Tendances et solutions dans le développement de la surveillance continue du glucose

Avec la prévalence croissante du diabète et la prise de conscience accrue de la gestion de la santé, la technologie de surveillance de la glycémie évolue rapidement. Parmi ces avancées, les Continuous Glucose Monitors (CGM) sont devenus un outil essentiel pour la gestion du diabète. Comparés aux tests traditionnels par piqûre au doigt, les CGM offrent un suivi continu et en temps réel des tendances du glucose, fournissant des données plus complètes pour aider les patients et les professionnels de santé à prendre des décisions en temps opportun. Cet article explore les tendances de développement des CGM et les solutions proposées par onsemi.

Les moniteurs de glucose en continu (CGM) sont utilisés pour la surveillance continue de la glycémie chez les patients diabétiques et constituent actuellement un produit populaire dans le domaine des applications de santé. Pour améliorer l'efficacité de la surveillance et l'expérience utilisateur, les CGM modernes évoluent vers la miniaturisation, l'intelligence, la non-invasivité et l'intégration avec les appareils mobiles. Cependant, des défis tels que la précision des données, le confort de port et la confidentialité des données demeurent. Par conséquent, le développement de technologies de détection plus avancées et de solutions intégrées sera crucial pour faire progresser la gestion personnalisée de la santé et les soins de santé intelligents.

Les CGM deviennent de plus en plus compacts. Par rapport aux dispositifs CGM traditionnels qui nécessitent des aiguilles sous-cutanées et sont encombrants, les nouveaux appareils portables offrent des conceptions plus petites, plus légères et plus confortables. Les derniers produits se concentrent sur la miniaturisation et des matériaux très confortables, tels que des conceptions de capteurs compacts et tout-en-un qui peuvent être attachés au bras ou à l'abdomen, avec des durées de port allant de 7 à 10 jours à 14 jours ou plus.

Les CGM traditionnels nécessitent une pénétration de la peau pour mesurer le glucose dans le liquide interstitiel, tandis que les technologies émergentes visent à une surveillance sans aiguille utilisant des méthodes non invasives telles que la détection optique (infrarouge proche, spectroscopie Raman), la détection dans la sueur, les larmes ou le liquide interstitiel, ainsi que la technologie microfluidique et l'intégration de nanosenseurs. Bien qu'ils ne soient pas encore entièrement commercialisés, certains prototypes sont en essais cliniques.

En outre, les appareils CGM modernes prennent souvent en charge la connectivité Bluetooth, permettant la synchronisation avec des applications pour smartphone pour un affichage et un enregistrement des données en temps réel. Les données peuvent être téléchargées sur le cloud pour une surveillance et une analyse à distance par les patients, les médecins et les membres de la famille. De plus, les CGM peuvent intégrer des algorithmes d'AI pour prédire les tendances du glucose, émettre des alertes et fournir des recommandations diététiques ou de dosage d'insuline.

Les CGM sont également le composant central de détection des systèmes de pancréas artificiels, qui peuvent s'intégrer avec des pompes à insuline pour une gestion automatisée. Plusieurs systèmes de délivrance d'insuline automatisés combinant les CGM et les pompes à insuline sont déjà disponibles, ajustant la libération d'insuline en temps réel en fonction des niveaux de glucose pour réduire significativement les risques d'hypoglycémie et d'hyperglycémie.

Avec le transfert des données vers le cloud, les exigences en matière de confidentialité des patients et de cybersécurité augmentent. Les produits doivent se conformer aux réglementations relatives aux dispositifs médicaux (par exemple, FDA, CE) et prendre en charge les normes de données de santé telles que FHIR et HIPAA.

Initialement conçues pour les patients atteints de diabète de type 1 et de type 2, les CGMs s'étendent désormais à la médecine préventive et à la surveillance de la santé de la population générale, y compris pour l'entraînement et la gestion nutritionnelle des athlètes, la prévention du syndrome métabolique et la détection précoce du diabète.

Les CGM passent de l'utilisation médicale traditionnelle à des outils essentiels pour la gestion intelligente de la santé. Les futurs CGM évolueront vers une plus grande intelligence, une non-invasivité, une connectivité et une intégration, jouant un rôle clé dans la médecine de précision et la santé personnalisée.

