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Integrierte Medizinelektronik – Teil 3

Das AS7050-System im Einsatz

12. Juni 2023, 6:00 Uhr | Von Klaus Dembowski

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Fortsetzung des Artikels von Teil 1

EKG-Aufzeichnung

Für die Messung eines EKGs sind die Finger entsprechend des Bildes 15 zu positionieren und als Voreinstellung ist EVK: ECG 200 H, Gain 256 oder eine Kombination mit zusätzlicher PPG-Messung zu wählen.

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Die Messergebnisse (Bild 19) sind ernüchternd, denn die dargestellten Rohdaten (Raw Data) schwanken insbesondere bei der EKG-Messung sehr stark und bieten eine zu geringe Auflösung, um etwa einen QRS-Komplex zuverlässig erkennen zu können.

Auf jeden Fall sind Nacharbeiten in Form angepasster Registereinstellungen notwendig, was insbesondere Verstärkungs- und Filtereinstellungen betrifft. Trotz intensiver Beschäftigung mit den Einstellungsoptionen ist es uns aber nicht gelungen, verwertbare EKG-Kurven zu messen. Die Signale wirken alle verrauscht, und es sieht so aus, als wenn hier eine Referenzelektrode bzw. eine Masseverbindung fehlen würde. Aus den PPG-Signalen werden jedoch mitunter plausible Werte für HRM und S_pO₂ errechnet.

Ein Test mit externen Elektroden war uns aus Zeitgründen leider nicht möglich, denn der passende Steckverbinder war hierfür nicht rechtzeitig lieferbar. AMS Osram sollte dem Eval Kit zumindest den Picoblade-Stecker beilegen, besser wäre natürlich ein komplett mit Elektrodenanschlüssen konfektioniertes Kabel, denn es ist recht »fummelig«, die Verdrahtung herzustellen, und sie ist mechanisch zudem kaum belastbar. Die Anfertigung einer Adapterplatine mit Standardelektrodenanschlüssen ist deshalb eigentlich unabdingbar.

Grundsätzlich entspricht die EKG-Aufzeichnung mit den Fingerelektroden keiner Standardableitung – Einthoven, Goldberger, Wilson [1] –, sodass die Aussagekraft dieser Messung nur gering sein kann. Weil die Qualität der Elektroden und deren Positionierung sowie die Kabelverbindungen und die Kompensation von Störungen ausschlaggebende Faktoren für die Messergebnisse sind, gilt diese Einschränkung im Prinzip aber auch für die anderen getesteten Systeme.

Allein ein direkter Vergleich mit einem korrekt abgenommenem 12-Kanal-EKG an einer nennenswerten Anzahl von Probanden, das die Ableitsysteme nach Einthoven, Goldberger und Wilson kombiniert, sodass sowohl eine vertikale als auch horizontale Sichtachse zur Verfügung stehen, würde qualitative Aussagen zulassen.

Messung des Hautwiderstands

Der Hautwiderstand − genaugenommen die Impedanz der Haut – ist abhängig von der Hautbeschaffenheit, dem Blutfluss oder auch vom Schweiß und kann zusätzliche Aufschlüsse über die Befindlichkeit oder den Gesundheitszustand liefern. Die elektrische Hautaktivität wird als Electro-Dermal Activity (EDA) bezeichnet und ist ein medizinisches Fachgebiet in der Dermatologie.

Für die Messung des Hautwiderstandes (GSR, Galvanic Skin Resistance) wird eine Wechselspannung über eine Elektrode auf die Haut geleitet, und eine andere ist für die Messung der Impedanz notwendig. Das Prinzip gleicht demnach auf den ersten Blick der bioelektrischen Impedanzmessung (BIA, siehe Teil 2 [9]), allerdings geht es hier explizit um den Widerstand der Haut, der wesentlich hochohmiger ist als die Impedanz bei der BIA.

Weil beim Eval Kit keine Elektroden mitgeliefert werden, ist die Messung des Hautwiderstands laut AMS Osram stattdessen mithilfe eines Widerstandes – 10 kΩ bis 4,7 MΩ – durchzuführen, der am Steckverbinder X7 an den Anschlüssen 1 und 2 anzubringen ist. Auf diese Weise lässt sich aber lediglich die korrekte Funktionsweise der Signalverarbeitung überprüfen.

Über den GPIO Pin 1 des AS7050 wird eine modulierte Spannung vom integrierten D/A-Umsetzer als Stimuli ausgegeben, die maximal einen Strom von 500 µA zur Folge hat. Über den GPIO Pin 2 wird die daraus resultierende Spannung an einen integrierten EGC-Verstärker geleitet. Grundsätzlich können einige der GPIO-Pins des AS7050 als digitale E/As oder wie hier als analoge Signalleitungen eingesetzt werden, was in den Registereinstellungen festgelegt wird.

Der Autor

Klaus Dembowski

ist Entwicklungsingenieur für Low Power- und Energy Harvesting-Systeme. Er wurde 2011 und 2017 von der Redaktion der Elektronik für seine Fachaufsätze »Sensor-netze mit energiesparender Funktechnik« und »Funkelektroden zur Messung bioelektrischer Signale: EKG ohne Kabel« als »Autor des Jahres« ausgezeichnet. Sein Fachaufsatz »Raspberry Pi: Unterschätzte One Wire-Schnittstelle« war 2021 der meistgelesene Fachaufsatz auf elektroniknet.de.

dembowski@tuhh.de