• 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 udstiller på PCIM Expo 2026 i Nürnberg mellem 9. og 11. juni

EventsPowerTest & mål03. 06. 2026

Danisense udstiller på den kommende PCIM Expo 2026 i Nürnberg mellem 9. og 11. juni i hal 7, stand 429. På udstillingen vil Danisense præsentere de nyligt lancerede, højpræcise MK500ID DC- og AC-strømtænger (clamp-on) designet til galvanisk isolerede målinger op til 500Arms. Desuden lancerer

Højfrekvens-konnektorer til antennekabler

Komponenter & konnektorer03. 06. 2026

Würth Elektronik introducerer flere nye koaksialkonnektorer til 50Ω-kabler af typerne 1,13mm, 1,32mm og 1,37mm. Stik og bøsninger er egnet til brug i apparater som trådløst kommunikationsudstyr, GPS-systemer samt IoT-produkter. Alle har forgyldte kontaktflader og har desuden klaret til 48-timers

Gratis værktøj afslører skjulte skibe i danske farvande

AktueltDesign & udviklingIoT & embeddedWireless & data03. 06. 2026

Ved hjælp af satellitdata, kunstig intelligens og åbne maritime databaser har en forsker fra DTU Space udviklet et onlineværktøj, der gør det muligt at følge skibstrafik i danske farvande. Det inkluderer også skibe, der forsøger at skjule sig ved at slukke de såkaldte AIS-transpondere, som fortæller

Ny regeringen sætter tydelig retning for grøn, sikker og billig energi

AktueltPower03. 06. 2026

Regeringen sender et klart signal om, at Danmark skal være selvforsynende med grøn, sikker og billig energi. Det er en nødvendig ambition i en tid, hvor energisikkerhed, konkurrenceevne og klimahandling hænger tæt sammen. Særligt glæder Dansk Solcelleforening sig over, at regeringen så tydeligt

Gennembrud for 3D integration til HPC computere

Design & udviklingTop03. 06. 2026

På ECTC (Electronic Components and Technology Conference) 2026 konferencen i Orlanda, Florida har franske CEA-Leti præsenteret en væsentlig milepæl for 3D integration til højt ydende computere (high-performance computing HPC), avancerede smart-vision systemer og kunstig intelligens. Instituttet har

Pladsbesparende auxiliary-PSU referencedesigns til NVIDIA Kyber 800VDC AI-datacentre

Komponenter & konnektorerPower03. 06. 2026

Power Integrations (NASDAQ: POWI), førende virksomhed inden for højvolt-IC’er til energieffektiv effektkonvertering, lancerer to nye ultratynde, kompakte auxiliary-strømforsynings referencedesigns til 800 VDC AI-datacentre. Det nye single-output, 15W-design optager kun 30mm x 30mm i et isoleret 7mm

Same Sky lancerer produktlinje af rektangulære konnektorer

Komponenter & konnektorer03. 06. 2026

Same Sky lancerer nu gennem sin Interconnect Group tilføjelsen af en produktlinje af rektangulære konnektorer til sit konnektor produktprogram. SSK-familien inkluderer en række (han-) pin-headers, (hun-) header-bøsninger samt box-headers. De rektangulære konnektorer kan leveres i konfigurationer med

AI-løsning øger sikkerheden og mindsker ressourcespild i solcelleparker

IoT & embeddedWireless & data01. 06. 2026

Med de solrige måneders indtog producerer solcelleparker grøn energi til de danske hjem. I dag er der over 100 industrielle solcelleparker i Danmark (Energistyrelsen). Anlæggene er bygget af dyre materialer og ligger ofte afsides, uden bemanding eller belysning om natten. Det gør dem sårbare over

Nikolaj Bramsen er ny bestyrelsesleder i DI Forsvar og Sikkerhed

Top01. 06. 2026

CEO i Systematic A/S, Nikolaj Bramsen, er er på den ordinære generalforsamling valgt som ny bestyrelsesleder i DI Forsvar og Sikkerhed, som er brancheforening for forsvars-, rum og sikkerhedsvirksomheder i landets største erhvervsorganisation Dansk Industri (DI). Nikolaj Bramsen overtager posten fra

Mike Engelhardt – manden bag QSPICE – afholder seminar i Danmark 4. juni

Events01. 06. 2026

Torsdag den 4. juni krydser en af de mest anerkendte skikkelser inden for elektronisk kredsløbssimulering Atlanten for at tilbringe en formiddag i Struer. Mike Engelhardt, skaberen af LTspice og QSPICE, indehaver af otte patenter og manden bag over 25 års globale simuleringsseminarer i 48 lande,

Tilmeld Nyhedsbrev

/Nyheder

  • Mouser Electronics

    Mouser’s Rise of the Robots Programme Explores Humanoid Design Considerations

  • Apacer Technology B.V.

    Apacer Launches GraTherX Cooling Technology, Reducing DDR5 Temperatures by Up to 23.4°C

  • InnoFour

    Scalable PCB design for growing teams: Xpedition Standard

  • Mouser Electronics

    NXP Semiconductors’ i.MX RT1180 Microcontrollers, Now at Mouser, Offer Advanced Security for Ethernet and Industry 4.0/5.0 Applications

  • Phoenix Contact A/S

    M12 komponentstik med push-pull lynaflåsning

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

    Bivar LEDs and indicators: next step to the future

  • InnoFour

    Turning vision into reality: How Questa One fulfils the promise of Smart Verification

  • Mouser Electronics

    Mouser Now Shipping New STMicroelectronics STM32C5 Arm Cortex-M33 Core Mainstream Microcontrollers for Industrial, Smart, and Robotics Applications

  • Microchip Technology Inc.

    Microchip lancerer 3,3kV HV‑D3 mSiC® Power Modules til brug i solid-state transformere til AI-datacentre

  • Microchip Technology Inc.

    Essential Performance and Real-time Control Without the Baggage

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