
4 minute read
Sensoren maken oversteek van fitness- naar medische wearables
from ElektroData 1 - 2023
by online-mbm
GEAVANCEERDE OPTISCHE-, BIOPOTENTIAAL- EN TEMPERATUURSENSOREN VOOR
Gezondheids- en fitness-wearables hebben zich ontwikkeld van eenvoudige stappentellers, die basisniveaus van activiteiten en fitness bijhouden, tot complete oplossingen voor de bewaking en de controle van allerhande lichaamsfuncties. Verschillende typen sensoren breiden die mogelijkheden alleen maar uit. Nieuwe ontwikkelingen in de sensortechnologie komen ook ten goede aan medisch gecertificeerde wearables.
De hedendaagse wearables zijn niet meer te vergelijken met de eerste sporttesters uit de 80-er jaren van de vorige eeuw. Naast het tellen van het aantal stappen, calorieën en geslapen uren geven ze de gebruiker nu ook naar keuze inzicht in andere fysiologische functies van verschillende lichaamsdelen (bloeddruk, lichaamstemperatuur, zuurstofverzadiging). Hoewel de pols en de borst nog steeds het meest populair zijn voor wearables, zie je nu ook steeds meer oorapparaten (hearables).
Sensoren
De mogelijkheid om vitale functies te meten is mogelijk dankzij een reeks geavanceerde sensoren.
Optische sensoren, zoals de AFE4420YZR van Texas Instruments, worden gebruikt voor fotoplethysmografie (PPG). Dit is een eenvoudige en goedkope optische techniek voor het meten van het bloedvolume in de huidvaatjes. Kleuren- en soms infrarood-led's worden ingezet om de huid van de drager te verlichten. Het gereflecteerde licht wordt gedetecteerd met fotodiodes die het lichtsignaal omzetten in een elektrische stroom. Deze wordt vervolgens doorgezonden naar een microcontroller die de hartslag en de zuurstofverzadiging van het bloed berekent. Deze sensoren maken gebruik van algoritmen om de beweging van de drager en de veranderende lichtomstandigheden die de metingen negatief zouden kunnen beïnvloeden te compenseren.
Biopotentiaal-sensoren, zoals de MAX30001 van Analog Devices, detecteren kleine elektrische signalen in het menselijk lichaam en zijn geschikt voor het vervaardigen van een elektrocardiogram (ECG), een grafische weergave van het hartgedrag.
Universele temperatuursensoren zijn er met verschillende nauwkeurigheidsniveaus. Voor klinische toepassingen, zoals het meten van de lichaamstemperatuur, is een nauwkeurigheid van tenminste 0,2 °C gewenst. Dat is mogelijk met bijvoorbeeld de TMP117AIDRVR van Texas Instruments.
Medische toepassingen
Het gebruik van sensoren in medische toepassingen was lange tijd uitgesloten vanwege hun geringe kwaliteit. Die mindere kwaliteit is geen groot probleem voor de consument die de gezondheids- en fitness-wearables gebruikt als een algemene gezondheids- en welzijnsindicator, zonder al te veel aandacht te besteden aan de nauwkeurigheid van de meetresultaten. Veel fabrikanten produceren nu sensoren van medische kwaliteit, die speciaal ontworpen zijn voor professionele toepassingen in de gezondheidszorg en voldoen aan allerhande medische normen.
Draagbaarheid
De opmars van sensoren in medische toepassingen heeft niet alleen een meettechnische reden. Zo kunnen ze ook helpen bij de ontwikkeling van meer draagbare en gemakkelijker te dragen apparaten. De Holter bijvoorbeeld is momenteel de meest gebruikte hartmonitor in de zorg. Hij is echter nogal groot en daardoor onpraktisch om langer dan 24 tot 48 uur te dragen. Hoewel dit voldoende kan zijn om bepaalde aspecten van het hartgedrag vast te leggen, is het in sommige gevallen niet lang genoeg om levensbedreigende aandoeningen als aritmie nauwgezet te detecteren. Kleinere, minder invasieve draagbare hartmonitoren maken het eenvoudiger om deze hartaandoeningen op te sporen, waarbij zorgverleners hun patiënten gedurende langere perioden op afstand kunnen volgen.
Optische sensoren, zoals de AFE4420YZR van Texas Instruments, worden gebruikt voor fotoplethysmografie (PPG). Dit is een eenvoudige en goedkope optische techniek voor het meten van het bloedvolume in de huidvaatjes.

Productnieuws
De TMP117 van Texas Instruments is een digitale temperatuursensor met een nauwkeurigheid van ±0,2 °C in het werktemperatuurgebied van –40 °C tot +100 °C.


