測量和監測是對1型糖尿病和2型糖尿病有效管理的關鍵。典型和傳統的測量技術透過使用血糖儀(BGM)進行。市場上1型和2型糖尿病患者使用的另一種技術選擇是連續血糖儀(CGMS)。連續測量的優點很多，其中之一是更瞭解人體，或者隨著時間推移，血糖如何藉由各種日常活動，如體力活動、飲食甚至睡眠不斷變化。隨著持續而非間歇式更深入瞭解人體行為，可進行相應治療和改善。
由於這些儀器通常在皮下測量組織液，直到最近還需定期校準血液，也就是「老派」的戳手指。然而隨著技術進步，部分CGM現在毋需對全血進行校準。
連續血糖監測系統的微電子性質通常相同，僅有少數例外。且由於這些裝置通常為穿戴式，因此尺寸問題亦須顧及，意味著需要高度整合加上有效電源管理，以提高所用半導體元件的最佳效能。
除了測量和監測外，胰島素輸送技術也在推進，閉環系統將連續監測結合藉由人造胰腺輸送的胰島素，為數以百萬計的糖尿病患者帶來更好、更方便的醫療保健及更樂觀的前景。
血糖測量技術層層遞進
傳統的BGM可以在藥房或任何藥店連鎖店購買。使用附帶的刺血針裝置(非常小的細針)刺破手指、流出一小滴血，再將血與插入血糖儀的試紙接觸。
當血液樣本與試紙產生化學反應時，會向血液樣本施加AC或DC激發電壓或電流，而結果由數據轉換器讀取。短暫等待微控制器完成計算後，最終的血糖水準將在螢幕上顯示(圖1)。
更先進的血糖儀具有藍牙低功耗(Bluetooth Low Energy, BLE)連接功能，可將分散的血糖結果傳輸至智慧手機，其通常支援雲端連接的應用程式。而結果可予以儲存，且家庭成員或護理人員可隨時查看，以改善治療效果。
CGM電路系統/電池選擇考量因素
當今，連續血糖儀的系統架構將類比/數位(A/D)和數位/類比(D/A)以及輸入/輸出功能整合到單片矽中，通常是特殊應用積體電路(ASIC)類比前端(AFE)或專用標準產品(ASSP)，通常在一個小的晶圓級晶片尺寸封裝(WLCSP)中結合1個藍牙低功耗(BLE)和微控制器(MCU)，如RSL10有助於解決挑戰，使長期穿戴的裝置對用戶來說盡可能不顯眼和實用。
除了電路外，另一個影響尺寸的主要因素是所需的電池。如掌上型BGM中，通常使用一個或兩個AA、AAA或AAAA電池。這些對於CGM而言太重且太大，因此，電池的尺寸和化學性質通常決定鈕扣電池的外型尺寸。
為了切實可用，必須審慎管理系統電源。峰值電流和總電流必須最小化，因為從鈕扣電池獲得的最大電流比AA電池大大減小。另一個考慮因素是放電曲線。如若使用氧化銀化學電池，通常會產生最大1.55V的電壓，使用壽命降至1.2V；若使用二氧化錳化學電池，則額定電壓為1.5V，使用壽命降至1.0V。
胰島素注射趨向智慧化
胰島素以往是在需要時使用臨床級注射器和針頭自行注射，就像在診間接受注射一樣。現在有很多種胰島素已經上市銷售，快速、短、中、長效類型的胰島素可以單獨注射或根據需要混合使用。
最近皮下注射的替代品已進入市場。有一種替代方法是噴射式注射器，其以細流將胰島素輸送並進入皮膚。另一種是注射器筆，藉由一根超細針頭自動分配胰島素，使利性和舒適性大幅提升，同時還能減少注射恐懼感(圖2)。
這些替代裝置實際上更趨於機電化和「智慧化」，就如同傳統血糖儀。至於注射筆的設計採用微控制器和藍牙低功耗無線電，目的是捕捉和報告離散的注射時間、注射量等等。
胰島素泵浦改善輸送效率
