• LinkedIn
  • KONTAKT
  • ANNONCERING
  • PARTNERLOGIN

ElektronikFOKUS

Fokus på elektronik

  • Branchenyt
  • Design & udvikling
  • Events
  • IoT & embedded
  • Komponenter & konnektorer
  • Power
  • Produktion
  • Test & mål
  • Wireless & data
  • Artikler fra Aktuel Elektronik

Artikler fra Aktuel Elektronik13. 02. 2024 | Heidi Thode

Design af en ultra low-power livstegnsmonitor på klinisk niveau

Artikler fra Aktuel Elektronik13. 02. 2024 By Heidi Thode

Vi skal i denne artikel se på forskellige måder til måling og monitering af en patients vitale livstegn blandt andet med brug af Analog Devices/Maxim Integrated MAX86178 analoge front end (AFE) IC til udførelse af disse målinger. Det er en innovativ og højeffektiv løsning, der understøtter en række livstegnsmoniteringsmetoder, der opfylder de nyeste kliniske krav – og forbrugernes behov

Artiklen har været bragt i Aktuel Elektronik nr. 2 – 2024 og kan læses herunder uden illustrationer
(læs originaludgaven her)

Af Mark Patrick, Mouser Electronics
Illustrationer: Analog Devices/Maxim Integrated

Vores krops livstegn – som puls eller hjerterytme – er tidligere typisk blevet udført i et klinisk miljø, hvor sundhedspersonale har tilsluttet elektroder og betjent udstyret. Det kan være nødvendigt i mange tilfælde, men der er også fordele ved at kunne måle en persons livstegn uden for det kliniske miljø. Fjernmonitering af personers helbred, vurdering af atleters ydelse og en generel bevidsthed om eget helbred er alle situationer, der kan have fordel af et håndholdt/bærbart udstyr til måling af livstegn.

Metoder til måling af livstegn
Der er tre metoder til elektronisk detektering af en persons puls/hjertefunktion: fotopletysmografi (PPG), elektrokardiogrammer (EKG) og bioimpedans (BioZ). Hver metode har specifikke egenskaber, og valget er typisk defineret af den enkelte bruger-case.
● Fotopletysmografi (PPG) er en non-invasiv optisk måling af hjertets volumen. Metoden bruger belysning med en LED med en specifik bølgelængde på huden over et vaskulært område. En fotodiode opsamler det reflekterede lys og konverterer det målte lys til et elektrisk signal for efterfølgende analyse. Når hjertet slår, så genererer denne cyklus en puls eller en trykbølge af blod igennem venerne, som igen medfører udvidelse og sammentrækning af blodkarrene. Disse bevægelser ændrer den reflekterede lysmængde og dermed også output for fotodioden. Med brug af LED’er med forskellige bølgelængder er det muligt at isolere den lysmængde, der bliver absorberet af arterierne (kraftig rød og iltfyldt blod) fra venernes (mørkere rød og med mindre iltindhold) for derved at bestemme iltmængden i en målt persons blod. Da PPG-detekteringsmetoden bruger en simpel optisk sti og ingen elektrisk kontakt til personen, der måles på, er det en populær løsning til smart watches og bærbare helbredsmonitorer.
● Elektrokardiogrammet (EKG) er en elektrisk målemetode på hjertets muskelvæv og dermed én af de metoder, som måler biopotentialet på menneskekroppen. EKG har en udtalt waveform-signatur (figur 1), hvor de individuelle bidrag er betegnet som ”QRS-komplekset”. Disse data giver behandlere og lægepersonale specifik information om en persons overordnede helbred og hjertefunktion. Hver del af EKG-signaler relaterer til koncentrationen af de enkelte grupper af hjertemuskler, der skal arbejde i en korrekt sekvens for at sikre en sund blodgennemstrømning. EKG kræver placering af multiple elektroder på menneskekroppen for at fungere. Om end det er en non-invasiv målemetode, så betyder behovet for placering af elektroderne, at modellen er mindre praktisk end PPG for ufaglærte brugere.
● Bioimpedance (BioZ) er også en elektrisk måling, der kan opfange hjerterytmen med brug af elektroder forbundet til kroppen. Metoden ligner EKG, men måler i stedet variationer i kropsvævets impedans som elektriske signaler.
Ved at kombinere alle tre målemetoder kan man opnå en yderst pålidelig livstegnsmonitor, som giver langt mere information end ”bare” hjerterytmen.

