Design-Kit misst den Blutdruck mit optischem Sensor

Geräte wie Blutdruckmonitore, Elektrokardiographen und Sauerstoffsensoren sind inzwischen Teil des Verbrauchermarktes geworden, und mit dem Mainstreaming dieser Anwendungen wächst das Interesse an der Patientenüberwachung. Maxim Integrated macht den Einstieg in diesen Markt mit einem Referenzdesign für ein manschettenloses Blutdruckmessgerät noch einfacher.

Die elektromedizinische Industrie gliedert sich in drei grundlegende Bereiche:das Heim, das Krankenhaus und die Diagnostik für die Bildverarbeitung. Ein tragbares Gerät ermöglicht die Messung einer Vielzahl von Vitalparametern. Je nach allgemeinem Ziel sind einige Werte wichtiger als andere. Die Position des Geräts am Körper beeinflusst maßgeblich, was gemessen werden kann und was nicht.

Abbildung 1:MAXREFDES220#, eine gebrauchsfertige Lösung

Blutdruck ist die Kraft des Blutes, die gegen die Wände der Arterien drückt. Wenn das Herz schlägt, zieht es sich zusammen und lässt das Blut durch die Arterien im Rest des Körpers fließen. Diese Kraft erzeugt Druck auf die Arterien und wird als systolischer Druck bezeichnet. Der durchschnittliche systolische Blutdruck beträgt 120 mm Hg oder weniger. Der untere Wert des arteriellen Drucks wird als diastolischer Druck bezeichnet, wobei ein angemessener Wert kleiner oder gleich 80 mm Quecksilbersäule ist.

Bisher war eine genaue Überwachung des arteriellen Drucks nur mit mechanischen und sperrigen Medizinprodukten in Form einer eng gewickelten Manschette möglich. Die neue Maxim Integrated-Lösung bietet die Möglichkeit, den Blutdruck einfacher zu verfolgen.

Mit dem Referenzdesign MAXREFDES220#, das aus einem vollständig integrierten optischen Sensormodul, einem Mikrocontroller-Sensor-Hub und einem Erkennungsalgorithmus besteht, können Designer Lösungen für die Blutdruckdiagnose entwickeln. Die Messung erfolgt, indem der Finger für 30-45 Sekunden auf ein Gerät gelegt wird, um den Blutdruck überall und jederzeit (in Ruhe) zu messen.

Das Referenzdesign umfasst den hochempfindlichen optischen Sensor MAX30101 oder MAX30102 sowie den Sensor-IC-Hub MAX32664D mit integrierten Algorithmen. Integrierte optische Module und die Algorithmen im IC-Hub-Sensor sowie eine Anleitung zum Design optischer Systeme ermöglichen es Kunden, die fingerbasierte Blutdrucklösung einfach in ihre Geräte zu integrieren (Abbildung 1).

Der MAXREFDES220# erfüllt die behördlichen Grenzwerte der Klasse II und bietet die folgenden Genauigkeiten:

• Systolischer Fehler:Medium =1,7 mmHg, Abweichung Std =7,4 mmHg
• Diastolischer Fehler:Medium =0,1 mmHg, Abweichung Std =7,6 mmHg
• Als Referenz:Die behördlichen Grenzwerte der Klasse II sind der mittlere Fehler ≤ 5 mmHg und die Std-Abweichung ≤ 8 mmHg.

MAX30101 ist ein integriertes Pulsoximetrie- und Herzfrequenz-Überwachungsmodul mit rauscharmen optischen und elektronischen Elementen, um den Designprozess für mobile und tragbare Geräte zu erleichtern. Die Kommunikation erfolgt über eine I2C-kompatible Standardschnittstelle (Abbildung 2).

Abbildung 2:Systemdiagramm von MAX30101

Die Pulsoximetrie nutzt die Fähigkeit des Blutes, Licht mit unterschiedlichen Wellenlängen zu absorbieren, abhängig von der höheren oder niedrigeren Sauerstoffkonzentration. Erwachsenes Hämoglobin hat typischerweise eine Wellenlänge nahe 805 nm; die Wellenlänge variiert mit dem Sauerstoffgehalt. Bei der Berechnung des Prozentsatzes an sauerstoffangereicherten roten Blutkörperchen werden zwei andere Wellenlängen verwendet:normalerweise 660 und 940 nm. Mikroelektronische Lösungen mit niedrigem Vorspannungsstrom, hoher Impedanz und schneller 16-Bit-Leistung sind erforderlich, um die Ausgaben der Fotodioden zu verarbeiten, die diese Wellenlängen erkennen. Die Oversampling-, Filter- und Signalverarbeitungsverfahren bereinigen dann die Low-Level-Signale von Bewegungsartefakten, um eine Pulsfrequenzmessung zu ermöglichen.

MAX32664D ist eine Variante der MAX32664-Familie von Sensoren und Hubs, die speziell für die fingerbasierte Messung von Blutdruck, Herzfrequenz und SpO2 entwickelt wurde. In Kombination mit der Pulsoximetrie MAX30101 und dem Herzfrequenzmonitor-Modul und angetrieben vom BPT-Algorithmus von Maxim liefert es Rohdaten über sein I2C an ein Host-Gerät. Die Verfügbarkeit des Algorithmus in einem eigenständigen Sensor-Hub-Mikro vereinfacht das Produktdesign erheblich, da der Mikrocontroller des Hauptsystems davon befreit wird, Ressourcen und Leistung mit dem Algorithmus zu teilen, was Software-Ingenieuren immer erhebliche Kopfschmerzen bereitet.

Die Welt des Gesundheitswesens entwickelt sich dank der Technologie weiter. Bessere Patientenorientierung, intelligent reduzierte Kosten und die Möglichkeit, Menschen auch außerhalb von Krankenhauseinrichtungen zu verfolgen. Häufiges Feedback zur eigenen Gesundheit könnte die Menschen ermutigen, härter zu arbeiten, um gesunde Gewohnheiten beizubehalten.