RU194365U1 - Ultrasonic handheld transducer for remote blood flow assessment - Google Patents
Ultrasonic handheld transducer for remote blood flow assessment Download PDFInfo
- Publication number
- RU194365U1 RU194365U1 RU2019129840U RU2019129840U RU194365U1 RU 194365 U1 RU194365 U1 RU 194365U1 RU 2019129840 U RU2019129840 U RU 2019129840U RU 2019129840 U RU2019129840 U RU 2019129840U RU 194365 U1 RU194365 U1 RU 194365U1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- input
- output
- ultrasonic
- blood flow
- signal
- Prior art date
Links
Images
Classifications
-
- A—HUMAN NECESSITIES
- A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
- A61B—DIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
- A61B5/00—Measuring for diagnostic purposes; Identification of persons
- A61B5/02—Detecting, measuring or recording pulse, heart rate, blood pressure or blood flow; Combined pulse/heart-rate/blood pressure determination; Evaluating a cardiovascular condition not otherwise provided for, e.g. using combinations of techniques provided for in this group with electrocardiography or electroauscultation; Heart catheters for measuring blood pressure
- A61B5/024—Detecting, measuring or recording pulse rate or heart rate
- A61B5/02438—Detecting, measuring or recording pulse rate or heart rate with portable devices, e.g. worn by the patient
-
- A—HUMAN NECESSITIES
- A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
- A61B—DIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
- A61B8/00—Diagnosis using ultrasonic, sonic or infrasonic waves
- A61B8/02—Measuring pulse or heart rate
Landscapes
- Health & Medical Sciences (AREA)
- Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
- Cardiology (AREA)
- General Health & Medical Sciences (AREA)
- Molecular Biology (AREA)
- Veterinary Medicine (AREA)
- Pathology (AREA)
- Public Health (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Biomedical Technology (AREA)
- Heart & Thoracic Surgery (AREA)
- Medical Informatics (AREA)
- Biophysics (AREA)
- Surgery (AREA)
- Animal Behavior & Ethology (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- Radiology & Medical Imaging (AREA)
- Nuclear Medicine, Radiotherapy & Molecular Imaging (AREA)
- Physiology (AREA)
- Ultra Sonic Daignosis Equipment (AREA)
Abstract
Полезная модель ультразвуковой портативный датчик для дистанционной оценки кровотока относится к устройствам медицинского назначения, в частности к ангиологии, и может быть использован для неинвазивного определения на основе доплеровского эффекта величины кровотока единичных сосудов микроциркуляторного русла с использованием телемедицинской технологии. Предлагаемое устройство позволяет расширить арсенал технических средств, применяемых в области ангиологии путем создания технического средства, обеспечивающего возможность оказания квалифицированной медицинской оценки параметров кровотока дистанционно - при нахождении пациента во внебольничных условиях, например дома. Достижение указанного технического результата обеспечивается благодаря тому, что в ультразвуковой портативный датчик для дистанционной оценки кровотока, состоящий из ультразвукового зонда, в состав которого входят излучающий и приемный пьезоэлементы, и неразделимо связанного с ним кабелем электронного блока, содержащего генератор ультразвуковой частоты, первый выход которого подключен через кабель к излучающему пьезоэлементу, а второй - к опорному входу смесителя, усилитель высоких частот, вход которого подсоединен через кабель к приемному пьезоэлементу, а выход подключен к сигнальному входу смесителя, выход которого подключен ко входу канала усиления сигнала доплеровской частоты, в электронный блок устройства введены аналогово-цифровой преобразователь (АЦП) и последовательно соединенные генератор случайных чисел, формирователь радиосигнала на прыгающих частотах, блок формирования сообщений и усилитель мощности с антенной, при этом второй выход генератора случайных чисел подключен к управляющему входу блока формирования сообщений, информационный вход которого подключен к выходу АЦП, вход которого соединен с выходом канала усиления доплеровского сигнала. 2 з.п ф-лы, 2 ил.A useful model of an ultrasonic portable sensor for remote blood flow assessment relates to medical devices, in particular to angiology, and can be used to non-invasively determine the blood flow of individual microvasculature using the telemedicine technology based on the Doppler effect. The proposed device allows you to expand the arsenal of technical tools used in the field of angiology by creating a technical tool that provides the ability to provide a qualified medical assessment of blood flow parameters remotely - when the patient is in community-acquired conditions, such as at home. This technical result is achieved due to the fact that the ultrasonic portable sensor for remote blood flow assessment, consisting of an ultrasound probe, which includes emitting and receiving piezoelectric elements, and an inseparably connected cable of an electronic unit containing an ultrasonic frequency generator, the first output of which is connected through the cable to the radiating piezoelectric element, and the second to the reference input of the mixer, the high-frequency amplifier, the input of which is connected through the cable to a small piezoelectric element, and the output is connected to the signal input of the mixer, the output of which is connected to the input of the Doppler frequency signal amplification channel, an analog-to-digital converter (ADC) and a random number generator, a shaper of a radio signal at jumping frequencies, a message generation unit and a power amplifier with an antenna, while the second output of the random number generator is connected to the control input of the message generation unit, the information input of which a connected to the ADC output, whose input is connected to the outlet channel gain of the Doppler signal. 2 C.p. f-ly, 2 ill.
Description
Полезная модель относится к медицине, в частности к ангиологии, и может быть использована для неинвазивного определения на основе доплеровского эффекта величины кровотока единичных сосудов микроциркуляторного русла (артериолы, венулы, капилляры и др.).The utility model relates to medicine, in particular to angiology, and can be used for non-invasively determining, based on the Doppler effect, the blood flow of individual vessels of the microvasculature (arterioles, venules, capillaries, etc.).
