• 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

Medicinsk ressourcecenter for næste generations healthcare-designs

Design & udviklingIoT & embedded15. 05. 2026

Mouser Electronics gør opmærksom på sit omfattende medicinske ressourcecenter for implementeringsmodne healthcare-værktøjer. Centret giver ingeniører og designere af healthcare-løsninger essourcer til at udvikle avancerede medicinske teknologier og holde sig informeret om nye tendenser, der former

Udvidelse af Würth Elektroniks program af kontakter

Komponenter & konnektorer15. 05. 2026

Würth Elektronik udvider sit program af kontakter. De populære SMT-taster/-kontakter med kort vandring får nu selskab af en ny størrelse/version: “WS-TASV SMT Tact Switch 4.5*3.2 mm”. Tasterne/kontakterne leveres i tre forskellige versioner til varierende tastetryk. Familien af afbrydere til typisk

40 år i Danmark for leverandør af sensor- og automationsløsninger

Branchenyt15. 05. 2026

I denne uge kunne Sick Danmark fejre sit 40-års jubilæum. Siden åbningen den 13. maj 1986 har virksomheden udviklet sig fra sin spæde opstart til en af de førende sensorleverandører på det danske marked. Virksomhedens vækst afspejler udviklingen i dansk industri – fra lav automatisering i

Brødre blev trætte af manuel kvalitetskontrol

BranchenytDesign & udviklingTest & mål15. 05. 2026

På familiens plastfabrik stod brødrene Carl og Mads Fagerlund i perioder og sorterede fejlbehæftede plastprodukter fra i hånden. Arbejdet var ensformigt og krævede fuld koncentration. På et tidspunkt blev de enige om, at det måtte kunne gøres smartere. De begyndte derfor at eksperimentere med

SkyClean Scale-up vinder Årets Innovationsprojekt 2026

AktueltBranchenytDesign & udviklingPower15. 05. 2026

Partnere på tværs af energi- og landbrugssektoren er lykkedes med at udvikle og demonstrere verdens største pyrolyseanlæg på 20 MW til effektiv CO2-fangst og grøn energi. Skyclean Scale-up innovationsprojektet er nu også blevet kåret som vinder af Årets Innovationsprojekt 2026. Prisen blev

Infineon vinder GaN-patentsag mod Innoscience

AktueltDesign & udviklingProduktion15. 05. 2026

Den amerikanske International Trade Commission (ITC) har stadfæstet en tidligere afgørelse om, at den kinesiske GaN-producent, Innoscience, har krænket et Infineon-patent, og har beordret import- og salgsforbud for Innosciences galliumnitridprodukter (GaN) i USA. ITC's endelige afgørelse

Datacentre driver vækst i Nordamerika for OJ Electronics

BranchenytDesign & udviklingProduktionTop15. 05. 2026

Den massive udbygning af datacentre i Nordamerika er blevet en central drivkraft for væksten hos OJ Electronics. Den sønderborgbaserede producent af elektroniske styringsløsninger oplever stigende efterspørgsel på teknologier, der kan sikre stabil og energieffektiv klimastyring i nogle af verdens

Mød HIN A/S på Elektronikmessen 19. – 21. maj i Odense

EventsProduktion13. 05. 2026

På HIN A/S’ stand kan man komme helt tæt på udstyr og løsninger fra nogle af branchens stærkeste producenter: Essemtec Fox Ultra: Kompakt og modulopbygget pick and place maskine til prototyper og high-mix produktion. Unicomp AX8300MAX: Højtydende røntgensystem til hurtig,

Ny nordisk erhvervsalliance skal styrke robusthed og konkurrenceevne

Branchenyt13. 05. 2026

EY er en af de stiftende partnere i Nordic Compass – The Nordic Round Table for Industry, en ny pan-nordisk alliance, der har til formål at omsætte analyser til konkrete fælles initiativer, som skal styrke Nordens konkurrenceevne og robusthed i en stadig mere usikker verden. EY er en del af

NKT A/S 1. kvartal 2026: Rekordhøj ordreindgang og EBITDA på EUR 97 mio.

Branchenyt13. 05. 2026

NKT A/S regnskab for 1. kvartal 2026 viser en rekordhøj ordreindgang og EBITDA på EUR 97 mio. - Med tildelingen af to store projekter med en samlet værdi på over EUR 4,2 mia. opnåede vi i 1. kvartal 2026 den højeste kvartalsvise ordreindgang i NKT’s historie. Ordrerne understreger NKT’s

Tilmeld Nyhedsbrev

/Nyheder

  • InnoFour

    Evertiq Expo Lund

  • Mouser Electronics

    Mouser Highlights Medical Resource Centre for Next-Generation, Deployable Healthcare Designs

  • Elektronikmessen

    AI-agenter revolutionerer elektronikdesign: Softwarelaget bliver vigtigere end nogensinde

  • InnoFour

    Accelerate and Scale Early Validation with Polarion

  • Microchip Technology Inc.

    Næstegenerations 100/1000BASE T1 enkeltpars Ethernet PHY’er integrerer MACsec Security, Time Sensitive Networking og funktionssikkerhed

  • Elektronikmessen

    Ny workshop på Elektronikmessen 2026: Kan 3D print accelerere vejen fra prototype til produktion?

  • HIN A/S

    Nitrogen i elektronikproduktionen – oplev et Airco-demoanlæg på Elektronikmessen

  • Elektronikmessen

    CenSec på Elektronikmessen: Nye muligheder for elektronikbranchen

  • InnoFour

    Efficient Solar Battery Charging System

  • Elektronikmessen

    Mød Prevas A/S på Elektronikmessen 2026

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