継続的血糖モニタリング開発におけるトレンドとソリューション

糖尿病の蔓延と健康管理への意識の高まりに伴い、血糖値モニタリング技術は急速に進化しています。これらの進歩の中で、Continuous Glucose Monitors (CGM) は糖尿病管理において重要なツールとなっています。従来の指先採血テストと比較して、CGMはリアルタイムで継続的に血糖値の傾向を追跡し、患者や医療専門家がタイムリーな意思決定を行えるよう、より包括的なデータを提供します。本記事では、CGMの開発動向とonsemiが提供するソリューションについて探ります。

持続血糖モニター（CGM）は、糖尿病患者のための持続的な血糖モニタリングに使用されており、現在人気のあるヘルスケアアプリケーション製品です。モニタリング効率とユーザーエクスペリエンスを向上させるために、現代のCGMは小型化、インテリジェンス、非侵襲性、そしてモバイルデバイスとの統合に向けて進化しています。しかし、データの正確性、装着快適性、データプライバシーといった課題が依然として存在します。そのため、より高度なセンサー技術と統合ソリューションの開発が、個別化された健康管理やスマートヘルスケアの進展において重要となります。

CGMはますますコンパクト化しています。皮下針が必要でかさばる従来のCGMデバイスと比較して、新しいウェアラブルデバイスはより小型で軽量、そして快適なデザインを提供します。最新の製品は小型化や高快適素材に焦点を当てており、腕や腹部に装着できるコンパクトなオールインワンセンサー設計を採用し、装着期間は7～10日から14日以上に延長されています。

従来のCGMは、間質液中のグルコースを測定するために皮膚を貫通する必要がありますが、新しい技術は、光学センサー（近赤外線、ラマン分光法）、汗、涙、間質液センサー、マイクロ流体技術やナノセンサー統合など、非侵襲的な方法を使用して針のないモニタリングを目指しています。まだ完全に市販化されたわけではありませんが、一部のプロトタイプは臨床試験中です。

さらに、最新のCGMデバイスはBluetooth接続をサポートしていることが多く、スマートフォンアプリとの同期によってリアルタイムのデータ表示や記録が可能になります。データはクラウドにアップロードすることで、患者、医師、家族が遠隔で監視および分析することができます。さらに、CGMはAIアルゴリズムを統合することで、血糖値の傾向を予測し、アラートを発したり、食事やインスリン投与量の推奨を提供したりすることが可能です。

CGMsは、インスリンポンプと統合して自動管理を可能にする人工膵臓システムの主要なセンサーコンポーネントでもあります。CGMsとインスリンポンプを組み合わせた複数の自動インスリン送達システムはすでに利用可能で、グルコースレベルに基づいてインスリン放出をリアルタイムで調整することで低血糖症や高血糖症のリスクを大幅に軽減します。

データがクラウドに移行するにつれて、患者のプライバシーとサイバーセキュリティ要件が増加しています。製品は医療機器の規制（例：FDA、CE）に準拠し、FHIRやHIPAAのような医療データ標準をサポートする必要があります。

元々は1型および2型糖尿病患者向けに設計されたCGMは、現在、予防医学や一般人口向けの健康監視として、アスリートのトレーニングおよび栄養管理、メタボリックシンドローム予防、早期糖尿病検出などへと拡大しています。

CGMは、従来の医療用途からスマートヘルス管理の必須ツールへと移行しています。将来のCGMは、より高度な知能化、非侵襲性、接続性、統合性へと進化し、精密医療や個別化医療において重要な役割を果たすでしょう。

onsemiのCEM102は、非常に低い電流で最高精度の電気化学センサリングを可能にする高度な小型化アナログフロントエンド（AFE）です。その小型フォームファクターと業界をリードする低消費電力により、エンジニアは空気やガス検知、食品加工、農業モニタリング、CGMのような医療用ウェアラブルなど、産業、環境、医療用途向けに多用途でコンパクトなソリューションを開発することが可能です。

生命科学や環境科学から工業材料や食品加工に至るまで、化学組成を測定する能力は、安全性、効率性、意識を向上させるためのより深い洞察を提供します。実験室、採掘作業、材料製造において、電気化学センサー（例：ポテンショスタットや腐食センサー）は、生産システムでのフィードバックを提供するとともに、危険物の管理を行い、プロセス効率と作業員の安全性を確保するための重要なツールとして役立ちます。

超小型サイズと非常に低い消費電力のおかげで、CEM102はバッテリ駆動の電気化学センサーアプリケーションに最適です。携帯型ガス検知器などの産業用安全装置は、遠隔地や移動環境で作業者に潜在的な危険を警告することができます。

CEM102は、業界で最も低消費電力のBluetooth Low Energy (BLE)技術を提供するBluetooth® 5.2対応RSL15マイクロコントローラーと連携して動作するよう設計されています。完全な電子ソリューションとして、超低電力消費と広い電源電圧範囲のもとで動作しながら、生体センサーや環境センサーが化学電流を正確に測定できるようにします。これら2つのコンポーネントのシームレスな統合とコンパクトなサイズ、業界をリードする電力効率を組み合わせることで、デバイスの小型化を実現し、長期間の機能性を確保する重要な役割を果たします - 特にバッテリー駆動ソリューションにとっては不可欠です。

この統合ソリューションは、onsemiのアナログおよび混合信号ポートフォリオの一部であり、次世代のアンペロメトリックセンサー技術の開発を効率化し、革新を促進するために設計されています。このソリューションは、設計者に高性能、省エネルギー、そして相互接続を実現するアプリケーションを作成するための最適な柔軟性を提供します。さらに、このソリューションは、代替案と比較して優れた精度、ノイズ軽減、低消費電力を提供します。また、部品表（BoM）を簡素化し、キャリブレーションを容易にし、製造の複雑さを低減します。

