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方面的先進(jìn)技術(shù)導致出現更為靈活的微控制器(MCU)，這些微控制器有許多關(guān)鍵的外圍設備，可用來(lái)進(jìn)行妊娠期監護的應用，包括妊娠糖尿病的監護。在所有對于醫療應用重要的領(lǐng)域—低壓，混合信號物理集成，顯示和連接—飛思卡爾提供了下一代醫療系統方案所需要的強大的技術(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(chēng)為妊娠期糖尿病，它會(huì )對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，從而導致胰島素抵抗，這意味著(zhù)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(lái)進(jìn)行補償，從而導致了妊娠期糖尿病。

　　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(guò)一個(gè)超過(guò)9磅重的嬰兒或經(jīng)歷過(guò)一次不明原因死胎的;

　　● 在懷孕前體重過(guò)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于婦女本身，對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(guò)多的血糖會(huì )通過(guò)胎盤(pán)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(guò)的9英磅15盎斯)。巨大癥嬰兒會(huì )面臨許多健康問(wèn)題，包括容易患上呼吸系統疾病，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。

　　因為這些原因，在懷孕前或懷孕早期，準確的血糖測量對于迅速診斷和治療妊娠期糖尿病是至關(guān)重要的(見(jiàn)圖1)，尤其是，大部分婦女并不會(huì )表現出通常糖尿病有關(guān)的早期癥狀(過(guò)度口渴和尿頻)。

　　最初診斷包括一個(gè)口服葡萄糖耐受試驗。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)行血液葡萄糖監測(見(jiàn)表1)。然而，對于后期連續的糖尿病癥狀的觀(guān)察，最為方便的是在家進(jìn)行，這就需要精確的家庭監測設備。

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

　　通過(guò)將超低功耗平臺和高精度模擬外圍設備結合在一起，飛思卡爾在為妊娠監護市場(chǎng)提供自動(dòng)化監護的整體系統方案方面有了很大進(jìn)展。飛思卡爾的MCU能夠降低血糖儀設計的成本，這使更多的母親因為血糖水平得到檢測而得利。

　　這里有一些關(guān)鍵領(lǐng)域，這些領(lǐng)域對于廣泛的便攜式醫療應用很重要：

　　低功耗技術(shù);

　　混合信號集成技術(shù);

　　顯示技術(shù);

　　連接技術(shù)。

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

　　超低功耗平臺

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

　　MC9S08Lxx：有低成本入門(mén)級，具有LCD驅動(dòng)模塊和出色功耗的MCU;

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

　　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(mǎn)足醫療設備的復雜性和功能性的裁剪的要求。

　　所有這些設備都具有四個(gè)主要特性，它們是低電壓操作的基礎。

　　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(lái)驅動(dòng)晶振。這種外圍模塊在低功耗模式時(shí)，驅動(dòng)32.768 kHz 晶振 時(shí)，電流消耗少于 500 nA。 當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計，這使最高效的性能和功率損耗達到權衡。多樣的操作模式(運行，低功耗運行，等待，低功耗等待，停止2和停止3) 使一些設備 的功耗低到250nA 那樣的水平，并且也能使醫療應用設備持續高效率的運作。使許多MCU的外圍設備能夠在低功耗運行模式下運行，在低功耗模式下提供適當的功能。靈活時(shí)鐘源

　　由于多種操作模式帶來(lái)的好處，內部時(shí)鐘(ICS)為低功耗方案的外圍提供了提高或降低設備操作頻率的能力。更高的操作頻率導致運行模式下更高的功耗。根據應用的需求，在低頻上運行使功率降低 大約500μA每MHz。ICS使嵌入式開(kāi)發(fā)的設計者能更好地調節M(mǎn)CU的性能來(lái)優(yōu)化功耗。

時(shí)鐘門(mén)控技術(shù)

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

　　使用飛思卡爾方案的葡萄糖檢測儀設計

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

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

　　使用靈活的操作模式和內部時(shí)鐘(ICS)，血糖儀固件可以設計成這樣的情況： 當需要復雜的計算來(lái)進(jìn)行一個(gè)葡萄糖測量時(shí)， 可以提高M(jìn)CU性能來(lái)縮短處理時(shí)間，方便用戶(hù)的使用。

