• 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

Forbedrede egenskaber til krævende designs med nye spoler

Komponenter & konnektorer12. 06. 2026

De nye WE-XHMI Performance serie udvider Würth Elektroniks succesrige familie af effektspoler med forbedrede versioner i kapslingsstørrelserne 1010, 1060, 6030 og 6060. De magnetisk skærmede spoler er udført med flade viklingstråde, der supporterer store mætningsstrømme med en samtidig reduktion af

Vital DSP-ydelse og real-time kontrol uden overflødig ”bagage”

IoT & embeddedKomponenter & konnektorer12. 06. 2026

Designere af real-time kontrolapplikationer er i stigende grad udsat for at skulle balancere ydelse og integration af periferi med samtidige lavere systemomkostninger og kompleksitet. For at imødekomme disse udfordringer har Microchip Technology Inc. introduceret sin dsPIC33CK Value Line familie af

NRGi advarer mod højere elafgift: ”El skal være det økonomisk oplagte valg”

Power12. 06. 2026

Den midlertidige sænkelse af elafgiften ser ikke ud til at blive forlænget fra 2028. Det vækker bekymring hos energi- og rådgivningskoncernen NRGi, som advarer mod at gøre strøm dyrere, netop som Danmark skal sætte fart på elektrificeringen. Siden årsskiftet har danske elkunder nydt godt af en

Ny rapport: AI skaber alvorligt sikkerhedsgab i virksomheders cloudmiljøer

Wireless & data12. 06. 2026

Cybersikkerhedsvirksomheden Check Point Software Technologies har netop offentliggjort sin årlige Cloud Security Rapport, der afdækker de største sikkerhedsudfordringer, som virksomhederne står overfor, når det kommer til at beskytte cloudmiljøer. Årets rapport peger på et voksende spænd mellem

AI-gigafabrikker kræver politiske valg – ikke kun teknologiske investeringer

AktueltDesign & udviklingWireless & data12. 06. 2026

Fem såkaldte AI-gigafabrikker – enorme datacentre med mere end 100.000 avancerede chips, der kan bruges til at udvikle og drive kunstig intelligens. De er på tegnebrættet i EU, og Danmark er blandt de lande, der har vist interesse for at huse en af AI-fabrikkerne. Men før beslutningerne træffes, bør

Terma og Diehl Defence underskriver aftale om udviklingssamarbejde for fremtiden

AktueltBranchenytDesign & udviklingProduktion12. 06. 2026

Danske Terma, der udvikler og producerer missionskritiske produkter og løsninger, har underskrevet en aftale med Diehl Defence, et førende systemhus for jordbaserede luftforsvarssystemer og styrede missiler, om at samarbejde om gensidige udviklingsinitiativer for fremtidige produkter og

Europa-Kommissionen præsenterer Chips Act 2.0 på SEMI Europe Policy Forum

BranchenytDesign & udviklingTop12. 06. 2026

Europa-Kommissionen har officielt præsenteret den nye European Chips Act 2.0, der markerer et stort skridt fremad i Europas ambition om at styrke sin konkurrenceevne, modstandsdygtighed og teknologiske suverænitet inden for halvledere. Efter annonceringen præsenterede embedsmænd den nye politik på

TDK udvider sin serie af DIN-skinnemonterede strømforsyninger

Power10. 06. 2026

TDK Corporation annoncerer udvidelsen af ​​TDK-Lambda D1SE-serien af ​​omkostningseffektive DIN-skinnemonterede strømforsyninger med modeller med 12, 48 og 72VDC-udgang. Serien, der oprindeligt blev lanceret med 120, 240 og 480 W 24 V-versioner, er nu blevet udvidet for bedre at understøtte behovene

Brugte bilbatterier skal sikre kritiske funktioner i butikker og aflaste elnettet

BranchenytPower10. 06. 2026

Brugte elbilbatterier kan snart få en ny rolle i butikker: som energilager, nødstrøm og fleksibilitet for et elsystem under forandring. Det er ambitionen i innovationsprojektet ReStoreBESS. Bag projektet står Gridturn i samarbejde med Salling Group, Andel Energi, Converdan, AAU Energy, mens

Her er de tre nominerede til DIRA Automatiseringsprisen 2026

BranchenytEventsProduktionTop10. 06. 2026

Juryen bag DIRA Automatiseringsprisen 2026 har voteret. Feltet af indstillede virksomheder er nu skåret ned til tre stærke og inspirerende automatiseringsløsninger, som viser et usædvanligt mod til at tænke nyt: Müller Gas Equipment, Niebuhr Gears og VELUX er årets tre nominerede til prisen, der

Tilmeld Nyhedsbrev

/Nyheder

  • InnoFour

    What’s new in BluePrint-PCB 2604

  • Microchip Technology Inc.

    Microchip Announces TimePictra® 12 Platform to Strengthen Synchronization Management for Critical Infrastructure

  • Mouser Electronics

    Mouser Highlights Practical Security Resources for Engineers Developing Cyber-Resilient Connected Systems

  • InnoFour

    Cyber Resilience Act (CRA)

  • Phoenix Contact A/S

    Skæreværktøj til strømskinner og standard DIN-skinner

  • InnoFour

    Live webinar June 11: Industrial AI for Compliant ALM

  • Phoenix Contact A/S

    Push-X produktprogrammet fortsætter med at vokse

  • HIN A/S

    Røntgeninspektion i elektronikproduktion – fra nicheteknologi til nødvendighed

  • InnoFour

    Next-generation Electronic Systems Design

  • Phoenix Contact A/S

    Hybridstik til energilagring

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