RU194366U1

RU194366U1 - Ultrasound transceiver

Info

Publication number: RU194366U1
Application number: RU2019134444U
Authority: RU
Inventors: Александр Николаевич Бондарик; Алексей Игоревич Егоров; Геннадий Александрович Харченко
Original assignee: Общество с ограниченной ответственностью (ООО) "АЛЬТОНИКА"
Priority date: 2019-10-28
Filing date: 2019-10-28
Publication date: 2019-12-06

Abstract

Полезная модель - приемопередающее устройство для ультразвуковых исследований относится к средствам медицинского назначения и может быть использована в системах телемедицинской диагностики для ультразвуковых исследований (УЗИ). Техническим результатом является создание портативного приемопередающего устройства для УЗИ, позволяющего в сочетании с современными моделями ультразвуковых датчиков обеспечить возможность квалифицированных ультразвуковых исследований дистанционно - при нахождении пациента во внебольничных условиях, например, дома. Это позволяет расширить арсенал технических средств медицины, используемый при проведении УЗИ. Для достижения указанного технического результата в формирователь зондирующего ультразвукового луча, выход которого подключен к входу коммутатора каналов, выполненного с возможностью подключения к трансдьюсеру, управляющий процессор, связанный с модулем интерфейса, многоканальный приемник, содержащий N приемных каналов и сумматор, к сигнальным входам которого подключены выходы приемных каналов, каждый из которых содержит последовательно соединенные приемник с регулировкой усиления, сигнальный вход которого соединен с выходом коммутатора каналов, а выход соединен с сигнальным входом канального процессора, управляющий вход которого соединен с управляющим процессором, а выход подключен к входу модуля интерфейса, выполненного с возможностью обмена данными и командами с персональным компьютером, в устройство введены микроконтроллер и коммуникационный модуль, выполненный с возможностью передачи информации на смартфон или в радиосеть устройств "малого радиуса действия". При этом коммуникационный модуль выполнен в виде последовательно соединенных генератора случайных чисел, формирователя радиосигнала на прыгающих частотах, блока формирования сообщений и усилителя мощности с антенной. 1 з.п. ф-лы, 3 ил.Utility model - a transceiver device for ultrasound research relates to medical devices and can be used in telemedicine diagnostic systems for ultrasound research (ultrasound). The technical result is the creation of a portable transceiver device for ultrasound, which, in combination with modern models of ultrasonic sensors, allows the possibility of qualified ultrasound examinations remotely - when the patient is in community-acquired conditions, for example, at home. This allows you to expand the arsenal of medical equipment used in ultrasound. To achieve the indicated technical result, a probing ultrasonic beam shaper, the output of which is connected to the input of a channel commutator configured to connect to a transducer, has a control processor connected to the interface module, a multichannel receiver containing N receiving channels and an adder, to the signal inputs of which the outputs are connected receiving channels, each of which contains a series-connected receiver with gain control, the signal input of which is connected to the output of the comm channel tator, and the output is connected to the signal input of the channel processor, the control input of which is connected to the control processor, and the output is connected to the input of an interface module configured to exchange data and commands with a personal computer, a microcontroller and a communication module configured to transmitting information to a smartphone or to the radio network of devices of "short range". In this case, the communication module is made in the form of a random number generator, a shaper of a radio signal at jumping frequencies, a message generation unit and a power amplifier with an antenna. 1 s.p. f-ly, 3 ill.

Description

Полезная модель относится к электронным приборам медицинского назначения, в частности к устройствам для ультразвуковых исследований (УЗИ), и может быть использована в системах телемедицинской диагностики.The utility model relates to electronic devices for medical use, in particular to devices for ultrasound studies (ultrasound), and can be used in telemedicine diagnostic systems.

Цифровые ультразвуковые системы широко используются в настоящее время для диагностики различных заболеваний в таких областях медицины, как кардиология, педиатрия, акушерство и гинекология, нейросонология и многих других.Digital ultrasound systems are widely used at present to diagnose various diseases in such fields of medicine as cardiology, pediatrics, obstetrics and gynecology, neurosonology and many others.

