無線技術與醫學技術齊頭並進

作者 : Thomas Søderholm,Nordic Semiconductor

無線技術改善了數十萬名第一型糖尿病患者的生活,未來還有更多的進展。

人體僅需要四樣東西就能生存——水、食物、氧氣和功能正常的神經系統。從某些方面來看,身體就是這麼簡單。然而,人體是由各種細胞組成、複雜而具高度組織化的結構,這些細胞有條不紊地發揮維繫生命所必需的特定功能。

以胰腺為例。事實上,這個器官是一系列消化酶,以及胰島素、升糖素的生產工廠,這些激素確保我們的大腦和身體都有穩定可靠的能量供應。大多數人的胰腺狀況良好,但全球約有900萬名第一型糖尿病患者,他們的相關功能受到影響。

第一型糖尿病患者

第一型糖尿病是慢性疾病,會導致胰腺中產生胰島素的細胞失效,如果不加以控制,會損害病患的心臟、血管、眼睛、腎臟和神經。如果不予治療,則會引起病患昏迷和死亡。雖然糖尿病患者可以藉由醫學技術度過餘生,但病患會在日常生活上遭遇一些困難。病患必須測量和控制其血糖數值,並經由皮下注射或胰島素輸液泵來補充胰島素。

在病患的一生中,通常需要每天4~5次的糖尿病醫療操作,直到業界找到治癒的方法。在此之前,結合醫療和創新無線技術的「人工胰臟」可望為病患帶來更輕鬆的生活。

人工胰腺

人工胰臟的「閉迴路系統」由兩件設備組成:一件連續血糖監測儀(CGM)和一件胰島素輸液泵。根據使用者的血糖數值,輸液泵可以在任何時間和任何時段內施用胰島素。CGM則會每隔幾分鐘測量一次,確定病患的葡萄糖數值,其皮下感測器利用低功率藍牙無線連接,將病患資料中繼傳輸到輸液泵。

輸液泵使用複雜的演算法計算出將血糖數值維持在正常生理範圍內所需的胰島素注射量,輸液泵使用導管在較長時間內輸送胰島素。

低功耗藍牙和蜂巢式連接

部分由於無線技術帶來的便利性,現今的醫療技術已經改變了數十萬名第一型糖尿病患者的生活,未來還有更多的進展。例如,最新的輸液泵使用低功耗藍牙與智慧型手機通訊,進行長期資料分析並提供醫療保健建議。蜂巢式連接還允許病患與遠端醫師持續保持聯繫,這些醫師可以檢查病情是否控制得當,並適時給予提醒。

不斷發展的智慧功能

下一步是使用機器學習(ML)來改進人工胰臟的閉環控制,同時還要考量生理參數。在一般狀況下,病患的整體健康狀況、核心體溫、心率、壓力和睡眠模式等都會影響血糖數值。與目前使用的方法相比,納入此類資料可以增強ML演算法,採用更高的複雜性和準確性來規劃胰島素輸注方案,並且無需病患手動調整輸液泵。

先進的軟硬體

先進的軟體需要先進的硬體支援。Nordic系統單晶片(SoC)和系統級封裝(SiP)產品的Arm Cortex-M4和-M33嵌入式處理器等能夠提供支援。此外,Arm M等級處理器非常適合運作TinyML,這是一種縮減版本ML,適合在具有最佳化處理器和記憶體資源的連接設備(如輸液泵)上運作。

nRF9160 SiP導入蜂巢式物聯網功能,直接連結輸液泵和雲端系統,無需透過智慧型手機即可運作,創造出各種遠端ML和監控運作的可能性。未來改進的關鍵在於進一步改善軟體演算法以及資源受限晶片的支援能力,人們可以期待美好的未來即將來臨。

 

 

 

 

 

加入我們官方帳號LINE@,最新消息一手掌握!

發表評論