• 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

Nordics nRF9151 åbner satellit- og mobil-IoT for en ny klasse af forbundne enheder

EventsIoT & embedded10. 08. 2026

Nordic Semiconductor annoncerer en hurtigere vej til satellit- og mobil-IoT. LooUQs MTC2-N9151 har opnået Skylo Non-Terrestrial Network (NTN) certificering, der bygger på Nordics egen Skylo-certificerede nRF9151 for at reducere time-to-market for IoT-produktudvikling. Nordics mindste IoT-modul,

TDK HVC 5422C embedded motorstyring

IoT & embedded10. 08. 2026

TDK Corporation annoncerer Micronas HVC 5422C, en ny embedded motorstyring til BLDC- og BDC-motorer, der kombinerer avancerede FOC-funktioner til jævn og lydløs motordrift med øgede hukommelsesressourcer og softwarefleksibilitet. HVC 5422C er designet til kompakte aktuatorapplikationer i termiske

AI udfører nu cyberangreb med minimal menneskelig styring

Wireless & data10. 08. 2026

Ifølge Check Point Software Technologies nye AI Security Report 2026 bruger cyberkriminelle i stigende grad AI til at gennemføre hurtigere og mere omfattende cyberangreb. Den nyeste udvikling er, at AI ikke længere blot anvendes som hjælpeværktøj til f.eks. udvikle af skadelig kode eller indsamle

HIN etablerer selskab i Norge

Branchenyt10. 08. 2026

HIN A/S tager næste skridt i virksomhedens nordiske udvikling og etablerer et selskab i Norge. Satsningen skal give norske elektronikvirksomheder lettere adgang til lokal rådgivning, produktspecialister og HINs netværk af internationale producenter. Som ansvarlig for det norske marked har HIN

Automatik-messen byder på et højaktuelt konferenceprogram

AktueltEvents10. 08. 2026

Automatik-messen bygger bro mellem teori, viden og praksis, når den til efteråret åbner op for et ambitiøst konferenceprogram, hvor teknologi møder hands-on-erfaring inden for en række højaktuelle temaer som eksempelvis kunstig intelligens og energistyring. Og ifølge branchedirektør i DI Produktion

DTU, FE og Industriens Fond i samarbejde om udvikling af forsvarsteknologier

AktueltDesign & udvikling10. 08. 2026

Det sker lige nu. Trusselsbilledet mod Danmark er alvorligt. De hybride trusler er stigende, og det samme er kravene til myndighederne og de virksomheder, der i tæt samspil skal udvikle nye teknologier til at beskytte landet. Derfor går DTU, Forsvarets Efterretningstjeneste (FE) og Industriens Fond

Mekoprint og Idoc indgår forsvarssamarbejde

BranchenytProduktionTop10. 08. 2026

Den europæiske forsvarsindustri oplever i disse år en historisk høj efterspørgsel. Det stiller nye krav til leverandørerne, da kapacitet, leveringssikkerhed, skalerbarhed og time-to-market i stigende grad er afgørende konkurrenceparametre. Samtidig bevæger markedet sig fra traditionelle

Ny ansvarlig for El og Teknik hos HIN A/S

Branchenyt07. 08. 2026

Dennis Bjørnsholm er blevet ansat som Business Unit Manager i El og Teknik hos HIN A/S. Han kommer med solid erfaring fra den tekniske branche, hvor han de seneste 6 år har arbejdet hos Solar Danmark – og før det seks år hos Hilti Danmark. Begge steder med fokus på salg, teknisk rådgivning og tæt

Alsidige MIL-C-55302 print- og kabelkonnektorer fra Incon kan nu fås gennem Powell Electronics

Komponenter & konnektorer07. 08. 2026

Powell Electronics, der er leverandør af konnektorer og flere andre komponenter til high-rel applikationer inden for forsvar, aerospace og industriformål, tilbyder nu et komplet line-up af Incons MIL-C-55302 konnektorer til print- og kabelmontage. Konnektorfamilien er kvalificeret efter Defense

Kompakt DP12IP-serie af strømtransducere fra Danisense giver præcision i ppm-klassen

Komponenter & konnektorerPower07. 08. 2026

Danisense lancerer sin nye højpræcisions DP12IP-strømtransducer designet til isolerede DC- og AC-strømmålinger med en formfaktor til printmontage og i krævende elektroniske applikationer. Med udgangspunkt i Danisenses egen closed-loop kompenserede fluxgate-teknologi kombinerer DP12IP-serien

Tilmeld Nyhedsbrev

/Nyheder

  • HIN A/S

    Producer jeres egen nitrogen – direkte ved produktionen

  • Phoenix Contact A/S

    PRC 20 installationsstik med crimptilslutning

  • Mouser Electronics

    Mouser Receives 2025 Global High Service Distributor of the Year Award from Littelfuse for Exceptional Performance

  • InnoFour

    Siemens and Arizona State University launch PCB Design microcredential to address critical hardware design skills gap

  • Phoenix Contact A/S

    Drift og signalering genopfundet

  • Würth Elektronik Danmark A/S

    Würth Elektronik lancerer udvidet strategi for global produktion

  • Mouser Electronics

    Mouser’s AI and Power Management Resource Hubs Help Engineers Deliver Industrial Edge AI

  • HIN A/S

    Driftssikker elektronik begynder med de rigtige materialer og processer

  • Microchip Technology Inc.

    Microchip Technology, in Collaboration With Micron Technology, Demonstrates High-Performance PCIe® Gen 6 Storage Architecture for AI and Data Center Infrastructure

  • Transfer Multisort Elektronik Sp. Z.o.o.

    OPDAG PRAKTISKE ANVENDELSER AF EDGE AI MED ARDUINO UNO Q

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
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}