功耗方案

　　通過將超低功耗平臺(tái)和高精度模擬外圍設(shè)備結(jié)合在一起，飛思卡爾在為妊娠監(jiān)護(hù)市場提供自動(dòng)化監(jiān)護(hù)的整體系統(tǒng)方案方面有了很大進(jìn)展。飛思卡爾的MCU能夠降低血糖儀設(shè)計(jì)的成本，這使更多的母親因?yàn)檠撬降玫綑z測而得利。

　　這里有一些關(guān)鍵領(lǐng)域，這些領(lǐng)域?qū)τ趶V泛的便攜式醫(yī)療應(yīng)用很重要：

　　低功耗技術(shù);

　　混合信號(hào)集成技術(shù);

　　顯示技術(shù);

　　連接技術(shù)。

　　飛思卡爾正在幫助醫(yī)療市場的用戶能在這些領(lǐng)域中優(yōu)化他們的產(chǎn)品。

　　超低功耗平臺(tái)

　　飛思卡爾MCU利用了創(chuàng)新技術(shù)使這些手提式醫(yī)療設(shè)備的應(yīng)用獲得絕對(duì)的最低功耗。下面所列的MCU的低壓表現(xiàn)使它們成為手提式醫(yī)療設(shè)備的理想之選。

　　MC9S08Lxx：有低成本入門級(jí)，具有LCD驅(qū)動(dòng)模塊和出色功耗的MCU;

　　MC9S08QExx：同等級(jí)產(chǎn)品中最出色的功耗，適用于傳感器設(shè)備應(yīng)用，具有中等的處理能力，并在價(jià)格上具有優(yōu)勢(shì);

　　MCF51QE：出色的性能和低功耗特性，與9S08QE控制器的引腳兼容性，使它能夠很好的滿足醫(yī)療設(shè)備的復(fù)雜性和功能性的裁剪的要求。

　　所有這些設(shè)備都具有四個(gè)主要特性，它們是低電壓操作的基礎(chǔ)。

　　低功耗振蕩器

　　晶體振蕩器在低功耗方面被優(yōu)化，可以以低增益或高增益模式來驅(qū)動(dòng)晶振。這種外圍模塊在低功耗模式時(shí)，驅(qū)動(dòng)32.768 kHz 晶振 時(shí)，電流消耗少于 500 nA。 當(dāng)使用這種低功耗振蕩器時(shí)，可以使MCU在低功耗模式(停止模式)時(shí)保證精確的時(shí)間。

　　操作模式

　　低功耗的MCU有許多操作模式，每一個(gè)模式都為特定的功能而設(shè)計(jì)，這使最高效的性能和功率損耗達(dá)到權(quán)衡。多樣的操作模式(運(yùn)行，低功耗運(yùn)行，等待，低功耗等待，停止2和停止3) 使一些設(shè)備 的功耗低到250nA 那樣的水平，并且也能使醫(yī)療應(yīng)用設(shè)備持續(xù)高效率的運(yùn)作。使許多MCU的外圍設(shè)備能夠在低功耗運(yùn)行模式下運(yùn)行，在低功耗模式下提供適當(dāng)?shù)墓δ?。靈活時(shí)鐘源

　　由于多種操作模式帶來的好處，內(nèi)部時(shí)鐘(ICS)為低功耗方案的外圍提供了提高或降低設(shè)備操作頻率的能力。更高的操作頻率導(dǎo)致運(yùn)行模式下更高的功耗。根據(jù)應(yīng)用的需求，在低頻上運(yùn)行使功率降低 大約500μA每MHz。ICS使嵌入式開發(fā)的設(shè)計(jì)者能更好地調(diào)節(jié)MCU的性能來優(yōu)化功耗。

時(shí)鐘門控技術(shù)

