• 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

ABB: Datacentre risikerer at overse udfordringer med dynamisk AI-belastning

AktueltPowerWireless & data04. 03. 2026

Datacentre kommer i løbet af få år til at håndtere enorme og svingende laster. Derfor kan branchen med fordel kigge mod løsninger, der kan balancere AI-belastningen på mellemspænding frem for lavspænding – det giver mulighed for modulær opbygning og lavere anlægsomkostninger samt mere sikker

Danisense opnår fuld ISO/IEC 17025-akkreditering af AC-kalibreringsservices

AktueltBranchenytPowerTest & mål04. 03. 2026

Danisense fortæller, at virksomhedens state-of-the-art in-house kalibreringslaboratorium har opnået fuld ISO/IEC 17025-akkreditering af AC-kalibreringsservices. Denne milepæl følger laboratoriets ISO/IEC 17025-akkreditering til DC-strømtransducer kalibrering op til 21kA, som blev tildelt i

Aalborg Universitet går forrest med europæisk AI-løsning

TopWireless & data04. 03. 2026

Som det første universitet i Danmark har Aalborg Universitet indgået en aftale med den franske AI-platform Mistral. Indkøbet giver universitetets forskere adgang til avancerede sprogmodeller og AI-værktøjer, samtidig med at data og beslutningskraft forbliver under europæiske regler og

MiWire og NanoPing i samarbejde om ny standard for trådløs forbindelse

Design & udviklingWireless & data04. 03. 2026

MiWire og NanoPing annoncerer et strategisk samarbejde, der skal levere endnu stærkere trådløs forbindelse, herunder SD-WAN-funktionalitet og øget netværksrobusthed til deres kunder. Partnerskabet samler to danske teknologivirksomheder med en fælles ambition: at forbedre stabilitet og ydeevne i

HIN A/S styrker serviceteamet med teknisk profil

Branchenyt04. 03. 2026

HIN A/S udvider endnu engang sit serviceteam for at imødekomme den stigende efterspørgsel på teknisk support, installation og service i den nordiske elektronikindustri. Med start 1. februar har virksomheden ansat Aksel Clausen som servicetekniker. Hos HIN A/S oplever man høj aktivitet inden for

Red Hat lancerer integreret AI-platform

IoT & embeddedWireless & data04. 03. 2026

Red Hat, førende leverandør af open source-løsninger, lancerer Red Hat AI Enterprise, en integreret AI-platform til implementering og administration af AI-modeller, agenter og applikationer i hybrid cloud. Platformen er en del af Red Hats AI-portefølje sammen med Red Hat AI Inference Server,

Jørgen Stenberg er død

Branchenyt04. 03. 2026

Vi har via linked-in modtaget følgende triste meddelelse fra Mogens Brusgaard, co-formand i VELTEK: Det er med stor sorg, at vi i VELTEK har modtaget den triste besked om Jørgen Stenbergs bortgang. Foreningen har mistet en bærende figur – og jeg har personligt mistet et menneske, som gennem mange

DI: Digital suverænitet kræver investeringer for milliarder

AktueltWireless & data02. 03. 2026

- Digital teknologi er blevet et strategisk magtmiddel på linje med energi og forsvar. Hvis vi ikke selv kan udvikle og kontrollere kritiske digitale systemer, risikerer vi at miste handlefrihed, når det virkelig gælder. Europa har før ledet industrielle revolutioner og kan gøre det igen, hvis vi

Clouden er det nyeste teknologiske grænseland for danske Space Inventor

Design & udviklingIoT & embeddedTopWireless & data02. 03. 2026

Aalborg-virksomheden Space Inventor har i snart ti år designet sine modulære satellitter i et cloud-miljø. Nu tager virksomheden hul på næste etape af sin digitale udvikling ud i såvel rummet som clouden. Innovation har altid været et centralt konkurrenceparameter i rumfartsindustrien. Men at

Ny dansk cyberløsning kan opdage hackerangreb på få minutter frem for halvanden uge

AktueltWireless & data02. 03. 2026

11 dage. Så lang tid tager det i gennemsnit en virksomhed i EMEA-regionen (Europa, Mellemøsten og Afrika) at opdage, at de er blevet ramt af et cyberangreb, hvis uheldet er ude. Det viser seneste opgørelse fra Google Mandiant fra 2025. Men det billede kan meget vel ændre sig nu. TDC Erhverv

Tilmeld Nyhedsbrev

/Nyheder

  • Mouser Electronics

    Mouser Explores the Challenges of Powering AI in New Interactive eBook from Renesas Electronics

  • Elektronikmessen

    Oplev Mirit Glas på Elektronikmessen 2026

  • InnoFour

    Assertion-based verification (ABV) improves design quality.

  • Mouser Electronics

    Mouser Electronics to Showcase Intelligent Robotics, Interactive Demos, and Retro Gaming at Embedded World 2026

  • Mouser Electronics

    Mouser Drives Electronic Design Excellence with Motor Control Resource Hub for Engineers

  • Mouser Electronics

    Mouser Electronics Adds Over 60 New Manufacturers to its Industry-Leading Line Card in 2025, Expanding Choices for Customers

  • Elektronikmessen

    Mød SynFlex A/S på Elektronikmessen 2026

  • InnoFour

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

  • Mouser Electronics

    Mouser Electronics New Product Insider: Over 40,000 New Parts Added in 2025

  • Elektronikmessen

    Besøg UniFactory på Elektronikmessen 2026

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