Как правило, система для УЗИ включает в себя ультразвуковой датчик, представляющий собой матрицу пьезоэлементов (далее, трансдьюсер), приемопередающее устройство, осуществляющее формирование диаграммы направленности трансдьюсера на излучение и прием, предварительную обработку радиочастотных эхосигналов, преобразование их в цифровую форму и передачу по кабелю с USB разъемом в персональный компьютер (ПК) для дальнейшей цифровой обработки, преобразования в растровые изображения и отображения на цветном мониторе. К таким системам для УЗИ относится, например, "Цифровая ультразвуковая портативная система "АНГИОДИН-СОНО/П", выпускаемая компанией "НПФ "БИОСС", г. Москва, Зеленоград (www/bioss.ru). Указанная аппаратура УЗИ предназначена для использования квалифицированным медицинским персоналом в амбулаторных и больничных условиях и относится к классу дорогостоящей медицинской аппаратуры.As a rule, a system for ultrasound includes an ultrasonic sensor, which is a matrix of piezoelectric elements (hereinafter referred to as the transducer), a transceiver, which generates a radiation pattern of the transducer for radiation and reception, preprocesses radio-frequency echo signals, converts them into digital form and transmits them via cable with USB connector to a personal computer (PC) for further digital processing, conversion to raster images and display on a color monitor. Such systems for ultrasound include, for example, "Digital Ultrasound Portable System" ANGIODIN-SONO / P ", manufactured by" NPF "BIOSS", Moscow, Zelenograd (www / bioss.ru). The indicated ultrasound equipment is intended for use by qualified medical personnel in an outpatient and hospital setting and belongs to the class of expensive medical equipment.

Более простые и дешевые приборы для УЗИ, выпускаются в виде приставок к ПК. К этому классу приборов относятся, например, "Внешний эхо-энцелографический модуль "АНГИОДИН-ЭХО/М" компании "НПФ "БИОСС" и портативный комплект "MicrUs Ext-1H" компании "Medetel", Италия, включающие в себя набор ультразвуковых трансдьюсеров, работающих в полосе частот 2-4 МГц, 4-8 МГц, 6-15 МГц, 5-12 МГц, приемопередающий модуль, кабель USB для подключения к ПК и программные приложения (www.peultrasaund.com/products).Simpler and cheaper ultrasound devices are available in the form of consoles for PC. This class of devices includes, for example, the “External echo-encelographic module“ ANGIODIN-ECHO / M ”of the NPF“ BIOSS ”company and the portable set“ MicrUs Ext-1H ”of the company“ Medetel ”, Italy, including a set of ultrasonic transducers, operating in the frequency band 2-4 MHz, 4-8 MHz, 6-15 MHz, 5-12 MHz, a transceiver module, a USB cable for connecting to a PC and software applications (www.peultrasaund.com/products).

Все вышеупомянутые УЗИ-системы рассчитаны на использование медицинским персоналом больниц, поликлиник и других достаточно крупных медицинских учреждений и требуют очного общения врача/фельдшера с пациентом. Однако, подобные медицинские услуги доступны у нас в стране далеко не везде и не всем. Поэтому в последнее время все более возрастает интерес к телемедицине. Решение этой технической задачи приобрело особую актуальность в связи с вступлением в силу с января 2018 года Федерального закона 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 - закона о телемедицине). Согласно этому документу, в правовое поле было введено понятие телемедицинских технологий и разрешены удаленные консультации пациента с врачом /фельдшером, требования к которым были регламентированы в выпущенном чуть раньше национальном стандарте ГОСТ Р 57757-2017 "Дистанционная оценка параметров функций, жизненно важным для жизнедеятельности человека", по существу, первым нормативным актом в области телемедицины. В указанном стандарте сформулированы 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.All the aforementioned ultrasound systems are designed for use by medical personnel of hospitals, clinics and other fairly large medical institutions and require face-to-face communication between the doctor / feldsher and the patient. However, similar medical services are available in our country far from everywhere and not to everyone. Therefore, recently, interest in telemedicine has been growing more and more. The solution to this technical problem has become particularly relevant in connection with the entry into force of January 2018 of the 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" ( hereinafter referred to as the Telemedicine Law). According to this document, the concept of telemedicine technologies was introduced into the legal field and remote consultations of the patient with a doctor / paramedic were allowed, the requirements for which were regulated in the national standard GOST R 57757-2017 “Remote evaluation of the parameters of functions vital for human life”, issued a little earlier , essentially, the first regulatory act in the field of telemedicine. The specified standard formulates general requirements for technologies for the remote acquisition and processing of information, its transmission and evaluation by a doctor / paramedic with the aim of improving 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 относится большинство характеристик, измеряемых с помощью УЗИ, в состав измерительных приборов телемедицинской системы должны входить устройства-приложения к смартфонам, обеспечивающие регистрацию и последующую дистанционную оценку этих параметров врачом, а согласно п. 5.3.2.1 этого документа указанный этап может выполняться вне стен медицинского учреждения. В частности, пациент может находиться дома, а его лечащий врач/фельдшер - в кабинете больницы или поликлиники, оснащенном компьютером с программным обеспечением и аппаратурой беспроводной связи с пациентом.In accordance with clause 5.2.1 of this standard, at the stage of fixing vital parameters of a person, which includes most of the characteristics measured using ultrasound, the composition of the measuring devices of the telemedicine system should include smartphone application devices that provide registration and subsequent remote assessment of these parameters by the doctor, and according to paragraph 5.3.2.1 of this document, this stage can be performed outside the walls of the medical institution. In particular, the patient may be at home, and his attending physician / paramedic in the office of a hospital or clinic equipped with a computer with software and wireless equipment for communication with the patient.