Использование ультразвуковой доплерографии является наиболее распространенным и удобным неинвазивным методом диагностики сердечнососудистых заболеваний, который позволяет выявить особенности регуляции кровотока. Приборы этого типа успешно применяются не только в ангионеврологии, но и в сосудистой хирургии (оперативная оценка атеротромботических заболеваний периферических сосудов), нейрохирургии, флебологии (оперативное исследование венозного и артериального кровотока) и других областях.The use of ultrasound dopplerography is the most common and convenient non-invasive method for the diagnosis of cardiovascular diseases, which allows you to identify features of the regulation of blood flow. Devices of this type are successfully used not only in angioneurology, but also in vascular surgery (rapid assessment of atherothrombotic diseases of peripheral vessels), neurosurgery, phlebology (surgical investigation of venous and arterial blood flow) and other areas.
Известен аппаратный комплекс "VASCULAB SP25A", описанный в статье "Сопоставление данных ультразвуковой доплерографии подкожных вен нижних конечностей и клинических проявлений варикозной болезни", Визуализация в клинике, 1996, N 9, с. 30-35). Для исследования гемодинамики подкожных сосудов в этом комплексе используется ультразвуковой датчик с рабочей частотой 8 МГц, работающий в непрерывно-волновом доплеровском режиме. Недостатком этого прибора является, в частности, сравнительно низкая частота несущей, не позволяющая исследовать сосуды с большой глубиной залегания.The well-known hardware complex "VASCULAB SP25A" described in the article "Comparison of the data of ultrasound dopplerography of the saphenous veins of the lower extremities and the clinical manifestations of varicose veins", Visualization in the clinic, 1996,
Более высокую рабочую частоту (20 МГц) имеет датчик ультразвукового доплеровского индикатора кровотока по свидетельству на полезную модель РФ N 4074, МПК A61F 9/00, содержащий датчик с приемным и излучающим пьезоэлементами, причем последний соединен с генератором, а приемный пьезоэлемент, усилитель высокой частоты, смеситель, усилитель низкой частоты соединены последовательно и вместе с генератором расположены в корпусе датчика, в который введен дополнительный канал, состоящий из фильтра низкой частоты, усилителя низкой частоты и фазовращателя. Сигнал с двух каналов поступает на вход стандартной звуковой платы, где происходит преобразование аналогового сигнала в цифровой. Настройкой фазовращателя добиваются четкого изображения доплерограммы и по ней осуществляют оценку кровотока.The ultrasonic Doppler blood flow indicator has a higher working frequency (20 MHz) according to the certificate for utility model RF N 4074, IPC A61F 9/00, which contains a sensor with receiving and emitting piezoelectric elements, the latter being connected to the generator, and the receiving piezoelectric element, high-frequency amplifier , a mixer, a low-frequency amplifier are connected in series and together with the generator are located in the sensor housing, into which an additional channel is introduced, consisting of a low-pass filter, a low-frequency amplifier and a phase shifter I. The signal from two channels is fed to the input of a standard sound card, where the analog signal is converted to digital. By setting the phase shifter, a clear image of the dopplerogram is achieved and the blood flow is estimated from it.
Недостатками этого индикатора кровотока является сложность настройки фазовращателя, низкие чувствительность и помехоустойчивость устройства с точки зрения возможностей селекции составляющих доплеровского сигнала, соответствующих различным сосудам микроциркуляторного русла.The disadvantages of this blood flow indicator are the difficulty of adjusting the phase shifter, low sensitivity and noise immunity of the device in terms of the possibility of selection of the components of the Doppler signal corresponding to various vessels of the microvasculature.
На улучшение указанных показателей эффективности направлено изобретение по патенту RU №2152173, А61В 8/06 "Ультразвуковой доплеровский индикатор кровотока". Указанный индикатор содержит датчик и персональный компьютер (ПК). В состав датчика входят ультразвуковая головка и электронный (преобразовательно-усилительный) блок. В ультразвуковой головке размещены излучающий и приемный пьезоэлементы. На плате преобразовательно-усилительного устройства смонтированы усилитель высокой частоты (УВЧ), генератор опорной (рабочей) частоты, смесители, линия задержки, усилители промежуточной частоты (каскад предварительной обработки сигналов), двухканальный усилитель и стабилизаторы напряжения питания. Датчик с помощью съемного кабеля через коммутирующее устройство соединен со входом звуковой платы, размещенной в ПК. Звуковая плата связана с платой программного обеспечения (ПО) ПК, а также с устройствами звукового контроля (например, акустическими колонками) и монитором, входящим в состав ПК. ПО входит программа подавления шумов. Ввод и управление цифровой обработкой информация в ПК осуществляется с помощью клавиатуры, мыши и т.п..The invention of Patent RU No. 2152173, A61B 8/06 "Ultrasonic Doppler blood flow indicator" is aimed at improving these performance indicators. The indicated indicator contains a sensor and a personal computer (PC). The sensor includes an ultrasonic head and an electronic (conversion-amplifying) unit. The ultrasonic head is placed emitting and receiving piezoelectric elements. A high-frequency amplifier (UHF), a reference (working) frequency generator, mixers, a delay line, intermediate-frequency amplifiers (cascade of signal preprocessing), a two-channel amplifier, and voltage regulators are mounted on the converter-amplifier device board. The sensor using a removable cable through a switching device is connected to the input of the sound card located in the PC. The sound card is connected to the PC software card (PC), as well as to sound control devices (for example, speakers) and the monitor included with the PC. The software includes a noise reduction program. Input and control of digital processing of information in a PC is carried out using the keyboard, mouse, etc.
