• 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 | 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

Salg af servicerobotter går frem mens industrirobotter stagnerer

BranchenytProduktionTop25. 09. 2026

De nyeste globale tal fra International Federation of Robotics (IFR) bekræfter et markant skift i den måde, virksomheder over hele verden investerer i automation på. Hvor det traditionelle marked for industrirobotter i 2025 mærkede en europæisk afmatning med et fald i Danmark på 7 procent fra 1.443

DI: Destruktive cyberangreb er ikke længere teori

AktueltBranchenytWireless & data25. 09. 2026

– Når Styrelsen for Samfundssikkerhed i dag hæver truslen fra destruktive cyberangreb til høj, er det et klart signal om, at risikoen ikke længere er teoretisk. Vi skal desværre alle være forberedte på, at det kan blive til virkelighed, siger branchedirektør i Dansk Industri (DI) Andreas Holbak

Seniorer oplever aldersdiskrimination og efterlyser mentorrolle

AktueltBranchenyt25. 09. 2026

Alderen kan både være en stopklods, når man skal søge nyt arbejde, men også føles som en ressource, der ikke bruges nok på arbejdspladsen. Det viser en ny rapport, som ser på alder som både en barriere og ressource  blandt seniorer på over 50 år. Det er stof til eftertanke i en branche som

Microchips 1,2V clock-buffere linker de nyeste SoC’er og FPGA’er til højere spændinger

Komponenter & konnektorer25. 09. 2026

Markedet for lavspændings clock-drivere fortsætter med at vokse med den stigende brug af avancerede FinFET-procesteknologier, der anvendes i højtydende FPGA'er, SoC'er, AI-acceleratorer og næste generation af CPU'er. Designere står over for stigende udfordringer på grund af den begrænsede

Intel Xeon 6+: Højere regnekraft pr. watt til datacentre

Komponenter & konnektorer25. 09. 2026

AI, cloud-applikationer og dataintensive arbejdsbelastninger øger effekttætheden i datacentre. Samtidig bliver strømforsyning og køling i stigende grad begrænsende faktorer. Derfor er der behov for processorplatforme, der kombinerer høj ydeevne med effektiv ressourceudnyttelse og gennemsigtighed

Systematic-topchef kåret som Årets Tech CEO 2026

Branchenyt25. 09. 2026

Nikolaj Bramsen blev torsdag aften kåret som Årets Tech CEO 2026 ved IT-Branchens lederkonference, Lederdøgnet, på Hindsgavl Slot. Prisen uddeles i år for første gang og går til en topchef, der har gjort teknologi til et fundament og en drivkraft for virksomhedens strategi, resultater og langsigtede

Lenovo ruster virksomheder til AI-fremtiden med nye it-infrastrukturløsninger

Wireless & data25. 09. 2026

En tidssvarende digital infrastruktur er blevet vigtigere end nogensinde før, når det gælder både virksomheders daglige drift og muligheden for at tage kunstig intelligens i brug. Samtidig bliver det digitale it-miljø mere fragmenteret og komplekst, mens kravene til cybersikkerhed, stabil drift og

Altera og Rutronik indgår strategisk distributionsaftale

AktueltBranchenyt23. 09. 2026

Altera Corporation og Rutronik annoncerer en strategisk distributionsaftale, der skal udvide kundernes adgang til Alteras FPGA-portefølje på det europæiske marked. Aftalen styrker Alteras strategi med flere distributører ved at give kunderne større fleksibilitet i indkøb, bedre teknisk support og

50 millioner til nyt center for AI på Aarhus Universitet

AktueltDesign & udviklingWireless & data23. 09. 2026

Generativ AI hjælper os allerede med at skrive, analysere, lære og udvikle nye idéer. Men hvad sker der med vores egen tænkning, når AI bliver en stadig større del af den? Det skal et nyt tværfagligt forskningscenter på Aarhus Universitet undersøge med en bevilling på 50 millioner kroner fra

Panasonic flytter sin elektroniske designekspertise til Budapest

BranchenytDesign & udviklingTop23. 09. 2026

Panasonic Factory Solutions styrker sin tilstedeværelse i Central- og Østeuropa ved at centralisere sine aktiviteter inden for kundesupport, ingeniørarbejde, service og udvikling i Budapest, Ungarn. Som led i denne strategiske investering har virksomheden åbnet et betydeligt udvidet teknisk center,

Tilmeld Nyhedsbrev

/Nyheder

  • RODAN Technologies A/S

    RODAN Technologies modtager prisen “Succesvirksomhed” for tredje år i træk

  • SynFlex A/S

    PET-folie på dine præmisser: Mylar® og Hostaphan® fra SynFlex

  • InnoFour

    Technical Workshop FPGA Development and Verification – 14 October

  • Mouser Electronics

    Mouser and Amphenol CDI Announce Global Distribution Agreement

  • Microchip Technology Inc.

    Build Smarter, More Resilient 48V Power Systems with Energy-Aware Digital Power Monitoring from Microchip

  • InnoFour

    Turning Billions of DRC violations into actionable debug

  • ACTEC A/S

    Batteriet kommer sjældent først

  • Mouser Electronics

    Mouser’s Alternative Energy Resource Centre Provides Engineering Insights into New Decentralised Systems

  • InnoFour

    The BOM is no longer just documentation

  • HIN A/S

    ESD-sikring skal ikke bare etableres – den skal verificeres

Vis alle nyheder fra vores FOKUSpartnere ›
 
 
 
 

Læs Aktuel Elektronik

Aktuel Elektronik avisforside

Annoncér i Aktuel Elektronik

Medieinformation

KONTAKT

TechMedia ApS
Gammel Strandvej 20, 1th
DK - 2990 Nivå
www.techmedia.dk
Telefon: +45 43 24 26 28
E-mail: info@techmedia.dk

Privatlivspolitik
Cookiepolitik
Administrer samtykke
For at give dig de bedste oplevelser bruger vi teknologier som cookies til at gemme og/eller få adgang til enhedsoplysninger. Hvis du giver dit samtykke til disse teknologier, kan vi behandle data som f.eks. browsingadfærd eller unikke ID'er på dette websted. Hvis du ikke giver dit samtykke eller trækker dit samtykke tilbage, kan det have en negativ indvirkning på visse funktioner og egenskaber.
Funktionsdygtig Altid aktiv
Den tekniske lagring eller adgang er strengt nødvendig med det legitime formål at muliggøre brugen af en specifik tjeneste, som abonnenten eller brugeren udtrykkeligt har anmodet om, eller udelukkende med det formål at overføre en kommunikation via et elektronisk kommunikationsnet.
Præferencer
Den tekniske lagring eller adgang er nødvendig for det legitime formål at lagre præferencer, som abonnenten eller brugeren ikke har anmodet om.
Statistikker
Den tekniske lagring eller adgang, der udelukkende anvendes til statistiske formål. Den tekniske lagring eller adgang, der udelukkende anvendes til anonyme statistiske formål. Uden en stævning, frivillig overholdelse fra din internetudbyders side eller yderligere optegnelser fra en tredjepart kan oplysninger, der er gemt eller hentet til dette formål alene, normalt ikke bruges til at identificere dig.
Marketing
Den tekniske lagring eller adgang er nødvendig for at oprette brugerprofiler med henblik på at sende reklamer eller for at spore brugeren på et websted eller på tværs af flere websteder med henblik på lignende markedsføringsformål.
  • Vælg muligheder
  • Administrer tjenester
  • Administrer {vendor_count} leverandører
  • Læs mere om disse formål
Vælg fra liste
  • {title}
  • {title}
  • {title}