妊娠期糖尿病帮助减少并发症的技术

妊娠期糖尿病帮助减少并发症的技术

飞思卡尔在低功耗和混合信号方面的先进技术导致出现更为灵活的微控制器(MCU)，这些微控制器有许多关键的外围设备，可用来进行妊娠期监护的应用，包括妊娠糖尿病的监护。在所有对于医疗应用重要的领域—低压，混合信号物理集成，显示和连接—飞思卡尔提供了下一代医疗系统方案所需要的强大的技术。

　　妊娠期糖尿病

　　非糖尿病患者的孕妇仍然会在怀孕期间有较高的血糖(葡萄糖)水平 。这被称为妊娠期糖尿病，它会对1%~3%的孕妇有影响。基本上，怀孕期间的妇女荷尔蒙的产生会增加，从而导致胰岛素抵抗，这意味着胰岛素不能有效地降低血糖水平，这迫使身体里产生更多的胰岛素来进行补偿，从而导致了妊娠期糖尿病。

　　此外，尽管任何妇女都可能患上妊娠期糖尿病，有一些人会比另一些人更易患上妊娠期糖尿病，这些人包括那些：

　　● 年龄大于25岁;

　　● 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;

　　● 已经生育过一个超过9磅重的婴儿或经历过一次不明原因死胎的;

　　● 在怀孕前体重过重的。

　　此外，由于不明的原因，西班牙人，印第安人，亚洲人和黑人妇女比其他妇女更容易患上妊娠期糖尿病。对那些已经患有糖尿病的妇女，受精前和怀孕期间良好的血糖控制不仅对于妇女本身，对胎儿的健康也是至关重要的。

　　在妊娠怀孕期间，如果血糖水平不能很好的受到控制，过多的血糖会通过胎盘抬高胎儿的血糖水平。这会使得胎儿的体格肥胖并形成新生儿巨大症(出生时体重超过的9英磅15盎斯)。巨大症婴儿会面临许多健康问题，包括容易患上呼吸系统疾病，小儿肥胖，在儿童时期发展成2型糖尿病，甚至在孕妇分娩期间造成身体伤害等。

　　因为这些原因，在怀孕前或怀孕早期，准确的血糖测量对于迅速诊断和治疗妊娠期糖尿病是至关重要的(见图1)，尤其是，大部分妇女并不会表现出通常糖尿病有关的早期症状(过度口渴和尿频)。

　　最初诊断包括一个口服葡萄糖耐受试验。这通常在一个诊所环境中进行，要求患者喝一种葡萄糖溶液，然后以一定的时间间隔进行血液葡萄糖监测(见表1)。然而，对于后期连续的糖尿病症状的观察，最为方便的是在家进行，这就需要精确的家庭监测设备。

　　来自飞思卡尔的先进的半导体技术，具有低功耗，混合信号物理集成，显示和连接接口，这些使得设计出小巧，易于使用的设备成为可能。这种设备对于家庭血糖监测是很理想的方案。飞思卡尔高度集成低功耗方案

　　通过将超低功耗平台和高精度模拟外围设备结合在一起，飞思卡尔在为妊娠监护市场提供自动化监护的整体系统方案方面有了很大进展。飞思卡尔的MCU能够降低血糖仪设计的成本，这使更多的母亲因为血糖水平得到检测而得利。

　　这里有一些关键领域，这些领域对于广泛的便携式医疗应用很重要：

　　低功耗技术;

　　混合信号集成技术;

　　显示技术;

　　连接技术。

　　飞思卡尔正在帮助医疗市场的用户能在这些领域中优化他们的产品。

　　超低功耗平台

　　飞思卡尔MCU利用了创新技术使这些手提式医疗设备的应用获得绝对的最低功耗。下面所列的MCU的低压表现使它们成为手提式医疗设备的理想之选。

　　MC9S08Lxx：有低成本入门级，具有LCD驱动模块和出色功耗的MCU;

　　MC9S08QExx：同等级产品中最出色的功耗，适用于传感器设备应用，具有中等的处理能力，并在价格上具有优势;

　　MCF51QE：出色的性能和低功耗特性，与9S08QE控制器的引脚兼容性，使它能够很好的满足医疗设备的复杂性和功能性的裁剪的要求。

　　所有这些设备都具有四个主要特性，它们是低电压操作的基础。

　　低功耗振荡器

　　晶体振荡器在低功耗方面被优化，可以以低增益或高增益模式来驱动晶振。这种外围模块在低功耗模式时，驱动32.768 kHz 晶振 时，电流消耗少于 500 nA。 当使用这种低功耗振荡器时，可以使MCU在低功耗模式(停止模式)时保证精确的时间。

　　操作模式

　　低功耗的MCU有许多操作模式，每一个模式都为特定的功能而设计，这使最高效的性能和功率损耗达到权衡。多样的操作模式(运行，低功耗运行，等待，低功耗等待，停止2和停止3) 使一些设备 的功耗低到250nA 那样的水平，并且也能使医疗应用设备持续高效率的运作。使许多MCU的外围设备能够在低功耗运行模式下运行，在低功耗模式下提供适当的功能。灵活时钟源

　　由于多种操作模式带来的好处，内部时钟(ICS)为低功耗方案的外围提供了提高或降低设备操作频率的能力。更高的操作频率导致运行模式下更高的功耗。根据应用的需求，在低频上运行使功率降低 大约500μA每MHz。ICS使嵌入式开发的设计者能更好地调节MCU的性能来优化功耗。