　　為了進(jìn)一步減低運(yùn)行模式的功耗，每個(gè)低功耗平臺(tái)上的外圍設(shè)備有時(shí)鐘門控的能力。時(shí)鐘門控技術(shù)是將發(fā)送到外圍設(shè)備上的時(shí)鐘信號(hào)關(guān)閉。通過時(shí)鐘門控技術(shù)，一個(gè)單一的外圍設(shè)備僅僅減低幾十微安的功耗，為了達(dá)到最低的功耗，有必要關(guān)閉每個(gè)不需要的內(nèi)部時(shí)鐘信號(hào)。當(dāng)把所有外圍設(shè)備時(shí)鐘關(guān)閉時(shí)，時(shí)鐘門控技術(shù)可以降低運(yùn)行模式下大約1/3的功耗。

　　使用飛思卡爾方案的葡萄糖檢測儀設(shè)計(jì)

　　前面描述的特性可以結(jié)合在一起在低功耗方面優(yōu)化一個(gè)便攜式醫(yī)療設(shè)備的設(shè)計(jì)，例如血糖儀(圖3，圖4)。

　　低功耗振蕩器可以被用來提供非常低的待機(jī)功耗并保持準(zhǔn)確的時(shí)間，這就使血糖儀可用作保存準(zhǔn)確的葡萄糖水平測量歷史記錄以備查詢。

　　使用靈活的操作模式和內(nèi)部時(shí)鐘(ICS)，血糖儀固件可以設(shè)計(jì)成這樣的情況： 當(dāng)需要復(fù)雜的計(jì)算來進(jìn)行一個(gè)葡萄糖測量時(shí)， 可以提高M(jìn)CU性能來縮短處理時(shí)間，方便用戶的使用。

　　最后，時(shí)鐘門控技術(shù)可以節(jié)約額外的功耗。這些技術(shù)的使用可以使一節(jié)電池的工作時(shí)間更長。它能夠使開發(fā)者使用一節(jié)更小的電池，這樣一來就增強(qiáng)了便攜性，方便了用戶的使用。

　　混合信號(hào)集成

　　對(duì)一個(gè)葡萄糖儀設(shè)計(jì)來說最重要的是進(jìn)行葡萄糖測量中電化學(xué)反應(yīng)中小信號(hào)分析的能力。一個(gè)分析步驟是要認(rèn)識(shí)生物傳感器電信號(hào)輸出的峰值。利用模擬比較器(ACMP)外設(shè)，飛思卡爾的MCU能夠在一個(gè)峰值達(dá)到時(shí)候的產(chǎn)生一個(gè)中斷。

　　下一步驟是需要準(zhǔn)確定時(shí)的模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換器對(duì)葡萄糖試紙的線性衰減輸出進(jìn)行模數(shù)轉(zhuǎn)換。 許多飛思卡爾器件都有一個(gè)特性豐富的 12比特模數(shù)轉(zhuǎn)換器( ADC) ，它能使這些測量成為可能。ADC具有這些特性：比如自動(dòng)比較和靈活的轉(zhuǎn)換時(shí)間的設(shè)置，它們對(duì)于這種應(yīng)用是很理想的。

　　最后，8比特或32比特的CPU被用來進(jìn)行數(shù)學(xué)分析。樣品 (血液)和葡萄糖試紙之間的化學(xué)反應(yīng)會(huì)產(chǎn)生一個(gè)線性衰減信號(hào)，需要幾秒鐘的時(shí)間進(jìn)行處理。CPU使用時(shí)間平均或更復(fù)雜的IIR濾波對(duì)輸入信號(hào)就進(jìn)行一些濾波。平均值在沿著輸入信號(hào)線性衰減的一些點(diǎn)上被采集，從這些點(diǎn)上就可以計(jì)算出線性衰減的斜率。就是這個(gè)斜率將直接和血糖水平數(shù)值相關(guān)聯(lián)。

　　在飛思卡爾MCU的片上集成模擬功能，為許多系統(tǒng)節(jié)約成本。一個(gè)明顯的好處就是它降低了對(duì)外部IC的需求。這樣一來就減小了BOM和板子的空間。同時(shí)，片上模擬功能也具有低電壓檢測和內(nèi)部帶隙參考電壓的特性，這些能進(jìn)一步降低成本。

