高精度與低功耗的(de)醫療保健産品解決方案

随着醫療技術的(de)迅速發展和(hé / huò)全球對健康管理需求的(de)增加,高精度與低功耗的(de)醫療保健産品正逐漸成爲(wéi / wèi)行業趨勢的(de)核心。這(zhè)類産品不(bù)僅能夠提供準确、及時(shí)的(de)健康數據,還大(dà)幅延長了(le/liǎo)設備的(de)使用壽命,滿足了(le/liǎo)便攜式和(hé / huò)長期監測需求。從可穿戴設備到(dào)遠程健康監控系統,這(zhè)些解決方案正爲(wéi / wèi)個(gè)人(rén)和(hé / huò)醫療機構提供更有效的(de)管理方式,同時(shí)降低了(le/liǎo)能耗,提升了(le/liǎo)患者體驗。本文将探讨Murata(村田制作所)所推出(chū)的(de)相關解決方案在(zài)血糖儀等醫療保健領域的(de)應用。
血糖儀(BGM)是(shì)通過傳感器來(lái)測量葡萄糖氧化酶産生的(de)電信号,通過檢測葡萄糖氧化酶和(hé / huò)葡萄糖之(zhī)間的(de)酶促反應所産生的(de)電流來(lái)進行血糖水平的(de)測量,由于(yú)傳感器具有溫度特性,因此需要(yào / yāo)進行溫度補償。此外,熱敏電阻可用來(lái)監測微型計算機和(hé / huò)電源的(de)異常發熱,并保護微型計算機免受由USB引起的(de)過電流的(de)影響。
血糖儀的(de)種類主要(yào / yāo)可分成SMBG(血糖自我監測)與CGM(連續血糖監測)兩大(dà)類,不(bù)過其檢測原理大(dà)緻相同,幾乎全部類型的(de)血糖儀都是(shì)通過測量體液中的(de)葡萄糖與葡萄糖脫氫酶反應産生的(de)電流量來(lái)測量血糖。SMBG是(shì)通過直接檢測血液中的(de)葡萄糖,在(zài)血液樣本中添加酶,血液中的(de)葡萄糖在(zài)酶的(de)作用下轉化爲(wéi / wèi)葡萄糖酸,同時(shí)釋放出(chū)電子(zǐ),電子(zǐ)被介體捕獲,然後施加電壓使電子(zǐ)與介質分離,通過跨阻放大(dà)器(TIA)檢測與血液中葡萄糖量成比例的(de)電流,來(lái)計算出(chū)血糖值。
由于(yú)信息及通信技術(ICT)的(de)發展(特别是(shì)雲服務的(de)普及)、生活環境的(de)變化和(hé / huò)人(rén)口老齡化帶來(lái)的(de)生活方式相關疾病患者的(de)增加,以(yǐ)及醫療費用的(de)飙升等社會環境的(de)變化,醫療保健和(hé / huò)醫療領域的(de)設備和(hé / huò)服務正在(zài)迅速改變其面貌。用于(yú)日常健康管理的(de)連續血糖儀(CGM)等設備,也(yě)正在(zài)經曆設備小型化、與雲連接等變化。
Murata的(de)産品線相當完整,将通過提供小型通用元器件(電容器、電感器等)爲(wéi / wèi)産品小型化和(hé / huò)提高設計靈活度做貢獻,其中包括提高通過網絡連接(如Bluetooth® Smart模塊等無線通信模塊)進行的(de)日常健康管理的(de)便利性。
在(zài)連接功能上(shàng),Murata可提供Bluetooth® 模塊、LPWA模塊、LTCC濾波器 / 巴倫器(LFL/LFB/LDB系列),在(zài)傳感器方面,可提供熱敏電阻(NCU系列)、磁性傳感器(AMR傳感器MR系列),在(zài)時(shí)鍾器件方面,可提供晶體諧振器(XRC系列)、陶瓷諧振器CERALOCK(CST系列),在(zài)電源供應部分,可提供氧化銀電池(SR系列)、隔離DC-DC轉換器模塊(NXJ1/NXJ2系列)、隔離門驅動電源模塊、熱敏電阻(NCU系列),在(zài)聲音元器件方面,可提供壓電擴音器(PKMCS/PKLCS系列)等産品。

