סכרת הריון הטכנולוגיה יכולה לעזור להפחית סיבוכים

Yan Vainter, Freescale

ההתקדמות של פריסקייל בתחום הטכנולוגיה בעוצמות נמוכות ושילוב של אותות מעורבים הובילה ליצירת מיקרובקרים מורכבים יותר שמציגים תכונות מפתח שימושיות ביישומי מעקב אחר הריון, כולל אלו שמיועדים לסכרת הריון. פריסקייל מספקת את הטכנולוגיה המשופרת לה נזקקים עבור יצירת פתרונות מערכות רפואיות מהדור הבא, בכל התחומים החשובים ליישומים רפואיים – עוצמה נמוכה, שילוב אותות מעורבים, תצוגה וקישוריות.

סכרת הריון

נשים בהריון שאינן סובלות מסכרת עדיין יכולות לפתח רמות גבוהות של סוכר בדם (גלוקוזה) במהלך ההריון. תופעה זו מכונה סכרת הריון, והיא משפיעה על אחד עד שלושה אחוזים מבין כלל הנשים בהריון. בעקרון, הייצור המוגבר של הורמונים במהלך ההריון יכול להוביל להתנגדות הגוף לאינסולין, וזה אומר שלמעשה האינסולין אינו יכול להוריד באופן יעיל את רמות סוכר הדם. הפרעה זו גורמת לגוף ליצור יותר אינסולין כפיצוי, וזה יכול להוביל לסכרת הריון. ויותר מכך, למרות שכל אשה יכולה לפתח סכרת הריון, חלקן נמצאות בסיכון גבוה יותר מאחרות, כולל:

נשים מעל גיל 25

נשים עם היסטוריית סכרת במשפחה, או כאלו שסבלו מסכרת הריון בהריונות קודמים

נשים שילדו בלידה הקודמת תינוק שמשקלו יותר מ-4 ק”ג, או כאלו שחוו לידת ולד מת ללא הסבר

נשים שסבלו ממשקל יתר לפני תחילת ההריון

בנוסף, מסיבות שאינן ברורות, נשים היספאניות, אינדיאניות, אסיאתיות ושחורות נוטות יותר לפתח סכרת הריון מנשים אחרות. במקרה של נשים שכבר סובלות מסכרת יש צורך בבקרת סוכר דם צמודה  לפני ההתעברות ובמהלך ההריון כולו, וזה חיוני לא רק כדי לשמור על בריאות האמא, אלא גם בריאות התינוק שבדרך.

אם לא שולטים היטב ברמות הסוכר בדם במהלך סכרת הריון, סוכר הדם העודף חודר דרך השליה ומעלה את רמות סוכר הדם של התינוק. זה יכול לגרום להגדלת רמות השומן שלו ולהוביל לגדלות איברים (מקרוסומיה, תינוק ששוקל יותר מ-4.5 ק”ג בעת הלידה). תינוקות שסובלים מגדלות אברים עומדים בפני בעיות רפואיות משלהם, כולל הגדלת הסיכון לבעיות נשימה, השמנת ילדות, פיתוח סכרת מסוג 2 ואפילו לפציעות פיזיות בזמן הלידה.

מכל הסיבות הללו, בחינה מדויקת של סוכר בדם לפני ההריון או בשלביו המוקדמים הינה חשובה מאוד לצורך איתור וטיפול מוקדם בסכרת הריון, בעיקר בגלל העובדה שרוב הנשים לא יציגו תסמינים מוקדמים שבדרך כלל מיוחסים לסכרת (צמא מוגזמת והשתנה מוגברת).

אבחון ראשוני יכול לכלול בדיקת סבילות לסוכר אורלית. בדיקה זו בדרך כלל מבוצעת בסביבה קלינית ודורשת שהנבדקת תשתה פתרון גלוקוזה, שלאחריה מבוצע ניטור אחר רמות הסוכר בדם בהפסקות מסוימות. עם זאת, המעקב הרציף והמתמיד אחר סכרת, לאחר שבוצעה האבחנה הראשונה, בדרך כלל מבוצעת בנוחות בבית, ומכאן הצורך במכשירי בדיקה ביתיים מדויקים.

טכנולוגיית המיקרו בקרים המתקדמת של פריסקייל, עם העוצמה הנמוכה, שילוב האותות המעורבים וכן ממשקי התצוגה והקישוריות, מאפשרת לתכנן התקנים קטנים וקלים לשימוש שמהווים פתרונות אידיאליים לצורך ביצוע מעקב ביתי אחר סוכר בדם.