Le CEM102 de onsemi est un Front-End Analogique (AFE) miniaturisé avancé qui permet une détection électrochimique avec la plus haute précision à de très faibles courants. Avec son petit format et sa consommation d'énergie parmi les plus basses de l'industrie, il permet aux ingénieurs de développer des solutions polyvalentes et compactes pour des applications industrielles, environnementales et de santé, telles que la détection de l'air et des gaz, la transformation alimentaire, la surveillance agricole et les dispositifs médicaux portables comme les CGM.

Des sciences de la vie et de l'environnement aux matériaux industriels et à la transformation des aliments, la capacité à mesurer les compositions chimiques offre des perspectives plus profondes, améliorant la sécurité, l'efficacité et la prise de conscience. Dans les laboratoires, les opérations minières et la fabrication de matériaux, les capteurs électrochimiques (par exemple, les potentiostats ou les capteurs de corrosion) servent d'outils essentiels pour fournir un retour d'information dans les systèmes de production et gérer les substances dangereuses, garantissant à la fois l'efficacité des processus et la sécurité du personnel.

Grâce à sa taille ultra-compacte et à sa consommation d'énergie extrêmement faible, le CEM102 est idéal pour les applications de capteurs électrochimiques alimentés par batterie. Les équipements de sécurité industrielle, tels que les détecteurs de gaz portables, peuvent alerter les travailleurs des dangers potentiels dans des environnements distants ou mobiles.

Le CEM102 est conçu pour fonctionner avec le microcontrôleur RSL15 compatible Bluetooth® 5.2, offrant la technologie Bluetooth Low Energy (BLE) la plus économe en énergie de l'industrie. En tant que solution électronique complète, il permet aux biosenseurs et aux capteurs environnementaux de mesurer avec précision les courants chimiques tout en opérant avec une consommation d'énergie du système ultra-faible et une large gamme de tensions d'alimentation. L'intégration transparente de ces deux composants, combinée à leur taille compacte et à leur efficacité énergétique leader dans l'industrie, joue un rôle crucial dans la miniaturisation des appareils et garantit une fonctionnalité durable - essentielle pour les solutions alimentées par batterie.

Cette solution combinée fait partie du portefeuille de produits analogiques et mixtes de onsemi, conçue pour rationaliser le développement et stimuler l'innovation dans la technologie des capteurs ampérométriques de nouvelle génération. Elle offre aux concepteurs une flexibilité optimale pour créer des applications performantes, économes en énergie et interconnectées. De plus, la solution offre une précision supérieure, une réduction du bruit et une consommation d'énergie plus faible par rapport aux alternatives. Elle simplifie également la nomenclature (BoM), facilite l'étalonnage et réduit la complexité de fabrication.

Le capteur électrochimique AFE CEM102 est spécifiquement développé pour la surveillance continue de la glycémie (CGM) et d'autres applications ampérométriques nécessitant une détection de courant ultra-faible. Sa taille compacte et sa faible consommation d'énergie permettent une miniaturisation accrue et une durée de vie de la batterie prolongée pour les applications finales. Le système fonctionne sur une large plage de tension d'alimentation allant de 1,3 V à 3,6 V, supportant des piles à oxyde d'argent de 1,5 V ou des piles bouton de 3 V. En mode désactivé, la consommation d'énergie n'est que de 50 nA ; en mode capteur polarisé, elle est de 2 µA ; et en mode de mesure active avec l'ADC 18 bits convertissant en continu, elle est de 3,5 µA. Cela se traduit par une durée de vie de la batterie leader sur le marché - 14 jours avec une batterie de 3 mAh ou plusieurs années avec des batteries plus grandes.

Le CEM102 est une solution de mesure électrochimique à deux canaux complète (au niveau système) qui s'associe avec le RSL15 de onsemi (un MCU sans fil Bluetooth® 5.2 sécurisé), apportant des avantages supplémentaires au niveau système tels qu'une consommation d'énergie et une opération de tension d'alimentation optimisées. Il prend en charge 1 à 4 électrodes, dispose d'une consommation de courant système extrêmement faible et prend en charge deux options de tension de batterie (1,3–1,65 V ou 2,375–3,6 V). Il inclut un ADC à haute résolution, plusieurs DACs pour le réglage continu du biais, un système ajusté en usine, et un réveil du processeur hôte en cas de détection de capteur anormale. Son boîtier compact de 1,884 x 1,848 mm le rend idéal pour les systèmes CGM, les appareils de capteurs IoT et les appareils portables.