Упомянутые выше системы для УЗИ такую возможность не обеспечивают, вследствие того, что находящееся у пациента измерительное средство и компьютер медицинского работника, проводящего обследование, связаны обычным USB кабелем, т.е. должны находиться внутри одного помещения.The aforementioned ultrasound systems do not provide such an opportunity, due to the fact that the patient’s measuring instrument and the computer of the medical worker conducting the examination are connected using an ordinary USB cable, i.e. must be inside the same room.

Предметом настоящей полезной модели является создание такого технического средства, которое позволяло бы реализовать телемедицинскую технологию УЗИ. Сведений о наличии таких приборов в арсенале современных неинвазивных средств УЗИ заявителем не обнаружено.The subject of this utility model is the creation of such a technical tool that would allow the implementation of telemedicine ultrasound technology. Information on the availability of such devices in the arsenal of modern non-invasive ultrasound tools by the applicant was not found.

Ближайшим аналогом предлагаемой полезной модели является "Устройство передачи и приема ультразвуковых сигналов", описанное в патенте на полезную модель RU №142201, А61В 8/00. Указанное устройство содержит формирователь зондирующего ультразвукового луча, выход которого подключен к входу коммутатора каналов, выполненного с возможностью подключения к нему трансдьюсера, управляющий процессор, связанный с модулем интерфейса, и многоканальный приемник, содержащий N приемных каналов и сумматор, к первому входу которого подключен формирователь приемной апертуры, а к сигнальным входам подключены выходы приемных каналов, при этом каждый приемный канал содержит последовательно соединенные приемник с регулировкой усиления, сигнальный вход которого, являющийся входом этого приемного канала, соединен с выходом коммутатора каналов, управляющий вход подключен к управляющему процессору, а выход соединен с сигнальным входом канального процессора с регулируемыми ослаблением и задержкой сигналов, управляющий вход которого соединен с управляющим процессором, а выход является выходом данного приемного канала. При этом выход сумматора подключен к входу модуля интерфейса, выполненного с возможностью обмена данными и командами с персональным компьютером (ПК), при этом вход управляющего процессора подключен к выходу модуля интерфейса.The closest analogue of the proposed utility model is the "Device for the transmission and reception of ultrasonic signals" described in the patent for utility model RU No. 142201, A61B 8/00. The specified device comprises a probe of the probing ultrasonic beam, the output of which is connected to the input of the channel switch, configured to connect a transducer to it, a control processor associated with the interface module, and a multi-channel receiver containing N receiving channels and an adder, to the first input of which the receiver shaper is connected apertures, and the outputs of the receiving channels are connected to the signal inputs, while each receiving channel contains a series-connected receiver with adjustable power, whose signal input, which is the input of this receiving channel, is connected to the output of the channel switch, the control input is connected to the control processor, and the output is connected to the signal input of the channel processor with adjustable attenuation and delay of signals, the control input of which is connected to the control processor, and the output is the output of this receive channel. The output of the adder is connected to the input of the interface module, configured to exchange data and commands with a personal computer (PC), while the input of the control processor is connected to the output of the interface module.

Данное устройство, как и другие известные аналоги, не обеспечивает возможности реализации телемедицинского режима проведения УЗИ.This device, like other well-known analogues, does not provide the possibility of implementing the telemedicine regime of ultrasound.

Таким образом, технической проблемой, на решение которой направлено предлагаемое техническое решение, является отсутствие в существующем арсенале технических средств медицинского назначения приемопередающего устройства для УЗИ, позволяющего в сочетании с современными моделями ультразвуковых датчиков - трансдьюсеров обеспечить возможность квалифицированных ультразвуковых исследований дистанционно - при нахождении пациента во внебольничных условиях, например, дома. По сути такое устройство и должно выполнять роль устройства-приложения к смартфонам, требования к которому определены в вышеупомянутом стандарте ГОСТ Р 57757-2017.Thus, the technical problem to which the proposed technical solution is directed is the lack of a transceiver device for ultrasound in the existing arsenal of medical equipment, which, in combination with modern models of ultrasonic sensors - transducers, allows for the possibility of qualified ultrasound examinations remotely - when the patient is in community-acquired conditions, for example, at home. In fact, such a device should play the role of an application application to smartphones, the requirements for which are defined in the aforementioned standard GOST R 57757-2017.

