• 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

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

Fransk designekspertise i pålidelig mikroelektronik

AktueltDesign & udviklingEvents20. 03. 2026

Af Jørgen Sarlvit Larsen På IRPS 2026 (International Reliability Physics Symposium ) konferencen i næste uge, 22.-26. marts i Tucson, Arizona, USA, vil CEA-Leti præsentere sin omfattende forskning inden for pålidelighed i mikroelektronikken. Med syv indlæg vil instituttet belyse sin ekspertise

ODU tilslutter sig FN’s Global Compact

Branchenyt20. 03. 2026

En af verdens førende producenter af konnektorsystemer, ODU, har netop tilsluttet sig FN's Global Compact (UNGC) - verdens største initiativ for bæredygtig og ansvarlig forretningspraksis. Global Compact samler over 26.000 virksomheder og organisationer fra mere end 160 lande, som forpligter sig til

Højt placeret dansker får ny toppost i IFS

Branchenyt20. 03. 2026

Christian Pedersen er tiltrådt som Chief Innovation Officer i IFS, hvor han får ansvaret for at drive virksomhedens målrettede arbejde med Industrial AI. Den erfarne danske techprofil har siden 2018 været en del af topledelsen i IFS, senest som Chief Product Officer med ansvar for udviklingen af IFS

PCB-seminar: Få styr på design, produktion og pålidelighed

AktueltDesign & udviklingEvents20. 03. 2026

Icape Denmark A/S inviterer til et inspirerende PCB-seminar i samarbejde med Altoo og Circle Consult, hvor de tre virksomheder samlet dykker ned i best practice, design pitfalls og de nyeste teknologier inden for elektronikudvikling. Icapes Henrik Jensen er en af keynote foredragsholderne ved dette

SDU tester redningsdroner i Arktis

Design & udviklingTop18. 03. 2026

Enhver, der har set DR-dokumentarserien ”De arktiske reddere”, ved, at redningsaktioner i Grønland er relativt hyppige, ekstremt alvorlige, og at det kan være overraskende svært at finde dem, der har brug for hjælp, på verdens største ø.   Inden for en årrække kan redderne måske få

Ingeniørforeningen, IDA: It-kriminelle står på spring når årsopgørelsen frigives

AktueltEventsWireless & data18. 03. 2026

Danskerne skal passe på med ikke at falde i de it-kriminelles kløer i forbindelse med, at SKAT den kommende weekend åbner op for den digitale adgang til årsopgørelsen. Det har nemlig udviklet sig til en begivenhed på højde med juleaften, hvor danskerne gladeligt sidder i kø i timevis, og det kan

Danisense udstiller på APEC 2026i San Antonio, Texas, USA, 22. – 26. marts

AktueltEventsTest & mål18. 03. 2026

Danisense udstiller på APEC 2026, der finder sted i San Antonio mellem 22. og 26. marts, 2026 i Henry B. Gonzalez Convention Center. Besøgende kan finde Danisense på stand 2155 hos sin solide distributionspartner i USA gennem mange år, GMW Associates. På messen vil Danisense lancere MK500ID, en

Tilmeld Nyhedsbrev

/Nyheder

  • 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…

  • Mouser Electronics

    Engineers Look to Mouser Electronics for Wide Selection of STMicroelectronics Products

  • ODU Denmark

    ODU leverer kabelkonfektionering i højeste kvalitet 

  • Elektronikmessen

    Besøg Hamamatsu Photonics Norden AB 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