• 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 | 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

IT-Branchen: CPR-sagen kræver et markant løft af den offentlige cybersikkerhed

AktueltWireless & data12. 10. 2026

CPR-sagen understreger behovet for et markant løft af cybersikkerheden i den offentlige sektor. Der skal både investeres mere og arbejdes langt mere systematisk med at beskytte kritiske it-systemer og borgernes følsomme oplysninger. - CPR-sagen bør være et politisk wakeupcall. Når sikkerheden

Danmark skal udbygge datacenterkapacitet kontrolleret og ansvarligt

AktueltWireless & data12. 10. 2026

Der står 16 til 18 GW datacenterprojekter i kø til at blive tilsluttet det danske elnet. Datacenter Industriens egen markedsanalyse forventer, at omkring 1,2 GW datacenterkapacitet rent faktisk bliver bygget frem mod 2030. Den forskel er udgangspunktet for branchens bud på en National

Teknologisk Institut går fra spåner til 3D-print

Design & udviklingTop12. 10. 2026

Det netop afsluttede CHIPART-projekt viser vejen mod en mindre miljøbelastende produktion med 3D-print, som også kan give økonomiske fordele. Det sker ved at genbruge titaniumspåner fra luftfartindustrien til 3D-print pulver – uden energitung omsmeltning. Luftfarts- og forsvarssektoren er under

33kW til AI og datacentre i ultrakompakt 21”-kabinet

Power12. 10. 2026

Volumen er blevet en meget kritisk faktor i etableringen af nye datacentre – ofte tilegnet AI-/cloud-formål – hvor også effektiviteten i sagens natur spiller en stor rolle. Der er ekstremt meget fokus på at minimere såvel tabsvarmen i - såvel som footprint og den indbygningshøjde af

Nye projekter skal styrke ingeniørstuderendes matematik og ansvarlige brug af AI

Design & udviklingWireless & data12. 10. 2026

En matematikopgave kan være svær at komme videre med, hvis de grundlæggende færdigheder halter. Og når studerende bruger AI som del af programmeringsarbejdet, skal de ikke blot kunne få AI til at generere kode, men også kunne styre processen, vurdere resultatet og tage ansvar for den færdige

Wall-E R2-D2 eller bare Rasmus: Hvad kalder man en robot?

Events12. 10. 2026

Fredag den 9. oktober åbnede Planetarium for en navnekonkurrence, hvor børn, unge og voksne kan komme med deres bud på, hvad robotterne skal hedde og hvorfor. Vinderen kan invitere tre - fem venner med til en særlig dag i Planetarium, hvor de får robotterne helt for sig selv, kan opleve Planetarium

Hardwarekrise får kommune til at gentænke indkøb

Wireless & data12. 10. 2026

Kraftige prisstigninger og usikre leveringstider på it-hardware presser kommunale budgetter. I Hedensted Kommune bruger man krisen til at gå fra ad hoc-udskiftninger til datadrevet styring og indkøb af pc’er – med stabile omkostninger og bedre sikkerhed som resultat. En eksplosion i priserne på

Pickering Interfaces introducerer high-density 2A LXI-matrix til varierende testbehov

Test & mål09. 10. 2026

Pickering Interfaces introducerer 65-217, en modulær 2A Ethernet-styret LXI-matrix, som gør ingeniører i stand til at udvide systemkanapciteten ved omskiftelig behov. Med sit design til den skalérbare 65-200 LXI- chassisplatform, forenkler det nye plug-in modul også vedligehold og support af RF

DigiKey leverer nu TDK’s Senseis edge RX Starter-løsning til industriel AI

Design & udviklingIoT & embedded09. 10. 2026

DigiKey har indgået en aftale med TDK Sensei om som den første distributør at levere edge RX Starter – en løsning til forudseende vedligeholdelse, der er udviklet til at forbedre ydeelsen i ​​industrielt udstyr. TDK Senseis edge RX Starter kombinerer AI-dreven, multimode-dataopsamling med

Parker Chomerics lancerer EMI-afskærmede ventilationspaneler til datacenterapplikationer

Design & udviklingProduktion09. 10. 2026

Chomerics Division af Parker Hannifin viser sine avancerede EMI-afskærmede ventilationspaneler under electronica 2026 (10.-13. november, München). På stand B3.457 demonstrerer Parker Chomerics, hvordan deres honeycomb-teknologi i rustfrit stål sætter elektroniske afskærmninger i stand til at opnå

Tilmeld Nyhedsbrev

/Nyheder

  • InnoFour

    Cyber Resilience Act (CRA)

  • Mouser Electronics

    Mouser Stocking Nearly 70,000 Products from Leading Global Passive Component Manufacturer YAGEO Group

  • InnoFour

    Technical Workshop FPGA Development and Verification – 14 October

  • Phoenix Contact A/S

    Nye dæksler og ny hætte til UM-BASIC/-PRO ekstruderede profilhuse

  • Microchip Technology Inc.

    Microchip Introduces its First Turnkey Touch Controllers for Buttons, Sliders and Wheels with Parallel Sensing

  • Mouser Electronics

    Mouser to Showcase Humanoid Robotics, Engineering Innovation and Interactive Experiences at electronica 2026

  • HIN A/S

    HIN styrker indsatsen i Norge med erfaring tæt på produktionen

  • Rohde & Schwarz Danmark A/S

    Power Electronics: From Reliable Testing to Compliance

  • InnoFour

    Next-generation Electronic Systems Design

  • Phoenix Contact A/S

    Brokoblet pinstrip-printkortstik

Vis alle nyheder fra vores FOKUSpartnere ›
 
 
 
 

Læs Aktuel Elektronik

Aktuel Elektronik avisforside

Annoncér i Aktuel Elektronik

Medieinformation

KONTAKT

TechMedia ApS
Gammel Strandvej 20, 1th
DK - 2990 Nivå
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}