Решение указанной проблемы и является технической задачей предлагаемой полезной модели, заключающейся, соответственно, в расширении арсенала технических средств телемедицины в части средств обеспечения УЗИ.The solution of this problem is the technical task of the proposed utility model, which consists, respectively, in expanding the arsenal of technical means of telemedicine in terms of means of providing ultrasound.

Ожидаемым техническим результатом полезной модели является реализация этого назначения.The expected technical result of the utility model is the implementation of this purpose.

Для достижения указанного технического результата в известное приемопередающее устройство для УЗИ по патенту RU №142201 (см. выше) введены микроконтроллер и коммуникационный модуль, выполненный с возможностью передачи информации на смартфон или телемедицинский хаб, модуль интерфейса выполнен с дополнительными выходом, который подключен к управляющему входу микроконтроллера, управляющий и сигнальный выходы которого подключены, соответственно, к управляющему и сигнальному входам коммуникационного модуля. При этом коммуникационный модуль представляет собой цепь, состоящую из последовательно соединенных генератора случайных чисел, формирователя радиосигнала на прыгающих частотах, блока формирования сообщений и усилителя мощности с антенной, причем вход генератора случайных чисел является управляющим входом коммуникационного модуля, а его второй выход подключен ко второму входу блока формирования сообщений, третий вход которого является сигнальным входом коммуникационного модуля.To achieve the specified technical result, a microcontroller and a communication module configured to transmit information to a smartphone or telemedicine hub are inserted into a known transceiver for ultrasound according to patent RU No. 142201 (see above), the interface module is made with an additional output that is connected to the control input microcontroller, the control and signal outputs of which are connected, respectively, to the control and signal inputs of the communication module. Moreover, the communication module is 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 with an antenna, the input of the random number generator being the control input of the communication module, and its second output connected to the second input message generation unit, the third input of which is the signal input of the communication module.

Сущность полезной модели поясняется на фиг. 1 - фиг. 3.The essence of the utility model is illustrated in FIG. 1 - FIG. 3.

Фиг. 1 иллюстрирует роль и место рассматриваемого приемопередающего устройства в двух вариантах его применения в составе телемедицинской системы УЗИ: 1а - при взаимодействии с центром контроля за состоянием здоровья пациентов с помощью смартфона; 1б - при взаимодействии с центром контроля за состоянием здоровья пациентов с помощью радиосети устройств "малого радиуса действия" (Решение ГКРЧ от 7.05.2007 №07-20-03-001, приложения 1 и 11).FIG. 1 illustrates the role and place of the considered transceiver device in two versions of its use as part of the telemedicine ultrasound system: 1a - when interacting with the center for monitoring the health of patients using a smartphone; 1b - when interacting with the center for monitoring the health status of patients using a radio network of devices of "short range" (Decision of the State Committee for Emergency Measures dated 07.05.2007 No. 07-20-03-001, annexes 1 and 11).

На фиг. 2 показана структурная схема предлагаемого приемопередающего устройства.In FIG. 2 shows a structural diagram of the proposed transceiver device.

На фиг. 3 приведена структурная схема коммуникационного модуля.In FIG. 3 shows a block diagram of a communication module.

На рисунках использованы следующие обозначения: 1 - модуль интерфейса; 2 - управляющий процессор; 3 - формирователь зондирующего ультразвукового луч; 4 - коммутатор каналов; 5 - многоканальный приемник; 6 - приемный канал; 7 - формирователь приемной апертуры; 8 - сумматор; 9 - приемник с регулировкой усиления; 10 - канальный процессор с регулируемыми ослаблением и задержкой сигналов; 11 - микроконтроллер; 12 - коммуникационный модуль; 13 - формирователь радиосигнала на прыгающих частотах; 14 - блок формирования сообщений; 15 - усилитель мощности; 16 - усилитель мощности; 17 - антенна.The following notation is used in the figures: 1 - interface module; 2 - control processor; 3 - shaper probing ultrasonic beam; 4 - channel switch; 5 - multi-channel receiver; 6 - receiving channel; 7 - shaper receiving aperture; 8 - adder; 9 - receiver with gain control; 10 - channel processor with adjustable attenuation and delay of signals; 11 - microcontroller; 12 - communication module; 13 - shaper radio signal at jumping frequencies; 14 - block forming messages; 15 - power amplifier; 16 - power amplifier; 17 - antenna.