Via de cloud
Door apparaten van medische kwaliteit die door meerdere mensen worden gedragen te verbinden met de cloud en voortdurend grote hoeveelheden gegevens te uploaden, wordt het ook mogelijk technieken voor machine lear ning toe te passen om zo verborgen trends en patronen in deze informatie te ontdekken. Dit zal op zijn beurt helpen bij de ontwikkeling van algoritmen die de nauwkeurigheid van de sensormetingen verder verbeteren.
De MAX32664 van Analog Devices is een low-power biometrische sensor hub-familie die direct kan communiceren met verschillende sensoren om in verschillende gebruiksscenario's metingen te analyseren. Een interessante toekomstige toepassing met deze sensor-hub is het meten van de bloeddruk met behulp van PPG-technieken op de vingertop (en mogelijk andere lichaamsdelen) van de drager van het apparaat. Dat is een hele verbetering ten opzichte van de huidige werkwijze met een log manchet.
Elektrochemische sensoren
Sinds kort zijn er draagbare toepassingen in de gezondheidszorg op basis van elektrochemische sensoren, zoals de MAX30134 analoge frontend. Deze wordt gebruikt in bloedglucosemeters om de bloedsuikerspiegel bij diabetespatiënten continu te controleren. De metingen worden draadloos naar de telefoon van de patiënt gestuurd om deze te waarschuwen als hij/zij zichzelf een dosis insuline moet toedienen. Bij toekomstige ontwikkelingen kan het controletoestel draadloos worden verbonden met een draagbare insulinepomp, die dan automatisch de juiste dosis aan de patiënt toedient.
Conclusie
De ontwikkeling van sensorgebaseerde draagbare apparaten blijft in hoog tempo doorgaan. Hoewel ze altijd populair zullen blijven als consumentenartikelen is de nauwkeurigheid van de sensoren zodanig verbeterd dat ze ook geschikt zijn voor medische toepassingen. Extra voordeel zijn de mogelijkheden voor monitoring op afstand en (cloudgebaseerde) dataverwerking met AI/ML-technieken.
Biopotentiaal-sensoren, zoals de MAX30001, detecteren kleine elektrische signalen in het menselijk lichaam en zijn geschikt voor het vervaardigen van een ECG.
Board-to-board connectoren Update simulatieprogramma
navigatiesystemen, audio- en radiomodules. De connectoren zijn er in 88 combinaties, met voor elke serie acht verschillende stijlen (30 - 140) en 11 stapelhoogten (8 - 30 mm).
De AX01- en MA01-serie boardto-board-connectoren van JAE combineren een hoge transmissiesnelheid (8 Gbps+) met zwevende contacten om interconnectiefouten tot een minimum te beperken. Dit maakt ze tot zeer betrouwbare componenten, die kunnen worden gebruikt bij interferentiegevoelige toepassingen die afhankelijk zijn van realtime gegevensoverdracht, zoals veiligheidsfuncties in voertuigen (waarschuwingssystemen, camera's),

Zowel de AX01 als de MA01 serie heeft een floating-tolerantie van ±0,5 mm in de X- en Y-richting, waardoor positie-afwijkingen en uitlijncompensatie in geautomatiseerde assemblage- en interconnectieprocessen mogelijk zijn. De connectoren van de MA01-serie kunnen worden gebruikt bij bedrijfstemperaturen tot 125 °C. De tweepuntscontactstructuur zorgt voor een betrouwbare verbinding en een ononderbroken continuïteit, zelfs als één contactpunt wordt geblokkeerd. Een speciale kap die het interconnectiegebied vóór gebruik extra beschermt, maakt eenvoudige pickand-place mogelijk.

Met Simulation 2022.2 vergroot Altair de cloudflexibiliteit en -schaalbaarheid, en verbetert het werken met Altair One door klanten op een flexibele wijze toegang te geven tot het werken met applicaties als HyperMesh, HyperView, SimLab en Inspire op een werkstation of laptop. Tevens kunnen gebruikers toepassingen voor structurele, thermische en CFD-analyses en hoog/laag frequente elektromagnetische vraagstukken uitvoeren in de cloud.
Met de nieuwe softwareversies kunnen teams die verantwoordelijk zijn voor productontwikkeling samenwerken aan alle aspecten van elektronische systemen, PCB's, firmware en de ontwikkeling van 5G-connectiviteit, in een verbonden end-to-end-omgeving. Simulatie 2022.2 biedt nauwere integratie tussen Flux, FluxMotor, SimLab en Material Data Center om gebruikers te helpen workflows te stroomlijnen en geavanceerdere mogelijkheden te bieden voor modellering, het analyseren en optimaliseren van elektrische systeemontwerpen en sneller akoestische en thermische stromingsanalyse uit te voeren. Met alle verbeteringen in Simulation 2022.2 kunnen bedrijven complete workflows creëren van concept tot productie, in één uniforme omgeving.