• 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

TDK annoncerer tredje generations 1.500 W AC/DC-forsyningsmoduler til brede

Power20. 04. 2026

TDK Corporation introducerer ​​TDK-Lambdas 1.500W PFE1500FB AC-DC-forsyningsmoduler. Denne tredje generations serie accepterer et bredt inputområde på 85 til 305 Vac, hvilket giver mulighed for at drive industrielt, belysnings- og bygningsautomationsudstyr på en nominel inputspænding på 277 Vac.

MikroE’s samlede portefølje af Click-boards er nu på lager hos DigiKey

BranchenytDesign & udviklingIoT & embedded20. 04. 2026

MIKROE fortæller, at hele virksomhedens portefølje af Click boards nu bliver lagerført globalt af DigiKey. De kompakte klik add-on boards til funktioner som sensorer, konnektivitet, effekt, displays og interfaces gør designere i stand til hurtigt at udvikle proof-of-concepts for efterfølgende

Rapport: Fem skift afgør industriens fremtid

BranchenytWireless & data20. 04. 2026

Produktionsindustrien bevæger sig ind i en mere usikker tid hvor hurtige teknologiske skift og mangel på kompetencer ændrer vilkårene. Det fremgår af rapporten C the Shift: Redefining Global Manufacturing fra it-konsulenthuset Columbus. Rapporten bygger på interviews med industriledere, forskere og

Punktum dk A/S: .dk-domænet er fortsat et af verdens sikreste

Wireless & data20. 04. 2026

Punktum dk offentliggør i dag en rapport med status over sikkerheden på danske domænenavne. Med indsigt i den danske zone og adgang til realtidsdata bidrager Punktum dk til at identificere digitale huller og sikre, at de bliver lukket, før de rammer de danske brugere. Den digitale infrastruktur i

Robotindustrien søger nye veje i et udfordret marked

AktueltDesign & udviklingProduktion20. 04. 2026

Den danske robot-, automations- og droneindustri vokser fortsat, men i et lavere tempo end tidligere. I en tid med global afmatning retter flere virksomheder blikket mod hjemmemarkedet, hvor der er et betydeligt uudnyttet potentiale - ikke mindst i den offentlige sektor, som 64% af virksomhederne

DI Digital vælger nye bestyrelsesmedlemmer

AktueltBranchenyt20. 04. 2026

DI Digital, der er Dansk Industris branchefælleskab for tech-virksomheder, herunder IT-, tele-, elektronik-, robot- og medievirksomheder, har den 14. april 2026 holdt ordinær generalforsamling. På generalforsamlingen var der genvalg til otte eksisterende bestyrelsesmedlemmer og nyvalg til Martin

QGRID vil beskytte kritisk infrastruktur med kvantesikret kommunikation og intelligente fiberkabler

Design & udviklingTopWireless & data20. 04. 2026

Når kritisk infrastruktur rammes, kan konsekvenserne mærkes i hele samfundet – fra energiforsyning og kommunikation til beredskab og sikkerhed. Derfor går QGRID nu i gang med at udvikle en ny dansk sikkerhedsløsning, der kombinerer kvantesikret kommunikation med realtidsovervågning af

DI: Godt at AI nu kommer på den politiske agenda

AktueltBranchenytDesign & udvikling17. 04. 2026

Landets største erhvervsorganisation, Dansk Industri (DI), glæder sig over at kunstig intelligens er kommet på dagsordenen i de i igangværende regeringsforhandlinger. Det er sket i dag på et temamøde om AI på Marienborg. - Det er rigtig godt at AI nu kommer på den politiske agenda. Det er der

Flere grønne teknologier skal vokse fra universitet til marked

AktueltDesign & udviklingPower17. 04. 2026

Mere forskning skal fra laboratoriet ud i samfundet og drive den grønne omstilling inden for grønne brændstoffer, CO₂-reduktion og materialeinnovation. Og det skal gå hurtigere, så Danmarks konkurrenceevne og robusthed styrkes. Det er ambitionen bag en ny bevilling på 80 mio. kr. fra Villum

Teknologisk Institut: Saltomortaler er ikke nok for valg af humanoider

Design & udviklingProduktionTop17. 04. 2026

De ligner os mere og mere og bliver på sigt industriens nye assistenter. Men først skal fire centrale udfordringer løses, før humanoide robotter er klar til virkeligheden i danske virksomheder. Humanoide robotter er ikke længere kun noget, man ser i science fiction. Udviklingen går så hurtigt,

Tilmeld Nyhedsbrev

/Nyheder

  • Elektronikmessen

    Besøg ODU Denmark på Elektronikmessen 2026

  • InnoFour

    Questa One Smart Verification Solution

  • Transfer Multisort Elektronik Sp. Z.o.o.

    RECOM RACPRO1-S industrial power supplies – small size, huge possibilities

  • Elektronikmessen

    Mød Bolls ApS på Elektronikmessen 2026

  • InnoFour

    Seamless Digital Continuity: Xpedition EDM and Teamcenter Integration

  • EKTOS A/S

    EKTOS Expands Electronics Engineering Capacity with New Development Office in Lviv

  • Mouser Electronics

    Mouser Electronics and StarTech Announce Global Distribution Agreement to Deliver IT Connectivity Solutions

  • Transfer Multisort Elektronik Sp. Z.o.o.

    New SPB-A series switching power supplies from Autonics

  • Mouser Electronics

    Mouser Electronics Explores How Artificial Intelligence Shapes Everyday Technologies and Experiences

  • Elektronikmessen

    Oplev TLT Electronics på Elektronikmessen 2026

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