Предлагаемое приемопередающее устройство для УЗИ включает в себя формирователь 3 зондирующего ультразвукового луча, выход которого подключен к входу коммутатора 4 каналов, выполненного с возможностью подключения к нему трансдьюсера, управляющий процессор 2, связанный с модулем 1 интерфейса, и многоканальный приемник 5, содержащий N приемных каналов 6 и сумматор 8, к первому входу которого подключен формирователь 7 приемной апертуры, а к N сигнальным входам подключены N выходов приемных каналов 6, при этом каждый приемный канал 6 содержит последовательно соединенные приемник 9 с регулировкой усиления, сигнальный вход которого, являющийся входом этого приемного канала 6, соединен с выходом коммутатора 4 каналов, управляющий вход подключен к управляющему процессору 2, а выход соединен с сигнальным входом канального процессора 10 с регулируемыми ослаблением и задержкой сигналов, управляющий вход которого соединен с управляющим процессором 2, а выход является выходом данного приемного канала 6, выход сумматора 8 подключен к входу модуля 1 интерфейса, выполненного с возможностью обмена данными и командами с ПК, при этом вход управляющего процессора 2 подключен к дополнительному выходу модуля 1 интерфейса. Устройство содержит также вновь введенные микроконтроллер 11 и коммуникационный модуль 12, выполненный с возможностью передачи информации на смартфон или на телемедицинский хаб. При этом модуль 1 интерфейса выполнен с дополнительным выходом, служащим для подключения к управляющему входу микроконтроллера 11, управляющий и сигнальный выходы которого подключены, соответственно, к управляющему и сигнальному входам коммуникационного модуля 12. В предпочтительном варианте построения коммуникационный модуль выполнен в виде цепи, состоящей из последовательно соединенных генератора 15 случайных чисел, формирователя 13 радиосигнала на прыгающих частотах, блока 14 формирования сообщений и усилителя 16 мощности с антенной 17, причем вход генератора 15 случайных чисел является управляющим входом коммуникационного модуля 12, а его второй выход подключен ко второму входу блока 14 формирования сообщений, третий вход которого является сигнальным входом коммуникационного модуля 12.The proposed transceiver device for ultrasound includes a shaper 3 of the probing ultrasound beam, the output of which is connected to the input of the switch 4 channels, configured to connect a transducer to it, a control processor 2, connected to the module 1 of the interface, and a multi-channel receiver 5 containing N receiving channels 6 and an adder 8, to the first input of which a shaper 7 of the receiving aperture is connected, and N outputs of the receiving channels 6 are connected to N signal inputs, while each receiving channel 6 contains the last well-connected receiver 9 with gain control, the signal input of which is the input of this receiving channel 6, connected to the output of the switch 4 channels, the control input is connected to the control processor 2, and the output is connected to the signal input of the channel processor 10 with adjustable attenuation and delay of signals, the control input of which is connected to the control processor 2, and the output is the output of this receiving channel 6, the output of the adder 8 is connected to the input of the interface module 1, configured to exchange data and commands from a PC, while the input of the control processor 2 is connected to the additional output of the module 1 of the interface. The device also contains the newly introduced microcontroller 11 and a communication module 12, configured to transmit information to a smartphone or to a telemedicine hub. Moreover, the interface module 1 is made with an additional output, which is used to connect to the control input of the microcontroller 11, the control and signal outputs of which are connected, respectively, to the control and signal inputs of the communication module 12. In the preferred embodiment, the communication module is made in the form of a circuit consisting of series-connected random number generator 15, a shaper 13 of a radio signal at jumping frequencies, a message generation unit 14 and a power amplifier 16 with an antenna 17, moreover, the input of the random number generator 15 is the control input of the communication module 12, and its second output is connected to the second input of the message generating unit 14, the third input of which is the signal input of the communication module 12.

Опытный образец рассматриваемого приемопередающего устройства для УЗИ (фиг. 2) реализован на предприятии-заявителе с использованием элементов, входящих в состав приемопередающего модуля - формирователя ультразвукового луча MicrUs ЕХТ-1Н компании "Telemed", Италия.A prototype of the considered transceiver device for ultrasound (Fig. 2) was implemented at the applicant enterprise using the elements included in the transceiver module - MicrUs EXT-1H ultrasonic beam former of the Telemed company, Italy.

