• 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

Arrow Electronics og NXP tilpasser risikoanalyse, sikkert design og levering efter CRA

AktueltDesign & udviklingIoT & embedded10. 03. 2026

Arrow Electronics samarbejder med NXP Semiconductors for at støtte kunder i forberedelserne til EU's Cyber ​​Resilience Act (CRA), som fastsætter obligatoriske, væsentlige cybersikkerhedskrav for produkter med digitale elementer, der sælges i Den Europæiske Union. Med fuld håndhævelse planlagt til

Recom satser på diskrete PSU-komponenter

AktueltKomponenter & konnektorerPower10. 03. 2026

Recom lancerer en ny serie af effekt-IC'er og SMD-transformere, der giver kunderne mulighed for at bygge deres egne diskrete DC/DC-isolerede strømforsyninger. Sortimentet omfatter RVP6501, et pin-kompatibelt sekundært kilde-alternativ til den populære 6501-type push-pull transformator

Dansk kameraløsning afslører skadeligt blåt lys fra lysdioder

Test & mål10. 03. 2026

Viso Systems ApS er én af de danske virksomheder, vi møder igen og igen på en messe som Light & Building. Og det er et glædeligt gensyn med god grund: Den københavnske producent af højteknologisk lysmålingsudstyr som den imponerende Labspy og den mindre ”bordmodel”, Basespy, leverer løsninger,

HIN styrker programmet inden for loddematerialer med Balver Zinn

BranchenytProduktion10. 03. 2026

Med tilføjelsen af Balver Zinn til porteføljen styrker HIN sin position som totalleverandør til elektronikproduktion. For kunderne betyder det, at en større del af de materialer, der indgår i loddeprocessen, nu kan samles hos én samarbejdspartner. Det giver en række fordele i hverdagen:- Én

Brødrene Dahl lancerer batterier med indbygget indtjening

Power10. 03. 2026

Brødrene Dahl udvider nu sortimentet med intelligente batteriløsninger fra den danske virksomhed Emaldo. Med aftalen får kunderne adgang til en samlet alt-i-en-løsning, der kombinerer strømlagring, AI-baseret energistyring og mulighed for løbende indtjening. Emaldos batteri gør det muligt for

Det børn deler med AI i dag, kan følge dem resten af livet

Wireless & data10. 03. 2026

Siden ChatGPT blev lanceret i 2022 har kunstig intelligens gjort sit massive indtog – ofte til gavn og glæde, men ikke altid uden omkostninger. En analyse fra Dansk Erhverv viste i efteråret, at mere end halvdelen af danskerne bruger ChatGPT eller andre sprogmodeller, og blandt de 18-29-årige gælder

Industriel cybersikkerhed med AI som den dominerende teknologi

Design & udviklingEventsIoT & embeddedTopWireless & data10. 03. 2026

Kravene til cybersikkerhed vokser hastigt i takt med udviklingen inden for det meget ændrede geopolitiske landskab, og ikke mindst industrien står over for et betydeligt pres. Med henblik på EU’s CRA- og NIS2-regulativer står industrien ikke kun overfor trusler fra hackere, men er nu også underlagt

Grinn samarbejder med Renesas om lancering af Grinn ReneSOM-V2H

Design & udviklingIoT & embedded06. 03. 2026

Det tager normalt årevis med krævende hardwareudvikling at bringe et højtydende AI-produkt på markedet. I dag arbejder Grinn sammen med Renesas for at ændre den fordom. Grinn annoncerer nemlig et samarbejde centreret omkring lanceringen af ​​Grinn ReneSOM-V2H, et produktionsklart System-on-Module

Ny, omkostningseffektiv frekvensomformer udvider Beckhoffs drevportefølje

Power06. 03. 2026

Beckhoff Automation har lanceret en ny frekvensomformer, AF1000, for at kunne give maskinbyggere et stærkere fundament for effektiv produktion i mindre og mellemstore applikationer. Frekvensomformeren er ekstremt kompakt, omkostningseffektiv og fuldt integreret i TwinCAT. - For maskinbyggere

Optical Force SFH 7061 og AS7150 fra AMS Osram

Komponenter & konnektorer06. 03. 2026

Med Optical Force SFH 7061 og den analoge frontend AS7150 fra AMS Osram udvider Rutronik sin sensorportefølje med en stærkt integreret løsning til optisk touch-kraft og berøringsregistrering. Med en størrelse på kun 1,8mm × 1,0mm × 0,5mm integrerer den optiske frontend en IR-emitter, en IR-følsom

Tilmeld Nyhedsbrev

/Nyheder

  • Mouser Electronics

    New eBook from Mouser, Microchip, and Samtec Examines PCIe Design for Emerging Embedded Systems

  • Elektronikmessen

    Elektronikmessen: Hent din gratis billet nu

  • Microchip Technology Inc.

    Microchip Expands Security Services in the Trust Platform to Help Manufacturers Meet Cybersecurity Regulations

  • Würth Elektronik Danmark A/S

    Würth Elektronik udvider porteføljen af varmeledende tape og pads til håndtering af varmeafgivelse fra aktive komponenter

  • Mouser Electronics

    Mouser Electronics and Sensirion Host Webinar on Air Quality and Flow Sensing in HVAC

  • GOmeasure ApS

    Hvad nu hvis dit næste oscilloskop også gav dig en gratis signalgenerator? 👀

  • Mouser Electronics

    Mouser Expands Industrial Automation Portfolio with Advanced Networking, Motion Control, and Safety Solutions

  • Metronic ApS

    NY Optris IR-Sensor

  • Elektronikmessen

    Mød HYTEK på Elektronikmessen 2026

  • InnoFour

    Polarion4U Lecture Series: Free webinars for Polarion ALM best practices

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