• 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

Renesas afslører branchens første tovejs 650V GaN-switch

AktueltKomponenter & konnektorerPower23. 03. 2026

Renesas Electronics Corporation introducerer branchens første tovejs-switch, der bruger GaN-teknologi i depletion-mode (d-mode) procesteknologi, og som er i stand til at blokere både positive og negative strømme i én komponent med integreret DC-blokering. Højvolt-kredsen TP65B110HRU, der er rettet

SDU med i nyt globalt initiativ som vil gøre software og AI matematisk sikre

IoT & embeddedTopWireless & data23. 03. 2026

Syddansk Universitet og professor Fabrizio Montesi fra Centre for Formal Methods and Future Computing har ledende rolle i nyt internationalt initiativ, der placerer universitetet centralt i udviklingen af fremtidens fundament for software og kunstig intelligens. Projektet CSLib skal udvikle en

TDK introducerer robuste 60A og 80A Oring-moduler

Komponenter & konnektorerPower23. 03. 2026

TDK Corporation introducerer TDK-Lambda i1R ORing FET-moduler, der kan fungere ved op til 60A eller 80A med en maksimal indgangsspænding på 60 Vdc. Disse ORing-moduler er designet til at erstatte traditionelle dioder i applikationer, der kræver ORing-funktionalitet til redundans i strømforsyningen

Manglende kryptering på Instagram bør give anledning til bekymring

Wireless & data23. 03. 2026

Meta har meldt ud, at de fra maj 2026 fjerner end-to-end kryptering fra private beskeder på Instagram. Ændringen kan få stor betydning for, hvordan danskerne bruger platformen – særligt fordi mange i dag benytter Instagram som en helt almindelig beskedkanal i hverdagen. Instagram fylder meget i

Systematic henter endnu en topprofil fra Forsvaret

AktueltBranchenytIoT & embedded23. 03. 2026

Efter 38 år med nøgleposter i Forsvaret skifter brigadegeneral Susanne Kiholm Lund til en stilling som Senior Director i Systematics forsvarsforretning. Den danske softwarevirksomhed leverer kommando-kontrolsystemet SitaWare til NATO og mere end 50 lande verden over, og Susanne skal nu sørge for, at

Katja Ramsing bliver ny direktør i Zebicon

Branchenyt23. 03. 2026

Billund-virksomheden Zebicon har fået ny administrerende direktør. Salgschef Katja Ramsing har overtaget posten, mens stifter og hidtidig CEO Jeppe Hebsgaard Laursen fortsætter i en rolle som strategisk rådgiver. Zebicon arbejder med optisk 3D scanning og måleteknologi til industrien. Siden

SMT Renting får ordre på to nye SMT linjer fra Foxconn i Ungarn

BranchenytProduktion23. 03. 2026

SMT Renting har udvidet samarbejdet med Foxconn i Ungarn, hvor der er placeret en ordre på to nye højkapacitets SMT-linjer til produktionen i Komárom, nær grænsen til Slovakiet. Ordren har en samlet værdi på 3,8 mio. EUR og er indgået via SMT Renting-konceptet. Samarbejdet mellem SMT Renting og

Referencedesigns til trefasede invertere for Rohms nye SiC-effektmoduler

Design & udviklingPower20. 03. 2026

Rohm har udgivet referencedesignene "REF68005", "REF68006" og "REF68004" til trefasede inverterkredsløb med de EcoSiC-mærkede SiC-indstøbte moduler "HSDIP20", "DOT-247" og "TRCDRIVE pack" på Rohms hjemmeside. Designere kan bruge dataene i disse referencedesigns til at oprette drevkredsløbskortene.

Ultrakompakte fotorelæer til udvidet temperaturområde fra Toshiba

Komponenter & konnektorer20. 03. 2026

Toshiba Electronics Europe GmbH lancerer fire nye spændingsstyrede fotorelæer, TLP3407SRB, TLP3412SRB, TLP3412SRHB og TLP3412SRLB, der er designet til at imødekomme de behov, som designere, der arbejder på næste generation af test- og måleudstyr, måtte have. De nye fotorelæer tåler nominelt drift

AU-professor leder udvikling af nyt EU-kodeks til synliggørelse af AI-skabt indhold

TopWireless & data20. 03. 2026

2. august 2026 træder nye regler for mærkning af AI-genereret indhold i kraft. En arbejdsgruppe nedsat af Europa-Kommissionen med professor ved Medievidenskab Anja Bechmann som formand arbejder på et adfærdskodeks, der skal hjælpe indholdsproducenter med at leve op til lovgivningen. Forskningen

Tilmeld Nyhedsbrev

/Nyheder

  • Mouser Electronics

    Mouser’s Autonomous Vehicle Online Resource Centre Addresses Real-World Deployment Challenges

  • Microchip Technology Inc.

    Introducing Automotive-Qualified System-in-Package Hybrid MCU for Automotive and E-Mobility Human-Machine Interface Applications

  • Elektronikmessen

    Mød EKTOS Group på Elektronikmessen 2026

  • RODAN Technologies A/S

    RODAN Technologies A/S har nået en vigtig milepæl.

  • Elektronikmessen

    Oplev Team Precision Public Company Limited på Elektronikmessen 2026

  • Metronic ApS

    Comet Transmitterer med output til enhver Applikation.

  • InnoFour

    Siemens accelerates integrated circuit design & verification

  • Microchip Technology Inc.

    New BZPACK mSiC® Power Modules Are Designed for Demanding Applications in Harsh Environments

  • Würth Elektronik Danmark A/S

    Gratis Power seminar i Aarhus 14. april 2026

  • ODU Denmark

    Når præcision gør forskellen…

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