• 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

Sund & Bælt indfører radarovervågning på Storebæltsbroen

BranchenytTest & mål09. 11. 2026

Som led i beskyttelsen af Storebæltsbroen blev der i foråret 2026 indført et totalt droneforbud i nærheden af broen. Sund & Bælt vil nu opføre radarmaster på og omkring Storebæltsbroen, der skal holde øje med luftrummet og understøtte, at forbuddet bliver overholdt. Det nye system vil gøre det

Infineon opnår et gennembrud med fremstilling af verdens første 300mm SiC-wafer

AktueltDesign & udviklingProduktion09. 11. 2026

Infineon Technologies AG har med succes fremstillet funktionelle effektelektronikkomponenter på 300-millimeter siliciumkarbid-wafere (SiC-wafere) på sin fabrik i Villach, Østrig. Infineon er den første virksomhed, der når denne milepæl i et fuldskala produktionsmiljø for halvledere. Det er opnået

Arrow Electronics lancerer en ny forretning – Capstone – for at øge fokus på IP&E-løsninger

Branchenyt09. 11. 2026

Arrow Electronics lancerer nu Capstone, en global forretning dedikeret til interconnect, passiver og elektromekaniske (IP&E) produkter, løsninger og services. Med Capstone skaber Arrow en fokuseret og specialiseret go-to-market-tilgang for IP&E idet det teknologisegment bliver mere kritisk

Alexander og Joachim printede sig hele vejen til danmarksmesterskabet

Design & udviklingEvents09. 11. 2026

Det var to stolte og lidt trætte lærlinge fra EUC Syd, der torsdag den 29. oktober kunne kalde sig danmarksmestre i 3D print og løfte pokalen. Pokalen var meget passende 3D printet af valnøddeskaller i samarbejde mellem Lili Productions og Nuterials. – Det har været nogle vildt spændende,

Undersøgelse: Selv de yngste børn er på sociale medier

Wireless & data09. 11. 2026

Størstedelen af børn og unge på sociale medier opretter deres profiler, inden de er fyldt 13 år. Det sker, selvom flere sociale medier har en aldersgrænse på 13 år. Børn helt ned til 8 år har en profil på Snapchat. Det viser en ny kortlægning fra Digitaliseringsstyrelsen. Flere end 1.000 børn og

Europæisk komponentmarked udviser stærk vækst i 3. kvartal af 2026

BranchenytTop09. 11. 2026

Det europæiske marked for distribution af elektroniske komponenter nåede 15,0 milliarder euro (+30,2 % år-til-år), hvilket afspejler en bredt funderet genopretning på tværs af de fleste europæiske markeder ifølge DMASS Europe, der repræsenterer ~88% af det europæiske DTAM. Vækstmomentum forblev

Aalborg får et af Nordens mest avancerede laboratorier

AktueltBranchenytDesign & udvikling09. 11. 2026

Det skal være nemmere at gå fra viden til virksomhed. Også når man som forsker eller studerende får en idé i et laboratorium. Derfor investerer Aalborg Universitet (AAU) 26 millioner kr. i åbningen af Innovate Labs, der er en bygning med såkaldt våde laboratorier, hvor der kan arbejdes med blandt

DigiKey sætter fokus på vækst, innovation og konceptet “Destination DigiKey” på Electronica 2026

Design & udviklingEvents09. 11. 2026

DigiKey inviterer gæster til at besøge deres stand, C5.401, på Electronica i München den 10.-13. november 2026. Ved årets begivenhed vil DigiKey præsentere nye produkter fra førende leverandører, sætte fokus på virksomhedens fortsatte vækst i Europa, demonstrere tekniske værktøjer og digitale

TDK lancerer kompakt isoleret 60W DC/DC-konverter til pladskritiske applikationer

Power09. 11. 2026

TDK Corporation introducerer TDK-Lambda CCG60 – en isoleret 60 W DC-DC-konverter i et kompakt 1” × 1” format (25,4mm x 25,4mm). CCG60, der er en del af den eksisterende CCG-serie, leverer op til dobbelt så meget effekt som CCG30 inden for samme areal på printkortet. Dette gør det muligt for

Dansk-tysk brintrør er kun “toppen af isbjerget” for danske muligheder for eksport af energiteknologi

BranchenytDesign & udviklingPowerProduktion09. 11. 2026

Der er nu reserveret over 500 MW i det kommende brintrør, som et flertal i Folketinget har stillet som krav til at bygge røret. Samtidig har Everfuel, CIP og European Energy tegnet kontrakter med den tyske stat og forpligter sig dermed til at levere grøn brint til den tyske industri. Det er

Tilmeld Nyhedsbrev

/Nyheder

  • InnoFour

    New releases for Xpedition, HyperLynx, Valor, BluePrint, CAM350, Z-Planner

  • Phoenix Contact A/S

    Nye Push-X ledertilslutninger giver større tilslutningstæthed og nem fortrådning

  • Mouser Electronics

    Mouser’s Newest Issue of Methods Technology and Solutions Journal Explores the Future of Food Sustainability

  • Phoenix Contact A/S

    Nye IPD 1,5 installationstik og fordelere til pladsbesparende energifordeling

  • EKTOS A/S

    RED-Compliant Radio Modules: Open Lab in Struer

  • Phoenix Contact A/S

    Nye, delvist forgyldte crimpkontakter til industristik: større effektivitet i automatiske produktionsprocesser

  • HIN A/S

    Skru op for varmen – og kontrollen

  • Phoenix Contact A/S

    Single Pair Ethernet: ensartet standard danner grundlag for fabriksautomation

  • InnoFour

    Cyber Resilience Act (CRA)

  • ACTEC A/S

    Mød ACTEC på Digital Tech Summit 2026

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}