• 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

TDK lancerer AC/DC-strømforsyninger med høj effekttæthed

Power29. 10. 2026

TDK Corporation introducerer AC/DC-strømforsyningsserierne TDK-Lambda CUS1600M og CUS2000M, der er beregnet til medicinsk udstyr. De leverer op til 2kW og kombinerer en usædvanlig høj effekttæthed med en virkningsgrad på op til 95% samt et lavt støjniveau. Serien gør det muligt for designere at

Toshiba begynder masseproduktion af M4H-mikrocontrolleretil småskala systemer

IoT & embedded29. 10. 2026

Toshiba Electronics Europe GmbH har begyndt masseproduktion af tre entry-niveau M4H standard-mikrocontrollere i TXZ+ familien til alsidig systemstyring i forbruger- og industrielektronik. Mikrocontrollerne er designet til forbrugerprodukter som AC-pumper og vaskemaskiner samt industriudstyr

Derfor er danske universiteter attraktive mål for hackere

AktueltWireless & data29. 10. 2026

De seneste uger har tre danske universiteter, som alle hører til blandt verdens højest rangerende forskningsinstitutioner, oplevet, hvor alvorlig cybertruslen kan være. På Danmarks Tekniske Universitet (DTU) fik uvedkommende adgang til universitetets system til identitets- og adgangsstyring.

Det er fortsat sjovere at teste legetøj end forsvarselektronik

AktueltEventsTest & mål29. 10. 2026

Tiden går hurtigere, ned man ofte lige lægger mærke til, og for Kim Boll Jensen føles det ikke som så lang tid siden, at han startede Bolls Rådgivning i en skurvogn i 2001. Siden da har 25 år budt på masser af spændende opgaver, nye udfordringer, teknisk udvikling og senest med flere nye

Wireless Logic Nordic udpeger Wanig Le Pennec som ny direktør

Branchenyt29. 10. 2026

Wanig Le Pennec har mange års international erfaring fra telekommunikation, software og IoT. Senest har han haft ansvar for globale partnerskaber i den danske IoT-branche og kommer med omfattende erfaring i at skalere kommercielle aktiviteter og partnerskaber i teknologivirksomheder. Hos Wireless

Danmark oplever AI-boom drevet af iværksættere

BranchenytWireless & data29. 10. 2026

Debatten om kunstig intelligens handler ofte om arbejdspladser, der forsvinder. Men nye data tegner et andet billede: Danmark oplever i disse år en markant vækst i virksomheder, der udvikler og sælger AI-baserede produkter og løsninger. En ny kortlægning af den danske AI-sektor har identificeret

Tyskland skal redde sårede soldater med dansk it-løsning

TopWireless & data29. 10. 2026

Som det første land får Tysklands forsvar, Bundeswehr, nu SitaWare Battlefield Health. Det er et digitalt system, der skal sikre, at sårede soldater hurtigt evakueres og kommer til et behandlingssted med kapacitet og det rette udstyr til at behandle deres skader. Systemet er udviklet af danske

Ny fond åbner første ansøgningsrunde for gaming, IP og audiovisuelle medier i København

AktueltBranchenytDesign & udviklingWireless & data28. 10. 2026

Fonden støtter aktiviteter, der kommer det bredere økosystem til gavn. Der er således ikke tale om produktionsstøtte eller støtte til udvikling af konkrete spil, filmproduktioner eller kommercielle IP-projekter i enkeltvirksomheder. Copenhagen Gaming, Film and Media Fund (CGFM) er etableret for

Systematic skal levere det nationale situationsoverblik til Beredskabsstyrelsen

BranchenytTopWireless & data28. 10. 2026

Når større hændelser opstår, er et hurtigt og fælles overblik dog afgørende for at kunne koordinere de rette opgaver og ressourcer.  Beredskabsstyrelsen har derfor valgt Systematics platform Rezilient til projektet Redningsberedskabets Nationale Situationsbillede: ét digitalt, kortbaseret

SCN bringer danske KP Sensors’ tilstandsovervågning ud til kunder i hele Europa

AktueltBranchenyt28. 10. 2026

SCN har indgået en europæisk distributionsaftale med den danske sensorproducent Kjærulf Pedersen A/S. Dermed får industrikunder i otte lande lokal adgang til sortimentet KP Sensors: sensorer, der advarer, før en motor, en pumpe, en vindmølle eller en kølecontainer svigter. Et uplanlagt stop

Tilmeld Nyhedsbrev

/Nyheder

  • Mouser Electronics

    Mouser Now Shipping New Samtec VITA 90 VNX+ Solutions for Industrial, Defence, and Aerospace Applications

  • Microchip Technology Inc.

    Microchip Brings EtherCAT® and TSN Networking Solutions to its Power-Efficient PolarFire® FPGA Platform

  • EKTOS A/S

    RED-Compliant Radio Modules: 3 Key Integration Checks

  • Mouser Electronics

    Mouser Highlights Industrial AI and Machine Learning in Automation Resource Centre

  • Avnet Silica

    Avnet Silica brings Edge AI to life at Digital Tech Summit 🚀

  • InnoFour

    3D visualization and documentation of manufacturing data

  • Mouser Electronics

    Mouser to Showcase Industrial Automation Expansion at SPS 2026

  • Microchip Technology Inc.

    Microchip Achieves Key Program Milestones for its PIC64-HPSC Spaceflight Computing Series

  • HIN A/S

    ESD-sikring: Har I styr på jordforbindelsen?

  • EKTOS A/S

    Bring Your Electronics Questions to Stand 504 at Digital Tech Summit 

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}