• 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

DI: Godt at AI nu kommer på den politiske agenda

AktueltBranchenytDesign & udvikling17. 04. 2026

Landets største erhvervsorganisation, Dansk Industri (DI), glæder sig over at kunstig intelligens er kommet på dagsordenen i de i igangværende regeringsforhandlinger. Det er sket i dag på et temamøde om AI på Marienborg. - Det er rigtig godt at AI nu kommer på den politiske agenda. Det er der

Flere grønne teknologier skal vokse fra universitet til marked

AktueltDesign & udviklingPower17. 04. 2026

Mere forskning skal fra laboratoriet ud i samfundet og drive den grønne omstilling inden for grønne brændstoffer, CO₂-reduktion og materialeinnovation. Og det skal gå hurtigere, så Danmarks konkurrenceevne og robusthed styrkes. Det er ambitionen bag en ny bevilling på 80 mio. kr. fra Villum

Teknologisk Institut: Saltomortaler er ikke nok for valg af humanoider

Design & udviklingProduktionTop17. 04. 2026

De ligner os mere og mere og bliver på sigt industriens nye assistenter. Men først skal fire centrale udfordringer løses, før humanoide robotter er klar til virkeligheden i danske virksomheder. Humanoide robotter er ikke længere kun noget, man ser i science fiction. Udviklingen går så hurtigt,

Et mere komplekst elnet kræver mere præcise målinger

PowerTest & mål17. 04. 2026

I årtier var elnettet bygget op omkring et forholdsvis simpelt princip: Store kraftværker producerede strøm, og forbrugerne aftog den længere ude i nettet. Men det billede er under forandring. Solcelleparker, batterianlæg, mindre vindmøller og på sigt også elbiler, der kan levere strøm tilbage til

Næste generations MIL-HD2 konnektorserie fra Amphenol efter SOSA™/VITA 91-standarden

Komponenter & konnektorer17. 04. 2026

Den nye generation af Amphenols MIL-HD2 konnektorserie efter SOSA-standarden kan nu leveres af Powell Electronics, der er leverandør af konnektorer og flere andre komponenttyper til hi-rel applikationer til forsvars-, aerospace- og industriformål. De nye konnektorer er udviklet til af opfylde selv

Koda: Godt årsresultat, men voksende pres fra AI

Branchenyt17. 04. 2026

Den danske rettighedsorganisation Koda, der repræsenterer sangskrivere, komponister og musikforlag, sluttede året med en samlet omsætning på over 1,4 milliarder kroner. Heraf vil knap 1,3 milliarder kroner blive fordelt blandt rettighedshaverne i Danmark og udlandet, hvis musik danner grundlaget for

Stribevis af kendte content creators gæster Gamebox Festival i Messecenter Herning

Events17. 04. 2026

Når Gamebox Festival lige straks samler landets gaming-interesserede for femte gang, bliver det med et rigt sceneprogram, der traditionen tro udspiller sig på Main Stage. TrierGaming, ComKean og Judex & Shadys hører til de mange, der kan opleves på scenen, og det samme gælder Morten Münster, som

Husk: Printseminar hos Circle Consult og Icape

Design & udviklingEventsTest & mål15. 04. 2026

ICape og Circle Consult inviterer igen i år til PCB-seminar om PCB-design og udvikling. I år deltager Altoo og Keysight og fortæller om USB compliance-målinger og om, hvad der rører sig inden for måleudstyr. PCB seminar – få styr på printet med fokus på USB Compliance, HDI stackup, samt high

Fibox udnævner ny CEO til kabinet- og kapslingsafdeling

AktueltBranchenyt15. 04. 2026

Den finsk-ejede producent af kabinet- og beskyttelsesløsninger melder om en omsætning på over 110 millioner euro sidste år og opererer nu i mere end 20 lande i Europa, Nordamerika og Asien. Virksomheden går ind i sin næste internationale vækstfase, mens investeringerne i industriel elektrificering

TCS og ABB indgår strategisk samarbejdsaftale om IT, AI og ingeniørløsninger

BranchenytDesign & udviklingWireless & data15. 04. 2026

Tata Consultancy Services, en global førende virksomhed inden for IT-tjenester, rådgivning og forretningsløsninger med hovedsæde i Indien, har netop indgået en samarbejdsaftale (Memorandum of Understanding, MoU) med ABB. Aftalen skal styrke de to virksomheders strategiske samarbejde inden for

Tilmeld Nyhedsbrev

/Nyheder

  • Transfer Multisort Elektronik Sp. Z.o.o.

    RECOM RACPRO1-S industrial power supplies – small size, huge possibilities

  • Elektronikmessen

    Mød Bolls ApS på Elektronikmessen 2026

  • InnoFour

    Seamless Digital Continuity: Xpedition EDM and Teamcenter Integration

  • EKTOS A/S

    EKTOS Expands Electronics Engineering Capacity with New Development Office in Lviv

  • Mouser Electronics

    Mouser Electronics and StarTech Announce Global Distribution Agreement to Deliver IT Connectivity Solutions

  • Transfer Multisort Elektronik Sp. Z.o.o.

    New SPB-A series switching power supplies from Autonics

  • Mouser Electronics

    Mouser Electronics Explores How Artificial Intelligence Shapes Everyday Technologies and Experiences

  • Elektronikmessen

    Oplev TLT Electronics på Elektronikmessen 2026

  • Microchip Technology Inc.

    Microchip Expands dsPIC33A DSC Family for High-Density AI Data Center Power, Complex Motor Control and Intelligent Sensing

  • ACTEC A/S

    ACTEC tager energien med til Sverige

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