Ультразвуковую головку с предварительно нанесенной на нее гелевой пастой устанавливают на кожу пациента в диагностируемое место. Генератор опорной (ультразвуковой) частоты вырабатывает синусоидальное напряжение частотой 25 МГц, поступающее на излучающий пьезоэлемент и смеситель. Излучающий пьезоэлемент преобразует электрический сигнал в акустическую волну, которая распространяется по телу пациента, отражаясь от кровотока. При этом происходит доплеровский сдвиг частоты. Приемный пьезоэлемент преобразует акустическую волну с доплеровским сдвигом в электрический сигнал, который усиливается в УВЧ и поступает на смеситель. Далее сигналы поступают в каскад предварительной обработки сигнала, входные цепи которых являются одновременно фильтрами низких частот, соответствующих звуковому диапазону частот. Затем сигналы поступают во входные цепи магистрального усилителя, в которых они дополнительно отфильтровываются. Таким образом, доплеровский сигнал звукового диапазона фильтруется и усиливается до величины, делающей возможным его преобразование из аналога в цифру в аналогово-цифровом преобразователе (АЦП), расположенном на звуковой плате в ПК. После обработки в соответствии с заданным ПО и обратного (цифро-аналогового) преобразования сигнал поступает на динамики (наушники) и выводится на монитор ПК.An ultrasound head with pre-applied gel paste is placed on the patient’s skin in a diagnosed place. The reference (ultrasonic) frequency generator generates a sinusoidal voltage of 25 MHz, supplied to the emitting piezoelectric element and mixer. An emitting piezoelectric element converts an electrical signal into an acoustic wave, which propagates through the patient's body, reflected from the bloodstream. In this case, a Doppler frequency shift occurs. A receiving piezoelectric element converts an acoustic wave with a Doppler shift into an electrical signal, which is amplified in the UHF and fed to the mixer. Further, the signals enter the signal preprocessing stage, the input circuits of which are simultaneously low-pass filters corresponding to the sound frequency range. Then the signals enter the input circuit of the main amplifier, in which they are additionally filtered out. Thus, the Doppler signal of the sound range is filtered and amplified to a value that makes it possible to convert it from analog to digital in an analog-to-digital converter (ADC) located on the sound card in a PC. After processing in accordance with the specified software and reverse (digital-to-analog) conversion, the signal is fed to the speakers (headphones) and displayed on a PC monitor.
Описанное выше изобретение использовано в опытном образце, изготовленном и испытанном на предприятии "МИНИМАКС" в г. Санкт-Петербург.The invention described above was used in a prototype manufactured and tested at the MINIMAX enterprise in St. Petersburg.
Наиболее близким серийным аналогом этого прибора является "Индикатор ультразвуковой доплеровский оперативной диагностики скорости кровотока "МИНИДОП", ТУ 9442-005-17201375-2003, компания "BIOSS", г. Зеленоград. При создании этого медицинского прибора основной акцент делался на его портативность и удобство практического применения, не требующего подключения к ПК.The closest serial analogue of this device is the MINIDOP Ultrasonic Doppler Diagnostic Operative Diagnostic Tool for Blood Flow Velocity, TU 9442-005-17201375-2003, BIOSS Company, Zelenograd. The main focus of this medical device was its portability and convenience practical application that does not require a PC connection.
Действительно, данный "Индикатор" является одним из немногих приборов этого типа, представленных на отечественном рынке медтехники, имеющий столь малые габаритные размеры (100×64×25 мм) и массу - не более 170 грамм (с источником питания). Как указано в "Руководстве по эксплуатации" (МДИО 3.950.000.000 РЭ), он предназначен для применения в стационарных условиях медицинских учреждений, а также в "скорой помощи", (www.medrk.ru).Indeed, this “Indicator” is one of the few devices of this type on the domestic medical equipment market that has such small overall dimensions (100 × 64 × 25 mm) and a mass of not more than 170 grams (with a power source). As indicated in the "Operation Manual" (MDIO 3.950.000.000 OM), it is intended for use in stationary conditions of medical institutions, as well as in "ambulance", (www.medrk.ru).
Использование данного устройства в домашних условиях не представляется возможным, поскольку единственным средством индикации результата измерений скорости кровотока является тональность звукового сигнала в наушниках, что, во-первых, существенно ограничивает его функциональные возможности, а, во-вторых, требует значительных навыков и опыта для интерпретации результатов, доступных лишь медицинским специалистам в этой области (Лелюк В.Г., Лелюк С.Э. "Основы клинической интерпретации данных ультразвуковых ангиологических исследований", учеб.-метод. пособие, М., 2005. 38 с., "Ультразвуковая диагностика в абдоминальной и сосудистой хирургии", под ред. Г.И. Кунцевич. - Мн., 1999, 256 с). Эта своего рода плата за упрощение прибора является его существенным недостатком, ограничивающим возможность применения в ряде важных и актуальных областей, в первую очередь в сфере телемедицины.The use of this device at home is not possible, since the only means of indicating the result of blood flow velocity measurements is the tone of the sound signal in the headphones, which, firstly, significantly limits its functionality, and, secondly, requires significant skills and experience for interpretation results available only to medical specialists in this field (Lelyuk V.G., Lelyuk S.E. "Fundamentals of clinical interpretation of data from ultrasound angiological studies", . Cheb. method manual, Moscow, 2005. 38, "Ultrasound diagnosis in abdominal and vascular surgery", ed GI Kuntcevich -... MN, 1999, 256).. This kind of payment for simplifying the device is its significant drawback, limiting the possibility of application in a number of important and relevant fields, primarily in the field of telemedicine.