פתרונות העוצמה הנמוכה המשולבים של פריסקייל

באמצעות שילוב של פלטפורמות עוצמה נמוכה מאוד עם התקנים אנלוגיים ברמת דיוק גבוהה, פרסיקייל ביצעה צעד גדול קדימה ליצירת פתרונות מערכת כוללים למיכון רבות מבין הפונקציות היישומיות עבר שוק פיתוח המוצרים למעקב אחר הריון. המיקרובקרים של פריסקייל יכולים לאפשר תועלות עלות משמעותיות לתכנון מודדי סוכר, וכך לספק את התועלת בבדיקת רמות סוכר עבור יותר נשים שעומדות להיות אמהות.

יש כמה תחומי התמקדות שחשובים עבור מגוון רחב של יישומים רפואיים ניידים:

צריכת חשמל נמוכה

שילוב של אותות מעורבים

טכנולוגיית תצוגה

קישוריות

פריסקייל מספקת את ההתקדמות הנדרשת כדי לאפשר ללקוחות בשוק הרפואי למטב את מוצריהם עבור כל אחד מהתחומים הללו.

פלטפורמת כוח נמוך במיוחד

המיקרובקרים  של פריסקייל משתמשים בטכנולוגיה חדשנית כדי להשיג את צריכה הכוח הנמוכה ביותר באופן אבסולוטי עבור יישומים כמו התקנים רפואיים ניידים. ביצועי הצריכה הנמוכה של כל אחד מהמיקרומבקרים הבאים ממצבת אותם כמיטביים לשימוש בהתקנים רפואיים ניידים.

  : מיקרובקר ברמת הכניסה עם יחס עלות/תועלת גבוה עם התקן לתצוגת LCD וצריכת כוח מצוינת

  : צריכת הכוח הטובה מסוגה לפיתוח חיישנים ועם ביצועי עיבוד בינוניים במחיר נהדר

: ביצועים מצוינים ומאפייני צריכת כוח נמוכה. תאימות פינים מלאה עם בקרי 9

S08QE ממצבת אותו כמיטיבי ליצירת התקנים רפואיים שניתנים להתאמה מבחינת מורכבות ותפקודיות.

כל ההתקנים הללו מכילים ארבעה מאפיינים עיקריים שהם הבסיס לפעולה בצריכת כוח נמוכה.

מתנד קריסטלי בכוח נמוך

המתנד הקריסטלי ממוטב להנעת קריסטלים בצריכת כוח נמוכה עם אפשרויות למצבי הוספת כוח ברמה גבוהה או נמוכה. התקן היקפי זה צורך פחות מ-500 ננו-אמפר עבור קריסטל בתדר 32.768 קילו הרץ במצבי כוח נמוך. עם המתנד הקריסטלי בכוח נמוך ניתן לשמור על זמן מדויק בעוד המיקרובקר נמצא במצב כוח של המתנה (מצב עצירה).

מצבי הפעולה

המיקרו בקרים, היעילים מבחינת צריכת אנרגיה, מציעים מספר מצבי עבודה, כשכל אחד מיועד לרמה מסוימת של תפקודיות כדי לאפשר את חלופות צריכת הכוח/ביצועים היעילות ביותר. מצבי הפעולה (הרצה, LPRun, המתנה, LPWait, עצירה2 ועצירה 3) תומכים בצריכת כוח נמוכה במיוחד, עד רמה של 250 ננו אמפר עבור התקנים מסוימים, ומאפשרים ליישומים רפואיים לפעול באופן רציף ביעילות צריכת אנרגיה הגבוהה ביותר. מצבי הפעולה מאפשרים לרבים מבין התקני המיקרובקרים לפעול במצב ריצה בצריכת כוח נמוכה כדי לספק את תערובת התפקודיות הנכונה במצב כוח נמוך.

מקור שעון גמיש

תוך התייחסות לתועלות המסופקות עם מצבי הפעולה, התקן השעון הפנימי בפתרונות היעילים מבחינת צריכת אנרגיה מספקים את האפשרות להעלות או להוריד את תדר העבודה של ההתקן. תדרי עבודה גבוהים יותר מובילים לצריכת כוח בזמן ריצה גבוהה יותר. בתלות בדרישות היישום, פעולה בתדר עבודה נמוך יותר תאפשר להפחת הכוח ברמה של 83 מיקרו אמפר לכל מגה הרץ. השעון הפנימי יאפשר למפתחי התקנים משובצים לכוונן את ביצועי המיקרובקר בכדי למטב את צריכת הכוח.