В варианте построения телемедицинской системы, показанной на фиг. 1а, роль цепи "генератор 15 случайных чисел - формирователь 13 радиосигнала на прыгающих частотах - блок 14 формирования сообщений - усилитель 16 мощности" выполняет интерфейсный аудио-модуль Bluetooth 4.0 BLE на микросборке CSR8630 (arduino.ua). Данный модуль совместим с большинством современных смартфонов, и обеспечивает высокие качество и помехоустойчивость передачи двумерной информации в диапазоне 2,402-2480 ГГц, выделенные для Bluetooth-радиосвязи. Ширина полосы каждого канала равна 1 МГц, разнос каналов составляет от 140 до 175 кГц. Информация передается в пакетном виде. При этом используется частотная манипуляция. 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 этом помещении есть хотя бы одна или несколько точек доступа сети Wi-Fi, то может быть обеспечена передача полученной медицинской информации непосредственно и/или через глобальную сеть Интернет в облачные хранилища данных ("облака") для использования этой информации соответствующими медицинскими специалистами в центрах контроля за состоянием здоровья пациентов.In the embodiment of the telemedicine system shown in FIG. 1a, the role of the chain "random number generator 15 - transmitter of the radio signal at jumping frequencies - message generation unit 14 - power amplifier 16" performs the Bluetooth 4.0 BLE audio interface module on the CSR8630 microassembly (arduino.ua). This module is compatible with most modern smartphones, and provides high quality and noise immunity for the transmission of two-dimensional information in the range 2.402-2480 GHz, dedicated to Bluetooth radio communications. The bandwidth of each channel is 1 MHz, the channel spacing is from 140 to 175 kHz. Information is transmitted in batch form. In this case, frequency manipulation is used. The power of the emitted signal in all built-in Bluetooth microchips does not exceed 1-10 mW, which ensures a communication range of 10 to 100 m. Accordingly, the connection of the sensor with the smartphone is provided mainly indoors. If there is at least one or several Wi-Fi access points in this room, then the received medical information can be transmitted directly and / or via the global Internet to cloud data storages (“clouds”) for the use of this information by appropriate medical specialists in patient monitoring centers.

В варианте построения телемедицинской системы, показанной на фиг. 1б, роль указанной цепи может выполнить хоппинг-модуль "малой дальности действия", выполненный на интегральной схеме (ИС) трансивера SX1272 компании Semtech Corporation, использующей диапазон 860-1050 МГц и технологию LoRa. Указанный трансивер хотя и относится 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" (ic-quest.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. Указанный хоппинг-модуль "малой дальности действия" на ИС SX1272 является составной частью домашнего телемедицинского хаба по патенту предприятия-заявителя на полезную модель RU №189998, А61В 5/0205, G16H 10/60, обеспечивающего связь рассматриваемого приемопередающего устройства с радиосетью устройств "малого радиуса действия" (фиг. 1б).In the embodiment of the telemedicine system shown in FIG. 1b, the role of this circuit can be performed by a “short-range” hopping module made on the integrated circuit (IC) of the SX1272 transceiver from Semtech Corporation, using the 860-1050 MHz band and LoRa technology. The specified transceiver, although it relates to devices of "short range", has a range of up to 15 km, which allows serving large territories using the proposed medical device, providing access to the Internet of Things network (ic-quest.ru/news). Distinctive features of this IC are: extremely low power consumption, high sensitivity, a wide range of measurement and regulation of the power level of the received signal, 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 -this interference. The indicated short-range hopping module on the SX1272 IP is an integral part of the home telemedicine hub according to the patent of the applicant company for utility model RU No. 189998, А61В 5/0205, G16H 10/60, which provides the connection of the considered transceiver with the radio network of devices of "small" radius of action "(Fig. 1B).

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.

Рассматриваемое приемопередающее устройство для УЗИ работает следующим образом.The considered transceiver device for ultrasound works as follows.

На этапе настройки устройства под определенный вид УЗИ, осуществляемом при первом (очном) общении врача и пациента, через модуль 1 интерфейса устройство подключается к ПК медицинского работника с предустановленным ПО и после включения питания рассматриваемого устройства из этого ПК через модуль 1 интерфейса осуществляется загрузка программ работы управляющего процессора 2. После проведения режимов самоконтроля управляющий процессор 2 принимает от ПК исходные данные, необходимые для формирования циклограммы работы всего приемопередающего устройства.At the stage of setting up the device for a certain type of ultrasound, carried out during the first (face-to-face) communication between the doctor and the patient, through the interface module 1, the device is connected to the PC of the medical worker with preinstalled software and after turning on the power of the device in question from this PC, the work programs are loaded through the interface module 1 control processor 2. After conducting self-monitoring modes, control processor 2 receives from the PC the source data necessary to form a sequence diagram of the whole transceiver his device.

