Weltweit lebten im Jahr 2000 600 Millionen Menschen im Alter von 60 Jahren und älter. Bis 2020 sollte sich diese Zahl voraussichtlich verdoppeln und bis 2050 sogar verdreifachen. Mehr als 600 Millionen Menschen weltweit leiden an chronischen Krankheiten. Allein in den USA haben laut der American Diabetes Association fast 21 Millionen Menschen – etwa 7 % der Bevölkerung – Diabetes. Die Gesundheitsausgaben für diese Krankheiten sind stark gestiegen, und Experten prognostizieren einen Anstieg von jährlich 500 Milliarden US-Dollar auf fast 700 Milliarden US-Dollar bis 2020.
Daher muss die Gesellschaft technologische Fortschritte nutzen, um Kosten zu senken und die Lebensqualität zu verbessern – sowohl im täglichen Umgang mit chronischen Erkrankungen wie Diabetes als auch, um älteren Menschen ein möglichst langes, unabhängiges Leben zu ermöglichen.
Die größte potenzielle Auswirkung auf chronische Erkrankungen und die Altenpflege hat die Vernetzung. Die Möglichkeit, persönliche medizinische Daten von einem Heimdiagnosegerät umgehend an medizinisches Fachpersonal zu übermitteln, spart Kosten und ermöglicht eine detailliertere Analyse des Patientenzustands. Diese moderne Vernetzung, sowohl kabelgebunden als auch drahtlos, die oft als E-Health oder Telemedizin bezeichnet wird, stellt einen bedeutenden Fortschritt im Kampf für eine bessere Gesundheitsversorgung und niedrigere Kosten dar. Der Aufbau eines E-Health-Ökosystems erfordert jedoch Interoperabilität auf Basis von Branchenrichtlinien und muss weltweit eingeführt werden.
Zu diesem Zweck ist Renesas Electronics der Continua Health Alliance beigetreten, die umfassende Richtlinien für das entstehende eHealth-Ökosystem entwickelt. Renesas Electronics hat außerdem eine zertifizierte Demonstrationsplattform für die Blutzuckermessung entwickelt, die den stromsparenden 32-Bit-Mikrocontroller V850ES/JG3-L und die erforderlichen Continua-Profile für nahtlose Interoperabilität nutzt.
Die Continua Health Alliance ist eine offene, gemeinnützige Branchenorganisation, die sich aus Medizin- und Technologieunternehmen zusammensetzt, die gemeinsam die Qualität der personalisierten Gesundheitsversorgung verbessern wollen. Mit über 240 Mitgliedsunternehmen weltweit engagiert sich Continua für den Aufbau eines Systems interoperabler, vernetzter und persönlicher Gesundheitslösungen. Denn die Integration solcher Lösungen in den häuslichen Bereich fördert die Unabhängigkeit, stärkt die Eigenverantwortung der Nutzer und ermöglicht ein wirklich personalisiertes Gesundheits- und Wellnessmanagement.
Obwohl die Hinzufügung von Konnektivität Diagnosegeräte für eHealth geeignet macht, bleibt die Wahl des Mikrocontrollers mit zusätzlichen HF-Transceivern, die entweder in den Mikrocontroller integriert oder als eigenständige externe Geräte ausgeführt werden können, der Schlüssel zu einem erfolgreichen Design.
Für die Entwicklung eines Blutzuckermessgeräts ist es wichtig, dass der Mikrocontroller folgende Schlüsselanforderungen erfüllt:
- A/D-Wandlung für Sensoreingänge
- D/A-Wandlung für Audioausgabe
- Benutzerschnittstelle mit LCD-Display
- Unterstützung für USB 2.0-Peripheriegeräte
- DMA-Unterstützung für den Datentransfer zwischen Peripheriegeräten und Speicher
- Hardware-Zähler und -Timer (z. B. Supervisor-Timer, Echtzeituhr und Timer) zur Steuerung der analogen Signalerfassung und -erzeugung
- Kleine Gehäusegrößen wie WQFN und FBGA
- Hochwertiger, sicherer Flash-Speicher mit Fehlerkorrektur
Der V850ES/JG3-L mit USB-Anschluss ist ein 32-Bit-Mikrocontroller mit 38 DMIPS (Version 2.1) bei einer Taktfrequenz von 20 MHz und verfügt über 256 kB bis 1 MB Flash-Speicher. Er bietet einen geringen Stromverbrauch bei kompakter Bauform (8 x 8 mm FBGA) und die für medizinische Diagnosegeräte wie dieses zur Blutzuckermessung erforderliche Rechenleistung.
Das umfangreiche Peripheriepaket umfasst Systemverwaltungshardware, analoge Elektronik, Timer und Kommunikationsgeräte. Zu den Systemverwaltungsfunktionen gehören eine Bussteuerung für die universellen I/O-Ports, ein Vierkanal-DMAC (Direct Memory Access Controller) für interne und externe Übertragungsanforderungen sowie ein Standby-Modus-Controller für die sieben Energiesparmodi. Die analogen Funktionen umfassen zwölf Kanäle mit je 10 Bit Analog-Digital-Wandlern (ADC) und einer minimalen Wandlungszeit von 5 µs sowie einen Zweikanal-Digital-Analog-Wandler (DAC) mit 8 Bit Auflösung und einer minimalen Wandlungszeit von 3 µs. Die Timerfunktionen beinhalten drei universelle 16-Bit-Timer/Zähler mit jeweils mehreren Kanälen, einen Supervisor-Timer zum Zurücksetzen des Systems oder Auslösen eines Interrupts bei Überlastung, einen Taktgenerator für die verschiedenen Taktsignale von CPU und Peripheriegeräten sowie eine Echtzeituhr (RTC) zur Anzeige von Datum und Uhrzeit.
