Applicazioni e soluzioni per monitor continui del glucosio

Nell'ambito di una popolazione diabetica globale in continua crescita, la gestione del glucosio è diventata fondamentale per migliorare la qualità della vita dei pazienti e prevenire complicazioni. Sebbene le tradizionali misurazioni della glicemia con puntura 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 il monitoraggio in tempo reale delle fluttuazioni del glucosio. Forniscono a pazienti e professionisti sanitari dati completi sulle tendenze del glucosio, ottimizzando così la terapia insulinica e riducendo i rischi di ipoglicemia e iperglicemia. Questo articolo esplora le sfide poste dal diabete nella società moderna, i vantaggi tecnologici e gli scenari applicativi 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 sanitaria globale. Porta a numerose complicazioni, come malattie cardiovascolari, nefropatia e retinopatia, imponendo un pesante onere sulla salute pubblica. Il diabete può essere categorizzato in tre tipi principali: Diabete di Tipo 1 (T1D), Diabete di Tipo 2 (T2D) e Diabete Gestazionale Mellito (GDM). Tra questi, il T2D è il più prevalente ed è associato a abitudini alimentari malsane, mancanza di esercizio, obesità e fattori genetici. Il T1D, d'altra parte, è un disturbo autoimmune che colpisce principalmente i giovani. Il GDM è caratterizzato da intolleranza al glucosio, diagnosticata per la prima volta durante la gravidanza, tipicamente nel secondo trimestre (settimane 24-28). Sebbene alcune donne possano tornare a livelli di glucosio normali dopo il parto, il GDM può aumentare i rischi per la salute sia per la madre che per il bambino e elevare la probabilità di sviluppare il T2D in futuro.

Il T1D è una condizione autoimmune in cui il sistema immunitario attacca le cellule β pancreatiche, portando a una completa perdita della produzione di insulina. I pazienti necessitano di una terapia insulinica per tutta la vita per mantenere stabili i livelli di glucosio nel sangue. Il T1D si manifesta spesso nei bambini o negli adolescenti (anche se può colpire gli adulti), con sintomi che appaiono rapidamente, tra cui minzione frequente, sete, perdita di peso e affaticamento. Poiché non può essere gestito solo tramite 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 stress elevato, il che lo rende gestibile attraverso cambiamenti nello stile di vita o farmaci.

La gestione del T1D coinvolge la terapia insulinica (iniezioni sottocutanee o pompe insuliniche), il monitoraggio continuo della glicemia (CGM) o il test della glicemia, la gestione alimentare (conteggio dei carboidrati) e l'esercizio fisico regolare (con aggiustamenti del dosaggio di insulina).

Il diabete è un problema sanitario globale in crescita. Sebbene il T1D rappresenti una percentuale minore dei casi, il suo impatto sui pazienti è profondo. I progressi nella terapia insulinica, nel monitoraggio del glucosio e nella tecnologia hanno migliorato gradualmente la qualità della vita dei pazienti con T1D e futuri progressi potrebbero offrire trattamenti o misure preventive ancora più avanzate.

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

I monitor glicemici continui forniscono letture del glucosio in tempo reale

Sebbene la causa esatta del T1D rimanga poco chiara, si tratta di una condizione in cui il corpo non riesce a 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 sposta lo zucchero (glucosio) dal flusso sanguigno nelle cellule per ottenere energia. L'eccesso di glucosio nel sangue, tipicamente 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 abbassare i livelli di glucosio nel sangue. Livelli di glucosio anormalmente bassi (solitamente inferiori a 70 mg/dL) sono definiti ipoglicemia, che può portare ad aritmie, arresto cardiaco, insufficienza d'organo, coma o addirittura morte.

Immagina un bambino di otto anni con T1D - forse che mangia e gioca vigorosamente - 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'enorme ansia.

I sistemi CGM sono dispositivi indossabili basati su sensori che forniscono letture continue del glucosio e consentono il monitoraggio remoto. Questi dispositivi permettono ai genitori di monitorare in tempo reale i livelli di glucosio del bambino, offrendo tranquillità indipendentemente dall'ambiente del bambino, giorno o notte. Inoltre, i bambini riacquistano la libertà dell'infanzia senza la necessità di frequenti punture alle dita usando i vecchi misuratori di glucosio nel sangue (BGM). In media, una persona testa i livelli di glucosio da 3 a 8 volte al giorno (a seconda dell'assunzione di carboidrati), arrivando a 2.352 punture alle dita all'anno - un numero scoraggiante per le piccole dita.