onsemi propose également la carte d'évaluation CEM102-EVB, qui est utilisée pour évaluer la performance et les capacités du CEM102 ainsi que pour développer, démontrer et déboguer des applications logicielles pour cet appareil. En plus du CEM102, elle comprend également le RSL15 et un code exemple pour configurer et effectuer des mesures avec le CEM102, accélérant le développement du système et du firmware. La CEM102-EVB prend en charge des auto-diagnostics flexibles, la calibration et les tests de production (avec PCB client), l'auto-mesure de la tension de polarisation des électrodes et la déviation du circuit de calibration, et les amplificateurs TIA avec des circuits de rétroaction interne/externe. Elle mesure la précision, la linéarité et la plage dynamique, fonctionne à faible consommation d'énergie en modes stockage et travail, et permet la mesure de la consommation d'énergie pour chaque mode.

Le RSL15 d'onsemi est un MCU sans fil sécurisé Bluetooth 5.2 ultra-basse consommation basé sur le processeur Arm® Cortex®-M33, spécialement conçu pour les appareils intelligents connectés dans les applications industrielles et médicales. Le RSL15 dispose d'une gestion de l'énergie intégrée, prend en charge une large gamme de tensions, un schéma GPIO et d'horloge flexible, et offre un ensemble riche de périphériques, offrant une flexibilité maximale de conception pour les applications haute performance et ultra-basse consommation. Il est équipé de 80 Ko de RAM et propose des options de mémoire flash de 284 Ko ou 512 Ko.

Le RSL15 inclut également un kit de développement logiciel (SDK) complet et convivial qui contient des pilotes, des bibliothèques, du code d'exemple, des outils de développement et des applications mobiles (RSL Central pour iOS® et Android™, ainsi que RSL FOTA pour iOS et Android). L'environnement de développement prend en charge onsemi IDE, Keil µVision® et IAR Embedded Workbench®.

onsemi fournit également la carte d'évaluation et de développement RSL15-EVB, qui fonctionne avec le SDK RSL15 pour évaluer les performances et les fonctionnalités du RSL15, ainsi que pour développer, démontrer et déboguer des applications logicielles pour cet appareil.

La RSL15-EVB comprend le MCU sans fil RSL15, équipé de 512 kB de mémoire flash. Elle dispose de la technologie embarquée SEGGER® J-Link® pour un téléchargement et un débogage de code facilités, et le port de débogage JTAG est accessible via un connecteur à 10 broches. La carte prend en charge le passage automatique entre l'alimentation par batterie et par USB. Toutes les interfaces et les GPIO du RSL15 sont accessibles via des connecteurs standards de 0,1 pouce. Elle dispose de deux boutons-poussoirs : l'un est utilisé pour réinitialiser l'appareil via la broche NRESET, et l'autre est connecté à un GPIO. Des points de test et un crochet de masse (GND) sont fournis pour un sondage pratique. La carte utilise un support de pile CR2032 compatible avec les piles CR2032 standard de 3,0V. La configuration de mesure de puissance est simple. Elle intègre une antenne PCB avec des réseaux d'adaptation et de filtrage, et un connecteur UFL est disponible pour les connexions de conduction RF. Lorsqu'elle est alimentée via USB, la tension de 5V est régulée à 3,0V par un régulateur de tension embarqué. Une alimentation externe peut être connectée via des connecteurs sur la carte de circuit imprimé.

Les moniteurs continus de glycémie progressent rapidement vers des solutions plus intelligentes, moins intrusives, et plus intégrées, devenant indispensables dans la gestion du diabète et des maladies chroniques. Les innovations - des méthodes invasives aux méthodes non-invasives, de la surveillance autonome à l'analytics AI et cloud - améliorent la précision, les capacités en temps réel, et la qualité de vie des utilisateurs. Les solutions onsemi discutées ici offrent une technologie de détection avancée, des normes de sécurité des données élevées, et une interopérabilité avec d'autres appareils de santé, propulsant les CGM de l'usage médical vers la médecine préventive personnalisée, permettant une gestion de santé globale et proactive.