Новый инструментальный усилитель Analog Devices со входами JFET для портативных медицинских систем мониторинга

21 2

Новый инструментальный усилитель со входами JFET фирмы Analog Devices обладает улучшенными характеристиками и уменьшенным на 50% корпусом, что способствует увеличению плотности каналов в портативных мониторах и другой медицинской аппаратуре.

Фирма Analog Devices продолжает поставлять компоненты для медицинской промышленности и представляет новый инструментальный усилитель со входами на полевых транзисторах с p-n переходами AD8220. Этот усилитель обеспечивает регистрацию сигналов жизнедеятельности пациента как в стационарной, так и в мобильной медицинской аппаратуре, такой как электрокардиографы (ЭКГ), электроэнцефалографы (ЭЭГ) и другие приборы для мониторинга пациентов. Выпускаемые в 8-выводном корпусе MSOP, в два раза меньшем по размеру чем современные аналогичные усилители, инструментальный усилитель AD8220 позволяет разработчику медицинского оборудования значительно увеличить плотность компоновки платы и увеличить число каналов, особенно это важно для портативных устройств мониторинга ЭКГ и ЭЭГ. Мониторинговое оборудование с большим числом каналов дает врачебному персоналу больше информации о таких сигналах как активность миокарда или головного мозга, что особенно важно в условиях различных помех. Кроме того, AD8220 работает от однополярного источника питания и потребляет около 700 мкА, что делает данную ИС идеальной для портативных устройств.

21 3

Ещё одной особенностью AD8220 является чрезвычайно малый входной ток смещения — около 4 пикоампер, что в два раза меньше, чем у ближайших конкурентов. Этот ток является источником значительной погрешности в прецизионных устройствах. ИС AD8220 также обеспечивает КОСС (коэффициент подавления синфазного сигнала) 80 dB на частоте до 10 кГц (при единичном усилении), тогда как ближайшие конкуренты обеспечивает только 72 dB на частоте 200 Гц. При таких значениях входного тока и КОСС разработчики медицинского оборудования смогут обеспечить обнаружение сигналов ЭКГ, ЭЭГ и другой электрической активности организма на уровне, до сих пор недостижимом. Высокий КОСС, кроме того, способствует обнаружению этих сигналов за счет подавления синфазных помех.

О микросхеме AD8220
Благодаря наличию входа с полевыми транзисторами с изолированным затвором (JFET), инструментальный усилитель AD8220 обеспечивает входной ток не более 20 пА, типичное значение — 4 пА. Во всем температурном диапазоне входной ток не превышает 1 нА. Дрейф напряжения смещения на входе составляет 2 мкВ/°C. Rail-to-rail выход усилителя AD8220 позволяет разработчику расширить динамический диапазон. Кроме того, КОСС величиной 80 dB (при единичном усилении) в широкой полосе частот позволяет выделять необходимый сигнал на фоне нежелательных помех.

Применение
Усилитель AD8220 идеально подходит для систем мониторинга пациентов; его малые размеры, малый уровень шума и малый входной ток обеспечивает высокую чувствительность и подавление шума в стационарных или переносных медицинских приборах, таких как ЭКГ или ЭЭГ мониторы. Малый входной ток и высокий КОСС делают усилитель AD8220 полезным компонентом для приборов промышленной автоматики, таких как электрометры и другие прецизионные измерительные приборы, где необходимо измерение малых токов в условиях помех.

Fujitsu Laboratories, imec Holst Centre разработали беспроводной приемопередатчик

21 1

Беспроводные приемопередатчики диапазона 400 МГц, отвечающие требованиям международных стандартов, могут применяться в медицинских приложениях для контроля жизненно важных показателей пациентов, а также в отраслях сельского хозяйства и животноводства, в системах мониторинга общественной инфраструктуры и окружающей среды

Компания Fujitsu Laboratories в сотрудничестве с исследовательским центром Imec Holst Centre разработала схему беспроводного приемопередатчика для использования в технологии мониторинга тела Body Area Network и медицинских приложениях, отвечающую международным стандартам для диапазона 400 МГц.