Designudfordringer i en livstegnsmonitor
Der er en række udfordringer i designet af enhver bærbar konstruktion lige fra det omgivende miljø til muligheden for at vise de målte resultater i kraftigt sollys. En præcis måling af livstegn for en person i bevægelse giver også en række mulige forstyrrelser fra støj. Forsyning af designet fra et genopladeligt batteri kræver desuden velovervejede power-management teknikker og et low-power mindset for at sikre, at produktet opfylder kundens forventninger til brugstid mellem opladninger. Selv om en elektrodebaseret designmetodik giver et mere præcist billede af en persons livstegn, så vil et stramt bånd rundt om brystet være ubekvemt at bruge i længere tid, og placering af klæbende pads tager tid at placere på brugeren.
Ligesom for ethvert andet medicinsk produkt, der er placeret direkte på kroppen, er der strenge sikkerhedskrav for lækstrømme og mulige risici for at udsætte patienten for livsfarlige spændinger. Brugen af LED’er og fotodioder til PPG-detektering er derfor en langt mere bekvem metode til langsigtet monitering. Det giver dog mere komplekse kredsløb samt et behov for eliminering af lys fra omgivelserne og optiske isolationsteknikker, så lyset fra LED’en ikke rammer fotodioden direkte.

Analog Devices MAX86178
Analog Devices/Maxim Integrated MAX86178 er en ultra low-power livstegns-IC, der omfatter en synkroniseret PPG, EKG, og BioZ AFE i ét produkt til at udgøre en bærbar helbredsmonitor, men også et klinisk diagnosticeringsprodukt.
IC’en indeholder en dybt integreret og omfattende analog front end. PPG-signalkæden supporterer op til seks LED’er forsynet af to kraftige 8-bit drivere. Receive-stien består af fire fotodioder og to lavstøjskanaler, der hver især indeholder 20-bit analog-/digital konvertere (ADC’er). Kredsløb til eliminering af lys fra omgivelserne fungerer på begge receive-kanaler.
EKG-signalkæden er en low-noise type med høj input-impedans, og den inkluderer støjfiltrering, ligesom der er en kalibreringsspænding, som udfører intern selvtest. Af yderligere funktioner kan nævnes et programmérbart gain, et anti-aliasing lavpasfilter og en højopløst ADC. EKG-funktionen opfylder de internationalt anerkendte standarder for ambulant EKG-monitering (IEC 60601-2-47). BioZ-kanalen har også en høj input-impedans, kalibreringsfunktion, en forstærker med programmérbart gain samt filterfunktioner.
MAX86178 er udført som en 49-bump wafer level-pakning (WLP) med dimensionerne 2,77mm × 2,57mm, og den kan fungere mellem -40°C og +85°C.
Figur 2 viser arkitekturen i en integreret, batteriforsynet livstegnsmonitor kapslet som en patch. Monitoren anvender MAX86178, bruger alle tre sensorkanaler og har desuden Bluetooth-konnektivitet. MAX86178 kan opsamle data om hjertet som EKG-waveforms, blodgennemstrømning med optisk PPG og åndedrætsmåling med BioZ-målinger.

