• 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

DI: EU sender vigtigt signal om forenkling af AI-regler

BranchenytWireless & data11. 05. 2026

EU-landene er efter måneders forhandlinger blevet enige om en AI-omnibus, der skal forenkle og justere reglerne på AI-området. Med aftalen er man blandt andet blevet enige om at trykke på pauseknappen og udskyde fristen for anvendelse af de mest omfattende regler om kunstig intelligens, samtidig med

Alt-i-én DC/DC-konvertere fra TDK

Power11. 05. 2026

TDK Corporation lancerer TDK-Lambda CCGS-serien af ​​15W- og 30W isolerede DC/DC-konvertere som ”alt-i-én” løsninger, der ikke kræver eksterne komponenter, hvilket hjælper kunderne med at reducere designkompleksiteten og det samlede system-footprint. CCGS-serien fås i en række forskellige stik- og

AI sensorer og droner vil gøre fjernvarme billigere

Design & udviklingWireless & data11. 05. 2026

Under de danske veje og fortove løber der omkring 60.000 kilometer fjernvarmerør. De forsyner to ud af tre danskere med varmt vand og lune radiatorer. Eftersom rørene ligger op til to meter under jorden, er det svært at vide præcis, hvornår de trænger til at blive udskiftet. Det er dyrt at grave dem

Kemp & Lauritzen er nomineret til Danish Digital Awards

BranchenytEventsWireless & data11. 05. 2026

Når Danish Digital Awards løber af stablen den 3. juni 2026, er Kemp & Lauritzen med i opløbet om priserne i hele syv kategorier. Dermed er Kemp & Lauritzen den virksomhed, der har flest nomineringer ved årets Danish Digital Awards. Nomineringerne sker på baggrund af Kemp & Lauritzens

El & Teknik 2026 gav besøgsrekord og foryngelse af messepublikum

AktueltBranchenytEvents11. 05. 2026

El & Teknik 2026 har med et samlet besøgstal på 11.377 gennem tælleapparaterne samtidigt sat rekord både på første og anden messedag, og derfor er det meget tilfredse arrangører, der nu gør status efter tre dage med fyldte haller, høj energi og stor opbakning fra hele branchen. Det er et

Macnica ATD Europe køber majoritetsandel i Indesmatech

AktueltBranchenyt11. 05. 2026

Macnica ATD Europe annoncerer opkøbet af Indesmatech, en paneuropæisk teknologi- og rådgivningsvirksomhed med speciale i avanceret repræsentation af halvledere, design-in support og rådgivning. Opkøbet er et strategisk skridt fra Macnica ATD Europe for at styrke sin kommercielle og tekniske

Ny jordstation styrker Danmarks position i rummet

BranchenytDesign & udviklingTopWireless & data11. 05. 2026

Aalborg Universitet investerer 18 millioner kroner i en jordstation, der kan kommunikere med satellitter og rumsonder. Det bliver den største af sin slags i Danmark. Anlægget med antenner, data- og kontrolcenter får en størrelse, så det kan kobles på det europæiske rumagentur ESA’s globale

IDA: Ny undersøgelse: Sundhedsteknologier giver tryghed og aflaster pårørende

BranchenytDesign & udviklingIoT & embedded08. 05. 2026

Antallet af ældre og mennesker med kroniske sygdomme vokser. Samtidig kommer der i fremtiden til at mangle ressourcer og sundhedspersonale til at tage sig af det stigende antal patienter. Midt i denne udfordring i sundhedsvæsenet og ældreplejen sker der en hastig udvikling inden for digitale

Udstillere har store forventninger til årets Automatik-messe

AktueltEvents08. 05. 2026

Alt inden for automation, motion og drives kommer i fokus, når Automatik-messen til efteråret atter rykker ind i Brøndby Hallen og samler beslutningstagere og andre branchefolk om innovative løsninger, horisontudvidende oplæg og højaktuelle konferencer. Blandt udstillerne er forventningsglæden i

Same Sky lancerer nye mikrofon udviklings-kits

Design & udviklingKomponenter & konnektorer08. 05. 2026

Same Sky og virksomhedens Audio Group introducerer nu en familie af mikrofon udviklings-kits. Hvert kit består af fire uafhængige mikrofon udviklingskredsløb med gennempletterede (THP) I/O-terminaler for multiple testoptioner. De fire adskillelige evalueringskredsløb understøtter hver især en

Tilmeld Nyhedsbrev

/Nyheder

  • Microchip Technology Inc.

    Næstegenerations 100/1000BASE T1 enkeltpars Ethernet PHY’er integrerer MACsec Security, Time Sensitive Networking og funktionssikkerhed

  • Elektronikmessen

    Ny workshop på Elektronikmessen 2026: Kan 3D print accelerere vejen fra prototype til produktion?

  • HIN A/S

    Nitrogen i elektronikproduktionen – oplev et Airco-demoanlæg på Elektronikmessen

  • Elektronikmessen

    CenSec på Elektronikmessen: Nye muligheder for elektronikbranchen

  • InnoFour

    Efficient Solar Battery Charging System

  • Elektronikmessen

    Mød Prevas A/S på Elektronikmessen 2026

  • Elektronikmessen

    Besøg AMGAB på Elektronikmessen 2026

  • Elektronikmessen

    Besøg Samtec på Elektronikmessen 2026

  • Elektronikmessen

    Mød EuroTechnic A/S på Elektronikmessen 2026

  • Elektronikmessen

    Mød Højstrup Industrilim på Elektronikmessen 2026

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