Murata的(de)熱敏電阻發展已經有60多年的(de)曆史,在(zài)1962年實現PTC熱敏電阻的(de)初次量産,并持續積累經驗,不(bù)斷創新,至今仍在(zài)進行熱敏電阻的(de)超小型化,以(yǐ)及高性能類産品的(de)研發和(hé / huò)推行。Murata熱敏電阻具有高質量,在(zài)原材料與生産工藝上(shàng)下功夫,其結構設計帶來(lái)高可靠性,目前已經擁有市場居首占有率與豐富的(de)應用經驗,在(zài)供貨上(shàng)産能充足,并能提供優于(yú)同業的(de)分析、評估服務,以(yǐ)及定制化測評服務。
Murata的(de)NTC熱敏電阻可用于(yú)溫度檢測與溫度補償,例如NCP/NCU系列與FTN系列,PTC熱敏電阻(POSISTOR® )的(de)PRF系列則用于(yú)過溫保護,PRG系列則用于(yú)過流保護。Murata可協助客戶進行技術支持,包括電路優化與熱設計。
用于(yú)溫度檢知的(de)NCU/NCP系列擁有産品線豐富、産能充足、質量穩定的(de)優勢,并取得安全标準認證(UL1434,檔案号E137188)。在(zài)血糖儀應用中,NTC熱敏電阻可用來(lái)對“環境溫度”進行傳感,通過在(zài)試紙與儀器的(de)接口附近加熱敏電阻,來(lái)間接地(dì / de)實時(shí)檢測滴在(zài)反應槽端的(de)血液溫度,其精度受試紙的(de)構造及材料影響,通常誤差在(zài)±1℃~±2℃之(zhī)間。此外,NTC熱敏電阻也(yě)可用于(yú)電池模塊的(de)溫度檢測,因爲(wéi / wèi)目前主要(yào / yāo)的(de)血糖儀用MCU都是(shì)低電力消耗型的(de),對電池模塊的(de)運作時(shí)間的(de)溫度檢測相當重視。另一(yī / yì /yí)方面,用于(yú)過流保護的(de)PRG系列則在(zài)過電流情況下,可在(zài)阻值上(shàng)升之(zhī)後,使回路回歸正常狀态,可當作血糖儀的(de)自複保險絲。

在(zài)CGM應用中,可以(yǐ)使用AMR傳感器(磁性開關)來(lái)執行設備喚醒功能,也(yě)就(jiù)是(shì)當用戶打開密封包裝時(shí),可通過AMR開關自動啓動CGM設備。Murata的(de)AMR傳感器MRMS534R具有低功耗,可在(zài)低電壓下運作,且尺寸相當小巧。Murata AMR MRMS534R傳感器的(de)電流功耗平均隻有0.05μA/1.5V(最大(dà)0.2μA/1.5V),可在(zài)低電壓(Vcc範圍1.4~3.6V)下運行,高指向性,不(bù)容易受收到(dào)外部磁場幹擾,作爲(wéi / wèi)開關它的(de)靈敏度更優,尺寸也(yě)隻有1.45mm²。基于(yú)以(yǐ)上(shàng)特性,可以(yǐ)幫助CGM設備适配更低的(de)電壓系統,籍此更換更小型的(de)紐扣電池,從而(ér)幫助CGM達到(dào)小型化的(de)需求。目前該傳感器已經被國(guó)内多家頭部CGM廠商在(zài)設計環節采用,部分廠商已經大(dà)量采購并進入量産階段。
另一(yī / yì /yí)方面,Murata也(yě)推出(chū)醫療用的(de)時(shí)鍾器件――XRCGB-F1S/F2P系列晶體,是(shì)具備高精度、高可靠性新産品。這(zhè)款晶體諧振器是(shì)采用Murata專屬的(de)晶振技術,采用金屬蓋、樹脂封裝、芯片、平闆陶瓷底座的(de)結構,有别于(yú)傳統晶振采用金屬或陶瓷蓋、金屬封裝、芯片、凹槽陶瓷底座的(de)結構,具有更高的(de)精度與穩定性。
在(zài)比對回流焊後頻率變化的(de)對比時(shí),XRCGB-F1S/F2P系列晶體在(zài)多種标稱頻率下的(de)初始頻偏僅±10ppm,溫度頻偏也(yě)是(shì)±10ppm(-30~85℃)或±20ppm(-40~105℃選購品),相當地(dì / de)穩定,适用于(yú)多種無線射頻端,像是(shì)WiFi、BT/BLE和(hé / huò)LPWA等等,因其回流焊後的(de)頻率變化小,故便于(yú)進行頻率補償,并具有成本合理的(de)封裝設計與穩定供應的(de)優勢。Murata并提供免費的(de)增值匹配服務來(lái)搭配低功耗藍牙解決方案,在(zài)Murata建議條件下與初始條件的(de)功耗,将可降低約15%的(de)µAsec。