Как известно, в январе 2018 года вступил в силу Федеральный закон от 29 июля 2017 г. N 242-ФЗ "О внесении изменений в отдельные законодательные акты Российской Федерации по вопросам применения информационных технологий в сфере охраны здоровья" (далее - закон о телемедицине). Согласно этому документу, в правовое поле введено понятие телемедицинских технологий и разрешены удаленные консультации пациента с врачом (фельдшером).As you know, in January 2018, Federal Law of July 29, 2017 N 242-ФЗ "On Amending Certain Legislative Acts of the Russian Federation on the Use of Information Technologies in the Field of Health Care" entered into force (hereinafter - the Law on Telemedicine). According to this document, the concept of telemedicine technologies is introduced in the legal field and remote consultations of the patient with a doctor (paramedic) are allowed.
С 1 сентября 2018 г. введен в действие новый национальный стандарт ГОСТ Р 57757-2017 "Дистанционная оценка параметров функций, жизненно важным для жизнедеятельности человека" - по существу, первый нормативный акт в области телемедицины. В указанном стандарте содержатся общие требования к технологиям дистанционного получения и обработки информации, ее передачи и оценки врачом (фельдшером) с целью повышения доступности и качества медицинской помощи, в первую очередь, для людей, проживающих на больших, слабонаселенных территориях, для маломобильных групп населения, пожилых, лиц с инвалидностью, вследствие патологии внутренних органов и людей с нарушением зрения.On September 1, 2018, a new national standard GOST R 57757-2017 “Remote assessment of the parameters of functions vital to human life” was put into effect - in fact, the first regulatory act in the field of telemedicine. The specified standard contains general requirements for technologies for the remote acquisition and processing of information, its transmission and evaluation by a doctor (paramedic) in order to increase the availability and quality of medical care, primarily for people living in large, sparsely populated areas, for people with limited mobility, elderly, persons with disabilities due to pathology of internal organs and people with visual impairment.
В соответствии с п. 5.2.1 указанного стандарта, на этапе фиксации жизненно важных параметров человека, к которым относятся и характеристики кровотока, в состав измерительных приборов должны входить устройства-приложения к смартфонам и компьютерам, обеспечивающие регистрацию и последующую дистанционную оценку этих параметров врачом.In accordance with clause 5.2.1 of this standard, at the stage of fixing vital parameters of a person, which include blood flow characteristics, the composition of measuring devices should include application devices for smartphones and computers that provide registration and subsequent remote assessment of these parameters by a doctor.
Описанный выше ультразвуковой доплеровский индикатор «МИНИДОП», такими возможностями не обладает. Поэтому в качестве ближайшего аналога настоящей полезной модели выбран описанный выше ультразвуковой доплеровский датчик, входящий в состав ультразвукового доплеровского индикатора по патенту RU №2152173. Недостатком этого устройства является то, что он не может играть роль приложения к смартфону, поскольку не содержит средств формирования цифровых сообщений, которые могли бы восприниматься смартфоном и передаваться им в удаленный центр для последующего анализа медицинским специалистом, как этого требует вышеупомянутый ГОСТ Р 57757-2017.The MINIDOP ultrasonic Doppler indicator described above does not have such capabilities. Therefore, the ultrasonic Doppler sensor described above, which is part of the ultrasonic Doppler indicator according to patent RU No. 2152173, is selected as the closest analogue of this utility model. The disadvantage of this device is that it cannot play the role of an application to a smartphone, since it does not contain the means of generating digital messages that could be perceived by the smartphone and transmitted to them in a remote center for subsequent analysis by a medical specialist, as required by the aforementioned GOST R 57757-2017 .
Таким образом, технической проблемой, на решение которой направлено предлагаемое техническое решение, является отсутствие в существующем арсенале технических средств медицинского назначения портативного ультразвукового доплеровского датчика, позволяющего обеспечить возможность квалифицированной медицинской оценки параметров кровотока дистанционно - при нахождении пациента во внебольничных условиях, например, дома.Thus, the technical problem to be solved by the proposed technical solution is the lack of a portable ultrasonic Doppler sensor in the existing arsenal of medical equipment that allows for the possibility of a qualified medical assessment of blood flow parameters remotely when the patient is in community-acquired conditions, for example, at home.
Решение этой проблемы и является технической задачей предлагаемой полезной модели, заключающейся, соответственно, в расширении арсенала технических средств телемедицины в части ангиологии.The solution to this problem is the technical task of the proposed utility model, which consists, accordingly, in expanding the arsenal of technical means of telemedicine in terms of angiology.
Ожидаемым техническим результатом является реализация этого назначения.The expected technical result is the implementation of this purpose.
Достижение указанного технического результата обеспечивается благодаря тому, что в ультразвуковой портативный датчик для дистанционной оценки кровотока, состоящий из ультразвукового зонда, в состав которого входят излучающий и приемный пьезоэлементы и неразделимо связанного с ним кабелем электронного блока, содержащего генератор ультразвуковой частоты, первый выход которого подключен через кабель к излучающему пьезоэлементу, а второй - к опорному входу смесителя, УВЧ, вход которого подсоединен через кабель к приемному пьезоэлементу, а выход подключен к сигнальному входу смесителя, выход которого подключен ко входу канала усиления сигнала доплеровской частоты, отличающийся тем, что в его электронный блок введены АЦП и последовательно соединенные генератор случайных чисел, формирователь радиосигнала на прыгающих частотах, блок формирования сообщений и усилитель мощности с антенной, при этом второй выход генератора случайных чисел подключен к управляющему входу блока формирования сообщений, информационный вход которого подключен к выходу АЦП, вход которого соединен с выходом канала усиления доплеровского сигнала.This technical result is achieved due to the fact that the ultrasonic portable sensor for remote blood flow assessment, consisting of an ultrasonic probe, which includes emitting and receiving piezoelectric elements and an inseparably connected cable of an electronic unit containing an ultrasonic frequency generator, the first output of which is connected through a cable to the radiating piezoelectric element, and the second to the reference input of the mixer, UHF, the input of which is connected through a cable to the receiving piezoelectric element and the output is connected to the signal input of the mixer, the output of which is connected to the input of the Doppler frequency signal amplification channel, characterized in that an ADC and a series-connected random number generator, a shaper of the radio signal at jumping frequencies, a message generation unit and a power amplifier with an antenna, while the second output of the random number generator is connected to the control input of the message generation unit, the information input of which is connected to the output of the ADC, the input of which is connected ene yield a channel gain of the Doppler signal.