Как известно, очень важные для медицинских приложений системы беспроводного мониторинга мозговых волн и других жизненно важных показателей в прошлом требовали десятков милливатт электрической энергии. Теперь, благодаря оптимизации архитектур и схем, Fujitsu Laboratories в сотрудничестве с исследовательским центром imec Holst Centre удалось сниить энергопотребление беспроводного интерфейсного приемопередатчика до 1.6 мВт в режиме приема, и до 1.8 мВт в режиме передачи.

Эта технология позволит увеличить в 10 раз срок службы батарей в обычных системах с датчиками для мониторинга состояния пациента, что, в свою очередь, сокращает частоту замены или подзарядки батареек и повышает эффективность работы врачей.

На основе этих совместных исследований в области технологий беспроводных приемопередатчиков, Fujitsu Laboratories в дальнейшем планирует применить такие беспроводные приемопередатчики для немедицинских целей, например, для контроля общественной инфраструктуры и окружающей среды.

В области медицины и здравоохранения технология BAN привлекла внимание потенциальной возможностью применения в устройствах сбора информации о жизненных показателях пациента посредством сети беспроводных датчиков, расположенных на теле пациента (Рисунок 1). Для различных датчиков, составляющих сеть BAN, требуется источник питания, и чтобы сделать систему удобной как для пациента, так и для медицинского персонала, существует острая необходимость в увеличении срока службы источника питания и минимизации частоты замены элементов питания или их подзарядки.

Технологическая задача

Каждый узел датчика в сети BAN снабжен беспроводным приемопередатчиком, который потребляет наибольшую мощность, поэтому для продления срока службы батареи, необходимо снизить его энергопотребление. Основная задача состояла в разработке миниатюрного беспроводного приемопередатчика с низким энергопотреблением, который поддерживал бы различные скорости обмена данными, как требует медицинские системы, без введения каких-либо новых схем и узлов.

Ключевые особенности новой технологии

Этот исследовательский проект предусматривает совместимость со спецификацией диапазона 400 МГц IEEE 802.15.6, международного стандарта для сетей BAN, и поддерживает два независимых режима работы:

  • высокоскоростной режим работы (4.5 Мбит/с)  для передачи мозговых волн, изображений и других медицинский данных;
  • низкоскоростной режим (11.7 Кбит/с) с низким энергопотреблением, который может использоваться, когда беспроводные датчики находятся в режиме ожидания.

21

1. Приемопередатчик полностью с цифровым управлением.

Упрощение архитектуры схемы приемопередатчика, насколько это возможно, привело к снижению энергопотребления. Цифровое управление приемопередатчиком подразумевает использование некоторой программируемой структуры, которая может изменять характеристики схемы с целью поддержки различных типов фазовой и частотной модуляции в соответствии с международными стандартами BAN. Приемник состоит из малошумящего усилителя, смесителя, фильтра нижних частот и АЦП, и использует способ прямого преобразования, подразумевающий выделение исходного сигнала непосредственно из входного сигнала. Использование этого способа наряду с минимизацией энергопотребления составляющих схем позволило значительно снизить общую потребляемую мощность. При выборе высокоскоростного режима работы (5.4 Мбит/с) цифровой схемой управления оптимизируются частотные характеристики фильтра нижних частот и АЦП. В низкоскоростном режиме работы с низким энергопотреблением чувствительность малошумящего усилителя снижается (и снижается потребляемая мощность усилителя), однако это компенсируется цифровыми процессами.

2. Технология цифровой высокоскоростной трехкомпонентной модуляции

Использование передающего смесителя в передатчике позволяет упростить реализацию высокоскоростного режима, но смесители и их схемы управления, как известно, потребляют значительную мощность. Сочетание трех следующих методов привело к снижению энергопотребления в режиме передачи:

  • Вместо передающего смесителя в передатчике используется схема трехкомпонентной цифровой модуляции, в которой на вход узла ФАПЧ (PLL), генерирующего радиосигнал с помощью цифровой схемы, подаются низкочастотный и высокочастотный сигналы, и, далее, сформированный сигнал поступает на усилитель мощности;
  • Для реализации высокоскоростного режима, используя цифровую трехкомпонентную модуляцию, была разработана схема на двух параметрических диодах (варакторах). В высокоскоростном режиме увеличивается диапазон изменения емкости варактора ГУН (VCO), на вход которого подается высокочастотный модулированный сигнал;
  • Для низкоскоростного режима была разработана специальная технология, позволяющая снизить энергопотребление схемы модуляции ГУН на 90% при сохранении полной ее работоспособности.

