• 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

Cyberrisikoen stopper ikke ved virksomhedens egen firewall

Wireless & data24. 08. 2026

En cyberhændelse behøver ikke ramme virksomhedens egne systemer for at skabe problemer. Hvis en softwareleverandør, en transportør eller en producent af vigtige komponenter bliver ramt, kan konsekvenserne hurtigt brede sig til leverancer, data og produktion. Før sommerferien spurgte Proxima 515

Schneider Electric styrker life science-satsning i Norden med ny nordisk leder

Branchenyt24. 08. 2026

Schneider Electric har udnævnt Niels Fogd til Nordic Segment Leader for Life Science-segmentet. Her får han ansvaret for at drive og udvikle virksomhedens life science-strategi på tværs af Norden med fokus på blandt andet biopharma, medtech, biologics og forskningsmiljøer. Udnævnelsen sker som

Forskningsprojekt skal afsløre danskernes skjulte varmespild

Design & udviklingTest & mål24. 08. 2026

Forkert indstilling af ventilationssystemer og varmesystemer samt dårlige vinduesåbningsstrategier, kan koste danskere tusindvis af kroner og ødelægge indeklimaet. Nu skal et nyt forskningssamarbejde mellem Danmarks Tekniske Universitet, cleantechvirksomheden Brunata og almene boligorganisationer

1W isolerede DC-DC konvertere til medicinske og ITE applikationer

Power24. 08. 2026

Bel Fuse Inc. præsenterer den nye PTM1-S Series. Det er en familie af 1W isolerede DC-DC konvertere, der er udviklet til at kunne honorere de voksende krav til medicinsk certificerede, højisolerede power-løsninger i kompakte formfaktorer. Konverterne er indkapslet i en SIP-7 pakning, og serien

DI: Kan Danmark omsætte AI til værdi?

AktueltEvents24. 08. 2026

Hvordan skaber vi værdi med kunstig intelligens – og hvordan sikrer vi, at teknologien bruges ansvarligt? AI former allerede vores virksomheder, arbejdsmarked og samfund. Men spørgsmålet er, om Danmark har en tydelig national retning for, hvordan potentialet realiseres bredt – og hvordan vi undgår

Ny bevilling skal sætte fart på test af solcelleteknologi

AktueltDesign & udviklingPower24. 08. 2026

Et solcelleanlæg skal kunne fungere under vidt forskellige forhold. En mørk og regnfuld januardag belaster anlægget på én måde, mens en solrig julidag gør det på en anden. For virksomheder, der udvikler invertere og anden effektelektronik til solcelleanlæg, kan det derfor være en omfattende

Thales og Systematic går sammen om at styrke Danmarks luftforsvar

Design & udviklingTopWireless & data24. 08. 2026

Et partnerskab mellem Systematic og Thales blev præsenteret på Skandinaviens største forsvarsmesse, DALO Industry Days 2026, og det forener Systematics ekspertise inden for kommando- og kontrolsoftware (C2) med Thales' anerkendte luftforsvarssystemer. Målet er, at de forskellige dele af

Flade viklinger og høj effektivitet i spoler fra Würth Elektronik

Komponenter & konnektorer21. 08. 2026

Würth Elektronik introducerer nu WE-SFIA serien af spoler med flade viklingstråde i 2010-, 2013- og 2016-kapslinger. Spolerne har en exceptionelt lav DC-modstand og tåler et udvidet driftstemperaturområde mellem -40°C og +180°C. WE-SFIA serien kan leveres som standard-/katalogkomponenter, men kan

Kompakte Arm Cortex-M4 mikrocontrollere til styringer en enkeltmotordrev

IoT & embedded21. 08. 2026

Toshiba Electronics Europe GmbH har påbegyndt volumentproduktion af TXZ+™ Family Entry-Class M4L Group, en ny serie af Arm® Cortex®-M4 baserede mikrocontrollere med en floating-point unit (FPU), der arbejder ved op til 80MHz. Controllerne er tilgængelige med 128KB eller 256KB flash-memory til

Bowlingkegle-formede atomkerner giver nyt indblik i Universets første øjeblikke

Design & udvikling21. 08. 2026

Hvad skete der i Universets første øjeblikke - før byggestenene til alt liv og den verden, vi kender opstod? Det spørgsmål forsøger fysikere på forskningsanlægget CERN i Schweiz at besvare ved at genskabe nogle af de ekstreme forhold, der herskede i Universet under Big Bang. Og nu er forskere fra

Tilmeld Nyhedsbrev

/Nyheder

  • Würth Elektronik Danmark A/S

    Styrk design og leveringssikkerhed med chip bead ferrites fra Würth Elektronik

  • InnoFour

    Fast, automated Design Rule Checking

  • Mouser Electronics

    Mouser Showcases Online Resource Centre on Consumer Technology for Engineering Next-Generation Connected Devices

  • InnoFour

    Progressive Verification: A practical and effective approach to PCB Design verification

  • Mouser Electronics

    New at Mouser: NXP Semiconductors’ MCX N24, N52, and N53 Arm Cortex-M33 Microcontrollers with On-chip Accelerators and Advanced Security

  • Mouser Electronics

    Outlook: Euro 7 to Accelerate Demand for Emissions-control as Standards Tighten for Brake and Tyre Particulates and Battery Systems

  • InnoFour

    Cyber Resilience Act (CRA)

  • HIN A/S

    Mød HIN på DALO Industry Days

  • InnoFour

    Next-generation Electronic Systems Design

  • Phoenix Contact A/S

    Sunclix crimpkontakter til ledertværsnit fra 6 til 10 mm²

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
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}