Перед каждым циклом проведения УЗИ рассчитанные управляющим процессором 2 параметры передаются в отдельные блоки рассматриваемого устройства. Информация о типе подключенного трансдьюсера передается в управляющий процессор 2, а от него - через формирователь 3 зондирующего луча на коммутатор 4 каналов. При зондировании происходит эмиссия ультразвуковой волны и прием отраженных эхосигналов. Как отмечалось выше, трансдьюсер является внешним датчиком по отношению к рассматриваемому устройству и поэтому не относится к предмету данной полезной модели. Во время каждого такта зондирования сигналы возбуждения элементов датчика подаются на активные элементы датчика. Этими же элементами датчика выполняется прием эхо-сигналов. В зависимости от требуемой глубины ультразвукового зондирования, выбирается соответствующая модель трансдьюсера, входящего в комплект аппаратуры УЗИ. Так, с вышеупомянутым портативным комплексом MicrUs ЕХТ-1Н могут быть использованы трансдьюсеры MC4-2R20S-3, частоты 2-4 МГц (УЗИ желудка, сердца, ветеринария), MCV9-5R10S-3, частоты 5-9 МГц (трансректальная, трансвагинальная УЗИ) и др.Before each cycle of ultrasound, the parameters calculated by the control processor 2 are transferred to separate blocks of the device in question. Information about the type of transducer connected is transmitted to the control processor 2, and from it through the shaper 3 of the probe beam to the switch 4 channels. When probing, ultrasonic waves are emitted and reflected echoes are received. As noted above, the transducer is an external sensor in relation to the device in question and therefore does not apply to the subject of this utility model. During each probe cycle, the excitation signals of the sensor elements are supplied to the active sensor elements. The same sensor elements are used to receive echo signals. Depending on the required depth of ultrasound sensing, the appropriate model of the transducer included in the set of ultrasound equipment is selected. So, with the aforementioned portable complex MicrUs EXT-1H, transducers MC4-2R20S-3, frequencies 2-4 MHz (ultrasound of the stomach, heart, veterinary medicine), MCV9-5R10S-3, frequencies 5-9 MHz (transrectal, transvaginal ultrasound) can be used ) and etc.

Формирователь 3 зондирующего ультразвукового луча формирует задержанные между собой сигналы возбуждения пьезоэлементов трансдьюсера в соответствии с установленным фокусом на излучение. Зондирующие сигналы, поступающие на линейку пьезопреобразователей, задерживаются в соответствии с законом геометрической оптики в зависимости от пространственного положения фокуса излучения. В пьезопреобразователях электрические импульсы преобразуются в механические колебания, сфокусированные в определенную область зондирования. Значения канальных задержек сигналов излучения поступают от управляющего процессора 2.Shaper 3 of the probing ultrasonic beam generates the excitation signals of the transducer piezoelectric elements delayed between themselves in accordance with the established focus on the radiation. The probing signals arriving at the piezoelectric transducer line are delayed in accordance with the law of geometric optics depending on the spatial position of the radiation focus. In piezoelectric transducers, electrical pulses are converted into mechanical vibrations focused in a specific sensing region. The values of the channel delays of the radiation signals come from the control processor 2.

Ультразвуковые эхо-сигналы, отраженные от неоднородностей тканей человека или животного преобразуются элементами в электрические сигналы и поступают через коммутатор 4 каналов в многоканальный приемник 5. Многоканальный приемник 5 является диаграмма-формирующим устройством, которое содержит N приемных каналов 6, формирователь 7 приемной апертуры, вход которого подключен к управляющему процессору 2, и сумматор 8, а также ряд вспомогательных элементов (на рисунке не показаны). В ультразвуковых приборах среднего класса количество приемных каналов 6 составляет N=64, а в ультразвуковых приборах высокого класса - N=128.Ultrasonic echo signals reflected from inhomogeneities in human or animal tissue are converted by elements into electrical signals and fed through a 4-channel switch to a multi-channel receiver 5. The multi-channel receiver 5 is a diagram-forming device that contains N receiving channels 6, a receiving aperture generator 7, an input which is connected to the control processor 2, and the adder 8, as well as a number of auxiliary elements (not shown in the figure). In middle-class ultrasonic devices, the number of receiving channels 6 is N = 64, and in high-class ultrasonic devices, N = 128.

Каждый приемный канал 6 включает в себя приемник 9 с регулировкой усиления и канальный процессор 10 с регулируемыми ослаблением и задержкой сигналов, задаваемыми управляющим процессором 2.Each receiving channel 6 includes a receiver 9 with gain control and a channel processor 10 with adjustable attenuation and delay signals set by the control processor 2.

Сужение приемной диаграммы направленности луча производится за счет компенсации задержек, обусловленных разными путями распространения ультразвукового эхо-сигнала. Каждый приемный канал 6 реализует задержку эхо-сигнала с одного пьезоэлемента трансдьюсера.The narrowing of the receiving beam pattern is made by compensating for delays due to different ways of propagation of the ultrasonic echo signal. Each receiving channel 6 implements the delay of the echo signal from one piezoelectric transducer.

В каждом приемном канале 6 сначала выполняется преобразование эхо-сигнала из аналоговой в цифровую форму и далее производится обработка данных, представленных в цифровом виде.In each receiving channel 6, the echo signal is first converted from analog to digital, and then data presented in digital form is processed.