　　顯示特性

　　隨著L系列具有集成LCD驅(qū)動(dòng)的8位MCU的發(fā)布，飛思卡爾為便攜式醫(yī)療設(shè)備提供了理想的顯示功能。在這些設(shè)備上的LCD驅(qū)動(dòng)具有以下的特性，它能夠降低成本并為血糖儀提供更多的功能。

　　首先，飛思卡爾增加了把任意MCU引腳功能配置成前線(segment)或背線(common)的能力。通過這種特性，信號(hào)布局可以被優(yōu)化，從而使PCB板空間減小。這一特性也可快速適應(yīng)LCD屏設(shè)計(jì)的變化，因?yàn)橛布母淖兛梢员卉浖?jí)來解決。在飛思卡爾的應(yīng)用筆記(LCD驅(qū)動(dòng)說明)中記錄了一個(gè)靈活應(yīng)用LCD驅(qū)動(dòng)的例子，用戶可以在www.freescale.com網(wǎng)站上下載PDF文檔(文檔號(hào) AN3796)

　　其次，利用LCD信號(hào)的X8 模式， 新的LCD驅(qū)動(dòng)可以用更少引腳驅(qū)動(dòng)更多的段碼。通過這種功能，它僅需使用28個(gè)引腳(8×20) 就可以驅(qū)動(dòng)160個(gè)LCD 段碼。在許多同類競爭產(chǎn)品上，同樣的功能需要44個(gè)引腳來實(shí)現(xiàn)。通過使用更少的引腳，PCB板的尺寸和連接空間被減小了，這使更多袖珍的便攜式醫(yī)療設(shè)計(jì)成為可能。

　　最后，LCD驅(qū)動(dòng)有出色的低功耗的表現(xiàn)。低功耗在設(shè)計(jì)的每個(gè)方面均考慮到。最終結(jié)果是當(dāng)LCD被連接到整個(gè)系統(tǒng)時(shí)，系統(tǒng)的功耗低到僅有1.5μA。這一表現(xiàn)，加上低功耗閃爍模式(當(dāng)停止模式時(shí)顯示閃爍的能力)使產(chǎn)品開發(fā)者能為他們的便攜式醫(yī)療設(shè)計(jì)降低平均70%的功耗 。這將導(dǎo)致顯著的電池使用壽命的延長，更進(jìn)一步的在最終設(shè)備中改變需要的電池類型而節(jié)約成本。

　　在血糖儀設(shè)計(jì)中，一個(gè)可視化的顯示是必要的。它使病人能夠讀到測量結(jié)果。用飛思卡爾的S08L系列微控制器，可以用單芯片獲得LCD顯示功能和一流的低功耗性能。飛思卡爾也提供軟件方案允許簡單的LCD屏的定制和快速的LCD GUI開發(fā) 。此外，通過參考“ LCD驅(qū)動(dòng)說明”參考設(shè)計(jì)，設(shè)計(jì)者可以減少他們總的開發(fā)時(shí)間。

　　連接

　　從血糖儀到計(jì)算機(jī)的信息傳輸能力對(duì)新的血糖儀的設(shè)計(jì)者來說是一個(gè)重要的選項(xiàng)。飛思卡爾的MCU集成了許多外設(shè)可以提供這類連接，例如：SPI，SCI和I2C, 這使得系統(tǒng)時(shí)間的數(shù)據(jù)傳輸?shù)靡詫?shí)現(xiàn)。使用SPI，MCU可以容易地連接到ZigBee收發(fā)器來提供靈活的，低功耗的無線連接。

　　結(jié)論

　　飛思卡爾在低功耗和混合信號(hào)集成方面的領(lǐng)先技術(shù)使其開發(fā)的MCU成為血糖監(jiān)測儀應(yīng)用的關(guān)鍵部件， 血糖監(jiān)測儀可以在妊娠期糖尿病的診斷和治療中被使用。雖然目前飛思卡爾的設(shè)備提供了許多益處，但是公司一直致力于進(jìn)一步改進(jìn)低功耗，混合信號(hào)集成，顯示和連接特性使其更有利于妊娠監(jiān)護(hù)市場。

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