연속 혈당 모니터링 개발의 동향 및 솔루션

당뇨병의 증가와 건강 관리에 대한 관심이 높아짐에 따라 혈당 모니터링 기술이 빠르게 발전하고 있습니다. 이러한 발전 중에서 연속 혈당 측정기(CGM)는 당뇨병 관리를 위한 중요한 도구로 자리 잡았습니다. 전통적인 손가락 채혈 테스트와 비교하여 CGM은 실시간으로 연속적인 혈당 추세를 추적하며, 환자 및 의료 전문가가 적시에 결정을 내릴 수 있도록 더 포괄적인 데이터를 제공합니다. 이 기사에서는 CGM의 개발 동향과 onsemi가 제공하는 솔루션에 대해 탐구합니다.

연속 혈당 측정기(CGM)는 당뇨병 환자의 혈당을 지속적으로 모니터링하기 위해 사용되며 현재 인기 있는 헬스케어 애플리케이션 제품입니다. 모니터링 효율성과 사용자 경험을 향상시키기 위해, 현대의 CGM은 소형화, 지능화, 비침습성, 모바일 기기와의 통합 방향으로 발전하고 있습니다. 하지만 데이터 정확성, 착용 편안함, 데이터 프라이버시와 같은 문제들이 여전히 남아 있습니다. 따라서 보다 진보된 센싱 기술과 통합 솔루션을 개발하는 것이 맞춤형 건강 관리와 스마트 헬스케어를 발전시키는 데 중요한 요소가 될 것입니다.

CGM은 점차 소형화되고 있습니다. 피하 바늘이 필요하고 부피가 큰 전통적인 CGM 장치와 비교하여, 최신 웨어러블 장치는 더 작고 가볍고 편안한 디자인을 제공합니다. 최신 제품은 소형화와 고편안성 소재에 중점을 두고 있으며, 팔 또는 복부에 부착할 수 있는 소형의 올인원 센서 디자인으로 착용 기간이 기존 7–10일에서 14일 또는 그 이상으로 연장되고 있습니다.

전통적인 연속혈당측정기(CGM)는 피하간질액의 혈당을 측정하기 위해 피부를 관통해야 하지만, 신기술은 광학 센싱(근적외선, 라만 분광법), 땀, 눈물 또는 간질액 센싱, 마이크로 유체 기술 및 나노센서 통합과 같은 비침습적 방법을 사용하여 바늘 없는 모니터링을 목표로 하고 있습니다. 아직 완전히 상업화되지는 않았지만, 일부 프로토타입은 임상 시험 중입니다.

또한, 현대 CGM 장치는 블루투스 연결을 지원하여 스마트폰 앱과 동기화되어 실시간 데이터 표시 및 기록이 가능합니다. 데이터는 클라우드에 업로드되어 환자, 의사 및 가족 구성원이 원격으로 모니터링하고 분석할 수 있습니다. 더욱이, CGM은 AI 알고리즘을 통합하여 포도당 경향을 예측하고, 경고를 발행하며, 식단 또는 인슐린 복용량 추천을 제공할 수 있습니다.

연속 혈당 모니터링 시스템(CGM)은 인공 췌장 시스템의 핵심 감지 구성요소로, 인슐린 펌프와 통합하여 자동 관리를 지원할 수 있습니다. CGM과 인슐린 펌프를 결합한 여러 자동 인슐린 전달 시스템이 이미 제공되고 있으며, 이는 실시간 혈당 수치를 기반으로 인슐린 분비를 조정하여 저혈당 및 고혈당 위험을 크게 감소시킵니다.

데이터가 클라우드로 이동함에 따라 환자의 개인정보 보호 및 사이버 보안 요구 사항이 증가하고 있습니다. 제품은 의료 기기 규정(예: FDA, CE)을 준수해야 하며 FHIR 및 HIPAA와 같은 의료 데이터 표준을 지원해야 합니다.

본래 제1형 및 제2형 당뇨병 환자를 위해 설계된 CGM은 이제 운동선수의 훈련과 영양 관리, 대사 증후군 예방, 초기 당뇨병 발견 등 일반인의 예방 의학 및 건강 모니터링 분야로 확장되고 있습니다.

CGM은 전통적인 의료용도에서 스마트 건강 관리를 위한 필수 도구로 전환되고 있습니다. 미래의 CGM은 더 높은 지능화, 비침습성, 연결성 및 통합성을 향해 발전하며 정밀 의학과 개인화된 건강 관리에서 중요한 역할을 하게 될 것입니다.

onsemi의 CEM102는 매우 낮은 전류에서 최고 정확도로 전기화학 센싱을 가능하게 하는 첨단 소형 아날로그 프론트 엔드(AFE)입니다. 작은 폼 팩터와 업계 최고 수준의 저전력 소비를 갖춘 CEM102는 엔지니어들이 공기 및 가스 감지, 식품 가공, 농업 모니터링, CGM 같은 의료 웨어러블 등 산업, 환경 및 헬스케어 애플리케이션을 위한 다재다능하고 컴팩트한 솔루션을 개발할 수 있도록 합니다.

