• 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

IEEE International Electron Devices Meeting (IEDM) 2026 Call for Papers

Design & udviklingEvents24. 06. 2026

Det 72. årlige IEEE International Electron Devices Meeting (IEDM) har udsendt sin Call for Papers, der efterspørger originalt innovativt arbejde fra halvlederindustriens førende forskere inden for alle områder af mikroelektronikteknologi, med temaet "Komponenter i hjertet af

Toshiba udbygger portefølje af standard digitale isolatorer

Komponenter & konnektorer24. 06. 2026

Toshiba Electronics Europe GmbH lancerer to quad-channel, medium-speed, kompakte low-power standard digitale isolatorer til industrielt udstyr og forbrugerelektronik. Den nye DCL341x0B-serie supporterer pålidelig drift med en høj common-mode transientimmunitet (CMTI) på 30 kV/μs (min.) og middelhøj

ESET-analyse: De fleste virksomheder bliver ramt af cyberangreb men føler sig alligevel sikre

Wireless & data24. 06. 2026

Hver anden danske virksomhed har oplevet en cybersikkerhedshændelse det seneste år, men samtidig har flertallet tillid til deres sikkerhedsniveau. Det viser en ny undersøgelse fra ESET, der peger på et spænd mellem oplevet tryghed og det reelle trusselniveau, som virksomhederne står

Priseffektiv switchet regulator uden kompromiser

Power24. 06. 2026

Recom lancerer sin omkostningseffektive ROF-78K-0.5-serie af non-isolerede, switched regulatorer til en indgangsspænding på 4,5-36 VDC og faste udgangsspændinger på 3,3V, 5V, 6,5V, 9V, 12V, 15V eller 24VDC, alle med en nominel strøm på 0,5 A. Effektiviteten topper ved 95%, og alle dele kan

Stærkt hold vil udvikle forsvarsdroner med støtte fra Odense Robotics

AktueltBranchenytDesign & udvikling24. 06. 2026

Med en tidligere dansk frømand, en serieiværksætter og en ukrainsk advokat i spidsen rykker ny startup nu ind i inkubatoren til Odense Robotics StartUp Fund hos Teknologisk Institut. Målet er at modne og industrialisere robust, ukrainsk drone- og forsvarsteknologi til NATO-standarder fra dansk

180 millioner tildelt udvikling af dansk SPIN-CHIP teknologi

AktueltDesign & udvikling24. 06. 2026

Kunstig intelligens er blevet en motor i den digitale udvikling, men den voksende regnekraft har en pris. AI-systemer kræver enorme mængder energi, og behovet stiger i takt med, at teknologien finder vej til alt fra sundhedsvæsen og industri til vores mobiltelefoner. Nu investerer EU 23,8 mio.

EIFO finansierer dansk fragtdrone-startup

BranchenytDesign & udviklingTop24. 06. 2026

EIFOs ambition om at øge sine finansielle engagementer i forsvars- og sikkerhedsrelaterede virksomheder til 3 mia. kr. i 2030 bidrager nu til finansiering af den københavnske deep tech-startup Acodyne. Den københavnske startup udvikler ubemandede fragtdroner til kritiske logistikmissioner indenfor

Force Technology: Nyt udtryk, større tilgængelighed, samme faglighed

AktueltBranchenytDesign & udviklingTest & mål22. 06. 2026

Force Technology har trykket refresh på det digitale ansigt udadtil med et nyt website og en ny visuel identitet. Samtidig introducerer vi payoffet Derisking Tomorrow, som sætter ord på vores rolle: at hjælpe virksomheder med at navigere i teknologiske muligheder og reducere

Hvordan kommer et grønt og bæredygtig Europa videre?

AktueltPower22. 06. 2026

Førende forskere og virksomheder inden for Power-to-X mødes i Aarhus i næste uge for at diskutere de teknologier, der skal mindske afhængigheden af fossile ressourcer og styrke den grønne omstilling. Det handler ikke kun om at bygge flere vindmøller og solceller, når vi snakker den grønne

Terma sender suveræn intelligens i kredsløb

Design & udviklingTop22. 06. 2026

Terma løfter AI til nye højder med sin centrale rolle i BIFROST-satellitmissionen, et fælles initiativ mellem danske og svenske virksomheder med Forsvarets Indkøbs- og Logistikstyrelse (DALO) og Forsvarets Materielverk (FMV). Til missionen har Terma konstrueret den indbyggede AI-løsning fra

Tilmeld Nyhedsbrev

/Nyheder

  • Mouser Electronics

    EDAC Group Honours Mouser Electronics with Second Consecutive Distributor of the Year Award

  • InnoFour

    Accelerate and Scale Early Validation with Polarion

  • HIN A/S

    Gratis webinarserie om IEC 61340-5-1 og ESD-compliance

  • InnoFour

    What’s new in HyperLynx 2604

  • InnoFour

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

  • ACTEC A/S

    Fra Panasonic Powerline til Energizer

  • Mouser Electronics

    Mouser Earns NEUTRIK America’s Top Awards for Distribution and Revenue Performance

  • ODU Denmark

    Strømlinet test-setup og stabile forbindelser

  • InnoFour

    Xpedition Creepage Shift Left: Strengthen safety and reliability through early validation

  • Mouser Electronics

    Authorised Distributor Mouser Electronics Offers Engineers the Latest in AI and Edge Technologies from Altera

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