• 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

Industriens Fond lancerer ”challenge”

AktueltBranchenytDesign & udviklingEvents04. 05. 2026

Danmark og dansk erhvervsliv trues på mange fronter. Cyberangreb, hybridkrige, hastig teknologiudvikling og en verden i vild forandring gør hverdagen uforudsigelig. Med en challenge vil Industriens Fond sætte fart på innovationen inden for forsvar og sikkerhed. Industriens Fond åbnede i fredags

Leti Innovation Days 2026 konference

AktueltDesign & udviklingEvents04. 05. 2026

Franske CEA-Leti afholder sin årlige innovationskonference, LID World Summit, i Grenoble 23.-25. juni 2026, hvor man vil fokusere på halvlederindustriens kritiske overgang fra lab-til-fab og fra lab-til-marked med bæredygtige integrerede kredse f.eks. til næste generation af AI fabrikker.

10 ting man ikke må gå glip af til Robotbrag 7. og 8. maj

EventsTop04. 05. 2026

I år er Robotbrag som noget nyt en del af initiativet Week of Robotics, hvor Teknologisk Institut, DIRA og Odense Robotics fra den 5. til 8. maj samler ind- og udland til en uges fokus på dansk robotteknologi. Med andre ord: Robotkedlerne er skruet helt op. Vi har herunder håndplukket 10

Pladsbesparende EMC-løsninger

Komponenter & konnektorer04. 05. 2026

Würth Elektronik udvider sin familie af common-mode spoler til støjdæmpning på datalinjer. De nye komponenthuse i WE-CMDC serien gør en effektiv støjundertrykkelse ved nominelle strømme op til 10A mulig, hvad der også gør disse kompakte filterkomponenter ideelle til moderne applikationer med høje

Fotokobler med fotovoltaisk output til automotive og industrielle applikationer

Komponenter & konnektorer04. 05. 2026

Toshiba Electronics Europe GmbH lancerer TLX9920, en fotokobler med fotovoltaisk output designet til at give en isoleret gate-driver spænding til effekt-MOSFETs – typisk high-side og back-to-back konfigurationer til brug i solid-state relæer (SSRs). Applikationer inkluderer automotive batteri

Trådløs industriel labeludskrivning

Komponenter & konnektorer04. 05. 2026

Brady Corporation, der er specialist i automatiseret opmærkning og dataregistrering, lancerer en ny type hybridlabelprinter, der tilbyder industriel labeludskrivning i et trådløst, transportabelt design. Bradys nye Brady Printer i4311 er designet til at bygge bro mellem stationære bordprinteres

Generalforsamling i MCH: 2025 blev et rekordår

BranchenytEvents04. 05. 2026

Anført af de tre store mesterskaber VM i herrehåndbold, VM i ishockey og EuroSkills trak MCH A/S i 2025 flere mennesker til huse end nogensinde før. Knap 1,4 millioner besøgte oplevelseskoncernens i alt fire lokaliteter, MCH Messecenter Herning, MCH Herning Kongrescenter, Jyske Bank Boxen og MCH

MyDefence lander afgørende millionkontrakt med det australske forsvar

Branchenyt01. 05. 2026

MyDefence har netop offentliggjort, at selskabet i partnerskab med HighCom Limited (ASX: HCL) og dets datterselskab HighCom Technology har vundet en kontrakt inden for Counter Small Uncrewed Aerial Systems (C-UAS) til det australske forsvar, Australian Department of Defence. Kontrakten har en

Hi-rel Micro-D konnektorer til overflademontage

Komponenter & konnektorer01. 05. 2026

Powell Electronics leverer nu de meget robuste Micro-D konnektorer til overflademontage fra Winchester. Komponenterne garanterer et sikkert mekanisk og elektrisk interface, som modstår kraftige vibrationer, chok og andre udefra kommende stressfaktorer, hvad der gør konnektorer ideelle til de strenge

Vicki Domar Rossen ny salgschef for Digital Energy hos Schneider Electric

Branchenyt01. 05. 2026

Schneider Electric har ansat Vicki Domar Rossen som Sales Manager for Digital Energy i Danmark. Hun tiltræder i en tid, hvor energiforbrug, digitalisering og nye EU-krav fundamentalt ændrer måden, bygninger drives og optimeres på. - Vi kan ikke energieffektivisere Danmark med Excel-ark og gode

Tilmeld Nyhedsbrev

/Nyheder

  • Elektronikmessen

    Oplev Conrad Electronic Group på Elektronikmessen 2026

  • InnoFour

    What’s new in Xpedition 2604

  • Elektronikmessen

    Forsvaret leder efter det, din virksomhed allerede kan

  • ACTEC A/S

    ACTEC på ROBOTBRAG 2026

  • Elektronikmessen

    Mød RODAN Technologies på Elektronikmessen 2026

  • RODAN Technologies A/S

    Vi er glade for at byde Susanne Kuhr-Haaf velkommen som vores nye Salgskoordinator.

  • Mouser Electronics

    Authorised Distributor Mouser Electronics Offers Engineers the Latest Technologies from Texas Instruments

  • Elma Instruments A/S

    El & Teknik 2026 – Klasse A elkvalitetsanalysator – Metrel MI2992 Power Analyser

  • Elma Instruments A/S

    El & Teknik 2026 – Gør gruppearbejdet til en favorit i eltavlen med Elma 5100 sikringssøger

  • Mouser Electronics

    Mouser Electronics New Product Insider: Over 9,000 New Parts Added in First Quarter of 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