更低功耗、更小體積，匯頂科技推出AFE+BLE持續(xù)血糖監(jiān)測(cè)（CGM）方案

匯頂在上海慕尼黑展示的可穿戴CGM demo，選用了自主研發(fā)的BLE芯片和AFE芯片，PCB板面積僅與1角硬幣相當(dāng)；通過1.5V氧化銀紐扣電池的供電，支持其低功耗模式待機(jī)兩年后，仍可實(shí)現(xiàn)14～21天的連續(xù)血糖監(jiān)測(cè)。

世衛(wèi)組織稱，當(dāng)前全球有超過4.6億糖尿病患者。自1980年以來，全球糖尿病患病率幾乎翻了一番，在成年人口中所占比例從4.7%升至8.5%。

而值得注意的是，糖尿病前期患者人數(shù)幾乎是患病人數(shù)的三倍。長(zhǎng)久以來，糖尿病的預(yù)防和前期治療都是一個(gè)難題。因?yàn)閭鹘y(tǒng)的指尖血無法提供連續(xù)準(zhǔn)確的血糖監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，因此對(duì)于該疾病的預(yù)防和治療也就無從談起。

可穿戴式微創(chuàng)無痛持續(xù)血糖監(jiān)測(cè)的方案，近年來開始興起。通過這種更為輕便高效的血糖持續(xù)采集，或可幫助前期患者實(shí)時(shí)掌握自己的血糖水平，動(dòng)態(tài)調(diào)整自己的運(yùn)動(dòng)、食物攝取和胰島素水平，從而預(yù)防糖尿病的發(fā)生。而對(duì)于已患病人群，動(dòng)態(tài)血糖儀能夠幫助他們避免病情惡化，改善飲食習(xí)慣，實(shí)現(xiàn)精準(zhǔn)用藥并提高生活質(zhì)量。

但這種CGM設(shè)備在系統(tǒng)方案上還面臨著諸多挑戰(zhàn)，而在這些技術(shù)難點(diǎn)上的突破，才能真正地將可穿戴式微創(chuàng)無痛持續(xù)血糖監(jiān)測(cè)推向更大眾市場(chǎng)。

持續(xù)血糖監(jiān)測(cè)（CGM）設(shè)備的設(shè)計(jì)挑戰(zhàn)

持續(xù)血糖監(jiān)測(cè)系統(tǒng)（CGM）包括采集傳感器和監(jiān)視設(shè)備兩大部分。采集端包括微創(chuàng)探頭、模擬前端（AFE）和無線數(shù)據(jù)傳輸三大核心組件。而監(jiān)視設(shè)備可以是手表、手機(jī)或其他智能設(shè)備。探頭通過無痛微創(chuàng)的方式侵入到皮膚之內(nèi)，將采集到的信號(hào)輸送到AFE，AFE進(jìn)行信號(hào)的初步處理和放大，然后將處理后的數(shù)據(jù)通過BLE傳輸?shù)奖O(jiān)測(cè)主機(jī)，完成血糖數(shù)據(jù)的映射，進(jìn)行實(shí)時(shí)血糖數(shù)據(jù)的記錄、分析并給出建議。

首先在探頭層面，挑戰(zhàn)包括電化學(xué)層面采集精度、生物相容性、體液浸潤(rùn)下的長(zhǎng)期穩(wěn)定性等。并非本文的討論重點(diǎn)，因此不再展開。

在AFE方面，挑戰(zhàn)來自信噪比（SNR）、線性和動(dòng)態(tài)范圍、尺寸功耗成本幾個(gè)方面。首先，AFE需要能夠準(zhǔn)確地放大微弱的血糖信號(hào)，并抑制來自體內(nèi)和設(shè)備外部的噪聲。其次，為實(shí)現(xiàn)對(duì)于從極低到較高的血糖濃度變化處理，AFE應(yīng)具有廣泛的動(dòng)態(tài)范圍和良好的線性響應(yīng)。最后，對(duì)于這種持續(xù)監(jiān)測(cè)的場(chǎng)景，芯片的尺寸和功耗也要求更為嚴(yán)苛。

在無線連接的部分，其實(shí)主要的挑戰(zhàn)也來自于功耗層面，而當(dāng)前主流的方案均采用的低功耗藍(lán)牙進(jìn)行數(shù)據(jù)的傳輸。

圖片來源：  "https://my.clevelandclinic.org/"

對(duì)于醫(yī)療設(shè)備廠商而言，對(duì)于探頭的靈敏度和抗干擾性、對(duì)于相關(guān)算法的調(diào)教，通常都是其關(guān)鍵的技術(shù)護(hù)城河。而對(duì)于AFE和BLE等芯片進(jìn)行設(shè)計(jì)制造，就涉及到了模擬電路的know-how、更高的自研成本投入和較長(zhǎng)開發(fā)周期，而且整體自供量的需求也很難將芯片成本平衡下來。因此這一部分就更適合專業(yè)的芯片供應(yīng)商來做。匯頂已經(jīng)瞄準(zhǔn)了這一市場(chǎng)方向，并在近日的上海慕尼黑上展出了BLE+AFE的CGM demo板。憑借著極小的體積和超低價(jià)的功耗，該demo在現(xiàn)場(chǎng)引發(fā)了極大關(guān)注。

