• 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

Udvidet line-up af AEC‑Q101 godkendte 40V N-kanal MOSFETs

Komponenter & konnektorerPower26. 08. 2026

Toshiba Electronics Europe GmbH lancerer XPJ1R504PB, en automotivt godkendt 40V, 120A N-kanal power MOSFET kapslet i et S‑TOGL™ hus og som en udvidelse af koncernens line-up til 12V-systemer. Target-applikationer inkluderer invertere, halvlederrelæer, belastnings-switche og motordrev. Ved at

Plug-and-Play 90W PoE-løsning strømliner industriel IoT-anvendelse

IoT & embeddedPower26. 08. 2026

Med stadigt mere automatiske og konnekterede produkter stiger behovet for Power-over-Ethernet, så de industrielle applikationer kan opnå pålidelig forsyning og dataforbindelse over ét enkelt kabel, hvad der forenkler brug og skalérbarhed. Microchip Technologyhar udbygget sit brede program af single-

Erhvervshus Sjælland: SMV’er rykker tættere på milliardomsætning

Branchenyt26. 08. 2026

Danmark har brug for, at flere små og mellemstore virksomheder styrker konkurrenceevnen og vokser sig store nok til at gøre sig gældende internationale markeder. Og erfaringer fra vækstinitiativet Man on the Moon viser, at det godt kan lade sig gøre, og at målrettet sparring kan hjælpe virksomheder

Forsker bliver ny dekan på AAU

Branchenyt26. 08. 2026

Aalborg Universitet får en erfaren forsker og universitetsleder i spidsen for Det Ingeniør- og Naturvidenskabelige Fakultet, når Michael Toft Overgaard tiltræder som dekan den 1. september 2026. Michael Toft Overgaard har været ansat på Aalborg Universitet siden 2008 og har gennem årene bestridt

Konference på Automatik: Automatik i forsvarsindustrien

AktueltEventsProduktion26. 08. 2026

Forsvarsmateriel bliver i højere og højere grad digital og baseret på automatik, og det gør produktionsapparatet i forsvarsindustrien også. Blandt andet sø-, land- og luftdroner og robotter er et eksempel på dette. Evnen til at anvende automatik i forsvarssektoren - og skalere produktionen - kan

Dansk/tysk hospitalsrobot tager imod patienter og viser dem vej

Design & udviklingTop26. 08. 2026

Når patienter træder ind på et hospital, er de ofte både usikre på, hvor de skal gå hen, og bekymrede for den undersøgelse eller behandling, der venter. Her kan en venlig robot måske gøre ankomsten lidt lettere. Det viser erfaringerne fra det dansk-tyske forskningsprojekt HospiBot, som ledes af

Nyt kvantekommunikationsnetværk beskytter data nu og i fremtiden

AktueltWireless & data26. 08. 2026

Et nyt netværk med udveksling af kvantenøgler er udviklet af QCI.DK-projektet, Danish Quantum Communication Infrastructure. Blandt de 10 lokationer, som er forbundet via det nye netværk, er Udenrigsministeriet, Forsvarsministeriet, Erhvervsministeriet og Forsknings-, Uddannelses- og

Cyberrisikoen stopper ikke ved virksomhedens egen firewall

Wireless & data24. 08. 2026

En cyberhændelse behøver ikke ramme virksomhedens egne systemer for at skabe problemer. Hvis en softwareleverandør, en transportør eller en producent af vigtige komponenter bliver ramt, kan konsekvenserne hurtigt brede sig til leverancer, data og produktion. Før sommerferien spurgte Proxima 515

Schneider Electric styrker life science-satsning i Norden med ny nordisk leder

Branchenyt24. 08. 2026

Schneider Electric har udnævnt Niels Fogd til Nordic Segment Leader for Life Science-segmentet. Her får han ansvaret for at drive og udvikle virksomhedens life science-strategi på tværs af Norden med fokus på blandt andet biopharma, medtech, biologics og forskningsmiljøer. Udnævnelsen sker som

Forskningsprojekt skal afsløre danskernes skjulte varmespild

Design & udviklingTest & mål24. 08. 2026

Forkert indstilling af ventilationssystemer og varmesystemer samt dårlige vinduesåbningsstrategier, kan koste danskere tusindvis af kroner og ødelægge indeklimaet. Nu skal et nyt forskningssamarbejde mellem Danmarks Tekniske Universitet, cleantechvirksomheden Brunata og almene boligorganisationer

Tilmeld Nyhedsbrev

/Nyheder

  • EKTOS A/S

    Bring Your EMC Questions Into the Lab

  • InnoFour

    Frontload CFD simulation to shorten development

  • Mouser Electronics

    Mouser Now Shipping New Espressif Systems ESP32-P4X-EYE Vision Development Kit for AI, Edge, HMI, and Camera Applications

  • Würth Elektronik Danmark A/S

    Styrk design og leveringssikkerhed med chip bead ferrites fra Würth Elektronik

  • InnoFour

    Fast, automated Design Rule Checking

  • Mouser Electronics

    Mouser Showcases Online Resource Centre on Consumer Technology for Engineering Next-Generation Connected Devices

  • InnoFour

    Progressive Verification: A practical and effective approach to PCB Design verification

  • Mouser Electronics

    New at Mouser: NXP Semiconductors’ MCX N24, N52, and N53 Arm Cortex-M33 Microcontrollers with On-chip Accelerators and Advanced Security

  • Mouser Electronics

    Outlook: Euro 7 to Accelerate Demand for Emissions-control as Standards Tighten for Brake and Tyre Particulates and Battery Systems

  • InnoFour

    Cyber Resilience Act (CRA)

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
Administrer samtykke
For at give dig de bedste oplevelser bruger vi teknologier som cookies til at gemme og/eller få adgang til enhedsoplysninger. Hvis du giver dit samtykke til disse teknologier, kan vi behandle data som f.eks. browsingadfærd eller unikke ID'er på dette websted. Hvis du ikke giver dit samtykke eller trækker dit samtykke tilbage, kan det have en negativ indvirkning på visse funktioner og egenskaber.
Funktionsdygtig Altid aktiv
Den tekniske lagring eller adgang er strengt nødvendig med det legitime formål at muliggøre brugen af en specifik tjeneste, som abonnenten eller brugeren udtrykkeligt har anmodet om, eller udelukkende med det formål at overføre en kommunikation via et elektronisk kommunikationsnet.
Præferencer
Den tekniske lagring eller adgang er nødvendig for det legitime formål at lagre præferencer, som abonnenten eller brugeren ikke har anmodet om.
Statistikker
Den tekniske lagring eller adgang, der udelukkende anvendes til statistiske formål. Den tekniske lagring eller adgang, der udelukkende anvendes til anonyme statistiske formål. Uden en stævning, frivillig overholdelse fra din internetudbyders side eller yderligere optegnelser fra en tredjepart kan oplysninger, der er gemt eller hentet til dette formål alene, normalt ikke bruges til at identificere dig.
Marketing
Den tekniske lagring eller adgang er nødvendig for at oprette brugerprofiler med henblik på at sende reklamer eller for at spore brugeren på et websted eller på tværs af flere websteder med henblik på lignende markedsføringsformål.
  • Vælg muligheder
  • Administrer tjenester
  • Administrer {vendor_count} leverandører
  • Læs mere om disse formål
Vælg fra liste
  • {title}
  • {title}
  • {title}