• 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

DI: Tyveri af viden er en alvorlig trussel mod Danmark

AktueltWireless & data25. 02. 2026

Dansk viden, teknologi og innovation er fundamentet under vores velstand, vores arbejdspladser og vores sikkerhed. Men netop dét, der gør Danmark stærkt som samfund, gør os samtidig sårbare. Derfor lancerer Politiets Efterretningstjeneste (PET) sammen med bl.a. Dansk Industri (DI) i dag en

IDA: Fremtidens råderum styrkes kun med flere teknologiske tiltag

AktueltBranchenyt25. 02. 2026

Regeringens 2035-plan vidner om en sund og stærk dansk økonomi og skyldes ikke mindst, at politikerne har taget de svære beslutninger de forgange år. Det mener formand for Ingeniørforeningen, IDA Laura Klitgaard, der samtidig pointerer, at de lyse økonomiske fremtidsudsigter på den lange bane, ikke

Mekoprint fastholder fokus på CO₂-reduktion med 38% mindre udledning i egen produktion

ProduktionTop25. 02. 2026

Siden 2020/21 har Mekoprint reduceret sine Scope 1-2-udledninger med 38 % relativt til omsætningen, og resten er siden 1. oktober 2025 blevet 100 % CO₂-neutraliseret. Det betyder at alle kunder får deres komponenter produceret med CO₂-neutral drift, så fokus nu kan rettes mod at optimere CO₂-andelen

Anritsu demonstrerer avancerede 7 GHz-valideringsfunktioner på sin MT8000-platform

Test & mål25. 02. 2026

Anritsu Corp. afslører en fælles demonstration med Qualcomm Technologies, Inc. på Mobile World Congress 2026. Samarbejdet giver avancerede valideringsfunktioner i 7GHz-båndet designet til at understøtte den næste fase af trådløs innovation. Det øvre mellembånd omkring 7 GHz-spektret danner en

TDK udvider HWS3000-serien med model til trefaset input

Power25. 02. 2026

TDK Corporation udvider serien af 3000W TDK-Lambda HWS3000 programmerbare AC/DC-strømforsyninger med ​​HWS3000GT4-modellen. Denne tilføjelse, der nu er tilgængelig med et 340-528Vac trefaset input, giver en større installationsfleksibilitet, forbedret kompatibilitet med globale industrielle

Stockholms stadsbibliotek er nu ”live” med ny biblioteksløsning fra Systematic

Wireless & data25. 02. 2026

Den 17. februar slog Stockholms stadsbibliotek dørene op for lånerne på byens 40 folkebiblioteker, kort efter at biblioteket havde sat Cicero - et nyt bibliotekssystem leveret af den danske softwarevirksomhed Systematic - i drift. Det var kulminationen på et omfattende digitaliseringsprojekt,

NKT A/S opnåede 6% organisk vækst og rekordhøjt operationelt EBITDA i 2025

Branchenyt25. 02. 2026

- 2025 var endnu et stærkt år for NKT, kendetegnet ved disciplineret eksekvering og fortsat fremdrift på de strategiske prioriteter. Vi forbedrede vores finansielle performance, fastholdt vores ledende position i kabelindustrien og fortsatte fremdriften i de igangværende investeringer i

Driver med faseskift øger effektiviteten i resonanskonvertere

Komponenter & konnektorerPower23. 02. 2026

STMicroelectronics lancerer STNRG599A og STNRG599B controllerne til resonanskonvertertopologier med en innovativ faseskiftende styring (PSC, som løfter effektiviteten i ubelastet tilstand i strømforsyninger, og som giver flicker-fri dyb lysdæmning i belysningsapplikationer. STNRG599A er optimeret

Sound Hub Denmark anerkendt for tredje år i træksom en af Europas førende startup hubs

Branchenyt23. 02. 2026

I et år, hvor Europas startup-økosystem vokser markant i både volumen og professionalisering, er Sound Hub Denmark endnu en gang blevet udpeget som en af Europas førende startup hubs af Financial Times. Det er tredje år i træk, at Sound Hub Denmark optræder på listen – en anerkendelse, som kun 18

OJ Electronics investerer i nærværende ledelse for at øge agilitet og tempo

BranchenytProduktion23. 02. 2026

OJ Electronics har oprustet sin ledelse for at sikre en mere tilgængelig ledelse for de enkelte teams. Den sønderborgbaserede udviklings- og produktionsvirksomhed investerer målrettet i flere mellemledere, så der bliver kortere beslutningsveje og stærkere forankring tæt på den daglige

Tilmeld Nyhedsbrev

/Nyheder

  • Mouser Electronics

    Mouser Electronics Named Bourns e-Commerce Distributor of the Year for Outstanding Digital Performance

  • Elektronikmessen

    Mød ICAPE Denmark A/S på Elektronikmessen 2026

  • InnoFour

    What’s new in Xpedition 251: Designer update

  • Phoenix Contact A/S

    M8 og M12 stik til automatiske produktionsprocesser

  • Elektronikmessen

    Mød HIN A/S på Elektronikmessen 2026

  • Apacer Technology B.V.

    Apacer at embedded world 2026: Hall 1, Booth 310 /Storage solutions for embedded AI

  • Mouser Electronics

    Mouser Electronics Shares Insights on Industrial Automation in New eBook from STMicroelectronics

  • Rohde & Schwarz Danmark A/S

    Rohde & Schwarz advances AI-RAN testing using digital twins with NVIDIA

  • Elektronikmessen

    Besøg Develco på Elektronikmessen 2026

  • InnoFour

    What’s important when matching PCB traces?

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