Autoren: Kevin Fu, Leiter für regionales Marketing in China, Connectivity, Renesas und Rossella Guiot, Central Marketing Manager, Connectivity, Renesas
Diabetes mellitus, von dem mehr als 10 % der Weltbevölkerung betroffen sind (Quelle: International Diabetes Federation), birgt aufgrund der Vielzahl der Komplikationen und des Fehlens einer einfachen Heilung erhebliche Gesundheitsrisiken.
Die kontinuierliche Glukoseüberwachung (CGM) hat sich für Patienten als entscheidender Faktor erwiesen, da sie ihre Lebensqualität verbessert, indem sie ihnen ermöglicht, fundierte Entscheidungen über ihren Tagesablauf zu treffen.
Die CGM misst die Glukosekonzentration in der interstitiellen Flüssigkeit der Haut (Abb. 1). Sie ist daher weniger invasiv als die Blutzuckermessung und kann vom Patienten mehrere Tage lang bequem auf der Haut getragen werden.
Abbildung 1. Bild von DiabetesWise.org. Das Bild zeigt die Hautschichten über den Blutgefäßen und verdeutlicht, wie zuverlässig Glukoseinformationen in der interstitiellen Flüssigkeit jenseits des Blutes gespeichert sind.
Die von CGM-Systemen alle paar Minuten erfassten Daten können an ein medizinisches Lesegerät oder Smartphone übertragen und dann zur Aufzeichnung und Analyse durch Fachkräfte an Gesundheitseinrichtungen weitergegeben werden. Darüber hinaus treibt der kontinuierliche Datenfluss vernetzter Patienten die Entwicklung fortschrittlicher KI-basierter Vorhersagemodelle für ein effektiveres Diabetesmanagement und Forschungszwecke voran.
Die Technologieforschung von MCG konzentriert sich auf die Entwicklung präziserer, sichererer, miniaturisierter, langlebigerer und kostengünstigerer Lösungen. Ziel ist die Gewährleistung einer langfristigen Verfügbarkeit und breiten Nutzung. Dabei spielt die Elektronik eine Schlüsselrolle bei der Bewältigung dieser Herausforderungen.
Die meisten kommerziellen CGM-Systeme verwenden elektrochemische amperometrische Sensoren, die auf der Haut des Patienten platziert werden. Diese Sensoren messen einen kleinen Strom, der proportional zur Glukosekonzentration ist. Dieser wird dann von einer analogen Schnittstellenschaltung (AFE) verarbeitet und in ein digitales Signal umgewandelt. Dieses Signal wird von einem Mikrocontroller (MCU) verarbeitet und per Bluetooth Low Energy (BLE) an ein medizinisches Lesegerät übertragen. Das System wird über eine Einweg-Knopfzelle mit Strom versorgt.
Ein aktuelles Referenzdesign, entwickelt von Renesas Electronics Corporation und Xmoore Microelectronics, präsentiert einige der neuesten Fortschritte in der CGM-Technologie. Das Design umfasst ein kompaktes und effizientes System mit einem AFE, einem BLE SoC und einem kleinen externen Flash-Speicher zur Datenspeicherung. Der BLE SoC verarbeitet nicht nur Glukosedaten, sondern überträgt diese auch drahtlos an ein medizinisches Lesegerät oder Smartphone. Dies macht das System sowohl für Patienten als auch für medizinisches Fachpersonal äußerst komfortabel.
Wie in Abb. 2 dargestellt, bietet das Referenzdesign eine ultrakompakte Lösung, bei der sowohl der BLE-SoC als auch der AFE von einer 1,5-V-Silberoxidzelle gespeist werden, ohne dass ein externer Gleichstromverstärker erforderlich ist. Dies stellt eine deutliche Verbesserung hinsichtlich Größe und Energieeffizienz dar. Das gesamte System, einschließlich der Batterie, benötigt nur 18 mm Platz, sodass CGM-Hersteller kleinere und dünnere Hautpflaster als die derzeit auf dem Markt erhältlichen herstellen können. Diese Miniaturisierung reduziert den Platzbedarf und die Unannehmlichkeiten, die oft mit herkömmlichen CGM-Geräten verbunden sind, was den Patientenkomfort verbessert und eine bessere Einhaltung der Glukoseüberwachungsprotokolle fördert. Darüber hinaus trägt die Verwendung einer handelsüblichen Niederspannungsbatterie zu niedrigeren Gesamtkosten des Geräts bei.
