Applicazioni e soluzioni per i monitor di glucosio continuo

Nel contesto di una popolazione globale di diabetici in continuo aumento, la gestione del glucosio è diventata fondamentale per migliorare la qualità della vita dei pazienti e prevenire complicazioni. Sebbene le tradizionali misurazioni della glicemia tramite punture al dito siano efficaci, la loro natura intermittente e invasiva spesso non riesce a soddisfare le esigenze di una gestione precisa del glucosio. I sistemi di monitoraggio continuo del glucosio (CGM), come tecnologie avanzate di monitoraggio non invasive o minimamente invasive, consentono un tracciamento in tempo reale delle fluttuazioni del glucosio. Essi forniscono ai pazienti e ai professionisti sanitari dati completi sulle tendenze del glucosio, ottimizzando così la terapia insulinica e riducendo i rischi di ipoglicemia e iperglicemia. Questo articolo esamina le sfide poste dal diabete nella società moderna, i vantaggi tecnologici e gli scenari di applicazione dei sistemi CGM, e le soluzioni correlate offerte da onsemi.

Il diabete è diventato un problema di salute globale

Il diabete è una malattia comune tra le popolazioni moderne ed è emerso come una preoccupazione globale per la salute. Porta a numerose complicazioni, come malattie cardiovascolari, nefropatia e retinopatia, imponendo un grave peso sulla salute pubblica. Il diabete può essere classificato in tre principali tipi: Diabete di Tipo 1 (T1D), Diabete di Tipo 2 (T2D) e Diabete Mellito Gestazionale (GDM). Tra questi, il T2D è il più prevalente ed è associato a abitudini alimentari poco salutari, mancanza di esercizio fisico, obesità e fattori genetici. Il T1D, invece, è un disturbo autoimmune che colpisce principalmente i più giovani. Il GDM è caratterizzato da un'intolleranza al glucosio diagnosticata per la prima volta durante la gravidanza, tipicamente nel secondo trimestre (tra la 24ª e la 28ª settimana). Sebbene alcune donne possano tornare a livelli normali di glucosio dopo il parto, il GDM può aumentare i rischi per la salute sia della madre che del bambino e accrescere la probabilità di sviluppare il T2D in futuro.

Il T1D è una condizione autoimmune in cui il sistema immunitario attacca le cellule β pancreatiche, provocando una completa perdita della produzione di insulina. I pazienti necessitano di una terapia insulinica a vita per mantenere stabili i livelli di glucosio nel sangue. Il T1D si manifesta spesso nei bambini o negli adolescenti (sebbene anche gli adulti possano esserne colpiti), con sintomi che emergono rapidamente, tra cui minzione frequente, sete, perdita di peso e affaticamento. Poiché non può essere gestito solo attraverso dieta o esercizio fisico, le iniezioni di insulina sono essenziali. Il T2D, invece, deriva da fattori come obesità, cattiva alimentazione, stile di vita sedentario, storia familiare e alto stress, rendendo possibile la gestione attraverso modificazioni dello stile di vita o farmaci.

La gestione del T1D comporta la terapia insulinica (iniezioni sottocutanee o pompe di insulina), il monitoraggio continuo della glicemia (CGM) o il controllo della glicemia, la gestione dietetica (conteggio dei carboidrati) e l'esercizio fisico regolare (con adattamenti alla dose di insulina).

Il diabete è un problema di salute globale in crescita. Sebbene il T1D rappresenti una proporzione minore di casi, il suo impatto sui pazienti è profondo. I progressi nella terapia insulinica, nel monitoraggio della glicemia e nella tecnologia hanno gradualmente migliorato la qualità della vita dei pazienti con T1D, e le scoperte future potrebbero offrire trattamenti ancora più avanzati o misure preventive.

Poiché il T1D colpisce principalmente bambini e adolescenti, i giovani pazienti devono affrontare le sfide, le difficoltà e l'impatto emotivo della malattia. La paura dell'ignoto può causare una notevole ansia sia nei pazienti che nelle loro famiglie.