Благодаря этой технологии приемопередатчики поддерживают и низкоскоростной, и высокоскоростной режим работы, при котором скорость обмена данными в 300 раз выше, но максимальное энергопотребление не превышает 1.6 мВт в режиме приема и 1.8 мВт в режиме передачи.

Подобные беспроводные приемопередатчики найдут применение не только в области здравоохранения и систем мониторинга здоровья пациентов, но и в интерфейсных схемах управления медицинскими приборами.

Портативный электрокардиограф MobileECG может стать еще одним замечательным проектом с открытой аппаратной частью

те05

Существует не так много открытых проектов медицинских приборов, которые можно считать надежными и завершенными. Однако, этого нельзя сказать относительно открытого Сrowdfunding-проекта портативного электрокардиографа MobileECG, разработанного венгерскими инженерами, который не только уже может выполнять свои основные функции, но и в дальнейшем сможет конкурировать с промышленным медицинским оборудованием.

На этапе разработки прибора планировалось собрать достаточно средств на разработку аппаратно-программной части и получение соответствующего сертификата на медицинское оборудование. Однако команде разработчиков и инженеров по разным причинам это не удалось, и было решено сделать аппаратную и программную часть прибора открытой и доступной. Поскольку большая часть работы была уже выполнена, было бы печально видеть, как умирает многообещающий проект. Поэтому решение сделать его открытым вполне оправдано и, возможно, он будет завершен, но уже с помощью сообщества.

MobileECG – проект портативного клинического 12-канального электрокардиографа с USB интерфейсом, обладающего превосходными характеристиками. Это очень компактный медицинский прибор, который может подключаться к ПК, ноутбуку или Android-планшету.

Команда разработчиков немногочисленна и состоит из 4 человек: трех инженеров и консультирующего врача, которые имеют богатый опыт сотрудничества и совместной разработки аппаратных и программных решений, включая MobileECG.

Основные технические характеристики медицинского прибора:

  • Поддерживаемые операционные системы: Windows (XP+), OSX 10.6.8+ , Ubuntu, Android (с USB OTG);
  • Функция определения кардиостимулятора;
  • Определение обрыва контактных датчиков;
  • Одновременная запись сигналов со всех контактных датчиков;
  • Встроенная защита от воздействия напряжения дефибриллятора: до 5 кВ;
  • Полный размах напряжения шума: менее 12 мкВ;
  • Коэффициент ослабления синфазного сигнала: более 100 дБ;
  • Выходная частота сэмплирования: 500 Гц;
  • Разрешение АЦП: 50 нВ/дел;
  • Диапазон установки напряжения смещения электродов: ± 300 мВ;
  • Динамический диапазон:  ± 300 мВ;
  • Отвечает требованиям стандартов: EC / ANSI ES 60601-1, 60601-1-2, 60601-1-6, 60601-2-47.

те06

Принципиальная схема прибора и печатная плата проектировались в бесплатной САПР KiCAD и находятся в свободном доступе на официальном сайте проекта. Преобразование электрических сигналов электрокардиограммы выполняется с помощью 8-канального 24-разрядного сигма-дельта АЦП ADS1278, выпускаемого компанией Texas Instruments. Для первичной обработки данных и управления АЦП применяется микроконтроллер Atmel семейства AVR Attiny24. Основным системным элементом аппаратной части является 32-разрядный микроконтроллер семейства AVR32 ATUC64D4, который выполняет обработку данных, общие интерфейсные задачи и функции передачи данных.

Основной микроконтроллер работает на частоте 48 МГц и ведет обмен данными по протоколу HID устройства. К нему также подключена микросхема внешней Flash-памяти с последовательным интерфейсом, что дает возможность реализовать вспомогательную функцию в приборе – запоминающее устройство USB Mass Storage, которое, например, будет содержать установочный файл приложения для ПК или планшета.

Питание прибора осуществляется от USB интерфейса. Для питания микроконтроллеров, АЦП и периферии в схеме используется высокоэффективный DC/DC преобразователь компании Texas Instruments TPS55010 и линейные регуляторы напряжения (5 В, 1.8 В, 2.5 В). Применение линейных регуляторов напряжения, несмотря на их низкую эффективность, объясняется малой занимаемой площадью на печатной плате и низким уровнем шумов. Дополнительно аппаратная часть снабжена различными элементами защиты аналоговых и цифровых интерфейсов.