שיעור שעון

בכדי להפחית עוד יותר את צריכת הכוח בזמן ריצה, כל אחד מההתקנים בפלטפורמת הכוח הנמוך נהנה מהיכולת לעבוד עם שיעור שעון (ClockGating). שיעור שעון היא שיטה לסגירת אות השעון שמנותב להתקן. למרות ששיעור שעון עבור התקן יחיד מפחית את צריכת הכוח בכמה עשרות מיקרו אמפר, בעת שמגיעים לרמת הכוח הנמוכה ביותר שאפשר, חשוב מאוד להפחית את כל המעקבים הפנימיים ואותות השעון שאין בהם צורך. בעת מדידה בזמן כשמבטלים את השעונים עבור כל ההתקנים התברר שצריכת הכוח בזמן ריצה הופחתה כמעט בשליש.

יישום מדידת סוכר המשתמש בפתרונות של פריסקייל

המאפיינים המתוארים בפרק הקודם, כשהם באים לידי שימוש ביחד, יכולים למטב תכנון של התקן רפואי נייד כמו מד סוכר בדם, בכדי להשיג פעולה יעילה יותר מבחינת צריכת אנרגיה.

המתנד בכוח נמוך משמש כדי לספק צריכת כוח נמוכה בזמן המתנה תוך שמירה על זמן מדויק. זה מאפשר למד הסוכר בדם לשמור על רשומות מדויקות של מדידת רמות סוכר בדם לצורך מעקב היסטורי.

קושחת מד הסוכר בדם, תוך שימוש במצבי הפעולה הגמישים והשעון הפנימי, ניתנת לתכנון כך שבמהלך החישובים המורכבים הנדרשים להפקת מדידות הסוכר בדם, ביצועי המיקרובקר ניתנים להגברה בכדי לקצר את הזמן הנדרש לתהליך, וכך לשפר את חוויית המשתמש.

ולסיום, חסכונות נוספים בצריכת הכוח ניתנים להשגה עם טכנולוגיית שיעור השעון. השימוש בכל טכניקות הכוח הנמוך ביחד יאפשר למד לתפקד הרבה יותר זמן על מטען סוללה יחיד, והוא יאפשר למפתחים להשתמש בסוללה קטנה יותר וכך לספק ניידות גבוהה יותר וחוויית משתמש טובה יותר.

שילוב אותות מעורבים

אחד הדברים החיוניים לתכנון מד סוכר בדם הוא היכולת לבצע ניתוח אותות קטנים הנוצרים מתגובות אלקטרו-כימיות הנגרמות בגלל בדיקת הסוכר. אחד השלבים של הניתוח הוא זיהוי שיא התפוקה של החיישן הביולוגי האלקטרוני. המיקרובקר של פריסקייל , תוך שימוש במשווה האנלוגי (ACMP), ניתן להגדרה כך שהוא יפעיל פסיקה ברגע ההגעה לשיא.

השלב הבא דורש המרות מדויקות מאות אנלוגי לדיגיטלי של תפוקת רצועת מדידת הסוכר. רבים מבין ההתקנים של פריסקייל מכילים ממיר אנלוגי-לדיגיטלי (ADC) עשיר בתכונות ברוחב 12 סיביות שמאפשר את המדידות הללו. לממיר האנלוגי-דיגיטלי יש מאפיינים, כגון השוואה אוטומטית והגדרות זמן המרה גמישות, שהינם מיטביים לסוג הניתוח הזה.

ולסיום, המעבד (8 סיביות או 32 סיביות) משמש לניתוחים מתמטיים. התגובה הכימית בין הדגימה (הדם) ורצועת מדידת הסוכר מפיק אות ליניארי דועך שעובר עיבוד תוך מספר שניות. בזמן הזה המעבד מבצע מספר סינונים של אותות הכניסה באמצעות שגרות מציאת ממוצע או סינון ה-IIR המורכב יותר. הממוצע נמדד במספר נקודות לאורך האות הליניארי הדועך, ובעזרת נקודות אלו מחשבים את השיפוע של הדעיכה הליניארית. השיפוע הזה יתואם ישירות לערך מסוים לקביעת רמת הסוכר בדם.