Ein entscheidender Aspekt bei der Entwicklung von Blutzuckermessgeräten ist die Minimierung des Stromverbrauchs, um die Akkulaufzeit zu verlängern und die Messgenauigkeit zu gewährleisten. Ist die Akkulaufzeit zu kurz, kann es passieren, dass der Benutzer eine geplante Messung verpasst, weil er den Akku aufladen oder austauschen muss. Das V850ES/JG3-L nutzt eine energiesparende Prozesstechnologie und eine optimierte Leistungsarchitektur, was zu einem außergewöhnlich niedrigen Stromverbrauch ohne Leistungseinbußen führt. Das V850ES/JG3-L
verfügt über mehrere Energiesparmodi, die den Energieverbrauch weiter reduzieren und die Akkulaufzeit verlängern. Diese Modi umfassen:
- HALT: Nur der CPU-Takt wird angehalten; Peripheriegeräte bleiben aktiv.
- IDLE1: Alle internen Schaltkreise werden angehalten, außer Oszillator, PLL und Flash-Speicher.
- IDLE2: Alle internen Schaltkreise werden angehalten, außer dem Oszillator.
- STOP: Alle internen Schaltkreise werden angehalten, außer dem sekundären Taktoszillator.
- RTC-Backup: Die Echtzeituhr (RTC) verwendet weiterhin den 32-kHz-Takt und nutzt den Strom, der von der Backup-Spannung an den RVDD geliefert wird. Der Stromverbrauch ist in diesem Modus noch geringer als im STOP-Modus.
Zur Evaluierung des V850-Mikrocontrollers und des Continua-Profils hat Renesas Electronics eine Demonstrationsplattform für das Continua-zertifizierte Blutzuckermessgerät entwickelt. Die DM-V850ES-JG3LUSB-CD umfasst einen V850ES/JG3-L USB-Mikrocontroller, ein zweizeiliges Chip-on-Glass (COG)-LCD-Display, vier Tasten, einen Einstellanschluss und einen Anschluss zur Simulation eines Blutzuckerteststreifens. Diese Platine demonstriert die USB-Konnektivität mit dem PHDC-Treiber (Personal Healthcare Device) durch die Implementierung des Continua-Standards für Blutzuckermessgeräte. Diese Implementierung umfasst den IEEE-11073-10417-Standard für die Glukosemessung und den IEEE-11073-20601-Standard für die Kommunikation zwischen einem Continua-Agenten und einem Continua-Manager. Die Continua-zertifizierte Demonstration nutzt die USB-Datenübertragung. Die Demonstrationskarte simuliert die Blutzuckermessung mithilfe eines variablen Widerstands und ermöglicht dem Benutzer Folgendes:
- Messwerte simulieren und Daten im nichtflüchtigen Speicher ablegen.
Simulierte Eingaben per
Knopfdruck abrufen.
EEPROM-Emulation zur
Datenspeicherung nutzen.
- Kompatibilität mit allen vom Continuous Glucose Manager angeforderten Daten.
Das LCD-Display zeigt die
aktive Kommunikation bis
zum Abschluss an.
Knopfdruck
aktiviert
- Anzeige der aktuellen Messwerte für verschiedene Modi und Frequenzen.
zwischen verschiedenen Modi
wechseln
aktuellen Messwerte anzeigen lassen.
- Transparenter Betrieb zwischen USB- und Batteriebetrieb.
kann
das System
mit
.
- Unterstützung für Echtzeituhr (RTC) und Zeitprotokollierung.
Blutzuckermessdaten
über die
Echtzeitüberwachung.
- Unterstützung für Entwicklung/Debugging als Evaluierungsplattform.
Die Verbindung der Plattform mit den
Renesas Minicube
Debugging- und Programmierwerkzeugen
ermöglicht die Evaluierung und Entwicklung des
Gesamtsystems.
Zusammenfassend lässt sich sagen, dass Renesas Electronics der weltweit führende Anbieter von 32-Bit-Mikrocontrollern und aktives Mitglied der Continua Health Alliance ist. Zudem gehörte das Unternehmen zu den ersten Anbietern einer vollständig Continua-zertifizierten Demonstrationsplattform für die Blutzuckermessung. Zukünftig plant Renesas, zertifizierte Plattformlösungen für das Gesundheitswesen anzubieten, die auf modernsten Mikrocontrollern mit energieeffizienten drahtlosen Netzwerkstandards wie Bluetooth, ZigBee und Wi-Fi sowie kabelgebundenen USB- und Ethernet-Standards basieren.
Autor:
Artikel bereitgestellt von Renesas