　　时钟门控技术

　　为了进一步减低运行模式的功耗，每个低功耗平台上的外围设备有时钟门控的能力。时钟门控技术是将发送到外围设备上的时钟信号关闭。通过时钟门控技术，一个单一的外围设备仅仅减低几十微安的功耗，为了达到最低的功耗，有必要关闭每个不需要的内部时钟信号。当把所有外围设备时钟关闭时，时钟门控技术可以降低运行模式下大约1/3的功耗。

　　使用飞思卡尔方案的葡萄糖检测仪设计

　　前面描述的特性可以结合在一起在低功耗方面优化一个便携式医疗设备的设计，例如血糖仪(图3，图4)。

　　低功耗振荡器可以被用来提供非常低的待机功耗并保持准确的时间，这就使血糖仪可用作保存准确的葡萄糖水平测量历史记录以备查询。

　　使用灵活的操作模式和内部时钟(ICS)，血糖仪固件可以设计成这样的情况： 当需要复杂的计算来进行一个葡萄糖测量时， 可以提高MCU性能来缩短处理时间，方便用户的使用。

　　最后，时钟门控技术可以节约额外的功耗。这些技术的使用可以使一节电池的工作时间更长。它能够使开发者使用一节更小的电池，这样一来就增强了便携性，方便了用户的使用。

　　混合信号集成

　　对一个葡萄糖仪设计来说最重要的是进行葡萄糖测量中电化学反应中小信号分析的能力。一个分析步骤是要认识生物传感器电信号输出的峰值。利用模拟比较器(ACMP)外设，飞思卡尔的MCU能够在一个峰值达到时候的产生一个中断。

　　下一步骤是需要准确定时的模拟数字转换器对葡萄糖试纸的线性衰减输出进行模数转换。 许多飞思卡尔器件都有一个特性丰富的 12比特模数转换器( ADC) ，它能使这些测量成为可能。ADC具有这些特性：比如自动比较和灵活的转换时间的设置，它们对于这种应用是很理想的。

　　最后，8比特或32比特的CPU被用来进行数学分析。样品 (血液)和葡萄糖试纸之间的化学反应会产生一个线性衰减信号，需要几秒钟的时间进行处理。CPU使用时间平均或更复杂的IIR滤波对输入信号就进行一些滤波。平均值在沿着输入信号线性衰减的一些点上被采集，从这些点上就可以计算出线性衰减的斜率。就是这个斜率将直接和血糖水平数值相关联。

　　在飞思卡尔MCU的片上集成模拟功能，为许多系统节约成本。一个明显的好处就是它降低了对外部IC的需求。这样一来就减小了BOM和板子的空间。同时，片上模拟功能也具有低电压检测和内部带隙参考电压的特性，这些能进一步降低成本。

　　显示特性

　　随着L系列具有集成LCD驱动的8位MCU的发布，飞思卡尔为便携式医疗设备提供了理想的显示功能。在这些设备上的LCD驱动具有以下的特性，它能够降低成本并为血糖仪提供更多的功能。

　　首先，飞思卡尔增加了把任意MCU引脚功能配置成前线(segment)或背线(common)的能力。通过这种特性，信号布局可以被优化，从而使PCB板空间减小。这一特性也可快速适应LCD屏设计的变化，因为硬件的改变可以被软件升级来解决。在飞思卡尔的应用笔记(LCD驱动说明)中记录了一个灵活应用LCD驱动的例子，用户可以在www.freescale.com网站上下载PDF文档(文档号 AN3796)

　　其次，利用LCD信号的X8 模式， 新的LCD驱动可以用更少引脚驱动更多的段码。通过这种功能，它仅需使用28个引脚(8×20) 就可以驱动160个LCD 段码。在许多同类竞争产品上，同样的功能需要44个引脚来实现。通过使用更少的引脚，PCB板的尺寸和连接空间被减小了，这使更多袖珍的便携式医疗设计成为可能。

　　最后，LCD驱动有出色的低功耗的表现。低功耗在设计的每个方面均考虑到。最终结果是当LCD被连接到整个系统时，系统的功耗低到仅有1.5μA。这一表现，加上低功耗闪烁模式(当停止模式时显示闪烁的能力)使产品开发者能为他们的便携式医疗设计降低平均70%的功耗 。这将导致显著的电池使用寿命的延长，更进一步的在最终设备中改变需要的电池类型而节约成本。

　　在血糖仪设计中，一个可视化的显示是必要的。它使病人能够读到测量结果。用飞思卡尔的S08L系列微控制器，可以用单芯片获得LCD显示功能和一流的低功耗性能。飞思卡尔也提供软件方案允许简单的LCD屏的定制和快速的LCD GUI开发 。此外，通过参考“ LCD驱动说明”参考设计，设计者可以减少他们总的开发时间。

　　连接

　　从血糖仪到计算机的信息传输能力对新的血糖仪的设计者来说是一个重要的选项。飞思卡尔的MCU集成了许多外设可以提供这类连接，例如：SPI，SCI和I2C, 这使得系统时间的数据传输得以实现。使用SPI，MCU可以容易地连接到ZigBee收发器来提供灵活的，低功耗的无线连接。

　　结论

　　飞思卡尔在低功耗和混合信号集成方面的领先技术使其开发的MCU成为血糖监测仪应用的关键部件， 血糖监测仪可以在妊娠期糖尿病的诊断和治疗中被使用。虽然目前飞思卡尔的设备提供了许多益处，但是公司一直致力于进一步改进低功耗，混合信号集成，显示和连接特性使其更有利于妊娠监护市场。