В предпочтительном варианте исполнения ультразвукового портативного датчика входящая в состав его электронного блока цепь, состоящая из последовательно соединенных генератора случайных чисел, формирователя радиосигнала на прыгающих частотах, блока формирования сообщений и усилителя мощности может быть выполнена в виде интерфейсного аудио-модуля Bluetooth 4.0 BLE.In a preferred embodiment of the ultrasonic portable sensor, the circuit included in its electronic unit, consisting of a random number generator, a shaper of a radio signal at jumping frequencies, a message generation unit and a power amplifier, can be implemented as a Bluetooth 4.0 BLE audio interface module.
В другом предпочтительном варианте исполнения ультразвукового портативного датчика цепь, состоящая из последовательно соединенных генератора случайных чисел, формирователя радиосигнала на прыгающих частотах, блока формирования сообщений и усилителя мощности может быть выполнена в виде хоппинг-модуля "малой дальности действия" диапазона 433 или 868 МГц.In another preferred embodiment of the ultrasonic portable sensor, a circuit consisting of a random number generator, a shaper of a radio signal at jumping frequencies, a message generation unit and a power amplifier can be made in the form of a short-range hopping module in the range 433 or 868 MHz.
Сущность полезной модели поясняется на фиг. 1 и фиг. 2.The essence of the utility model is illustrated in FIG. 1 and FIG. 2.
На фиг. 1 приведена структурная схема рассматриваемого ультразвукового портативного датчика.In FIG. 1 is a structural diagram of the ultrasonic portable sensor under consideration.
На фиг. 2 показана фотография опытного образца предлагаемого ультразвукового портативного датчика.In FIG. 2 shows a photograph of a prototype of the proposed ultrasonic portable sensor.
На представленных выше рисунках использованы следующие обозначения: 1 - ультразвуковой зонд; 2 - кабель; 3 - электронный блок; 4 - генератор ультразвуковой частоты; 5 - излучающий пьезоэлемент; 6 смеситель; 7 - приемный пьезоэлемент; 8 - УВЧ; 9 - канал усиления доплеровского сигнала; 10 - АЦП; 11 - формирователь радиосигнала на прыгающих частотах; 12 - генератор случайных чисел; 13 - блок формирования сообщений; 15 - антенна.In the above figures, the following notation is used: 1 - ultrasonic probe; 2 - cable; 3 - electronic unit; 4 - generator of ultrasonic frequency; 5 - radiating piezoelectric element; 6 mixer; 7 - receiving piezoelectric element; 8 - UHF; 9 - channel amplification of the Doppler signal; 10 - ADC; 11 - shaper radio signal at jumping frequencies; 12 - random number generator; 13 - block forming messages; 15 - antenna.
Рассматриваемый ультразвуковой портативный датчик для дистанционной оценки кровотока состоит (фиг. 1) из ультразвукового зонда 1, в состав которого входят излучающий 5 и приемный 7 пьезоэлементы, и неразделимо связанного с ним кабелем 2 электронного блока 3, содержащего генератор 4 ультразвуковой частоты, первый выход которого подключен через кабель 2 к излучающему пьезоэлементу 5, а второй - к опорному входу смесителя 6, УВЧ 8, вход которого подсоединен через кабель 2 к приемному пьезоэлементу 7, а выход подключен к сигнальному входу смесителя 6, выход которого подключен ко входу канала 9 усиления сигнала доплеровской частоты, выход которого через АЦП 10 и цепь, состоящую из последовательно соединенных генератора 12 случайных чисел, формирователя 11 радиосигнала на прыгающих частотах, блока 13 формирования сообщений и усилителя 14 мощности подключен к антенне 15. При этом второй выход генератора 12 случайных чисел подключен к управляющему входу блока 13 формирования сообщений, информационный вход которого подключен к выходу АЦП 10, вход которого соединен с выходом канала 9 усиления доплеровского сигнала.The considered ultrasonic portable sensor for remote blood flow assessment consists (Fig. 1) of an ultrasonic probe 1, which includes emitting 5 and receiving 7 piezoelectric elements, and an inseparably connected cable 2 of an electronic unit 3 containing an ultrasonic frequency generator 4, the first output of which connected via cable 2 to the emitting piezoelectric element 5, and the second to the reference input of the
Опытный образец рассматриваемого датчика (фиг. 2) реализован на предприятии-заявителе с использованием элементов, входящих в состав "Индикатора ультразвукового доплеровского оперативной диагностики скорости кровотока "МИНИДОП", ТУ 9442-005-17201375-2003: электронный блок МДИО 3.950.000.0001 с ультразвуковым зондом на частоту 8 МГц (исполнение 3) и кабелем длиной 80 см.A prototype of the sensor under consideration (Fig. 2) was implemented at the applicant enterprise using the elements included in the “MINIDOP” Ultrasound Doppler Diagnostic Diagnostic Diagnostic for Blood Flow Velocity TU 9442-005-17201375-2003: MDIO 3.950.000.0001 electronic unit with ultrasound probe at a frequency of 8 MHz (version 3) and a cable 80 cm long.
