• 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

Odense bliver centrum for robotindustrien

Design & udviklingEventsProduktion13. 04. 2026

Week of Robotics samler robotbranchen fra ind- og udland til en uge med fokus på teknologi, netværk og internationale perspektiver. Fra den 5.-8. maj danner byen rammen om en række events, der giver et samlet indblik i fremtidens robotteknologi og automation. Odense er i dag en af Europas førende

Nextlab Ventures skal udvikle dansk AI

Branchenyt13. 04. 2026

Advokat og tidligere folketingsmedlem Tobias Grotkjær Elmstrøm (M) investerer et millionbeløb i NextLab Ventures og indtræder i en aktiv rolle i selskabet. Det markerer et markant karriereskift for den 43-årige jurist, der i februar meddelte, at han ikke genopstiller til Folketinget. NextLab

Nordic Semiconductor styrker direktionen med ny EVP-rolle

Branchenyt13. 04. 2026

Nordic Semiconductor, der er globalt ledende inden for trådløse forbindelsesløsninger med lavt forbrug, udnævner ​​Jo Uthus som Executive Vice President for Marketing and Developer Experience. Den nye rolle styrker Nordics strategi om at skalere sit designer-økosystem og accelerere vækst på tværs af

Anritsu udvider porteføljen af ​instrumenter via TTi-salgsaftale

BranchenytTest & mål13. 04. 2026

Anritsu Corp. har underskrevet en salgsaftale med Thurlby Thandar Instruments Limited (TTi), en britisk producent af test- og måleinstrumenter. I henhold til denne aftale er Anritsu begyndt at sælge TTi-måleinstrumenter på alle europæiske markeder fra den 1. april 2026 og udvider dermed sin

AI og datacentre øger behovet for energieffektiv køling

AktueltPower13. 04. 2026

På konferencen Data Centers Denmark 2026, der finder sted d. 29. april i København, deltager Grundfos. Her vil fokus være på dialogen om, hvordan fremtidens datacentre kan drives mere energieffektivt og bæredygtigt. Konferencen samler hvert år eksperter fra hele den nordiske datacenter- og

Nyt forskningsprojekt kan forlænge kritisk batteritid på droner

AktueltDesign & udvikling13. 04. 2026

Computere, servere og digital infrastruktur står for omkring 10 % af verdens energiforbrug. Med en hastigt tiltagende digitalisering og udbredelsen af AI er det uundgåeligt, at det tal kommer til at stige. Derfor er det afgørende at finde på måder at reducere energiforbruget i digitale systemer.

DTU og Fredericia går sammen om fremtidens energiløsninger

Design & udviklingPowerTop13. 04. 2026

I Fredericia findes et særligt energimiljø, som fungerer som et unikt laboratorium for energiløsninger i fuld skala. Her er energiproduktion, datacenterkapacitet, store forbrugere, el‑systemansvarlige, industri og infrastruktur samlet på ét sted, hvor aktører på tværs af sektorer mødes om konkrete

Infineon XMC5000 mikrocontroller-serien nu hos Rutronik

IoT & embeddedKomponenter & konnektorer10. 04. 2026

Infineon XMC5000-serien kombinerer en dual-core-arkitektur, omfattende periferiudstyr og høj integration til industrielle styrings- og drevapplikationer. Med XMC5000 mikrocontroller-serien fra Infineon tilbyder Rutronik en kraftfuld og skalerbar løsning til industrielle styrings- og

Ny global aktør inden for halvledertestløsninger

BranchenytTest & mål10. 04. 2026

Efter Xenon Private Equitys investering i Microtest i 2022 er der nu nået en betydelig ny milepæl med oprettelsen af ​​Cosmic, koncernens nye navn. Det forener de forskellige industrivirksomheder, der er blevet integreret i løbet af de sidste par år, under en enkelt brandidentitet. To komplementære

Igen massiv global vækst i salget af udstyr til halvlederproduktion

AktueltProduktion09. 04. 2026

Det globale salg af halvlederudstyr steg med 15% til 135,1 milliarder dollars i 2025 fra 117,1 milliarder dollars i 2024, drevet af fortsatte investeringer i avanceret logik, hukommelse og AI-relateret kapacitetsudvidelse, rapporterede SEMI, brancheforeningen, der repræsenterer den globale

Tilmeld Nyhedsbrev

/Nyheder

  • ACTEC A/S

    ACTEC tager energien med til Sverige

  • Microchip Technology Inc.

    Microchip Strengthens Global ASA‑ML Ecosystem Through Strategic Collaboration with Leading Camera Manufacturer Sunny Smartlead

  • Mouser Electronics

    Mouser Now Shipping Microchip Technologies PIC32CM PL10 Arm Cortex -M0+ Based Microcontrollers for Industrial, Smart, and Consumer Applications

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

    What’s going on in America? Top distributor expands its U.S. operations

  • Phoenix Contact A/S

    Single Pair Ethernet er en gamechanger for industrien

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

    DIN Power Supplies TDK-Lambda – excellent solutions for automation and industry

  • InnoFour

    User2User Europe – May 12, Munich Germany

  • GOmeasure ApS

    Sådan tester du dit produkt efter IEC 61000-4-2 med ESD-generatorer

  • InnoFour

    Free live webinar April 16 on how to achieve Cyber Resilience Act Compliance

  • EKTOS A/S

    Hands-On EMC Insight: Practical Precompliance Lab Sessions from EKTOS TRS

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