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高精度与低功耗的医疗保健产品解决方案

泰然健康网
2024-12-26 09:48

以下技术文章原载于Arrow新闻简报（2024年11月刊）

CMG 高精度低功耗的医疗保健产品

随着医疗技术的迅速发展和全球对健康管理需求的增加，高精度与低功耗的医疗保健产品正逐渐成为行业趋势的核心。这类产品不仅能够提供准确、及时的健康数据，还大幅延长了设备的使用寿命，满足了便携式和长期监测需求。从可穿戴设备到远程健康监控系统，这些解决方案正为个人和医疗机构提供更有效的管理方式，同时降低了能耗，提升了患者体验。本文将探讨Murata（村田制作所）所推出的相关解决方案在血糖仪等医疗保健领域的应用。

血糖仪改良慢性病人的生活

血糖仪（BGM）是通过传感器来测量葡萄糖氧化酶产生的电信号，通过检测葡萄糖氧化酶和葡萄糖之间的酶促反应所产生的电流来进行血糖水平的测量，由于传感器具有温度特性，因此需要进行温度补偿。此外，热敏电阻可用来监测微型计算机和电源的异常发热，并保护微型计算机免受由USB引起的过电流的影响。

血糖仪的种类主要可分成SMBG（血糖自我监测）与CGM（连续血糖监测）两大类，不过其检测原理大致相同，几乎全部类型的血糖仪都是通过测量体液中的葡萄糖与葡萄糖脱氢酶反应产生的电流量来测量血糖。SMBG是通过直接检测血液中的葡萄糖，在血液样本中添加酶，血液中的葡萄糖在酶的作用下转化为葡萄糖酸，同时释放出电子，电子被介体捕获，然后施加电压使电子与介质分离，通过跨阻放大器（TIA）检测与血液中葡萄糖量成比例的电流，来计算出血糖值。

由于信息及通信技术（ICT）的发展（特别是云服务的普及）、生活环境的变化和人口老龄化带来的生活方式相关疾病患者的增加，以及医疗费用的飙升等社会环境的变化，医疗保健和医疗领域的设备和服务正在迅速改变其面貌。用于日常健康管理的连续血糖仪（CGM）等设备，也正在经历设备小型化、与云连接等变化。

完整的产品线满足医疗保健设备的设计需求

Murata的产品线相当完整，将通过提供小型通用元器件（电容器、电感器等）为产品小型化和提高设计灵活度做贡献，其中包括提高通过网络连接（如Bluetooth® Smart模块等无线通信模块）进行的日常健康管理的便利性。

在连接功能上，Murata可提供Bluetooth® 模块、LPWA模块、LTCC滤波器 / 巴伦器（LFL/LFB/LDB系列），在传感器方面，可提供热敏电阻（NCU系列）、磁性传感器（AMR传感器MR系列），在时钟器件方面，可提供晶体谐振器（XRC系列）、陶瓷谐振器CERALOCK（CST系列），在电源供应部分，可提供氧化银电池（SR系列）、隔离DC-DC转换器模块（NXJ1/NXJ2系列）、隔离门驱动电源模块、热敏电阻（NCU系列），在声音元器件方面，可提供压电扩音器（PKMCS/PKLCS系列）等产品。

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热敏电阻提升医疗保健产品的检测精度

Murata的热敏电阻发展已经有60多年的历史，在1962年实现PTC热敏电阻的初次量产，并持续积累经验，不断创新，至今仍在进行热敏电阻的超小型化，以及高性能类产品的研发和推行。Murata热敏电阻具有高质量，在原材料与生产工艺上下功夫，其结构设计带来高可靠性，目前已经拥有市场居首占有率与丰富的应用经验，在供货上产能充足，并能提供优于同业的分析、评估服务，以及定制化测评服务。

Murata的NTC热敏电阻可用于温度检测与温度补偿，例如NCP/NCU系列与FTN系列，PTC热敏电阻（POSISTOR® ）的PRF系列则用于过温保护，PRG系列则用于过流保护。Murata可协助客户进行技术支持，包括电路优化与热设计。

用于温度检知的NCU/NCP系列拥有产品线丰富、产能充足、质量稳定的优势，并取得安全标准认证（UL1434，档案号E137188）。在血糖仪应用中，NTC热敏电阻可用来对“环境温度”进行传感，通过在试纸与仪器的接口附近加热敏电阻，来间接地实时检测滴在反应槽端的血液温度，其精度受试纸的构造及材料影响，通常误差在±1℃～±2℃之间。此外，NTC热敏电阻也可用于电池模块的温度检测，因为目前主要的血糖仪用MCU都是低电力消耗型的，对电池模块的运作时间的温度检测相当重视。另一方面，用于过流保护的PRG系列则在过电流情况下，可在阻值上升之后，使回路回归正常状态，可当作血糖仪的自复保险丝。

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医疗用的低功耗AMR传感器与时钟器件

在CGM应用中，可以使用AMR传感器（磁性开关）来执行设备唤醒功能，也就是当用户打开密封包装时，可通过AMR开关自动启动CGM设备。Murata的AMR传感器MRMS534R具有低功耗，可在低电压下运作，且尺寸相当小巧。Murata AMR MRMS534R传感器的电流功耗平均只有0.05μA/1.5V（最大0.2μA/1.5V），可在低电压（Vcc范围1.4~3.6V）下运行，高指向性，不容易受收到外部磁场干扰，作为开关它的灵敏度更优，尺寸也只有1.45mm²。基于以上特性，可以帮助CGM设备适配更低的电压系统，籍此更换更小型的纽扣电池，从而帮助CGM达到小型化的需求。目前该传感器已经被国内多家头部CGM厂商在设计环节采用，部分厂商已经大量采购并进入量产阶段。

另一方面，Murata也推出医疗用的时钟器件――XRCGB-F1S/F2P系列晶体，是具备高精度、高可靠性新产品。这款晶体谐振器是采用Murata专属的晶振技术，采用金属盖、树脂封装、芯片、平板陶瓷底座的结构，有别于传统晶振采用金属或陶瓷盖、金属封装、芯片、凹槽陶瓷底座的结构，具有更高的精度与稳定性。

在比对回流焊后频率变化的对比时，XRCGB-F1S/F2P系列晶体在多种标称频率下的初始频偏仅±10ppm，温度频偏也是±10ppm（-30~85℃）或±20ppm（-40~105℃选购品），相当地稳定，适用于多种无线射频端，像是WiFi、BT/BLE和LPWA等等，因其回流焊后的频率变化小，故便于进行频率补偿，并具有成本合理的封装设计与稳定供应的优势。Murata并提供免费的增值匹配服务来搭配低功耗蓝牙解决方案，在Murata建议条件下与初始条件的功耗，将可降低约15%的µAsec。

结语

随着高精度与低功耗技术的持续发展，医疗保健产品正朝着更加智能、便捷且节省能源的方向迈进。这些创新解决方案不仅能够提供准确的健康数据，还大幅降低能耗，延长设备的使用寿命，满足了患者和医疗机构对于有效健康管理的需求。从个性化健康监测到远程医疗的推行，这些技术正逐步改变我们的医疗模式，提升了患者的生活质量和医疗服务的效率。Murata在医疗保健相关解决方案的产品开发上拥有丰富的经验，也能提供完整的产品线，将是您抢占医疗保健应用市场的理想合作伙伴。