Abbildung 2. Das Referenzdesign umfasst ein von Xmoore entwickeltes analoges Front-End (AFE) und ein Bluetooth®-System-on-Chip (SoC) von Renesas Electronics.
Diese kostengünstige und kompakte Lösung, wie auch in Abb. 3 dargestellt, macht das Referenzdesign äußerst wettbewerbsfähig. Der kleinere Formfaktor, gepaart mit der Energieeffizienz von BLE SoC und AFE, sorgt dafür, dass das CGM-System erschwinglich bleibt, ohne Kompromisse bei Funktionalität oder Leistung einzugehen. Diese Kosteneffizienz ist besonders wichtig, um die kontinuierliche Glukoseüberwachung einem breiteren Bevölkerungskreis zugänglich zu machen, insbesondere in Regionen mit eingeschränktem Versicherungsschutz oder in denen Patienten finanzielle Hürden beim Erwerb teurer medizinischer Geräte haben.
Abbildung 3. Das System wird mit einer Standardbatterie von 1,5 V betrieben und kann in einen kompakten 18-mm-Patch integriert werden, der einem US-Cent entspricht.
Das System wird mit einer Standardbatterie mit 1,5 V betrieben und kann in einen kompakten 18-mm-Patch integriert werden, der einem US-Cent entspricht.
Durch die Verbesserung des Zugangs zu Diabetes-Management-Tools kann diese Technologie entscheidend zur Reduzierung langfristiger gesundheitlicher Komplikationen im Zusammenhang mit Diabetes beitragen. Wenn mehr Patienten Zugang zu zuverlässigen und kostengünstigen CGM-Systemen erhalten, könnte die Belastung durch diabetesbedingte Gesundheitsprobleme deutlich reduziert werden, was zu einer Verbesserung der Gesundheit und Lebensqualität für Millionen von Menschen weltweit führen würde.
Zusammenfassend lässt sich sagen, dass das neue CGM-Referenzdesign von Renesas Electronics und Xmoore Microelectronics einen wichtigen Fortschritt in der Diabetesbehandlung darstellt. Die Kombination aus Miniaturisierung, Energieeffizienz und Kosteneinsparungen macht es zu einer äußerst wettbewerbsfähigen Lösung auf dem Markt. Durch erhöhten Patientenkomfort und reduzierte Gesamtkosten hat dieses Referenzdesign das Potenzial, den Zugang zu bahnbrechenden Diabetes-Management-Tools zu erweitern und so die Prävention und das Management von Diabetes mellitus weltweit zu verbessern.
Das Renesas DA14531 Bluetooth® System-on-Chip mit extrem niedrigem Energieverbrauch enthält einen 2,4-GHz-Transceiver und einen Arm® Cortex®-M0+ Mikrocontroller und ist in einem kompakten 3,0 mm x 2,2 mm großen Gehäuse untergebracht. Diese Konfiguration verlängert die Batterielebensdauer, indem sie einen Dauerbetrieb auch während des Entladezyklus einer 1,5-V-Batterie ermöglicht, wenn deren Ausgangsspannung unter ihren Nennwert gefallen ist. Der DA14535 ist auch eine Option, wenn mehr RAM benötigt wird.
XMOORE AFE XMB1000 arbeitet mit elektrochemischen Sensoren mit 2 bis 4 Anschlüssen und integriert einen Temperatursensor von 0 °C bis 50 °C. Das Gerät kann ohne Leistungsverlust mit einer Versorgungsspannung von nur 1 V betrieben werden und ist in einem BGA-Gehäuse mit 2,0 mm x 2,0 mm Rastermaß und sehr begrenzten passiven Komponenten untergebracht.