생명 및 환경 과학부터 산업 재료와 식품 가공까지, 화학 성분을 측정하는 능력은 안전성, 효율성, 그리고 인식을 향상시키며 더 깊은 통찰력을 제공합니다. 실험실, 광산 작업 및 재료 제조에서 전기화학 센서(예: 전위차 측정기 또는 부식 센서)는 생산 시스템에 피드백을 제공하고 유해 물질을 관리하여 공정 효율성과 직원 안전을 보장하는 중요한 도구로 사용됩니다.

초소형 크기와 극도로 낮은 전력 소비를 자랑하는 CEM102는 배터리로 작동하는 전기화학 센서 애플리케이션에 최적화되어 있습니다. 휴대용 가스 탐지기와 같은 산업 안전 장비는 원격 또는 이동 환경에서 근로자들에게 잠재적인 위험을 경고할 수 있습니다.

CEM102는 업계에서 최저 전력의 Bluetooth® 저에너지(BLE) 기술을 제공하는 Bluetooth® 5.2 지원 RSL15 마이크로컨트롤러와 함께 작동하도록 설계되었습니다. 완전한 전자 솔루션으로서, 생체 센서와 환경 센서를 통해 초저 시스템 전력 소비와 광범위한 공급 전압 범위로 작동하며, 화학 전류를 정확하게 측정할 수 있도록 합니다. 이러한 두 구성 요소의 원활한 통합은 소형 크기와 업계 선도적인 전력 효율성을 결합하여 장치의 소형화와 장기적인 기능성을 보장하는 데 중요한 역할을 합니다 - 이는 배터리로 구동되는 솔루션에 필수적입니다.

이 결합된 솔루션은 차세대 전류 측정 센서 기술에서 개발 과정을 간소화하고 혁신을 추진하도록 설계된 onsemi의 아날로그 및 혼합 신호 포트폴리오의 일환입니다. 이 솔루션은 설계자에게 고성능, 에너지 효율, 그리고 연결된 애플리케이션을 만드는 데 최적의 유연성을 제공합니다. 또한, 기존 대안에 비해 뛰어난 정확도, 노이즈 감소 및 낮은 전력 소모를 제공합니다. 아울러 자재 명세서(Bill of Materials, BoM)를 간소화하고, 보정을 용이하게 하며 제조 복잡성을 감소시키는 데 도움을 줍니다.

CEM102 전기화학 센서 AFE는 연속 혈당 측정(CGM) 및 초저전류 감지가 필요한 기타 암페로메트릭 응용 분야를 위해 특별히 개발되었습니다. 이 제품은 컴팩트한 크기와 저전력 소비로 최종 애플리케이션에 대한 추가 소형화와 배터리 수명 연장을 가능하게 합니다. 시스템은 1.3 V에서 3.6 V까지 넓은 전압 범위로 작동하며, 1.5 V 은산화물 또는 3 V 코인 셀 배터리를 지원합니다. 비활성 상태에서는 전력 소비가 단지 50 nA이며, 센서 바이어스 상태에서는 2 µA를 소비하고, 18비트 ADC가 지속적으로 변환을 진행하는 활성 측정 상태에서는 3.5 µA를 소모합니다. 이는 시장 선도적인 배터리 수명으로 3 mAh 배터리로 14일, 더 큰 배터리로는 여러 년 동안 사용할 수 있다는 것을 의미합니다.

CEM102는 onsemi의 RSL15(안전한 Bluetooth® 5.2 무선 MCU)와 결합하여 최적화된 전력 소비와 공급 전압 동작과 같은 추가적인 시스템 수준의 이점을 제공하는 완전한 2채널 전기화학 측정 솔루션(시스템 수준)입니다. 이 제품은 1~4개의 전극을 지원하며, 매우 낮은 시스템 전류 소모를 특징으로 하고, 두 가지 배터리 전압 옵션(1.3–1.65 V 또는 2.375–3.6 V)을 제공합니다. 고해상도 ADC, 연속 바이어스 설정을 위한 다중 DAC, 공장 조정된 시스템 및 비정상적인 센서 감지 시 호스트 프로세서를 깨우는 기능이 포함되어 있습니다. 컴팩트한 1.884 x 1.848 mm 패키지로 CGM 시스템, IoT 센서 디바이스 및 웨어러블에 이상적입니다.

