• 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

IFS bliver officiel teknologipartner for Cadillac Formel 1 Team

AktueltBranchenyt11. 02. 2026

IFS spiller en central rolle i forberedelserne af Cadillacs længe ventede Formel 1-debut. Selskabet, der er kendt for sine løsningers præcision, hastighed og innovationskraft, skal levere en forretningskritisk softwareplatform, som sikrer, at de bagvedliggende, vitale processer fungerer effektivt og

Embedded Worlds dramatik fortsætter i 2026

EventsIoT & embeddedTop11. 02. 2026

Som om der ikke var nok udfordringer i verden med hensyn til helbred, klima, fødevarer, infrastruktur og meget andet halløj? Den nuværende geopolitiske situation er fortsætter med at gå amok, og ingen havde vel for 20 – 30 år siden regnet med, at vi igen skulle slås med despoter og vanvidsregimer.

Microchip lancerer familie af 600V gate-drivere til højvolt power-management applikationer

IoT & embedded11. 02. 2026

For at opfylde behovet for højvolt power-management applikationer introducerer Microchip Technology nu sin 600V gate-driver portefølje, der omfatter 12 komponenter leveret i halvbro- high-side/low-side og 3-fasede driver-konfigurationer. Med afsæt i Microchips power-management løsninger er disse

Toshiba lancerer stepmotor-driver IC med næste generation af Advanced Microstep Technology

IoT & embeddedKomponenter & konnektorer11. 02. 2026

Toshiba Electronics Europe GmbH lancerer TB67S579FTG, der er en næste generations stepmotor-driver IC med Advanced Microstep Technology. Den tofasede, bipolare stepmotor-driver er en CC-driver (konstantstrøm), og med sine avancerede funktioner giver driveren en høj effektivitet, lave vibrationer og

Same Sky tilføjer skydepotentiometre til sit program af potentiometre

Komponenter & konnektorer11. 02. 2026

Same Skys Motion and Control Group tilføjer nu skydepotentiometre til sin portefølje af potentiometre. PTNS-familien rummer modstandsværdier mellem 1- og 500kΩ, lineære eller logaritmiske skydere samt længder af modstandselementet mellem 15mm og 60 mm. Skydepotentiometrene er ideelle til styring af

Sensorsimulering til HIL-engine er showstopper hos Pickering Interfaces på Space-Comm Expo

AktueltEventsTest & mål11. 02. 2026

Pickering Interfaces, en førende leverandør af modulære signalswitching- og simuleringsløsninger til brug i test og verificering af elektronik, udstiller sin demo for sensorsimulering til HIL-engines på stand A46 under den kommende Space-Comm Expo Europe 2026, som finder sted 4. og 5. marts i Excel

STMicroelectronics kompakte thyristordriver sparer plads i små apparater

Komponenter & konnektorerPower11. 02. 2026

STMicroelectronics afslører en ultrakompakt thyristor-gatedriver udviklet til små AC-drevne apparater som hårtørrere og med en ny innovativ isolationstransformer, der gør enklere og slankere designs mulig. Den lille nye driver, STSID140-12, er placeret i et 5,35mm x 3,45mm ledningsfrit DFN-hus,

NATO udvider aftale med dansk softwarefirma om træning af soldater

Wireless & data09. 02. 2026

NATO og den danske softwarevirksomhed Systematic har underskrevet endnu en kontrakt, der udvider samarbejdet om træning af soldater og officerer i brugen af NATOs nye digitale kommandosystem til landoperationer, SitaWare Headquarters. Aftalen er en del af det igangværende DEMETER-projekt. Den

Ung forsker fra SDU skal sikre, at vi har kritiske råstoffer nok til den grønne omstilling

Design & udvikling09. 02. 2026

Den grønne omstillings teknologier er dybt afhængige af en række råstoffer som f.eks. kobolt, kobber, nikkel og litium. Som det er i dag, er ressourcerne i høj grad koncentreret omkring nogle få lande og regioner. Det gør forsyningen sårbar overfor bl.a. geopolitiske spændinger og betyder, at den

Anritsu opnår EN 18052:2025-certificering til hybrid eCall-evaluering

Test & mål09. 02. 2026

Anritsu Corp. annoncerer, at deres hybride eCall-evalueringsløsning, der inkluderer eCall-tester MX703330E, har opnået den første europæiske EN 18052:2025-certificering efter test foretaget af Cetecom Advanced, en førende virksomhed inden for certificering af elektronisk udstyr. Certificeringen

Tilmeld Nyhedsbrev

/Nyheder

  • EKTOS A/S

    Rethinking Electronics for Next-Gen Machines for the Real World, Not the Lab 

  • Microchip Technology Inc.

    Production-Ready, Full-Stack Edge AI Solutions Turn Microchip’s MCUs and MPUs Into Catalysts for Intelligent Real-Time Decision-Making

  • InnoFour

    FPGA Forum 2026

  • Microchip Technology Inc.

    Microchip Technology and Hyundai Motor Group Collaborate to Explore 10BASE-T1S Single Pair Ethernet for Future Automotive Connectivity

  • HIN A/S

    Vil du arbejde i krydsfeltet mellem teknik, rådgivning og industri?

  • Elma Instruments A/S

    Flir C8 fra Elma er næste generation i kompakte termiske lommekameraer

  • Microchip Technology Inc.

    New Power Module Enhances AI Data Center Power Density and Efficiency

  • Microchip Technology Inc.

    PIC32CM PL10 MCUs Expand Microchip’s Arm® Cortex®-M0+ Portfolio

  • Eltraco Automation

    Inline vapor phase-maskine fra IBL åbner op for større volumen

  • ACTEC A/S

    Pålidelig energi til el-, vand-, gas- og varmefordelingsmålere

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