• 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

Toshiba lancerer komplementær 30V dual-MOSFET

Komponenter & konnektorer17. 06. 2026

Toshiba Electronics Europe GmbH lancerer nu SSM6L826R, en ny 30 V dual-MOSFET, der samler både N- og P-kanal MOSFETs i én samlet pakke. Produktet er oplagt til applikationer som enfasede BLDC-motorstyringer (børsteløse DC), motorstyringer til konventionelle DC-motorer samt belastnings-switche til

XpressConnect PCIe 6.0 og CXL 3.1 re-timere fra Microchip

Komponenter & konnektorer17. 06. 2026

Med stadigt større AI-arbejdsbelastninger bliver designere af datacentre i stigende grad begrænset med hensyn til signalernes rækkevidde og latency, hvorved værdifulde memory-ressourcer i store GPU-clusters kan forblive uudnyttede. Udfordringerne forstærkes af de højere interconnect-hastigheder. Ved

KMD melder sig ind i Dansk Industri

Branchenyt17. 06. 2026

Med en ny strategi har KMD sat en klar retning. KMD skal fortsat være en stærk leverandør af kritiske it-løsninger til sine kunder, men samtidig i højere grad også være en strategisk partner, der bidrager med indsigt, rådgivning og løsninger på nogle af de største udfordringer, som kunder og

Kompakte 240W GaN-baserede desktop adaptere

Power17. 06. 2026

XP Power introducerer APM240-serien af ​​240W eksterne desktop AC-DC strømforsyninger, der er lette at integrere i medicinske, hjemmepleje (healthcare) og industrielle applikationer. Adapterne er designet til ingeniører, der udvikler løsninger til patientbehandling og patientovervågning samt

CEA-Leti og GlobalFoundries avancerer til næste FD-SOI generation

AktueltDesign & udvikling17. 06. 2026

Franske CEA-Leti og Dresden-baserede GlobalFoundries (GF) forlænger deres mangeårige samarbejde og fremskynder udviklingen af næste generations fully depleted silicon-on-insulator (FD-SOI) substrat. De to partnere har i fællesskab bidraget til, at FD-SOI teknologien i dag er velegnet til

DTU-teknologi med i ny klima-mission på Den Internationale Rumstation

AktueltDesign & udvikling17. 06. 2026

Af Morten Garly Andersen Med udstyr fra DTU Space ombord, blev NASA’s klimamission CLARREO Pathfinder opsendt succesfuldt fra Johnson Space Center i Houston, USA, lørdag 16. maj 2026. - Formålet med CLARREO-missionen er at afdække mere præcist, hvor stor en andel af solens indkommende lys og

Verdens bedste energiforsker er dansk

BranchenytTop17. 06. 2026

Forskning i elektroteknik giver os mulighed for at udnytte energi bedre i vindmøller, elbiler, motorstyring og en lang række andre energisystemer, hvor strømmen skal udnyttes mere effektivt og stabilt. Og den bedste forsker til at finde løsninger på det essentielle område er dansk, hedder Frede

1-bit og 2-bit dual-forsyning bus-transceivere fra Toshiba med support af lavvolt niveauskift

Komponenter & konnektorer15. 06. 2026

Toshiba Electronics Europe GmbH (« Toshiba ») udvider sin 74AVC-serie af dual-forsyning bus-transceivere med fire nye 1-bit produkter, 74AVC1T45NX, 74AVCH1T45NX, 74AVC1T45FU og 74AVCH1T45FU samt to nye 2-bit produkter, 74AVC2T45FK og 74AVCH2T45FK. Disse produkter kan bruges til tovejs niveauskift

Højtydende kondensatorer til højvolt SiC-applikationer fra TDK

Komponenter & konnektorer15. 06. 2026

TDK Corporation præsenterer B25696H-serien af ​​MKP DC-til-højfrekvens filmkondensatorer, der er pålidelige og højtydende DC-linkkondensatorer til næste generations SiC-baserede effektelektronik. Med kapaciteter mellem 47µF og 1.280µF og nominelle DC-spændinger fra 900 V til 2000 V har komponenterne

TCS indgår partnerskab med Mistral

Wireless & data15. 06. 2026

Tata Consultancy Services, der er en global leder inden for IT-tjenester, rådgivning og forretningsløsninger, annoncerer  et banebrydende strategisk partnerskab med Mistral, en af verdens førende AI-virksomheder. Som led i samarbejdet er TCS blevet den første globale systemintegratorpartner for

Tilmeld Nyhedsbrev

/Nyheder

  • Mouser Electronics

    Mouser Earns NEUTRIK America’s Top Awards for Distribution and Revenue Performance

  • ODU Denmark

    Strømlinet test-setup og stabile forbindelser

  • InnoFour

    Xpedition Creepage Shift Left: Strengthen safety and reliability through early validation

  • Mouser Electronics

    Authorised Distributor Mouser Electronics Offers Engineers the Latest in AI and Edge Technologies from Altera

  • HIN A/S

    Industriudsugning handler ikke længere kun om at fjerne røg

  • Microchip Technology Inc.

    Registration Now Open for Microchip’s European MASTERs Conference

  • Mouser Electronics

    Mouser Receives Top Distribution Awards from Vishay Intertechnology for Fifth Consecutive Year

  • Mouser Electronics

    Mouser Named 2025 High Service Distributor of the Year for Fourth Time by Hirose Electric

  • InnoFour

    What’s new in BluePrint-PCB 2604

  • Microchip Technology Inc.

    Microchip Announces TimePictra® 12 Platform to Strengthen Synchronization Management for Critical Infrastructure

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