• 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

DI-undersøgelse: 3 ud af 4 danskere er ikke bange for at miste jobbet til AI

AktueltBranchenytWireless & data15. 10. 2026

Tre ud af fire danskere i arbejdsstyrken forventer ifølge undersøgelsen ikke, at deres job bliver erstattet af kunstig intelligens inden for de næste fem år. Kun omkring hver fjortende forventer, at AI vil overtage deres arbejde. Samtidig svarer omkring hver anden af dem, der bruger AI på arbejdet,

Forsyningssikkerhed og lave energipriser topper energisektorens dagsorden

AktueltBranchenytPower15. 10. 2026

Investeringerne flyder nye veje i energisektoren. Høje energipriser, aldrende infrastruktur og et øget trusselsniveau får forsyningsselskaberne til at rette fokus mod kerneforretningen for at sikre stabil energiforsyning til en overkommelig pris. Det er hovedkonklusionen i en ny global undersøgelse

Ny global salgsstruktur styrker Recoms forretninger for IC’er og automationsprodukter

BranchenytPowerTop15. 10. 2026

Recom har etableret nye globale forretningsenheder for IC’er og automation i Wien med virkning fra 1. oktober 2026. Den nye struktur skal understøtte den videre udvikling af disse aktiviteter ved at kombinere specialiseret ekspertise med de eksisterende regionale salgsteams’ styrker og

Smartere og mere modstandsdygtige 48V forsyningssystemer med energibevidst digital effektmonitering fra Microchip

IoT & embedded15. 10. 2026

I takt med, at automotive-, AI/datacenter-, netværks- og industrielle systemer overgår til mod 48V forsyningsarkitekturer for bedre effektivitet og supoprt af højere effekter, har designere i stigende grad brug for et synligt overblik i de øjeblikkelige spændings- og strømtilstande. De har brug for

Toshiba lancerer 3.300V SiC MOSFET-modul til industrielt udstyr

Komponenter & konnektorerPower15. 10. 2026

Toshiba Electronics Europe GmbH udvider sit program med lanceringen af IX800FXF2YMS4, et dual SiC MOSFET-modul. Det nye modul har evnen til at håndtere høje strømme til support af pålidelig drift i industrielt udstyr som invertere og motorer samt konvertere til brug i jernbanemateriel foruden

DigiKey sætter fokus på ny teknologi og spændende projekter ved Maker Faire Rome 2026

Events15. 10. 2026

DigiKey vil fremvise innovative nye produkter og populære projekter på stand N.01 under Maker Faire Rome, der finder sted – i Rom -  fra den 23. til 25. oktober 2026. DigiKey er guldpartner for begivenheden, som samler hundredvis af "makers" (kreative skabere) fra hele verden, der deler deres

TDK udvider sortiment af miljøvenlige SMD-varistorer med X-serien

Komponenter & konnektorer15. 10. 2026

TDK Corporation har udvidet sin produktfamilie af flerlags-varistorer (MLV) til overflademontering (SMD) med den nye X-serie (CT0402*X, CT0603*X, CT0805*X, CT1206*X, CT1210*X, CT1810*X og CT2220*X) til industrielle applikationer. De nye SMD-MLV'er beskytter ikke blot elektronikken mod overspænding –

Pålidelige docking-interfaces bidrager til oppetiden for AGV’er og AMR’er

Komponenter & konnektorer14. 10. 2026

Hvert minut, der bruges på opladning, er tabt transporttid. For at sikre, AGV'er og AMR'er kan være i drift så længe som muligt, er der behov for højt-ydende og holdbare lade- og dockinginterfaces. Korte opladningstider, sikker docking og pålidelige overførsel er afgørende. Hyppig docking,

MEMSensing lancerer knoglevibrationssensor på det europæiske marked

IoT & embeddedKomponenter & konnektorer14. 10. 2026

MEMSensing annoncerer lanceringen i Europa af sin MEMS-baserede (mikro-elektromekaniske systemer) knoglevibrationssensor, der er udviklet til at forbedre stemmeoptagelse (uplink) i TWS-øretelefoner (True Wireless Stereo). Når sensoren anvendes sammen med en konventionel mikrofon, giver den en

Medarbejdernes jagt på AI-værktøjer åbner nye døre for cyberkriminelle

AktueltWireless & data14. 10. 2026

AI er rykket ind i danske virksomheders og medarbejderes hverdag. Men jagten på nye AI-værktøjer kommer også med sikkerhedsrisici, som åbner nye muligheder for de cyberkriminelle. Det viser TDC Erhvervs seneste sikkerhedsrapport for tredje kvartal 2026, hvor Cyber Threat Intelligence teamet

Tilmeld Nyhedsbrev

/Nyheder

  • Mouser Electronics

    New Mouser and Microchip eBook Helps Embedded Designers Prepare for the Cyber Resilience Act

  • Microchip Technology Inc.

    Microchip Expands Space Power Portfolio with New Radiation-Tolerant GaN Point-of-Load Converter

  • InnoFour

    Frontload CFD simulation to shorten development

  • HIN A/S

    Mange timer på benene? Find det rette fit med Sievi

  • Microchip Technology Inc.

    Microchip Expands Data Center Portfolio to Meet Evolving AI Infrastructure Demands

  • 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

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}