• 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

Igen massiv global vækst i salget af udstyr til halvlederproduktion

AktueltProduktion09. 04. 2026

Det globale salg af halvlederudstyr steg med 15% til 135,1 milliarder dollars i 2025 fra 117,1 milliarder dollars i 2024, drevet af fortsatte investeringer i avanceret logik, hukommelse og AI-relateret kapacitetsudvidelse, rapporterede SEMI, brancheforeningen, der repræsenterer den globale

Her er kandidaterne til Årets Innovationsprojekt 2026

AktueltBranchenytDesign & udvikling09. 04. 2026

Tre innovationsprojekter fra Energy Cluster Denmark er nomineret til Årets Innovationsprojekt 2026. Temaerne spænder bredt mellem droner til vindmølleinspektion og pakkelevering, kunstig intelligens til tjek af offshore installationer og pyrolyseanlæg til CO2-fangst og grønne brændsler. Vinderen

Recom udvider sin portefølje af diskrete effektkomponenter

Komponenter & konnektorerPower09. 04. 2026

Recom introducerer en ny portefølje af Power-IC’er og SMD-transformere, som gør det muligt for kunder at designe deres egne diskrete, isolerede DC/DC-strømforsyninger. Sortimentet omfatter tre forskellige topologitransformerdrivere – flyback, push-pull og fuldbro, integrerede og eksterne

Dansk teknologi skal beskytte robotter i rummet

Design & udviklingTop09. 04. 2026

European Space Agency (ESA) har nu udpeget Teknologisk Institut til at koordinere udviklingen af næste generation af et beskyttende cover til robotarme. Projektet hedder Smart Skin for Exploration Cobots og skal føre teknologien frem til et niveau, hvor den kan demonstreres under rumlignende

KMD justerer ledelsen for at eksekvere på ny strategi

Branchenyt09. 04. 2026

KMD vil med sin nye strategi udvide sin rolle i samfundet fra at være leverandør af kritiske it-løsninger til at være en strategisk partner for sine kunder. En central del af den strategi er at udnytte nye teknologier – herunder kunstig intelligens – til at skabe større værdi for kunderne, både i

Vandtætte USB Type-C konnektorer omfatter UV-limede O-ring typer

Komponenter & konnektorer08. 04. 2026

Same Skys Interconnect Group fortsætter udvidelsen af sit program af USB Type-C konnektorer med en serie af nye IP-tætte modeller. UJ-familien indeholder nu vandtætte USB-hunstik med IPX5-, IPX6-, IPX7-, IPX8-, IP66-, IP67- og IP68-tæthedsklasser, hvad der gør konnektorerne ideelle til

“Effekt-monstre” til DIN-skinnemontage

Power08. 04. 2026

Med sin nye CPS-EC2000 AC/DC-strømforsyningsserie sætter Camtec Power Supplies en høj standard for højpræcise industrielle strømforsyninger til DIN-skinnemontage. Med SiC-MOSFET-teknologi tilbyder 2000W CAMTEC EC-strømforsyningen alt, hvad man kan bruge til sit automations- eller styreskab: Spænding

Ukrainske sygehjælpere tester dansk software-system til sårede soldater

BranchenytDesign & udviklingWireless & data08. 04. 2026

Ukrainske sygehjælpere ved fronten har i de seneste 2,5 år arbejdet med en kombination af papirdokumentation og digitale løsninger, udviklet og implementeret under ekstremt vanskelige forhold.  - Når vi bruger papirkort, stopper vi dem i lommen på den sårede. Men kortene forsvinder ofte

Dansk AM Hub styrker bestyrelsen med førende AI-ekspert

BranchenytDesign & udviklingProduktion07. 04. 2026

Dansk AM Hub opdaterer bestyrelsen pr. marts 2026 med udpegningen af Janus Juul Rasmussen som nyt medlem. Samtidig træder Mads Damkjær ud efter en mangeårig indsats, mens Poul Skadhede og Jacob Himmelstrup er blevet genudpeget for en ny toårig periode. Janus Juul Rasmussen er founder og ingeniør

Aalborg Universitet vil sende robot til Månen

AktueltDesign & udvikling07. 04. 2026

USA har netop sendt fire astronauter i kredsløb om Månen. Og amerikanerne vil igen have astronauter til at gå på Månens overflade. Det er de ikke alene om. Flere andre lande planlægger også at rejse til Månen for at etablere baser. Men hvis mennesker skal opholde sig deroppe i længere tid, kræver

Tilmeld Nyhedsbrev

/Nyheder

  • GOmeasure ApS

    Sådan tester du dit produkt efter IEC 61000-4-2 med ESD-generatorer

  • InnoFour

    Free live webinar April 16 on how to achieve Cyber Resilience Act Compliance

  • EKTOS A/S

    Hands-On EMC Insight: Practical Precompliance Lab Sessions from EKTOS TRS

  • Phoenix Contact A/S

    Phoenix Contact på Hannover messen: Alt handler om integrerede, netværksforbundne energisystemer

  • RODAN Technologies A/S

    RODAN byder velkommen til John Skjoldrup Pedersen

  • InnoFour

    Heatsink Thermal Design; key considerations for Electronics Cooling

  • Microchip Technology Inc.

    Microchip Technology Earns IEC 62443-4-1 ML2 Industrial Automation and Control System Certification From UL Solutions

  • InnoFour

    Don’t let these 3 assumptions derail your CRA Compliance

  • Phoenix Contact A/S

    Smart Ethernet Box med forbedret outdoorhus og låseadapter

  • HIN A/S

    HIN viser rengøring, inspektion og procesudstyr på Elektronikmässan

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