• 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

TDK introducerer kompakte SMD-komponenter til xEV’er

Komponenter & konnektorer10. 09. 2026

TDK Corporation introducerer E13 EM-serien (bestillingskode: B8280*F*). Disse IGBT/FET gate-drivetransformere er designet til 500V-batterisystemer i biler, hvilket muliggør pålidelig isolering i traktionsinvertere og kompakte DC/DC-konvertere. Ved at opfylde strenge krav til krybeafstand og frigang

Sårbarheder i AI-værktøjet Cursor kunne give hackere fuld adgang til udviklerens computer

Wireless & data10. 09. 2026

Cato AI Labs har fundet to kritiske sårbarheder i Cursor IDE. Sårbarhederne kunne bruges til at bryde ud af værktøjets sandbox og få kode til at køre direkte på udviklerens maskine. Cursor er et AI-værktøj til softwareudviklere, som kan hjælpe med at skrive og ændre kode direkte i

Würth Elektronik introducerer nanokrystallinske ark til støjskærmning

Design & udviklingKomponenter & konnektorer10. 09. 2026

Würth Elektronik udbygger sin EMC-produktportefølje med de nanokrystallinske WE-FNCS ark. De ekstremt fleksible og tynde nanokrystallinske lag er beskyttet af et PET-dæklag og leveres i form af selvklæbende tapes og strips. De nye nanokrystallinske produkter dæmper elektromagnetisk støj i

25 år med Bolls – det skal fejres

BranchenytEvents10. 09. 2026

Den 29/10 2026 er der en helt særlig grund til at finde festhumøret frem – Bolls fylder 25 år. Virksomheden åbner dørene kl. 15.00 og byder på kaffe og kage og senere øl og pølser. Det hele begyndte i 2001, og siden da har 25 år budt på masser af spændende opgaver, nye udfordringer, teknisk

Grønt akademi åbner dørene til dansk-indisk innovation

AktueltDesign & udviklingPower10. 09. 2026

Danske energivirksomheder skal i et nyt forløb dele deres kompetencer indenfor grøn energi med indiske ingeniører. Samtidig får de udvalgte virksomheder et unikt indblik i det indiske marked for innovative, klimavenlige løsninger. Over to år modtager små og mellemstore virksomheder fra Danmark

Ny stor undersøgelse: Gratis lytning fylder massivt i danskernes musikstreaming

AktueltBranchenytWireless & data10. 09. 2026

Streaming er for længst blevet danskernes foretrukne vej til musik. 94 procent af danskerne streamer musik, og i gennemsnit bruger de knap fire timer om dagen på at streame musik. Men selv om streaming dominerer danskernes musikforbrug, er der fortsat en stor del, der ikke betaler for det. Kun 67

Franske forskere udvikler hybrid nanoelektronisk Ising maskine

Design & udviklingTop10. 09. 2026

Forskere fra CEA-Leti og Spintronic i Grenoble og fra C2N/Université Paris-Saclay har demonstreret en hybrid nanoelektronisk Ising maskine, som kombinerer to teknologier, hafnium-oxid memristor med stokastisk magnetisk tunnel junction (SMTj), til løsning af svære kombinatoriske

Automatik-messe åbnede med populær Automatiseringspris fra DIRA

EventsProduktionTop08. 09. 2026

- Når vores nuværende regering mener, at vi skal bevare tekniske arbejdspladser i Danmark, så er automation afgørende – og dermed også brugen af robotter og lignende løsninger, der trækker løntunge og trivielle opgaver ud af produktionen. Det er vigtigt at styrke industrien med de

Halvdelen af virksomhederne har ikke overblik over deres egne AI-agenter

Wireless & data08. 09. 2026

Investeringerne i AI-agenter ventes at blive firedoblet på to år, men kun 12 procent af virksomhederne mener, at de er fuldt klar til at styre teknologien. Det viser tal fra den globale undersøgelse The Value of AI Report 2026, hvor SAP og Oxford Economics har spurgt 2.600 erhvervsledere i 13 lande

Infineon HiRel-halvledere understøtter opsendelse af NASA Nancy Grace Roman rumteleskop

Design & udviklingKomponenter & konnektorerPower08. 09. 2026

Infineon Technologies AG's strålingshærdede HiRel-strømforsyninger er ombord på Nancy Grace Roman rumteleskop, der blev opsendt fra Kennedy Space Center i Florida. Roman Space rumteleskopet skal rejse til Sol-Jord Lagrange-punkt L2, mere end 1,5 millioner kilometer fra Jorden – den samme orbitale

Tilmeld Nyhedsbrev

/Nyheder

  • Phoenix Contact A/S

    Tilslutning af industristik hurtigt og nemt

  • Mouser Electronics

    New at Mouser: onsemi GaNEXUS GaN FETs for AI, Industrial, Energy and Robotics Applications

  • Elma Instruments A/S

    FLIR Assetlink gør termografisk vedligehold enklere Fra termografisk billede til handling – uden tidskrævende rapportering

  • Mouser Electronics

    Mouser and TE Connectivity Explore the Electronics Behind La Roche-Posay Racing Team’s America’s Cup Performance in New Expert eBook

  • Mouser Electronics

    Littelfuse’s NANO2 708 High Current SMD Fuses, Now at Mouser, Offer Industry-Leading Interrupting Rating in a Compact Design

  • Microchip Technology Inc.

    Microchip’s 1.2V Clock Buffers Link Latest SoCs and FPGAs with Higher Voltage Components

  • Mouser Electronics

    Mouser Releases New Qorvo eBook on RF Solutions for Drones, SATCOM and IIoT Next-Generation Markets

  • Microchip Technology Inc.

    Microchip and Marelli Pioneer Open-Standard Display Connectivity Solution for Software-Defined Vehicles

  • Mouser Electronics

    New at Mouser: Amphenol Industrial TS1 Series High-Power Connectors for Industrial, Transportation and Energy Applications

  • Elma Instruments A/S

    Ny Elma Laser X2 Pro krydslaser – Større rækkevidde og høj synlighed på byggepladsen

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}