　　最后，時(shí)鐘門(mén)控技術(shù)可以節約額外的功耗。這些技術(shù)的使用可以使一節電池的工作時(shí)間更長(cháng)。它能夠使開(kāi)發(fā)者使用一節更小的電池，這樣一來(lái)就增強了便攜性，方便了用戶(hù)的使用。

　　混合信號集成

　　對一個(gè)葡萄糖儀設計來(lái)說(shuō)最重要的是進(jìn)行葡萄糖測量中電化學(xué)反應中小信號分析的能力。一個(gè)分析步驟是要認識生物傳感器電信號輸出的峰值。利用模擬比較器(ACMP)外設，飛思卡爾的MCU能夠在一個(gè)峰值達到時(shí)候的產(chǎn)生一個(gè)中斷。

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

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

　　在飛思卡爾MCU的片上集成模擬功能，為許多系統節約成本。一個(gè)明顯的好處就是它降低了對外部IC的需求。這樣一來(lái)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(zhù)L系列具有集成LCD驅動(dòng)的8位MCU的發(fā)布，飛思卡爾為便攜式醫療設備提供了理想的顯示功能。在這些設備上的LCD驅動(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(xiàn)(segment)或背線(xiàn)(common)的能力。通過(guò)這種特性，信號布局可以被優(yōu)化，從而使PCB板空間減小。這一特性也可快速適應LCD屏設計的變化，因為硬件的改變可以被軟件升級來(lái)解決。在飛思卡爾的應用筆記(LCD驅動(dòng)說(shuō)明)中記錄了一個(gè)靈活應用LCD驅動(dòng)的例子，用戶(hù)可以在www.freescale.com網(wǎng)站上下載PDF文檔(文檔號 AN3796)

　　其次，利用LCD信號的X8 模式， 新的LCD驅動(dòng)可以用更少引腳驅動(dòng)更多的段碼。通過(guò)這種功能，它僅需使用28個(gè)引腳(8×20) 就可以驅動(dòng)160個(gè)LCD 段碼。在許多同類(lèi)競爭產(chǎn)品上，同樣的功能需要44個(gè)引腳來(lái)實(shí)現。通過(guò)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療設計成為可能。

　　最后，LCD驅動(dòng)有出色的低功耗的表現。低功耗在設計的每個(gè)方面均考慮到。最終結果是當LCD被連接到整個(gè)系統時(shí)，系統的功耗低到僅有1.5μA。這一表現，加上低功耗閃爍模式(當停止模式時(shí)顯示閃爍的能力)使產(chǎn)品開(kāi)發(fā)者能為他們的便攜式醫療設計降低平均70%的功耗 。這將導致顯著(zhù)的電池使用壽命的延長(cháng)，更進(jìn)一步的在最終設備中改變需要的電池類(lèi)型而節約成本。

　　在血糖儀設計中，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(jiǎn)單的LCD屏的定制和快速的LCD GUI開(kāi)發(fā) 。此外，通過(guò)參考“ LCD驅動(dòng)說(shuō)明”參考設計，設計者可以減少他們總的開(kāi)發(fā)時(shí)間。

　　連接

　　從血糖儀到計算機的信息傳輸能力對新的血糖儀的設計者來(lái)說(shuō)是一個(gè)重要的選項。飛思卡爾的MCU集成了許多外設可以提供這類(lèi)連接，例如：SPI，SCI和I2C, 這使得系統時(shí)間的數據傳輸得以實(shí)現。使用SPI，MCU可以容易地連接到ZigBee收發(fā)器來(lái)提供靈活的，低功耗的無(wú)線(xiàn)連接。

　　結論

　　飛思卡爾在低功耗和混合信號集成方面的領(lǐng)先技術(shù)使其開(kāi)發(fā)的MCU成為血糖監測儀應用的關(guān)鍵部件， 血糖監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，混合信號集成，顯示和連接特性使其更有利于妊娠監護市場(chǎng)。

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