I monitor glicemici continui forniscono letture della glicemia in tempo reale

Sebbene la causa esatta del diabete di tipo 1 (T1D) rimanga poco chiara, si tratta di una condizione in cui il corpo non è in grado di produrre insulina, un ormone vitale per la sopravvivenza. Durante la digestione, i carboidrati vengono scomposti in molecole di zucchero, ma senza insulina queste molecole non possono essere assorbite. L'insulina trasferisce lo zucchero (glucosio) dal flusso sanguigno alle cellule per produrre energia. Il glucosio in eccesso nel sangue, solitamente superiore a 200 mg/dL, porta all'iperglicemia. Se non gestita, l'iperglicemia può causare complicazioni potenzialmente letali come insufficienza renale, danni ai nervi, perdita della vista o malattie cardiache.

Al contrario, fattori come l'attività fisica possono ridurre i livelli di glucosio nel sangue. Livelli di glucosio anormalmente bassi (di solito inferiori a 70 mg/dL) sono chiamati ipoglicemia, che può portare ad aritmie, arresto cardiaco, insufficienza degli organi, coma o persino morte.

Immagina un bambino di otto anni con il T1D - magari intento a mangiare e giocare energicamente - che frequenta la scuola senza che la sua famiglia sia consapevole della sua condizione. Il bambino e il personale scolastico, ignari di come gestire questa malattia cronica, si troverebbero ad affrontare un'incredibile ansia.

I sistemi CGM sono dispositivi indossabili dotati di sensori che forniscono letture continue del glucosio e consentono il monitoraggio remoto. Questi dispositivi permettono ai genitori di controllare in tempo reale i livelli di glucosio del proprio bambino, offrendo tranquillità indipendentemente dall’ambiente in cui si trova il bambino, di giorno o di notte. Inoltre, i bambini ritrovano la libertà dell'infanzia senza la necessità di effettuare frequenti punture alle dita utilizzando i vecchi misuratori di glucosio nel sangue (BGM). In media, una persona controlla i propri livelli di glucosio da 3 a 8 volte al giorno (a seconda dell’assunzione di carboidrati), il che equivale a 2.352 punture annuali alle dita - un numero importante per dita così piccole.

Nel 2021, 537 milioni di persone tra i 20 e i 79 anni nel mondo sono state diagnosticate con il T1D. Entro il 2030, questo numero è previsto salire a 643 milioni. Questo evidenzia la necessità fondamentale che i produttori di dispositivi medici abbiano accesso alle soluzioni più avanzate e affidabili.

Soluzioni avanzate per il monitoraggio continuo della glicemia

Per migliorare la vita dei bambini con diabete, onsemi fornisce ai produttori di dispositivi medici soluzioni complete di sistemi microelettronici per dispositivi CGM, consentendo ai bambini diabetici di vivere in modo più felice, più a lungo e più soddisfacente - liberi dalla paura dell'ignoto.

La piattaforma Treo di onsemi supporta dispositivi analogici e mixed-signal di nuova generazione, inclusi soluzioni CGM all'avanguardia. La piattaforma Treo presenta un'architettura modulare che accelera lo sviluppo della gestione intelligente dell'energia, delle interfacce per sensori e delle soluzioni di comunicazione.

Il sensore elettrochimico AFE di onsemi - il CEM102 - è un front-end analogico (AFE) progettato specificamente per il monitoraggio continuo del glucosio (CGM) a ultra-basso consumo energetico e applicazioni simili che richiedono misurazioni amperometriche di correnti estremamente basse. Il suo piccolo formato e il basso consumo energetico consentono una maggiore miniaturizzazione delle applicazioni finali e una durata prolungata della batteria. Il CEM102 è progettato per funzionare con l'RSL15 di onsemi (un MCU wireless Bluetooth® 5.2 sicuro), offrendo ulteriori vantaggi a livello di sistema come il consumo energetico ottimizzato e la tensione operativa. Questo include il funzionamento su un ampio intervallo di tensioni di alimentazione da 1,3 a 3,6 V, utilizzando tipicamente una singola batteria a ossido d'argento da 1,5 V o una batteria a bottone da 3 V.