Роль цепи "генератор 12 случайных чисел - формирователь 11 радиосигнала на прыгающих частотах - блок 13 формирования сообщений - усилитель 14 мощности", показанной на фиг. 2, выполняет в этом образце интерфейсный аудио-модуль Bluetooth 4.0 BLE на микросборке CSR8630 (arduino.ua). Данный модуль совместим с большинством современных смартфонов и обеспечивает высокое качество воспроизведения сигнала в звуковом диапазоне.The role of the chain is “random number generator 12 — transmitter of the radio signal at the jumping frequencies —
Роль цепи, показанной на фиг. 2, может выполнять также хоппинг-модуль "малой дальности действия" на интегральной схеме (ИС) трансивера SX1272 компании Semtech Corporation, использующей диапазон 860-1050 МГц и технологию LoRa. Указанный трансивер хотя и относится, в соответствии с Решением Государственной комиссии по радиочастотам от 7 мая 2007 г. №07-20-03-001 (приложение 10) к устройствам «малого радиуса действия», обладает дальностью действия до 15 км, что позволяет обслуживать с помощью предлагаемого медицинского устройства значительные территории, обеспечивая выход в сеть "Интернет вещей" (icquest.ru/news). Отличительными особенностями этой ИС являются: чрезвычайно низкая потребляемая мощность, высокая чувствительность, широкий диапазон измерения и регулирования уровня мощности принимаемого сигнала, возможность работы без ухудшения параметров при низком (до 1,8 В) напряжении питания, применение хоппинг-технологии Frequency Hopping ("прыгания по частотам") и эффективное использование с помощью техники LBT ("прослушивания эфира перед передачей") ограниченного частотного диапазона без коллизий при множественном доступе и эффекта "замирания" сигналов из-за интерференции.The role of the chain shown in FIG. 2, can also perform a "short range" hopping module on the integrated circuit (IC) of the Semtech Corporation SX1272 transceiver using the 860-1050 MHz band and LoRa technology. The indicated transceiver, although it relates, in accordance with the Decision of the State Commission on Radio Frequencies of May 7, 2007 No. 07-20-03-001 (Appendix 10) to devices of "short range", has a range of up to 15 km, which allows servicing using the proposed medical device, significant territories, providing access to the Internet of Things network (icquest.ru/news). Distinctive features of this IC are: extremely low power consumption, high sensitivity, a wide range of measurement and regulation of the received signal power level, the ability to work without degradation at low (up to 1.8 V) supply voltage, the use of frequency hopping technology ("jumping in frequencies ") and effective use of the limited frequency range without collisions in multiple access and the effect of" fading "of signals and using the LBT (" listening to the air before transmission ") technique due to interference.
Таким образом, возможность практической реализации и дальнейшего расширения сферы практического применения предлагаемой полезной модели не вызывает сомнений.Thus, the possibility of practical implementation and further expansion of the scope of practical application of the proposed utility model is not in doubt.
Рассматриваемый ультразвуковой портативный датчик для дистанционной оценки кровотока работает следующим образом.The considered ultrasonic portable sensor for remote assessment of blood flow works as follows.
Ультразвуковой зонд 1, неразделимо связанный кабелем 2 с малогабаритным переносным электронным блоком 3, устанавливают на нужное место тела пациента. Генератор 4 ультразвуковой частоты вырабатывает синусоидальное напряжение выбранной частоты в мегагерцовом диапазоне частот, подаваемое на излучающий пьезоэлемент 5 и смеситель 6. Излучающий пьезоэлемент 5 преобразует электрический сигнал в акустическую волну, которая распространяется по телу пациента, отражаясь от движущегося по сосуду потока крови. При отражении от кровотока происходит доплеровский сдвиг частоты. Скорость движения крови в сосуде V связана с доплеровским сдвигом ΔF известным соотношениемAn ultrasonic probe 1, inseparably connected by a cable 2 with a small-sized portable electronic unit 3, is installed in the right place on the patient's body. The ultrasonic frequency generator 4 generates a sinusoidal voltage of the selected frequency in the megahertz frequency range, supplied to the emitting piezoelectric element 5 and
V=ΔF×C/2f×cosa,V = ΔF × C / 2f × cosa,
где C - скорость ультразвука в теле человека (принимается равной 1540 м/с);where C is the speed of ultrasound in the human body (taken equal to 1540 m / s);
f - частота ультразвуковых колебаний (обычно от 2 до 25 МГц);f is the frequency of ultrasonic vibrations (usually from 2 to 25 MHz);
а - угол между осью зонда и направлением кровотока.and - the angle between the axis of the probe and the direction of blood flow.