Проект хоть и не завершен, но, по заявлению авторов, работоспособен. Аппаратная часть возможно потребует доработок, связанных с сертификацией. Что касается программной части, то здесь авторам известно о некоторых ошибках, и множество дополнительных функций еще не реализовано. Вся дополнительная информация по проекту, а также принципиальная схема, проект печатной платы, программные приложения, исходные коды и драйверы находятся в свободном доступе на официальном сайте проекта.

ON Semiconductor анонсировала высококачественную систему в корпусе, предназначенную для точных измерений в портативных медицинских устройствах

те04

Полузаказное энергоэффективное решение на основе системы в корпусе позволяет создавать измерительные устройства, идеальные для сферы мобильной медицины, включая глюкометры, пульсометры и электрокардиографы

Подробнее

ZMDI выпустила новый многофункциональный преобразователь сигналов датчиков ZSSC3018

те02

Компания ZMDI представила новый 18-битный преобразователь сигналов датчиков ZSSC3018. Высокое разрешение устройства будет востребовано в автомобилестроении, промышленности и медицине, в системах передачи информации и в потребительских приложениях. Микросхема ZSSC3018 выпускается в 24-выводном корпусе PQFN.

ZSSC3018 выполняет смещение уровня измеренного сигнала, изменение его диапазона, а также температурную компенсацию 1-го и 2-го порядка. Разработанная для коррекции сигналов резистивных мостов или датчиков с выходом по напряжению, микросхема также может измерять истинную температуру с помощью встроенного датчика. Калибровочные коэффициенты ZSSC3018 хранятся внутри микросхемы в высоконадежной энергонезависимой многократно программируемой памяти, легко программируемой через последовательный интерфейс. ZSSC3018 обеспечивает увеличенную скорость обработки сигналов, улучшенное разрешение и повышенную помехоустойчивость, необходимые для высокоскоростных систем управления, защиты и измерений со строгими ограничениями уровня потребляемой мощности.

те03

Ключевые особенности

  • Гибкая программируемая схема аналогового входного интерфейса; АЦП с разрешением до 18 бит.
  • Усилитель с коэффициентом усиления, полностью программируемым в диапазоне от 6.6 до 216 (линейный коэффициент).
  • Внутренний датчик температуры с автоматической компенсацией.
  • Индивидуальная цифровая компенсация смещения сигналов датчиков, компенсация первого и второго порядка коэффициентов усиления, температурного дрейфа усиления и смещения.
  • Программируемые прерывания.
  • Высокая скорость: например, при 16-битной точности устройство может обрабатывать более 500 измерений в секунду.
  • Типичные датчики могут достигать точности, превышающей ±0.01% от полной шкалы выходного сигнала.
  • Диапазон рабочих температур: –40 °С … +125 °С.
  • Диапазон напряжений питания: 1.68 В … 3.6 В.
  • Низкий типовой ток потребления: около 1.0 мА в рабочем режиме, 50 нА в спящем режиме при температуре не более 125 °С и 20 нА в спящем режиме при температуре не более 85 °C.

Типичные области применения

  • Портативные навигационные системы
  • Промышленные измерители давления
  • Датчики давления жидкостей и газов
  • Системы прогнозирования погоды
  • Управление вентиляторами
  • Измерения температуры с высоким разрешением

Доступность

ZSSC3018 производятся серийно. Образцы и оценочные комплекты имеются на складе и могут быть заказаны на сайте ZMDI или у авторизованных дистрибьюторов компании.

MicroWave Technology представляет два предусилителя для катушек МРТ

ДР2

Входящая в корпорацию IXYS компания MicroWave Technology выпустила два предусилителя для катушек магниторезонансных томографов

Предусилитель серии MSM с коэффициентом шума 0.45 дБ и усилением 28 дБ рассчитан на работу в диапазонах частот 1.5T (64 МГц), 3T (123-128 МГц) и 7T (298 МГц). Устройство отличается отличной линейностью с точкой пересечения интермодуляции третьего порядка (IP3) на уровне 20 дБм. Прибор выполнен в миниатюрном корпусе с размерами 10.9 × 9.1 мм. Предусилитель серии MPE, предназначенный для диапазона частот 3T (123-128 МГц), имеет коэффициент шума 0.4 дБ, усиление 27 дБ и превосходное значение IP3, равное 20 дБм. В оба компонента интегрированы цепи, эффективно защищающие входы от повышенной мощности при уровнях до 30 дБм. Предусилители созданы на основе малошумящих GaAs устройств с использованием элементов с очень низким магнетизмом, что является ключевым требованием для приложений катушек магниторезонансных томографов (МРТ).

