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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:
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