Nel 2021, 537 milioni di persone di età compresa tra i 20 e i 79 anni in tutto il mondo sono state diagnosticate con T1D. Entro il 2030, questo numero è previsto aumentare a 643 milioni. Ciò sottolinea la necessità critica per i produttori medici di avere accesso alle soluzioni più avanzate e affidabili.

Soluzioni avanzate per il monitoraggio continuo del glucosio

Per migliorare la vita dei bambini con diabete, onsemi fornisce ai produttori di dispositivi medici soluzioni complete di sistemi microelettronici per dispositivi CGM, permettendo ai bambini diabetici di vivere una vita più felice, più lunga e più appagante, libera dalla paura dell'ignoto.

La piattaforma Treo di onsemi supporta dispositivi analogici e misto-segnale di nuova generazione, inclusi soluzioni CGM all'avanguardia. La piattaforma Treo presenta un'architettura modulare che accelera lo sviluppo di gestione intelligente dell'energia, interfacce sensoriali e 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 per applicazioni simili che richiedono misurazioni amperometriche di correnti estremamente basse. Il suo piccolo formato e il basso consumo energetico consentono una ulteriore miniaturizzazione delle applicazioni finali e una durata della batteria prolungata. 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 consumo energetico ottimizzato e tensione operativa. Ciò include il funzionamento su un'ampia gamma di tensioni di alimentazione da 1,3 a 3,6 V, utilizzando tipicamente una singola batteria all'ossido d'argento da 1,5 V o una cella a moneta da 3 V.

Il CEM102 è una soluzione di misurazione elettrochimica a 2 canali completa (CEM102 + RSL15) che supporta 1, 2, 3 o 4 elettrodi, con un consumo di corrente del sistema ultra-basso, un ADC ad alta risoluzione integrato, diversi DAC per impostazioni bias e sistema calibrato in fabbrica, e supporto per il rilevamento di condizioni anomale dei sensori e il riattivamento del processore host. La sua piccola impronta lo rende ideale per applicazioni come CGMs, dispositivi sensori IoT e indossabili.

Per accelerare lo sviluppo dei prodotti, 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, nonché per sviluppare, dimostrare e eseguire il debug delle applicazioni software per il dispositivo. Oltre al CEM102, include il RSL15 e il codice di esempio per l'installazione e l'esecuzione delle misurazioni, facilitando un avvio rapido dello sviluppo di sistemi e firmware.

Il CEM102-EVB è una soluzione completa di misurazione elettrochimica a 2 canali, che consente flessibili autodiagnostiche, calibrazione e test di produzione (con PCB del cliente). Supporta l'automisurazione della tensione di polarizzazione dell'elettrodo e le deviazioni del circuito di calibrazione, dispone di un amplificatore TIA con circuiti di feedback interni ed esterni, impostazione della precisione di misura, linearità e gamma dinamica, e include modalità di memorizzazione e lavoro a basso consumo energetico con misurazioni del consumo di energia per ciascuna.

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

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'alimentazione integrata, un'ampia gamma di tensioni di alimentazione, schemi flessibili di GPIO e di clocking, e un vasto set di periferiche, offrendo la massima flessibilità di design per applicazioni ad alte prestazioni e ultra-low-power. L'RSL15 include 80 kB di RAM e offre opzioni di memoria flash di 284 kB o 512 kB.

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

Il RSL15 è adatto per applicazioni come automazione industriale e rilevamento, sensori medici connessi, dispositivi indossabili, tracciamento degli asset, etichette elettroniche e controllo degli accessi, etichette elettroniche, registratori di dati, elettrodomestici intelligenti e interruttori che accumulano energia.

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

Conclusione

Il progresso dei sistemi di Monitoraggio Continuo del Glucosio (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 complicanze acute e croniche. Con i continui miglioramenti nella tecnologia di rilevamento, nell'intelligenza artificiale e nella comunicazione wireless, i CGM stanno diventando più precisi, convenienti e capaci di un'integrazione dei dati senza interruzioni, aprendo la strada a soluzioni sanitarie personalizzate più intelligenti. Con il progresso della tecnologia e l'aumento dell'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 in tutto il mondo.