Приемный пьезоэлемент 7 преобразует принятую акустическую волну с доплеровским сдвигом в электрический сигнал, который усиливается в УВЧ 8 и поступает на сигнальный вход смесителя 6. Выделенная смесителем 6 доплеровская составляющая (доплеровский сигнал) поступает в канал 9 усиления доплеровского сигнала. Сигнал усиливается в нем до величины, необходимой для преобразования аналогового сигнала в цифровой. Усиленный низкочастотный доплеровский сигнал поступает на вход аналогово-цифрового преобразователя (АЦП) 10. Следует отметить, что в ближайшем аналоге АЦП входит в состав звуковой платы, являющейся принадлежностью ПК. В рассматриваемой же полезной модели АЦП 10 установлен внутри электронного блока 3.The receiving piezoelectric element 7 converts the received acoustic wave with a Doppler shift into an electric signal, which is amplified in the UHF 8 and fed to the signal input of the
Как отмечалось выше, для достижения необходимой дальности связи и помехоустойчивости в предлагаемом устройстве использовав широко применяемая в современных системах подвижной связи технология скачкообразного изменения несущей частоты (FHSS - Frequency Hop Spread Spectrum), в частности, ее разновидность, известная как хоппинг-технология. На ряд методов и систем, использующих хоппинг сигналы (в сфере тревожной сигнализации), предприятием-заявителем ранее получены патенты на изобретения (RU №2351066, G08B 25/10, G08B 29/00, RU №2351066, G08G 1/123, Н04В 14/04, RU №2342264, B60R 25/00 и др.). Перенос кодового информационного сообщения на несущие частоты хоппинг-сигнала и излучение его в эфир осуществляются следующим образом.As noted above, in order to achieve the required communication range and noise immunity in the proposed device, using the carrier frequency jump technology (FHSS - Frequency Hop Spread Spectrum), widely used in modern mobile communication systems, in particular, its variant known as hopping technology. The applicant company has previously obtained patents for inventions for a number of methods and systems using hopping signals (in the field of alarm) (RU No. 2351066, G08B 25/10, G08B 29/00, RU No. 2351066, G08G 1/123,
Полученная с выхода АЦП 10 команда активации запускает генератор 11 случайных чисел, который формирует двоичный М-разрядный код Z случайного равномерно распределенного числа. Генератор 11 случайных чисел подает код Z в формирователь 12 радиосигнала на прыгающих частотах. То есть, на указанный формирователь поступает код Z в пределах от 0 до (2M-1). По этому коду формирователь 12 радиосигнала на прыгающих частотах формирует частоту Fm, значение которой можно определить по формуле (1)The activation command received from the output of the
где F0 - минимальная частота (при Z=0);where F 0 is the minimum frequency (at Z = 0);
ΔF - шаг сетки частот.ΔF is the step of the frequency grid.
При этом для максимального значения Fm max частоты Fm справедлива формула (2)Moreover, for the maximum value of F m max frequency F m the following formula is valid (2)
Сформированная частота Fm, поступает на первый вход блока 13 формирования сообщений. В этом блоке последовательно формируются разряды:The generated frequency F m , is fed to the first input of
- МАРКЕРА, состоящего из строго определенного для данной системы числа Р логических единиц и одного логического нуля. МАРКЕР используется для определения числа Z в хоппинг-сообщении;- MARKER, consisting of the number P of logical units strictly defined for a given system and one logical zero. MARKER is used to determine the number Z in a hop message;
- АДРЕСА, определяющего идентификационный код ультразвукового портативного датчика;- ADDRESS identifying the identification code of the ultrasonic portable sensor;
- ИНФОРМАЦИИ, определяющей информационную часть хоппинг-сообщения;- INFORMATION defining the informational part of the hoping message;
- КОНТРОЛЬНОЙ СУММЫ, предназначенной для подтверждения правильности принятого хоппинг-сообщения.- CONTROL AMOUNT designed to confirm the correctness of the received hopping message.
КОНТРОЛЬНАЯ СУММА однозначно подсчитывается в зависимости от сформированных кодов АДРЕСА и ИНФОРМАЦИИ. Информацией являются кодированные сообщения, формируемые из доплеровских сигналов, выделяемых в электронном блоке 3. Указанные кодированные сообщения поступают на второй вход блока 13 формирования сообщений, на первый вход которого подается сигнал несущей частоты с выхода формирователя 11 радиосигнала на прыгающих частотах. Поступающий с выхода блока 13 формирования сообщений высокочастотный сигнал, несущий хоппинг-сообщение, усиливается в усилителе 14 мощности и через антенну 15 излучается в радиоэфир. В зависимости от сценария применения предлагаемого ультразвукового портативного датчика в территориально распределенной телемедицинской системе по ГОСТ Р Р 57757-2017, частотный диапазон радиосигнала на прыгающих частотах и дальность его действия могут отличаться. Так, при использовании для приема смартфона частотный диапазон, разбитый на несколько десятков частотных каналов, составляет, как правило, 2,402-2480 ГГц, выделенные для Bluetooth-радиосвязи. Полоса каждого канала - 1 МГц, разнос каналов - 140-175 кГц. Информация передается в пакетном виде. При этом используется частотная манипуляция. Скорость передачи пакетной информации составляет порядка 721 Кбит/с. Мощность излучаемого сигнала во всех встроенных микрочипах Bluetooth не превышает 1-10 мВт, что обеспечивает дальность связи от 10 до 100 м. Соответственно, связь датчика со смартфоном обеспечивается в основном внутри помещений. Если в нем есть хотя бы одна или несколько точек доступа сети Wi-Fi, то может быть обеспечена передача полученной медицинской информации через сеть Интернет в облачные хранилища данных для использования этой информации медицинскими специалистами.CONTROL AMOUNT is unambiguously calculated depending on the generated ADDRESS and INFORMATION codes. The information is encoded messages generated from Doppler signals emitted in the electronic unit 3. These encoded messages are received at the second input of the
При использовании рассматриваемого ультразвукового портативного датчика с радиосетью устройств "малого радиуса действия", работающих в соответствии с вышеупомянутым Решением Государственной комиссии по радиочастотам от 7 мая 2007 г. №07-20-03-001 в диапазонах 433 МГц (приложение 1) или 868 МГц (приложение 10), дальность действия рассматриваемых датчиков может достигать единиц километров, что позволяет использовать их для прямого обмена медицинскими данными через сеть Интернет с облачными хранилищами и центрами контроля за состоянием здоровья пациентов даже при отсутствии поблизости точек доступа сети Wi-Fi. Этот вариант применения изделий медицинского назначения был описан предприятием-заявителем ранее в патенте на полезную модель RU №189998 "Домашний телемедицинский хаб".When using the ultrasonic portable sensor in question with a radio network of short-range devices operating in accordance with the aforementioned Decision of the State Radio Frequency Commission dated May 7, 2007 No. 07-20-03-001 in the ranges 433 MHz (Appendix 1) or 868 MHz (Appendix 10), the range of the sensors in question can reach several kilometers, which allows them to be used for direct exchange of medical data via the Internet with cloud storage and centers for monitoring the health status of the patient ENTOV even in the absence of nearby network access points Wi-Fi. This use case for medical devices was described by the applicant company earlier in the patent for utility model RU No. 189998 "Home telemedicine hub".