Hjælp til udvikling
Analog Devices tilbyder en reference-designplatform, der hjælper designteams med prototyping af livstegnsmonitorer. Bryst-patch referencedesignet, MAXREFDES106 (figur 3), er en omfattende udviklingsplatform baseret på MAX86178 IC’en. Platformen inkluderer MAX32674, en algoritme-hub med embeddede algoritmer designet specifikt til at fungere sammen med optiske sensorer i medicinske wearables, en MAX20356 power management-IC samt et ADXL367, low-power, low-noise 3-axis accelerometer. MAX32666 værts-mikrocontroller med Bluetooth 5-konnektiviter fuldender hardwarepakken.
MAXREFDES106 gør det muligt at måle iltning af blodet (SpO2), puls/hjerterate (HR), åndedrætsrate (RR), impedans-kardiografi (ICG), kropsimpedansanalyse (BIA) samt hud-/omgivelsestemperaturer i en brystbåren platform. Figur 4 illustrerer måleeksempler fra platformen og fra den medleverede software.
Måling af vores livstegn giver healthcare-plejepersonale et præcist indblik i vores overordnede helbred. Prototyping af et sensorinterface, der kan arbejde samme med optiske sensorer og elektroder, kræver omfattende viden og erfaring. Derfor er tilgængeligheden af højt specialiserede, analoge front end-IC’er en betydelig designhjælp, og den analoge front end-IC, MAX86178, med sin tilhørende udviklingsplatform forenkler i høj grad udviklingsforløbet i design af en bærbar livstegnsmonitor.

Billedtekster:
Figur 1: EKG-baseret QRS-waveform giver klinisk personale vigtig information om en patients helbred.

Figur 2: Arkitekturen i en kompakt livstegnsmonitor baseret på Analog Devices’/Maxim Integrateds MAX86178.

Figur 3: Arkitekturen i MAXREFDES106 livstegns-referencedesignplatformen.

Figur 4: Output fra Analog Devices’/Maxim Integrateds livstegns-udviklingsplatform.

Skrevet i: Artikler fra Aktuel Elektronik Tags: Apparatteknik, design, livstegnsmonitor, medico

Seneste nyt fra redaktionen

Danisense introducerer ny højpræcisDC- og AC clamp-on strømtransducer

PowerTest & mål25. 03. 2026

Danisense lancerer MK500ID, den første nye og højpræcise DC- og AC clamp-on strømtransducer designet til galvanisk isolerede målinger på op til 500Arms og -DC. MK500ID clamp-on strømtransduceren har en fremragende ydelse inklusive markedets bedste faseskift-karakteristisk på kun 0,05° ved frekvenser

Same Sky lancerer nye tryk og taster til panelmontage

Komponenter & konnektorer25. 03. 2026

Same Skys Switches Group tilføjer nu panelmonterede tryk og switche til sit program af tryk, taster og switche. PB2-, PB3-, PB4- og PB5-serierne er med ringetryk eller afbrydere efter SPST- eller SPST-NO typerne og enten off-on eller off-(on) skiftefunktioner. Alle modeller er som standard i

Dansk Solcelleforening åbner for nye medlemmer

Power25. 03. 2026

Danmark har rundet 5 GW solcellekapacitet. Det markerer en milepæl, men også begyndelsen på næste fase af den grønne omstilling. Derfor inviterer Dansk Solcelleforening nu flere aktører ind i medlemskredsen. På Dansk Solcelleforenings ordinære generalforsamling den 19. marts 2026 vedtog

Punktum dk ruster Danmark mod IT-kriminalitet gennem nyt globalt datanetværk

BranchenytWireless & data25. 03. 2026

Punktum dk annoncerer i dag en acceleration af indsatsen for et sikkert dansk internet. Ved at blive det første domæneregister i verden, der kobler sig direkte på Global Signal Exchange (GSE), tager Punktum dk førertrøjen i den globale sikring af digital infrastruktur. GSE fungerer som en central

Robot-uge – Week of Robotics – fra 5. til 8. maj

AktueltEvents25. 03. 2026

Fra den 5.-8. maj 2026 samles det globale robotsamfund i Odense til Robotikkens Uge – en uge dedikeret til innovation, videndeling og samarbejde på tværs af robotikøkosystemet. Ugen starter den 5. maj med Global Robotics Cluster Assembly, arrangeret af Odense Robotics, der samler internationale

