• 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

AI-løsning øger sikkerheden og mindsker ressourcespild i solcelleparker

IoT & embeddedWireless & data01. 06. 2026

Med de solrige måneders indtog producerer solcelleparker grøn energi til de danske hjem. I dag er der over 100 industrielle solcelleparker i Danmark (Energistyrelsen). Anlæggene er bygget af dyre materialer og ligger ofte afsides, uden bemanding eller belysning om natten. Det gør dem sårbare over

Nikolaj Bramsen er ny bestyrelsesleder i DI Forsvar og Sikkerhed

Top01. 06. 2026

CEO i Systematic A/S, Nikolaj Bramsen, er er på den ordinære generalforsamling valgt som ny bestyrelsesleder i DI Forsvar og Sikkerhed, som er brancheforening for forsvars-, rum og sikkerhedsvirksomheder i landets største erhvervsorganisation Dansk Industri (DI). Nikolaj Bramsen overtager posten fra

Mike Engelhardt – manden bag QSPICE – afholder seminar i Danmark 4. juni

Events01. 06. 2026

Torsdag den 4. juni krydser en af de mest anerkendte skikkelser inden for elektronisk kredsløbssimulering Atlanten for at tilbringe en formiddag i Struer. Mike Engelhardt, skaberen af LTspice og QSPICE, indehaver af otte patenter og manden bag over 25 års globale simuleringsseminarer i 48 lande,

3,3kV HV‑D3 mSiC Power Modules til brug i solid-state transformere til AI-datacentre

Komponenter & konnektorerPower01. 06. 2026

Microchip Technology lancerer nu sine nye 3,3kV HV‑D3 mSiC® Power Modules, der er designet til at forenkle og accelerere anvendelsen af solid-state transformere (SST’er) i AI hyperskala datacentre og i andre højvolt applikationer. De nye moduler har integrerede 3,3kV siliciumkarbid (SiC) mSiC®

AI-optimeret SM2524XT PCIe Gen5 DRAMless SSD-controller til AI-PC’er

IoT & embeddedKomponenter & konnektorer01. 06. 2026

Silicon Motion Technology Corporation annoncerer SM2524XT, en næste- generations PCIe Gen5 DRAMless SSD-controller, der er designet til AI-inferens og KV Cache-intensive arbejdsbelastninger. SM2524XT benytter en ny arkitektur med fire processorer og kerner, PCIe Gen5 x4 og NAND-interfacehastigheder

Ny rapport: Størstedelen af succesfulde cyberangreb rammer SMV’er

Wireless & data01. 06. 2026

I årets første tre måneder observerede TDC Erhverv 1.681 hændelser, der indikerer malwarekompromittering blandt danske virksomheder. Det viser en ny cybersikkerhedsrapport, som samtidig konkluderer, at små og mellemstore virksomheder var udsat for hovedparten af de succesfulde angreb. Sådan lyder

Kan man slukke for et helt lands internet med en national ”kill switch”?

AktueltWireless & data01. 06. 2026

Af Jakob Bring Truelsen, adm. dir, Punktum dk Internettet føles for de fleste danskere som en naturlov. Vi forventer, at det altid er der, og at det altid er åbent. Inden for den seneste tid har mediebilledet dog været præget af historier, der udfordrer denne selvfølge. Vi ser i øjeblikket,

Toshiba udbygger sit 80V N-kanal MOSFET-lineup til support af 48V-systemer

Komponenter & konnektorerPower29. 05. 2026

Toshiba Electronics Europe GmbH introducerer to AEC-Q101 godkendte 80V N-kanal MOSFETs og udbygger dermed sit lineup til support af 48V automotive systemer. XPH2R608QB og XPH3R908QB er de første produkter i den nyeste generation fremstillet med U-MOSX-H processen, der er kapslet i SOP Advance (WF)

Terma leverer fortsat vækst og fokuserer på eksekvering i et marked med stor efterspørgsel

AktueltBranchenytProduktion29. 05. 2026

Termas regnskabsår 2025/26 var præget af vedvarende global efterspørgsel på avancerede løsninger inden for forsvar og beskyttelse af kritisk infrastruktur. Ordreindgangen nåede op på 5,6 mia. DKK, hvilket er en stigning på 43 % i forhold til året før, mens omsætningen steg til 3,4 mia. DKK, svarende

TP-Link klar med første Wi-Fi 8-løsning

Design & udviklingWireless & data29. 05. 2026

TP-Link har netop løftet sløret for Archer 8, som er virksomhedens første router baseret på den kommende Wi-Fi-standard IEEE 802.11bn. Den nye router forventes lanceret til oktober og er udviklet med henblik på at levere mere stabile forbindelser med lavere forsinkelse og en mere ensartet ydeevne i

Tilmeld Nyhedsbrev

/Nyheder

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

    Bivar LEDs and indicators: next step to the future

  • InnoFour

    Turning vision into reality: How Questa One fulfils the promise of Smart Verification

  • Mouser Electronics

    Mouser Now Shipping New STMicroelectronics STM32C5 Arm Cortex-M33 Core Mainstream Microcontrollers for Industrial, Smart, and Robotics Applications

  • Microchip Technology Inc.

    Microchip lancerer 3,3kV HV‑D3 mSiC® Power Modules til brug i solid-state transformere til AI-datacentre

  • Microchip Technology Inc.

    Essential Performance and Real-time Control Without the Baggage

  • Phoenix Contact A/S

    Sunclix DC stik godkendt til 2.000 V DC

  • Mouser Electronics

    Mouser Electronics and Efficient Power Conversion (EPC) Enter Global Distribution Agreement to Deliver High-Performance Power Solutions

  • Microchip Technology Inc.

    Microchip lancerer 3,3kV HV‑D3 mSiC® Power Modules til brug i solid-state transformere til AI-datacentre

  • Mouser Electronics

    Mouser Electronics Helps Power La Roche-Posay Racing Team’s America’s Cup Campaign

  • Mouser Electronics

    Mouser Electronics Honoured with Infrastructure Management Distributor of the Year for 2025 by Digi International

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