• 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

Danisense udvider sit tilbud af DN1000ID-strømtransducere

Komponenter & konnektorerPower13. 02. 2026

Som svar på flere kundeforespørgsler har Danisense, den førende virksomhed inden for yderst præcise strømsensorer/-transducere til krævende applikationer, udvidet sin familie af DN1000ID strømtransducerprodukter med introduktionen af en ny DN1000ID-CP02 model. DN1000ID-CP02 strømtransduceren har

Nyt effektmodul giver større energitæthed og effektivitet i AI-datacentre

IoT & embeddedPower13. 02. 2026

De stadigt større belastninger i AI- og højtydende computere kræver forsyningsløsninger, der kombinerer effektivitet, pålidelighed og skalérbarhed. Integrerede forsyningsmoduler hjælper til at strømline designet, reducerer forbruget og sikrer den stabile ydelse, der netop er påkrævet i avancerede

Reflektion over udviklingen inden for switching & simulering på et turbulent T&M-marked

Test & mål13. 02. 2026

Med refleksion over 2025 har Pickering Interfaces, den førende leverandør af modulære signalswitching- og simuleringsløsninger til brug i test og verificering af elektronik, sat fokus på de seneste 12 måneder af betydelige produktintroduktioner og milepæle for virksomheden, ligesom der bliver

Toshiba introducerer to sinusbølge driver-/controllere tiltrefasede BLDC-motorer

Komponenter & konnektorerPower13. 02. 2026

Toshiba Electronics Europe GmbH lancerer to drivere/controllere til sinusformet pulsbreddemodulation (PWM) – TC78B043FNG og TC78B043FTG – til styring af trefasede børsteløse DC-motorer (BLDC) med support af både ydre (SPM - surface permanent magnet) og indre (IPM – interior permanent magnet)

Gridturn får europæisk tech-grant for innovativ løsning til genbrug af elbilbatterier

AktueltDesign & udvikling13. 02. 2026

Den danske startupvirksomhed Gridturn, som forlænger levetiden på udtjente elbilbatterier ved at omdanne dem til certificerede batterienergilagringssystemer (BESS), er blevet tildelt 75.000 EUR. i støtte fra Women TechEU-programmet. Støtten gives til kvindeligt ledede europæiske

Danske virksomheder reagerer på USA-uro: Hver tredje trækker cloud-data hjem

AktueltWireless & data13. 02. 2026

En ny temperaturmåling fra slutningen af 2025 blandt danske virksomheder viser, at usikkerheden om amerikansk loyalitet allerede inden de seneste udmeldinger har fået danske virksomheder til at tage markante skridt for at sikre deres data og flytte væk fra USA. Undersøgelsen viser, at der blandt

Dansk mikroskopisk laser kan halvere energiforbruget i computere

Design & udviklingTop13. 02. 2026

Forskere på DTU har udviklet en banebrydende nanolaser, der kan blive nøglen til langt hurtigere og langt mere energieffektive computere, telefoner og datacentre. Opfindelsen af nanolaseren er offentliggjort i det videnskabelige tidsskrift Science Advances. Perspektiverne i teknologien er, at

Hjernen bag C++ har netop rundet de 75 år

Artikler fra Aktuel Elektronik11. 02. 2026

Bjarne Stroustrup (født: 1950) er blandt de bedste hoveder inden for dansk teknologi, og hans compilering af sourcekode med C++, som reelt er opfindelsen af sproget, kan føres tilbage til 1979. Selv har opfinderen lige rundet de 75 år og er fortsat aktiv i branchenArtiklen har været bragt i Aktuel

Cirkularitet er i frit fald – og det kan koste Danmark dyrt

Artikler fra Aktuel Elektronik11. 02. 2026

På globalt plan genbruges færre og færre materialer. Det er et tegn på, at vi stadig har svært ved at forene vækst med ressourceansvarArtiklen har været bragt i Aktuel Elektronik nr. 2 - 2026 og kan læses herunder uden illustrationer(læs originaludgaven her) Af Lasse Garby, administrerende

Robotsikkerhed og implementering af en sikker fremtid

Artikler fra Aktuel Elektronik11. 02. 2026

I massevis af artikler har både Analog Devices og flere andre tidligere fokuseret på de sikkerhedsmæssige udfordringer, som robotstyringer giver – navnlig med fokus på de industrielle sikkerhedsstandarder og de ikke uvæsentlige sikkerhedsfunktioner, der er nødvendige til beskyttelse i

Tilmeld Nyhedsbrev

/Nyheder

  • Elektronikmessen

    Mød Aktuel Elektronik på Elektronikmessen 2026

  • 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.

    Nyt effektmodul giver større energitæthed og effektivitet i AI-datacentre

  • 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

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