ДР2ДР3

«Выпускаемые в небольшом корпусе 10.9 × 9.1 мм предусилители серии MSM будут прекрасным выбором для катушек МРТ с большим количеством каналов. Предусилители серии MPE хоть и ориентированы на рынок катушек нижнего ценового диапазона, однако, имеют отличные радиочастотные характеристики, – сказал доктор Грег Жоу (Greg Zhou), генеральный директор компании Microwave Technology – Эти два прибора стали новейшим пополнением нашей линейки предусилителей. Являясь на протяжении последних 15 лет главным поставщиком предусилителей для самых известных производителей оборудования МРТ, мы стремимся поддерживать наших изготовителей медицинского оборудования, учитывая все их требования и пожелания».

STMicroelectronics выпускает микросхему 3-осевого акселерометра для применения в медицине

ДР1

Компания STMicroelectronics анонсировала специализированную микросхему 3-осевого акселерометра MIS2DH со сверхнизким энергопотреблением для применения в медицинских приложениях и имплантируемых устройствах. Компания имеет многолетний опыт в разработке различных датчиков и приборов для производителей медицинского оборудования, и микросхема MIS2DH является еще одним серийным решением, которое позволит отслеживать многие клинические параметры и состояния, будучи интегрированным в широкий спектр медицинских приложений.

Имплантируемые медицинские устройства, такие как кардиостимуляторы, кардиодефибрилляторы и нейростимуляторы, уже успешно используются в течение многих лет, чтобы продлить жизнь пациентам с сердечными заболеваниями или облегчить жизнь людям с хроническими заболеваниями. На сегодняшний день перед учеными стоит задача изучить, как инновационные имплантируемые устройства могут помочь в лечении других хронических заболеваний, таких как высокое кровяное давление, эпилепсия, тремор. Для многих из этих приложений встроенный акселерометр, способный предоставить электронному импланту или прибору информацию об активности и позе пациента, может повысить эффективность лечения и улучшить состояние пациента.

Акселерометр MIS2DH является высокотехнологичным устройством, сочетающем в одном миниатюрном корпусе 3-осевой механический элемент и электронную схему. Технологическая линия производства, технологический процесс и тестирование, помимо контроля соответствия внутренним медико-сантирным требованиям компании (которые были приняты еще в 2012 году), проходят множество дополнительных проверок в соответствии с требованиями Управления по санитарному надзору за качеством пищевых продуктов и медикаментов (Food and Drug Administration).

Отличительные особенности:

  • 3-осевой акселерометр;
  • миниатюрный корпус с размерами 2 мм × 2 мм × 1 мм;
  • ультранизкое энергопотребление (менее 2 мкА в энергосберегающем режиме работы);
  • выбираемый пользователем диапазон измерений (полная шкала): ±2g/±4g/±8g/±16g;
  • 8-, 10- и 12-битный режим работы;
  • скорость передачи данных 1 Гц – 5 кГц;
  • встроенный буфер FIFO и программируемые прерывания для минимизации энергопотребления;
  • встроенные механизмы определения движения и условий свободного падения;
  • встроенная система самотестирования;
  • встроенный датчик температуры;
  • выходной интерфейс I2C/SPI;
  • напряжение питания 1.71 В – 3.6 В.

Область применения:

  • системы мониторинга активности и позы пациента;
  • системы удаленного контроля пациентов;
  • медицинское диагностическое оборудование;
  • общие, активируемые движением/перемещением, функции медицинских приложений.

Акселерометр MIS2DH выполнен в 12-выводном корпусе LGA и доступен для заказа в промышленных объемах.

В Британии разработали новый способ лечения зубов без пломбирования

те6

Выводы были сделаны на основе анализа формирования зубов у эмбрионов рыб.

