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无线技术与医学科学同步发展 2022-02-09

无线技术改善了数十万1型糖尿病患者的生活状况,未来还有更多的进展.Nordic系统级芯片(SoC)和系统级封装(SiP)产品的Arm Cortex-M4和-M33嵌入式处理器等能够提供先进技术支持

无线技术改善了数十万1型糖尿病患者的生活状况,未来还有更多的进展。

人体仅需要四样东西就能生存——水、食物、氧气和功能正常的神经系统。从某些方面来看,身体就是这么简单。然而,人体是各个细胞的复杂的高度组织化结构,这些细胞协同工作以完成生命所必需的特定功能。

以胰腺为例。事实上,这个器官是一系列消化酶以及胰岛素和胰高血糖素的生产工厂,这些激素确保我们的大脑和身体都有稳定可靠的能量供应。大多数人的胰腺状况良好,除非您恰好是全球大约900万1型糖尿病患者中的一员。.

患有1型糖尿病

1型糖尿病是慢性疾病,会导致胰腺中产生胰岛素的细胞失效,如果不加以控制,就会损害病患的心脏、血管、眼睛、肾脏和神经。如果不进行治疗,则会引起病患昏迷和死亡。虽然糖尿病患者可以使用医学技术度过一生,但病患的日常生活是较为困难的。病患必须测量和控制其血糖水平,通过皮下注射或使用胰岛素输液泵来摄入胰岛素。

在病患的余生中,通常每天需要进行四到五次糖尿病医疗操作,直到业界找到治愈的方法。在这个等待期间,“人工胰腺”通过结合医疗技术和无线创新,有望为病患带来更轻松的生活。

人工胰腺

两个设备组成了人工胰腺的“闭环系统”:一个连续血糖监测仪(CGM)和一个胰岛素输液泵。根据用户的血糖水平,输液泵可以在任何时间和任何持续时间段内施用胰岛素。CGM则每隔几分钟测量一次来确定病患的葡萄糖水平,它使用了插入皮肤下的传感器,通过低功耗蓝牙无线连接将病患数据无线中继传输到输液泵。

输液泵使用复杂的算法,计算出需要注射多少胰岛素才能将血糖水平维持在正常的生理阈值内,输液泵使用导管在较长时间内输送胰岛素。

低功耗蓝牙和蜂窝连接

在一定程度上得益于无线技术带来的便利性,现今的医疗技术已经改变了数十万1型糖尿病患者的生活,未来还有更多的进展。例如,最新的输液泵使用低功耗蓝牙与智能手机通信,能够进行长期数据分析并提供医疗保健建议。蜂窝连接还允许病患与远程医生保持持续的联系,这些医生可以检查病患是否适当地管理病情,如果没有,则会提醒他们这样做。

不断发展的智能功能

下一步是使用机器学习(ML)来改进人工胰腺的闭环控制,同时还要考虑生理参数。通常情况下,病患的整体健康状况、核心温度、心率、压力水平和睡眠模式,所有这些都会影响血糖水平。此类数据将帮助强化机器学习算法,以更先进和更准确的方式计划胰岛素输液方案,并且不需要患者手动调整输液泵。

先进的软件和硬件

先进的软件需要先进的硬件支持。Nordic系统级芯片(SoC)和系统级封装(SiP)产品的Arm Cortex-M4和-M33嵌入式处理器等能够提供这种支持。此外,Arm M等级处理器非常适合运行TinyML,这是一个缩减版本ML,适合在具有优化处理器和内存资源的连接设备(如输液泵)上运行。

nRF9160 SiP引入了蜂窝物联网功能,带来了输液泵和云之间的直接连接,而无需智能手机网关,从而开启了许多远程ML和监控运作的可能性。未来改进的关键在于进一步改善软件算法以及资源受限芯片的支持能力。这个未来比你想象的要近得多。

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