Il CEM102 è una soluzione di misurazione elettrochimica completamente a 2 canali (CEM102 + RSL15) che supporta 1, 2, 3 o 4 elettrodi, con un consumo di corrente del sistema ultra-basso, un ADC integrato ad alta risoluzione, diversi DAC per impostazioni di bias e un sistema calibrato in fabbrica. Inoltre, offre il supporto per rilevare condizioni anomale dei sensori e per il risveglio del processore host. Le sue ridotte dimensioni lo rendono ideale per applicazioni come CGM, dispositivi IoT sensori e indossabili.

Per accelerare lo sviluppo del prodotto, onsemi offre anche la scheda di valutazione CEM102 - CEM102-EVB. Questa scheda funge da kit di sviluppo software per valutare le prestazioni e la funzionalità del CEM102, oltre che per sviluppare, dimostrare e debug delle applicazioni software per il dispositivo. Oltre al CEM102, include il RSL15 e codice di esempio per configurare e effettuare misurazioni, agevolando un avvio rapido dello sviluppo di sistemi e firmware.

Il CEM102-EVB è una soluzione completa di misurazione elettrochimica a 2 canali, che consente una diagnostica autonoma flessibile, calibrazione e test di produzione (con PCB del cliente). Supporta l'automisurazione della tensione di polarizzazione dell'elettrodo e delle deviazioni del circuito di calibrazione, dispone di un amplificatore TIA con circuiti di retroazione interni ed esterni, definendo l'accuratezza di misurazione, la linearità e il range dinamico. Include modalità di conservazione e lavoro a basso consumo energetico con misurazioni del consumo di energia per ciascuna modalità.

MCU wireless progettato per dispositivi intelligenti connessi in applicazioni industriali e medicali

Il RSL15 di onsemi è un MCU wireless BLE 5.2 ultra-low-power e sicuro basato sul processore Arm® Cortex®-M33, progettato per dispositivi smart connessi in applicazioni industriali e mediche. L'RSL15 presenta una gestione dell'energia integrata, un ampio intervallo di tensione di alimentazione, schemi GPIO e di clock flessibili, e un set completo di periferiche, offrendo la massima flessibilità di progettazione per applicazioni ad alte prestazioni e ultra-low-power. L'RSL15 include 80 kB di RAM e offre opzioni di memoria flash da 284 kB o 512 kB.

RSL15 è fornito con un kit di sviluppo software (SDK) completo e facile da usare, che include driver, librerie, codice di esempio, strumenti di sviluppo e applicazioni mobili (RSL Central per iOS® e Android™, e RSL FOTA per iOS e Android). Gli ambienti di sviluppo supportati includono l'IDE di onsemi, Keil μVision® e IAR Embedded Workbench®.

L'RSL15 è adatto per applicazioni come l'automazione industriale e il sensing, sensori medici connessi, dispositivi indossabili, tracciamento degli asset, etichette elettroniche e controllo degli accessi, etichette elettroniche, data logger, elettrodomestici intelligenti e interruttori a raccolta di energia.

Il RSL15 offre anche una scheda di valutazione/sviluppo (EVB) - la RSL15-EVB - progettata per essere utilizzata con l'SDK RSL15 per valutare le prestazioni e la funzionalità del dispositivo, oltre a sviluppare, dimostrare e debuggare applicazioni software.

Conclusione

Il progresso dei sistemi di Monitoraggio Continuo della Glicemia (CGM) ha rivoluzionato la gestione del diabete, consentendo ai pazienti di monitorare i livelli di glucosio in tempo reale, ottimizzare la terapia insulinica e ridurre i rischi di complicazioni acute e croniche. Con i continui miglioramenti nella tecnologia di sensori, nell'intelligenza artificiale e nella comunicazione wireless, i CGM stanno diventando sempre più precisi, pratici e capaci di integrare i dati senza interruzioni, aprendo la strada a soluzioni sanitarie personalizzate e intelligenti. Con il progresso della tecnologia e la crescente adozione sul mercato, i CGM sono destinati a diventare lo strumento standard per la gestione del diabete. Le soluzioni di onsemi giocheranno un ruolo fondamentale nell'accelerare lo sviluppo dei prodotti CGM, promuovendo un futuro più sano e sicuro per i pazienti diabetici di tutto il mondo.