匯頂CGM方案，助力客戶實(shí)現(xiàn)極致設(shè)計(jì)

現(xiàn)場(chǎng)展示的CGM的demo有兩款，一款是3V供電的demo板，體積和一元硬幣相當(dāng)，選用的是匯頂?shù)腉H7800和GR5331。另一款demo板采用1.5V的氧化銀電池供電，整個(gè)demo板的尺寸更小，和一角硬幣相當(dāng)，其中選用的是匯頂?shù)腉H7800和GR5310。

在跟現(xiàn)場(chǎng)的工程師交流過程中我們得知，1.5V CGM這個(gè)demo不僅體積小巧，而且功耗極低，待機(jī)兩年之后還能用14天（14天的連續(xù)血糖監(jiān)測(cè)）。

CGM對(duì)于功耗的要求，要比一般的穿戴設(shè)備嚴(yán)苛的多?！耙?yàn)檫@個(gè)采集設(shè)備生產(chǎn)出來不會(huì)說一生產(chǎn)出來馬上就用，但它已經(jīng)開始供電了。在這種低功耗的模式下面，我們要堅(jiān)持兩年，兩年之后客戶貼到手/胳膊上去了，啟動(dòng)它正常工作了，還能夠堅(jiān)持14~21天，所以這個(gè)的功耗要求其實(shí)比穿戴要苛刻很多，而且它不能充電?！?

關(guān)于這兩款CGM demo上采用的AFE芯片——GH7800，作為最新的AFE產(chǎn)品，主要有以下特性：包括最多支持兩路電化學(xué)應(yīng)用、1.5V工作電壓、適用于CGM和汗液檢測(cè)等應(yīng)用、極小的封裝尺寸——1.8x1.8mm。

此外現(xiàn)場(chǎng)還有展示來自健康傳感器家族的兩個(gè)新產(chǎn)品，分別是GH7530Q和GH3300。GH7530Q是3通道ECG AFE，符合IEC60601-2-47標(biāo)準(zhǔn)，支持呼吸阻抗測(cè)量。GH7530Q主打的是心電貼和動(dòng)態(tài)心電圖機(jī)等產(chǎn)品應(yīng)用，此類設(shè)備對(duì)于體積不是那么敏感，因此該芯片也比GH7800要稍大一些，更方便客戶降低SMT的工藝難度。而GH3300則是一款高集成度、高性能、多模態(tài)模擬前端芯片，支持PPG、ECG、BIA和EDA測(cè)量，具有靈活可配置的工作模式，還支持溫度測(cè)量。適用于高端智能手表、手環(huán)、多參數(shù)監(jiān)控設(shè)備、掌上ECG等產(chǎn)品。

特別值得一提的是在藍(lán)牙方面，此次匯頂?shù)膁emo中采用的GR531x也是專為CGM等醫(yī)療健康應(yīng)用開發(fā)的低功耗藍(lán)牙SoC。該芯片內(nèi)置多項(xiàng)定制功能，例如集成低功耗電源開關(guān)，大幅減少產(chǎn)品在倉儲(chǔ)和物流過程中的能耗；支持寬輸入電壓范圍（1.2 V-3.6 V），能夠滿足多樣化的產(chǎn)品需求。

總的來看，通過卓越的低功耗芯片設(shè)計(jì)和系統(tǒng)優(yōu)化，匯頂此次展示的醫(yī)療健康方案更易實(shí)現(xiàn)長(zhǎng)續(xù)航目標(biāo)，幫助降低對(duì)系統(tǒng)電池容量的依賴。

結(jié)語

持續(xù)血糖監(jiān)測(cè)（CGM），有別于其他可穿戴的PPG、ECG和BioZ，應(yīng)該說是屬于嚴(yán)肅醫(yī)療的領(lǐng)域。而此次匯頂推出的CGM方案，可以看作是其從可穿戴健康向嚴(yán)肅醫(yī)療領(lǐng)域跨的一小步。通過超小的芯片尺寸，極簡(jiǎn)的外圍BOM，匯頂將助力客戶挑戰(zhàn)極致的產(chǎn)品設(shè)計(jì)。

從當(dāng)前終端售價(jià)上來看，CGM仍難實(shí)現(xiàn)大規(guī)模用戶市場(chǎng)的普及。但隨著匯頂芯片方案的推出，我們期待能夠這項(xiàng)新技術(shù)真正惠及廣大糖尿病患者。