Vellykket wafer udveksling er en milepæl for FAMES Pilot Line projektet

AktueltDesign & udvikling25. 03. 2026

Franske CEA-Leti og tyske Fraunhofer IPMS har med succes gennemført deres første udveksling af ferroelektrisk hukommelses wafere inden for FAMES Pilot Line initiativet og markerer dermed en vigtig milepæl i forbindelse med en delt europæisk platform for avanceret  embedded non-volatil memory

Terma leverer T3 Star Tracker til ESA-mission

Design & udviklingTop25. 03. 2026

Terma har underskrevet en kontrakt med Indra Space om at levere en T3 Star Tracker til Draco-missionen (Destructive Reentry Assessment Container Object), der er planlagt til opsendelse i 2027. Missionen, der er designet som en kontrolleret "crashtest" i rummet, vil se en lille satellit gennemføre en

Renesas afslører branchens første tovejs 650V GaN-switch

AktueltKomponenter & konnektorerPower23. 03. 2026

Renesas Electronics Corporation introducerer branchens første tovejs-switch, der bruger GaN-teknologi i depletion-mode (d-mode) procesteknologi, og som er i stand til at blokere både positive og negative strømme i én komponent med integreret DC-blokering. Højvolt-kredsen TP65B110HRU, der er rettet

SDU med i nyt globalt initiativ som vil gøre software og AI matematisk sikre

IoT & embeddedTopWireless & data23. 03. 2026

Syddansk Universitet og professor Fabrizio Montesi fra Centre for Formal Methods and Future Computing har ledende rolle i nyt internationalt initiativ, der placerer universitetet centralt i udviklingen af fremtidens fundament for software og kunstig intelligens. Projektet CSLib skal udvikle en

TDK introducerer robuste 60A og 80A Oring-moduler

Komponenter & konnektorerPower23. 03. 2026

TDK Corporation introducerer TDK-Lambda i1R ORing FET-moduler, der kan fungere ved op til 60A eller 80A med en maksimal indgangsspænding på 60 Vdc. Disse ORing-moduler er designet til at erstatte traditionelle dioder i applikationer, der kræver ORing-funktionalitet til redundans i strømforsyningen

Tilmeld Nyhedsbrev

/Nyheder

  • Mouser Electronics

    Mouser Electronics Sponsors 2026 Global Create the Future Design Contest to Inspire Technological Innovation

  • Elektronikmessen

    Mød Simple ERP på Elektronikmessen 2026

  • InnoFour

    The hidden complexity of modern power Electronics Design

  • Mouser Electronics

    Mouser’s Autonomous Vehicle Online Resource Centre Addresses Real-World Deployment Challenges

  • Microchip Technology Inc.

    Introducing Automotive-Qualified System-in-Package Hybrid MCU for Automotive and E-Mobility Human-Machine Interface Applications

  • Elektronikmessen

    Mød EKTOS Group på Elektronikmessen 2026

  • RODAN Technologies A/S

    RODAN Technologies A/S har nået en vigtig milepæl.

  • Elektronikmessen

    Oplev Team Precision Public Company Limited på Elektronikmessen 2026

  • Metronic ApS

    Comet Transmitterer med output til enhver Applikation.

  • InnoFour

    Siemens accelerates integrated circuit design & verification

Vis alle nyheder fra vores FOKUSpartnere ›
 
 
 
 

Læs Aktuel Elektronik

Aktuel Elektronik avisforside

Annoncér i Aktuel Elektronik

Medieinformation

KONTAKT

TechMedia A/S
Naverland 35
DK - 2600 Glostrup
www.techmedia.dk
Telefon: +45 43 24 26 28
E-mail: info@techmedia.dk
Privatlivspolitik
Cookiepolitik