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XIV

Medical

MEDICAL 16 -

APRILE 2018

riche elettrostatiche (ESD) secondo quanto previsto da

IEC61000-4-2. A questo punto è importante sottolineare

che il dispositivo deve essere in grado di rilevare quan-

do un elettrodo si è staccato dal corpo di un paziente,

anche quando si trova in modalità stand-by: ovviamente,

il livello di complessità è proporzionale al numero di

elettrodi richiesti.

Finora i progettisti di sistemi non hanno avuto la possibi-

lità di scegliere un singolo circuito integrato che permet-

tesse loro di conseguire gli obiettivi previsti. Alcuni inte-

grati offrono la possibilità di

utilizzare singoli canali per

l’EGC e la misura di BioZ

ma richiedono un circuito

esterno per rilevare i segnali

PACE e misurare l’interval-

lo R-R. Altri integrati, inve-

ce, sono in grado di rilevare

i segnali PACE e BioZ ma

richiedono l’uso di tre cop-

pie di elettrodi (canali) per

registrare una registrazione

accurata dell’EGC, oltre a

un circuito esterno aggiun-

tivo per la misura dell’inter-

vallo R-R.

Una soluzione integrate

Un circuito integrato di

nuova generazione in grado

di superare le limitazione

appena sopra delineate è

MAX30001, un AFE (Ana-

log Front End) a canale sin-

golo a bassissimo consumo

realizzato da Maxim. Que-

sto dispositivo, come visibile

in figura 3, richiede un ingresso fornito da una sola cop-

pia di elettrodi (ECGP, ECGN) per le misure del biopo-

tenziale e da un’altra coppia (BP, BN) per le misure di

BioZ. Esso inoltre integra le funzionalità richieste per il

rilevamento del segnale PACE e la misura dell’intervallo

R-R in un chip ospitato in package WLP (Wafer Level

Packaging) a 30 pin.

Nonostante queste funzionalità aggiuntive, MAX30001 è

caratterizzato da consumi di corrente nettamente inferio-

ri rispetto quelli di altre soluzioni disponibili. Con tutte

le funzioni abilitate, il consumo è pari a 232 μA (valore

tipico), che si riduce a soli 95 μA per la registrazione ECG

e la misura dell’intervallo R-R. Si tratta di un migliora-

mento pari a circa il 50% rispetto ad altre soluzioni, il cui

consumo (tipico) è di 450 μA se non addirittura superio-

re. Questa riduzione dei consumi in parte è imputabile

all’integrazione nel dispositivo MAX30001 dell’algoritmo

per il rilevamento della frequenza cardiaca, che permette

di eliminare il ricorso a un microprocessore di back-end

che può consumare fino a 100 μW per l’elaborazione dei

calcoli richiesti. In modalità stand-by il consumo è di soli

0,63 μW, garantendo nel contempo il rilevamento lead

on/off (ovvero che gli elettrodi siano collegati o meno

al paziente). MAX30001 è conforme sia allo standard

IEC60601-2-47 (che riguarda la sicurezza base e le presta-

zioni essenziali di un sistema

elettrocardiografico) sia allo

standard IEC61000-4-2 (rela-

tivo alle scariche ESD sui pin

di ingresso).

In questo articolo sono state

esaminati i concetti di biopo-

tenziale e di bioimpedenza e

descritto il loro utilizzo nel-

le apparecchiature medicali

portatili per effettuare misu-

re ECG, R-R, PACE e BioZ.

Inoltre sono stati analizzate

le contrastanti esigenze che

devono essere tenute in con-

siderazione nel corso dello

sviluppo di dispositivi medi-

cali indossabili – integrare il

maggior numero possibile di

funzionalità minimizzando

nel contempo i consumi e le

dimensioni nel rispetto delle

specifiche degli standard in

vigore in questo settore. L’A-

FE MAX30001 di Maxim per

la misura del biopotenziale e

della bioimpedenza è in gra-

do di soddisfare al meglio queste richieste integrando un

gran numero di funzionalità in un package di dimensioni

compatte a fronte di consumi di potenza minimi. Tra le

applicazioni tipiche di questo AFE si possono annovera-

re le seguenti: monitoraggio con singolo elettrodo per la

rilevazione di aritmie, cerotti wireless a singolo elettrodo

per il monitoraggio ambulatoriale/ospedaliero, cardio-

frequenzimetri con fascia toracica per applicazioni di fit-

ness, bioautenticazione e EGC “on demand”, monitor del-

la frequenza respiratoria e dell’idratazione e rilevamento

della frequenza cardiaca basata sull’impedenza.

Ulteriori informazioni sono disponibili all’indirizzo:

https://www.maximintegrated.com/en/products/analog/

data-converters/analog-front-end-ics/MAX30001.html

Glossario

ESD (Electrostatic discharge – scarica elettrostatica):

rilascio

di elettricità statica immagazzinata. Frequentemente si

tratta di una scarica potenzialmente dannosa del valore di

molte migliaia di Volt che si manifesta quando un dispositivo

elettronico entra in contatto con un corpo carico

AFE (Analog front-end):

la sezione analogica di un circuito

che precede lo stadio della conversione analogica/digitale

WLP (Wafer-Level Package):

tipo di package che consente

di collegare un circuito integrato a una scheda a circuito

stampato in configurazione “face-down”, ovvero con le

piazzole (pad) del chip connesse alle piazzole della scheda

PCB attraverso singole sferette di saldatura (solder ball)

ECG (Elettrocardiografia):

processo di registrazione

dell’attività elettrica del cuore in un certo intervallo di tempo

utilizzando elettrodi posti sulla pelle

IEC60601-2-47:

Requisiti a cui è necessario conformarsi per

garantire la sicurezza e le prestazioni essenziali dei sistemi

per elettrocardiografia

IEC61000-4-2:

test standard per l’immunità alle scariche

elettrostatiche