onsemi는 CEM102-EVB 평가 보드도 제공합니다. 이 보드는 CEM102의 성능과 기능을 평가하고, 이 장치를 위한 소프트웨어 애플리케이션을 개발, 시연 및 디버그하는 데 사용됩니다. CEM102 외에도, RSL15 및 CEM102와 함께 설정 및 측정을 수행하기 위한 샘플 코드를 포함하여 시스템 및 펌웨어 개발을 가속화합니다. CEM102-EVB는 고객 PCB와 함께 유연한 자체 진단, 보정 및 생산 테스트를 지원하고, 전극 분극 전압의 자체 측정 및 보정 회로 편차와 TIA 증폭기 내부/외부 피드백 회로를 지원합니다. 정확성, 선형성 및 동적 범위를 측정하며, 저장 및 작동 모드에서 저전력으로 작동하고 각 모드의 전력 소모를 측정할 수 있습니다.

onsemi의 RSL15는 Arm® Cortex®-M33 프로세서를 기반으로 한 초저전력, 안전한 Bluetooth 5.2 무선 MCU로, 산업 및 의료 응용 분야의 스마트 기기 연결을 위해 특별히 설계되었습니다. RSL15는 내장형 전력 관리 기능을 갖추고 있으며, 넓은 전압 범위를 지원하고, 유연한 GPIO 및 클럭 설계를 제공하며, 풍부한 주변 장치 세트를 통해 고성능 및 초저전력 응용에서 최대 설계 유연성을 제공합니다. 또한 80 KB의 RAM을 내장하고, 284 KB 또는 512 KB의 플래시 메모리 옵션을 제공합니다.

RSL15에는 드라이버, 라이브러리, 샘플 코드, 개발 도구 및 모바일 앱(RSL Central for iOS® 및 Android™, RSL FOTA for iOS 및 Android)을 포함한 포괄적이고 사용자 친화적인 소프트웨어 개발 키트(SDK)가 포함되어 있습니다. 개발 환경은 onsemi IDE, Keil µVision®, 그리고 IAR Embedded Workbench®를 지원합니다.

onsemi는 추가적으로 RSL15 SDK와 함께 작동하여 RSL15의 성능 및 기능을 평가하고, 이 디바이스를 위한 소프트웨어 애플리케이션을 개발, 시연 및 디버깅하기 위한 RSL15-EVB 평가 및 개발 보드를 제공합니다.

RSL15-EVB는 512 kB의 플래시 메모리가 탑재된 RSL15 무선 MCU를 포함하고 있습니다. 손쉬운 코드 다운로드 및 디버깅을 위한 온보드 SEGGER® J-Link® 기술을 특징으로 하며, JTAG 디버그 포트는 10핀 헤더를 통해 접근할 수 있습니다. 보드는 배터리와 USB 전원 간 자동 전환을 지원합니다. RSL15의 모든 인터페이스와 GPIO는 표준 0.1인치 헤더를 통해 접근할 수 있습니다. 두 개의 푸시 버튼 스위치가 있으며, 하나는 NRESET 핀을 통해 장치를 리셋하는 데 사용되고, 다른 하나는 GPIO에 연결되어 있습니다. 편리한 프로빙을 위해 테스트 포인트와 GND 훅이 제공됩니다. 보드는 일반적인 3.0V CR2032 배터리와 호환되는 CR2032 배터리 홀더를 사용합니다. 전력 측정 설정이 간단하며, 매칭 및 필터링 네트워크가 포함된 PCB 안테나를 통합하고 있습니다. RF 전도 연결을 위한 UFL 커넥터도 제공됩니다. USB를 통해 전원을 공급받을 때, 5V 전압은 온보드 전압 레귤레이터에 의해 3.0V로 조정됩니다. 외부 전원은 회로 기판의 헤더를 통해 연결할 수 있습니다.

연속 혈당 모니터는 더 스마트하고 덜 침습적이며 더욱 통합된 솔루션으로 빠르게 발전하고 있으며, 당뇨병 및 만성 질환 관리에서 필수적인 도구가 되고 있습니다. 침습적 방법에서 비침습적 방법으로, 독립적인 모니터링에서 AI와 클라우드 분석으로의 혁신은 정확성, 실시간 기능 및 사용자 삶의 질을 개선하고 있습니다. 여기서 논의된 onsemi 솔루션은 첨단 감지 기술, 더 높은 데이터 보안 표준, 그리고 다른 건강 장치와의 상호 운용성을 제공하여 CGM을 의료용으로부터 개인화된 예방 의학으로 확장시키고, 포괄적이고 선제적인 건강 관리가 가능하도록 합니다.