שילוב התפקודיות האנלוגית בשבב במיקרובקר של פריסקייל מספק תועלות עלות מערכת רבות. התועלת הברורה מכל היא הקטנת הצורך בשעון חיצוני, וכך לאפשר את הקטנת עלות החומרים וכן את השטח הנדרש על הלוח. אבל השילוב הזה בשבב מציע גם אפשרויות איתור מתח נמוך וכן קביעת מתחי ייחוס לפערים אנרגטיים, מה שמאפשר להקטין עוד יותר את העלות הכוללת.

יכולות תצוגה

עם השקת משפחת ה-L של בקרי ה-8 סיביות, עם התקני ה-LCD המוכללים, פריסקייל מאפשרת תפקודיות תצוגה מיטבית עבור התקנים רפואיים ניידים. רכיב ה-LCD בהתקנים אלו כולל מאפייני מפתח שיקטינו עלויות ויספקו יותר תפקודיות עבור מדי סוכר.

בתור התחלה הוסיפה פריסקייל את היכולת להקצות תפקודיות משטח חזית (מקטעים) או לוח אם (שכיח) בכל אחד מהפינים של המיקרובקר. עם התכונה הזו, תבנית האותות יכולה להיות ממוטבת כך שהשטח על המעגל המודפס ניתן להקטנה. תכונה זו גם מאפשרת שינויים מהירים בתכנון של זכוכית ה-LCD מכיוון ששינויי החומרה ניתנים לטיפול באמצעות עדכון תוכנה. דוגמה מצוינת לכך הוא התקן LCD גמיש המתואר בהערות היישום של פריסקייל, תצורת התקן  (LCDDriverSpecification), שניתן להורדה כקובץ PDF מאתר החברה(מסמך מספר AN3796).

שנית, ארכיטקטורת התקן ה-LCD מתוכננת לספק את הביצועים היעילים ביותר מבחינת צריכת אנרגיה. כוח נמוך הובא בחשבון בכל היבט של תכנון הדגם. התוצאה הסופית היא היכולת לספק את זכוכית LCD עם צריכת מערכת כוללת של 1.5 מיקרו אמפר כשזכוכית הל-LCD מחוברת. ביצועים אלו, יחד עם מצב “המצמוץ” בצריכת כוח נמוכה (היכולת להבזיק את התצוגה במצב עצירה), מאפשרים למפתחי מוצר להוריד את צריכת הכוח הממוצעת כמעט ב-70% עבור תכנוני ההתקנים הרפואיים שלהם. זה יוביל לחיי סוללה ארוכים יותר באופן משמעותי ולהקטנה נוספת של העלויות בסוגי הסוללות הנדרשות עובר מוצר הקצה.

בתכנונים של מדי סוכר בדם התצוגה הוויזואלית הינה הכרחית עבור החולים שצריכים לקרוא את תוצאות המדידה. עם משפחת S08L של פריסקייל, ניתן להשיג תפקודיות LCD וצריכת כוח מיטבית עם התקן יחיד. פריסקייל מספקת בנוסף שגרות תוכנה שמאפשרות התאמה אישית קלה ופיתוח ממשק משתמש מהיר ל-LCD. בנוסף, היוועצות בהערות היישום של פרסיקייל, יכולה לעזור למתכננים לקצר את זמן הפיתוח הכולל שלהם.

קישוריות

היכולת להעביר מידע ממד הסוכר בדם למחשב לצורך ניתוח היא אפשרות חשובה עבור תכונני מדים חדשים. המיקרובקרים של פריסקייל משלבים התקני מפתח שחיוניים לאספקת יכולת הקישוריות הזו, כגון

SPI, SCI ו-I2C, שמאפשרים העברת מידע בתוך מערכות. על ידי שימוש ב-SPI, המיקרובקר יכול להתחבר בקלות למקלט-משדר  כדי לספק קישוריות אלחוטית גמישה עם צריכת כוח נמוכה.

מסקנות

ההתקדמות של פריסקייל בתחומי הכוח הנמוך ושילוב האותות המעורבים הוביל לפיתוח מיקרובקרים שמציעים מרכיבי מפתח ליישומי מעקב אחרי רמות סוכר בדם, במהלך האבחנה והטיפול בסכרת הריון. למרות שההתקנים הנוכחיים של פריסקייל מספקים תועלות רבות, החברה מקדישה רבות לשפר עוד יותר את צריכת הכוח נמוך, את שילוב האותות המעורבים, וכן את תכונות התצוגה והקישוריות בכדי להביא תועלת רבה יותר לשוק המעקב אחר הריון.