胰島素泵浦可精確控制1型和某些2型糖尿病患者的胰島素輸送，但更常針對1型糖尿病患者。這些泵浦是方案的關鍵部分，最終在「閉環」系統—人造胰腺中發揮作用；其採用胰島素泵浦接收連續測量血糖數據的系統，再加上適當輸送控制和演算法創建人造胰腺，此為糖尿病管理的關鍵。
使用CGM代替多次刺手指，這是一種利用連續數據而不是幾個離散數據點的較佳測量方法。同樣地，能避免一整天低血糖和高血糖是一大進展，有了人造胰腺意味著患者不再需要擔心夜間低血糖、睡眠期間低血糖水準或測量/注射的頻率。這可以大幅改善他們的健康、生活品質，還可能延長壽命(圖3)。
合理想像，採用自動輸送胰島素需要依靠系統的安全性、可靠性和準確性，這使得裝置製造商於選擇技術、系統和元件供應商的過程至關重要。
人造胰腺連結雲端監測健康
人造胰腺的物理設計有很大差異，儘管戴在身上或配置在使用者的皮帶上。圖4所示架構描述常見的方案，利用高度整合的ASIC，含所有類比前端模組、電源管理、MCU或控制模組以及一個整合的藍牙低功耗無線電以幫助通訊。所有系統都包括某種類型的胰島素儲存裝置，提供適當驅動器機制的泵浦或致動器系統，藉由皮下針頭輸送胰島素的導管或套管系統，以及各種類型的感測器(如運動、壓力、溫度、血糖)。離散或未連接的測量系統主要區別，在於連續和閉環回饋。
除了血糖感測器以外，還可以使用幾種感測器，如用於人體穿戴裝置的低重力加速度計和溫度感測器來監測活動水準，以改進劑量演算法。這些感測器持續提供有關身體運動和外部環境的資訊，同時還提供有關血糖水準的相關資訊。人工智慧(AI)可用來估計所需的近期和中期胰島素治療。
大多數系統使用藍牙低功耗與連接到雲端的智慧手機進行通訊。但有些人使用無外觀設計的可攜式Pod與單獨的控制系統，亦稱為「個人裝置管理器(PDM)」的系統通訊，在此情況下，PDM用於用戶間交互作用，並可作為開環(非閉環)控制系統，其亦通常藉由Wi-Fi或LTE提供雲端連接的功能。
藉由雲端連接，護理人員可收到通知並介入追蹤。此外，藉由雲端運算，可從大數據分析和人口管理獲得更多的功能。而在某些情況，除IC整合外，甚至被動元件也與高度整合的半導體ASIC整合在3D混合模組中，體現尺寸、重量和性能等優勢。
低功耗藍牙供電 實現高效傳輸
回到對鈕扣電池運作和低功耗工作需求，諸如安森美半導體(ON Semiconductor）的RSL10藍牙5認證的無線電系統單晶片(SoC)之類的元件可提供適當選擇方案實現與人造胰腺方案的通訊。
RSL10提供低功耗，經嵌入式微處理器基準協會(EEMBC)驗證，且近期獲用於可植入式及生命相關的醫療應用認證，適用於低功耗電池供電的裝置；該元件搭載Arm Cortex-M3處理器和LPDSP32數位訊號處理器，提供所需的穩固性以支援複雜設計；板載384KB快閃記憶體和160KB RAM為用戶提供靈活的編程選項。此外，RSL10還為藍牙低功耗提供機會，並具有開發韌體空中升級(FOTA)應用程式的能力(圖5)。
此外，該元件具備額外好處，如安森美的藍牙低功耗矽智財(SIP)可用於低功耗的ASIC，進而滿足涵蓋各感測器和介面的需求。由於測量系統和胰島素輸送系統中的數位/類比(D/A)和類比/數位(A/D)轉換很普遍，因此需客製化，像是在胰島素輸送系統中，可能僅需藍牙低功耗傳輸，進而減少基頻RF和控制器成本。許多應用皆為大體積或一次性，因此關鍵在於矽，需盡可能使其具高效能以節省成本和尺寸。
(本文作者為安森美半導體無線及醫療分部訊號處理業務行銷)