 Ученые из Технологического института Джорджии и Королевского колледжа в Лондоне утверждают, что в будущем зубы взрослых людей можно будет заставить регенерировать, пишет MedicalDaily. Подробные результаты исследования опубликованы в журнале Proceedings of the National Academy of Sciences.

те6К таким вывода специалисты пришли путем исследования вкусовых рецепторов и роста зубов у семейства цихловых пресноводных рыб. В ходе эксперимента ученые скрестили два родственных вида этих рыб, чтобы определить генетические различия между ними. В частности, речь о беззубых рыбах, которые заглатывают планктон целиком и тех, что общипывают водоросли, имея и зубы, и вкусовые рецепторы.

В итоге, биологи выяснили, что и вкусовые рецепторы, и непосредственно сами зубы порождает одна и та же эпителиальная ткань, которая формирует у рыб челюсти. Кроме этого у рыб были обнаружены также общие с другими животными гены, отвечающие за рост зубов.

По мнению ученых, это открытие поможет в будущем посредством нужных химических сигналов научить организм выращивать зубы заново и восстанавливать их даже в пожилом возрасте.

Напомним, ранее специалисты компании Reminova предложили восстанавливать зубы посредством электрических импульсов.

Российские ученые получили новое вещество для рентгенографии

Сотрудники Института геологии и минералогии им. Соболева совместно с учеными из Новосибирского государственного университета получили вещество, из которого можно изготавливать пластины для медицинской рентгенографии.

Авторы исследования изучали свойства фторидоборатов бария и обнаружили, что некоторые из изучаемых образцов меняют цвет с белого на темно-фиолетовый при воздействии рентгеновского излучения. «Эффект был обратимым. Образцы возвращались в исходное состояние, полежав на ярком свету», — объяснили ученые.

В современных детекторах рентгеновского излучения используются запоминающие пластины, которые работают по типу «оптической памяти»: при воздействии излучения они сохраняют изображение за счет накопления дефектов в структуре активного вещества. По мнению авторов исследования, новое соединение превосходит используемый аналог.

Ученые уже синтезировали поликристаллические образцы и монокристаллы фторидобората бария. Для того, чтобы получить тестовые образцы, необходимо смешать вещество с полимерами, а затем нанести полученную смесь тонким слоем на пластинку. Авторы исследования планируют подобрать добавку редкоземельного элемента, чтобы при сканировании изображение проявлялось в определенном диапазоне длин волн.

Магнитно-резонансная томография головного мозга

Магнитно-резонансная томография (МРТ) — метод диагностики головного мозга основанный на явлении ядерного магнитного резонанса. Метод основан на различии магнитных свойств тканей и разной насыщенности тканей водородом. Впервые МР-томография была проведена в 1973 году, с 1986 года для обозначения исследования вместо термина ядерно-магнитно-резонансная томография стал использоваться термин магнитно-резонансная томография. Метод основан на различии магнитных свойств тканей и разной насыщенности тканей водородом.

Метод позволяет наиболее информитивно изучить головной мозг человека, его структуру и своевременно выявить различную врожденную и приобретенную патологию: опухоли, абсцессы, кисты и др., позволяет подтвердить или уточнить диагноз. Иногда с целью улучшить визуализацию проводят магнитно-резонансную томографию с контрастированием.

Абсолютными противопоказаниями к проведению >МРТ головного мозга являются: установленный кардиостимулятор, имплантаты среднего уха, металлические имплантаты и осколки, аппараты Илизарова. Показаниями к проведению МРТ головного мозга считаются: черепно-мозговая травма, головокружения, головные боли, подозрение на инфекционное заболевание мозга, сосудистые заболевания, инсульт, повышение внутричерепного давления, заболевания гипофиза, подозрение на опухоль мозга и его оболочек или поражение пазух, глаз, орбит и носоглотки.

Для пациента проведение МРТ не требует особой подготовки, непосредственно перед самой процедурой исследования нужно снять все металлические предметы и украшения, а во время исследования сохранять неподвижность.

В настоящее время предоставление услуг по проведению МРТ головного мозга широко распространено, его можно провести в нескольких сотнях центров, например, в Москве МРТ головного мозга может провести центр МРТ диагностики «МРТ24″. Особенно удобно то, что медицинские центры МРТ24 работают круглосуточно. Все кабинеты сети оборудованы современными томографами и укомплектованы квалифицированными врачами-специалистами.