CEM102電気化学センサーAFEは、持続血糖モニタリング（CGM）や超低電流センシングを必要とするその他のアンペロメトリックアプリケーション向けに特別に開発されました。そのコンパクトなサイズと低電力消費により、エンドアプリケーションでのさらなる小型化とバッテリー寿命の延長が可能です。このシステムは、1.3 Vから3.6 Vまでの広い供給電圧範囲で動作し、1.5 Vの酸化銀電池や3 Vのコインセルバッテリーをサポートします。無効モードでは、消費電力はわずか50 nAで、センサー偏倚(バイアス)モードでは2 µA、18ビットADCが連続変換を行うアクティブ測定モードでは3.5 µAを消費します。これにより、業界をリードするバッテリー寿命が確保され、3 mAhのバッテリーでは14日間、より大きなバッテリーでは数年間の稼働が可能となります。

CEM102は、onsemiのRSL15（セキュアなBluetooth® 5.2 ワイヤレスMCU）と組み合わせることで、最適化された電力消費や供給電圧動作などのシステムレベルの追加の利点を提供する、2チャンネルの完全な電気化学測定ソリューション（システムレベル）です。1～4つの電極をサポートし、非常に低いシステム消費電流を特徴とし、2種類のバッテリ電圧オプション（1.3–1.65 Vまたは2.375–3.6 V）に対応しています。高解像度ADC、連続バイアス設定のための複数のDAC、工場調整済みシステム、異常センサー検出時のホストプロセッサのウェイクアップ機能を備えています。また、コンパクトな1.884 x 1.848 mmパッケージにより、CGMシステム、IoTセンサーデバイス、ウェアラブル機器に最適です。

onsemiは、CEM102-EVB評価ボードも提供しています。このボードは、CEM102の性能と機能を評価するため、およびこのデバイス向けのソフトウェアアプリケーションの開発、デモ、デバッグに使用されます。CEM102に加え、RSL15やCEM102を用いた設定および測定の実施に関するサンプルコードも含まれており、システムおよびファームウェア開発を加速します。CEM102-EVBは、柔軟な自己診断、キャリブレーション、および量産テスト（顧客PCBを使用）をサポートし、電極の偏極電圧およびキャリブレーション回路の偏差の自己測定、さらに内蔵/外部フィードバック回路付きTIAアンプを備えています。また、精度、直線性、ダイナミックレンジを測定し、ストレージモードと動作モードの両方で低消費電力で動作し、各モードの電力消費量の測定も可能にします。

onsemiのRSL15は、Arm® Cortex®-M33プロセッサをベースにした、工業および医療分野のスマート接続デバイス向けに特化して設計された超低消費電力で安全なBluetooth 5.2ワイヤレスMCUです。RSL15は、内蔵の電源管理機能、幅広い電圧範囲、柔軟なGPIOおよびクロックスキームをサポートし、豊富な周辺機器セットを備えることで、高性能かつ超低消費電力アプリケーションの最大限の設計柔軟性を提供します。80 KBのRAMが搭載されており、284 KBまたは512 KBのフラッシュメモリオプションを提供します。

RSL15には、ドライバー、ライブラリ、サンプルコード、開発ツール、およびモバイルアプリ（iOS®およびAndroid™向けのRSL Central、iOSおよびAndroid向けのRSL FOTA）が含まれた包括的で使いやすいソフトウェア開発キット（SDK）が付属しています。開発環境はonsemi IDE、Keil µVision®、IAR Embedded Workbench®に対応しています。

onsemiはさらに、RSL15の性能と機能を評価するだけでなく、このデバイスのソフトウェアアプリケーションを開発、デモンストレーション、およびデバッグするために、RSL15 SDKと連携して動作するRSL15-EVB評価および開発ボードを提供しています。

RSL15-EVBには、512 kBのフラッシュメモリを搭載したRSL15ワイヤレスMCUが含まれています。オンボードにはコードのダウンロードとデバッグを容易にするSEGGER® J-Link®テクノロジーが備わっており、JTAGデバッグポートは10ピンヘッダーを介してアクセス可能です。ボードはバッテリーとUSB電源の自動切り替えをサポートしています。全てのRSL15インターフェースとGPIOは標準の0.1インチヘッダーを通じてアクセス可能です。プッシュボタンスイッチが2つあり、1つはNRESETピンを介してデバイスをリセットするために使用され、もう1つはGPIOに接続されています。テストポイントとGNDフックが提供されており、プロービングが容易です。このボードは、標準的な3.0V CR2032バッテリーと互換性のあるCR2032バッテリーホルダーを使用します。電力測定の設定も簡単です。マッチングおよびフィルタリングネットワークを備えたPCBアンテナを統合しており、RF導電接続用のUFLコネクタも利用可能です。USBを介して給電される場合、5V電圧はオンボード電圧レギュレータによって3.0Vに調整されます。外部電源は回路基板上のヘッダーを通じて接続可能です。

連続血糖モニターは、よりスマートで負担が少なく、統合されたソリューションへと急速に進化しており、糖尿病や慢性疾患管理において不可欠な存在となっています。侵襲性から非侵襲性メソッドへ、単独のモニタリングからAIやクラウド分析までの革新により、精度やリアルタイム対応能力、そしてユーザーの生活の質が向上しています。ここで議論されているonsemiソリューションは、先進的なセンサーテクノロジー、より高いデータセキュリティ基準、他の医療機器との相互運用性を提供し、CGMを医療用途から個人に合った予防医療へと導き、包括的かつ積極的な健康管理を可能にします。