Таким образом, совокупность общих с ближайшими аналогов и отличительных существенных признаков предлагаемой полезной модели позволяет получить ожидаемый технический результат, заключающийся в реализации функции назначения предлагаемого устройства - расширении арсенала технических средств медицинского назначения в области ангиологии путем включения в него портативного доплеровского датчика, позволяющего обеспечить возможность квалифицированной медицинской оценки у пациента параметров кровотока дистанционно - при нахождении пациента во внебольничных условиях, например, дома.Thus, the combination of common and the closest analogues and distinctive essential features of the proposed utility model allows to obtain the expected technical result, which consists in implementing the function of the proposed device - expanding the arsenal of medical equipment in the field of angiology by including a portable Doppler sensor in it, which allows qualified medical evaluation of the patient’s blood flow parameters remotely - when finding pats Inpatient conditions, such as at home.
Claims (3)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2019129840U RU194365U1 (en) | 2019-09-23 | 2019-09-23 | Ultrasonic handheld transducer for remote blood flow assessment |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2019129840U RU194365U1 (en) | 2019-09-23 | 2019-09-23 | Ultrasonic handheld transducer for remote blood flow assessment |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU194365U1 true RU194365U1 (en) | 2019-12-06 |
Family
ID=68834596
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2019129840U RU194365U1 (en) | 2019-09-23 | 2019-09-23 | Ultrasonic handheld transducer for remote blood flow assessment |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU194365U1 (en) |
Citations (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
FR2498921A1 (en) * | 1981-02-05 | 1982-08-06 | Labourgade Marc | Wrist wearable continuous heart rate indicator - uses ultrasonic transducer to measure Doppler frequency of reflected acoustic waves to provide LCD indication and audible alarm |
WO1999063890A1 (en) * | 1998-06-12 | 1999-12-16 | Children's Medical Center Corporation | Non-invasive in vivo pressure measurement |
RU2152173C1 (en) * | 1998-07-10 | 2000-07-10 | Гирин Иван Иванович | Ultrasonic doppler indicator device for measuring blood circulation |
CN204520647U (en) * | 2015-03-11 | 2015-08-05 | 三明学院 | Home intelligent health monitoring all-in-one |
-
2019
- 2019-09-23 RU RU2019129840U patent/RU194365U1/en not_active IP Right Cessation
Patent Citations (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
FR2498921A1 (en) * | 1981-02-05 | 1982-08-06 | Labourgade Marc | Wrist wearable continuous heart rate indicator - uses ultrasonic transducer to measure Doppler frequency of reflected acoustic waves to provide LCD indication and audible alarm |
WO1999063890A1 (en) * | 1998-06-12 | 1999-12-16 | Children's Medical Center Corporation | Non-invasive in vivo pressure measurement |
RU2152173C1 (en) * | 1998-07-10 | 2000-07-10 | Гирин Иван Иванович | Ultrasonic doppler indicator device for measuring blood circulation |
CN204520647U (en) * | 2015-03-11 | 2015-08-05 | 三明学院 | Home intelligent health monitoring all-in-one |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
Lin et al. | RTWPMS: A real-time wireless physiological monitoring system | |
EP3335636B1 (en) | Probe apparatus, medical instrument comprising same, and control method of probe apparatus | |
KR102301228B1 (en) | Ultrasound probe and operating method thereof | |
US20100286527A1 (en) | Ultrasound system with multi-head wireless probe | |
CN104169739A (en) | Spread spectrum coded waveforms in ultrasound imaging | |
JP2024054344A (en) | Vascular Monitoring System | |
RU83179U1 (en) | DEVICE FOR ULTRASONIC DIAGNOSTICS AND MONITORING OF BRAIN CIRCULATION SYSTEM | |
RU194365U1 (en) | Ultrasonic handheld transducer for remote blood flow assessment | |
US11419573B2 (en) | Method for outputting speed of object and ultrasonic diagnosis device therefor | |
RU196687U1 (en) | Portable transceiver for visual telemedicine stethophonendoscope | |
KR100516902B1 (en) | Apparatus for battery pack of mobile communication terminal | |
CN106691502A (en) | Ultrasound system and method for generating elastic image | |
Chourasia et al. | Wireless data acquisition system for fetal phonocardiographic signals using BluetoothTM | |
Wang et al. | Exploiting Passive Beamforming of Smart Speakers to Monitor Human Heartbeat in Real Time | |
RU194366U1 (en) | Ultrasound transceiver | |
Kazantsev et al. | An mHealth approach to remote fetal monitoring | |
CN213551740U (en) | Human body characteristic signal measuring wearable device | |
US20230131673A1 (en) | Apparatus for estimating bio-information, and method of determining false detection of biosignal peaks | |
KR102381763B1 (en) | Wearable ultrasonic diagnostic apparatus | |
CN118078325A (en) | Doppler ultrasonic probe and signal processing method for output of Doppler ultrasonic probe | |
JP2024119376A (en) | Ultrasound diagnostic equipment, pulse Doppler blood flow sound control program | |
US20190159760A1 (en) | Photoacoustic probe | |
KR20220027518A (en) | Smart diagnosis device using multiple human body information | |
Golonek et al. | Home ultrasound device for heart beats monitoring based on ARM microcontroller | |
JP2023016329A (en) | Radio communication unit for ultrasonic diagnosis, ultrasonic image display device and radio ultrasonic probe |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
MM9K | Utility model has become invalid (non-payment of fees) |
Effective date: 20200924 |