• 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

Hackerangreb mod DTU afspejler en bredere tendens i undervisningssektoren

TopWireless & data05. 10. 2026

I løbet af seneste weekend har der været fokuseret meget i medierne på, at DTU har konstateret et alvorligt brud på persondatasikkerheden i DTU’s system til identitets- og rettighedsstyring, DTUBasen. Gennem et målrettet hackerangreb har uvedkommende fået adgang til systemet og hentet en større

ABB og Thylander Data Centers elektrificerer Danmarks første dansk-ejede colocation datacenter

AktueltPowerWireless & data05. 10. 2026

Thylander Data Centers og Plexar (CIP ejet selskab) tog for nylig første spadestik til DDC1 (Dansk Data Center 1), der er Danmarks første dansk-udviklede, -drevede og -ejede colocation datacenter. Datacenteret, der ligger i Esbjerg, er udviklet med et stærkt fokus på energiintegration, digital

DI udpeger erfaren profil til ny chef for samfundssikkerhed og beredskab

AktueltBranchenyt05. 10. 2026

En af Danmarks mest erfarne profiler inden for beredskab, krisestyring og samfundssikkerhed bliver afløser for Rasmus Anderskouv som chef for Dansk Industris (DI) arbejde med samfundssikkerhed og beredskab. Asif Parbst Amin kommer fra en stilling som vicedirektør i Beredskabsstyrelsen, hvor han

TI udvider support af ​​Zephyr RTOS til hele sin portefølje af embedded løsninger

Design & udviklingIoT & embedded05. 10. 2026

Texas Instruments (TI) meddelte i dag, at virksomhedens omfattende portefølje af embedded-løsninger nu understøttes af Zephyr Project, et open source-baseret realtidsstyresystem (RTOS). Denne integration giver en ensartet og produktionsklar udviklingsoplevelse på tværs af TI's samlede udvalg af

Murata starter masseproduktion af verdens mindste MLCC’er med tre terminaler

Komponenter & konnektorer05. 10. 2026

Murata Manufacturing Co., Ltd. har påbegyndt masseproduktion af LLD-serien, der omfatter verdens mindste flerlags-keramiske kondensatorer (MLCC’er) med tre terminaler og lav ækvivalent serieinduktans (ESL). De nye 0201-komponenter (0,6mm x 0,3mm), reducerer monteringsarealet med ca. 64 %

SDU-studerende sender robotter i kamp

Design & udviklingEvents05. 10. 2026

North Star 1 suser hen over gulvet og hamrer ind i modstanderen. Sammenstødet sender den anden robot op i et hjørne af arenaen, og kampen er afgjort. Sådan sikrede en gruppe ingeniørstuderende fra SDU sig en af deres to sejre, da de for nylig deltog i deres første internationale robotkamp i

Udvikling af egne elektronikprodukter imødegår usikkerhed i forsyningskæden

Design & udvikling05. 10. 2026

Mange virksomheder vælger at købe standard elektronikprodukter til deres produktsortiment, da det umiddelbart er den billigste løsning. I en verden med usikre leverancer og forsyninger på grund af den geopolitiske situation kan det være et dårligt strategisk valg at satse på standard

Fire TEK-forskere får 9,7 millioner til dristige eksperimenter

AktueltBranchenytDesign & udvikling02. 10. 2026

Kan et materiale udnytte mekanisk ustabilitet til at ændre form? Kan software reparere sine egne fejl uden først at få at vide, hvad der er korrekt? Kan kunstig intelligens finde nye katalysatorer til produktion af grøn brint? Og kan nogle af kvantecomputerens centrale egenskaber efterlignes i

Nordiske ministre lancerer ny vækstalliance for at styrke Nordens globale konkurrencekraft

BranchenytTop02. 10. 2026

De nordiske lande er blandt verdens mest konkurrencedygtige økonomier med robuste institutioner, innovation i verdensklasse og et stærkt økonomisk fundament. Samtidig sakker Norden bagud i forhold til produktivitetsvækst og er blevet mere sårbar i en geopolitisk ustabil verden. For at værne om

Recom udvider distributionsnetværket med Createc Power i Skandinavien og Baltikum

BranchenytPower02. 10. 2026

Recom har udvidet sit internationale distributionsnetværk ved at udpege Createc Power som ny autoriseret distributør i Sverige, Norge, Danmark, Finland, Estland, Letland og Litauen. Det nye partnerskab styrker Recoms tilstedeværelse i Nordeuropa og giver kunder i hele regionen endnu bedre adgang til

Tilmeld Nyhedsbrev

/Nyheder

  • HIN A/S

    Kan I gentage testen – og forklare resultatet?

  • Microchip Technology Inc.

    The Data Center Is Moving to 800V: Microchip and Navitas Are Enabling the Transition

  • InnoFour

    Polarion Cybersecurity Management

  • EKTOS A/S

    Radio Module Integration: What Still Needs Testing? | EKTOS Open Lab

  • HIN A/S

    Mere rensekapacitet på samme gulvplads: PBT Works opgraderer HyperSWASH III

  • EKTOS A/S

    RED-Certified Radio Modules: What Still Needs Testing? | EKTOS

  • Mouser Electronics

    Mouser Now Shipping New Renesas RA0E3 Microcontrollers for Consumer and Industrial Applications

  • Phoenix Contact A/S

    SPTH i Twin design med Push-in tilslutning

  • Mouser Electronics

    New Sensirion Environmental Sensors, Available from Mouser, Enable Advanced Air Quality Monitoring

  • Microchip Technology Inc.

    Microchip Expands Single Pair Ethernet Portfolio with New 10BASE‑T1S Devices Enabling Scalable Edge Connectivity

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}