• 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

STMicroelectronics lancerer kompakt direkte Time-of-Flight 3D LiDAR-modul

IoT & embedded25. 06. 2026

STMicroelectronics lancerer VL53L9, et kompakt direkte Time-of-Flight 3D LiDAR alt-i-et-modul, der sætter en ny standard inden for højopløsningsregistrering. VL53L9 kombinerer avancerede funktioner i en kompakt og omkostningseffektiv pakke, der leverer AI-klare outputdata til

Automatisk docking – slidstærk, sømløs, skræddersyet

Komponenter & konnektorer25. 06. 2026

Automatisk docking er i stadig stigende grad et krav i automatiserede processer. Alle anvendelser har det til fælles, at de kræver en holdbar løsning, der kan tilpasses individuelt til de aktuelle systemkrav. Det gælder, hvad enten det er som industriel applikation, et robust hybridinterface, en

Professor Ander Møller modtager ERC-sponsorat på 2,5 millioner euro til cyberforskning

BranchenytDesign & udviklingWireless & data25. 06. 2026

Professor Anders Møller fra Institut for Datalogi ved Aarhus Universitet modtager ERC Advanced Grant Søren Kjeldgaard Projektet skal udvikle nye metoder til at identificere sikkerhedsproblemer i software, før de når ud til virksomheder, myndigheder og almindelige brugere. – Moderne software

Anders Tomsen skal fremover stå i spidsen for IFS Danmark

Branchenyt25. 06. 2026

IFS har ansat Anders Tomsen som ny landedirektør i Danmark. Han kommer fra en stilling som Regional Sales Director i Oracle med ansvar for Norden og Benelux og får nu ansvaret for at videreudvikle den danske forretning hos den globale leverandør af forretningssoftware og industrielle

Dansk Standard ledende inden for europæisk arbejde med kernekraft

AktueltDesign & udviklingPower25. 06. 2026

Kernekraft er rykket højere op på både den europæiske og danske energidagsorden. I regeringsgrundlaget Det politiske grundlag for firkløverregeringen fremhæves kernekraft som en teknologi, der skal undersøges. Det hænger sammen med, at behovet for stabil og fleksibel energi vokser, i takt med at

Testet udført i lufthavn gør den grønne omstilling konkret

AktueltBranchenytPowerTest & mål25. 06. 2026

Et af de mest krævende energisystemer finder du i en lufthavn. Driften stopper aldrig, sikkerheden er kritisk, og elforbruget stiger i takt med, at busser, køretøjer og ground handling-udstyr bliver elektrificeret. Derfor er tiltag inden for grøn omstilling heller ikke noget, der sker fra dag til

EUDP uddeler 286 millioner kroner til ny energiteknologi

Design & udviklingPowerTop25. 06. 2026

EUDP støtter hvert år virksomheder og universiteters arbejde med udvikling og demonstration af nye, grønne energiteknologier, som bidrager til at indfri Danmarks klima- og energipolitiske målsætninger. Programmet modtog i foråret 2026 i alt 82 ansøgninger, der sammenlagt søgte om mere end 804

IEEE International Electron Devices Meeting (IEDM) 2026 Call for Papers

Design & udviklingEvents24. 06. 2026

Det 72. årlige IEEE International Electron Devices Meeting (IEDM) har udsendt sin Call for Papers, der efterspørger originalt innovativt arbejde fra halvlederindustriens førende forskere inden for alle områder af mikroelektronikteknologi, med temaet "Komponenter i hjertet af

Toshiba udbygger portefølje af standard digitale isolatorer

Komponenter & konnektorer24. 06. 2026

Toshiba Electronics Europe GmbH lancerer to quad-channel, medium-speed, kompakte low-power standard digitale isolatorer til industrielt udstyr og forbrugerelektronik. Den nye DCL341x0B-serie supporterer pålidelig drift med en høj common-mode transientimmunitet (CMTI) på 30 kV/μs (min.) og middelhøj

ESET-analyse: De fleste virksomheder bliver ramt af cyberangreb men føler sig alligevel sikre

Wireless & data24. 06. 2026

Hver anden danske virksomhed har oplevet en cybersikkerhedshændelse det seneste år, men samtidig har flertallet tillid til deres sikkerhedsniveau. Det viser en ny undersøgelse fra ESET, der peger på et spænd mellem oplevet tryghed og det reelle trusselniveau, som virksomhederne står

Tilmeld Nyhedsbrev

/Nyheder

  • Microchip Technology Inc.

    Streamline Spacecraft Timing Architecture with Microchip’s Radiation-Tolerant, Low-Power, Low-Jitter Six-Output Clock Generator

  • Mouser Electronics

    Samtec Honours Mouser Electronics with Global High Service Distributor of the Year Accolades

  • ODU Denmark

    ODU konnektorer til Nett Warrior og STANAG 4695

  • Mouser Electronics

    EDAC Group Honours Mouser Electronics with Second Consecutive Distributor of the Year Award

  • InnoFour

    Accelerate and Scale Early Validation with Polarion

  • HIN A/S

    Gratis webinarserie om IEC 61340-5-1 og ESD-compliance

  • InnoFour

    What’s new in HyperLynx 2604

  • InnoFour

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

  • ACTEC A/S

    Fra Panasonic Powerline til Energizer

  • Mouser Electronics

    Mouser Earns NEUTRIK America’s Top Awards for Distribution and Revenue Performance

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}