Канальный процессор 10 сигналов производит формирование приемной диаграммы направленности. Уменьшение уровня боковых лепестков приемной диаграммы направленности (аподизация на прием) достигается ослаблением эхо-сигналов от центра апертуры к краям с помощью умножителей, установленных в каждом приемном канале 6 (на рисунке не показаны).Channel processor 10 signals generates a receiving radiation pattern. Reducing the level of the side lobes of the receiving radiation pattern (apodization to reception) is achieved by attenuating the echo signals from the center of the aperture to the edges using multipliers installed in each receiving channel 6 (not shown in the figure).

В сумматоре 8 в результате суммирования эхо-сигналов всех приемных каналов 6, входящих в динамическую апертуру, формируется сфокусированный луч с заданного направления ультразвукового зондирования. Номера каналов, входящих в динамическую апертуру, поступают в сумматор 8 от формирователя 7 приемной апертуры, получающего соответствующие команды от управляющего процессора 2.In the adder 8 as a result of summing the echo signals of all the receiving channels 6 included in the dynamic aperture, a focused beam is formed from a given direction of ultrasonic sensing. The numbers of the channels included in the dynamic aperture enter the adder 8 from the shaper 7 of the receiving aperture, which receives the corresponding commands from the control processor 2.

С выхода сумматора 8 данные через модуль 1 интерфейса поступают в микроконтроллер 11, который подает их на сигнальный вход коммуникационного модуля 12. Эти данные представляют собой модулирующее воздействие на радиочастотную несущую, генерируемую в формирователе 13 радиосигнала на прыгающих частотах (хоппинг-сигнала) и поступающую затем на первый вход блока 14 формирования сообщений в коммуникационном модуле 12.From the output of the adder 8, the data through the interface module 1 enters the microcontroller 11, which feeds them to the signal input of the communication module 12. These data represent the modulating effect on the radio frequency carrier generated in the transmitter 13 of the radio signal at jumping frequencies (hopping signal) and then received to the first input of message generating unit 14 in communication module 12.

Перенос кодового информационного сообщения на несущие частоты хоппинг-сигнала и излучение его в эфир осуществляются следующим образом.The transfer of the code information message to the carrier frequencies of the hopping signal and its broadcasting are carried out as follows.

Полученная с выхода микроконтроллера 11 команда активации запускает генератор 15 случайных чисел, который формирует двоичный М-разрядный код Z случайного равномерно распределенного числа. Генератор 15 случайных чисел подает код Z в формирователь 13 радиосигнала на прыгающих частотах. То есть, на указанный формирователь поступает код Z в пределах от 0 до (2 м-1). По этому коду формирователь 13 радиосигнала на прыгающих частотах формирует частоту F_m, значение которой можно определить по формулеReceived from the output of the microcontroller 11, the activation command starts the random number generator 15, which generates a binary M-bit code Z of a random, uniformly distributed number. The random number generator 15 supplies the Z code to the transmitter 13 of the radio signal at jumping frequencies. That is, the specified shaper receives the Z code in the range from 0 to (2 m-1). According to this code, the shaper 13 of the radio signal at jumping frequencies generates a frequency F _m , the value of which can be determined by the formula

F_m=F₀+ΔF×Z,F _m = F ₀ + ΔF × Z,

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 F_m _max частоты F_m справедлива формулаMoreover, for the maximum value of F _m _max frequency F _{m the} formula

F_{m max}=F₀+ΔF×(2^M-1).F _{m max} = F ₀ + ΔF × (2 ^M -1).

Сформированная частота F_m, поступает на первый вход блока 14 формирования сообщений. В этом блоке последовательно формируются разряды:The generated frequency F _m , is fed to the first input of the message generation unit 14. In this block, the bits are sequentially formed:

МАРКЕРА, состоящего из строго определенного для данной системы числа логических единиц и одного логического нуля. МАРКЕР используется для определения числа Z в хоппинг-сообщении;MARKER, consisting of the number 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 датчика;ADDRESS identifying the identification code of the ultrasonic 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 hop message.

КОНТРОЛЬНАЯ СУММА однозначно подсчитывается в зависимости от сформированных кодов АДРЕСА и ИНФОРМАЦИИ. Информацией являются кодированные сообщения, формируемые из сигналов эхолокации, выделяемых в модуле 1 интерфейса. Указанные кодированные сообщения поступают на второй вход блока 14 формирования сообщений, на первый вход которого подается сигнал несущей частоты с выхода формирователя 13 радиосигнала на прыгающих частотах. Поступающий с выхода блока 14 формирования сообщений высокочастотный сигнал, несущий хоппинг-сообщение, усиливается в усилителе 16 мощности и через антенну 17 излучается в радиоэфир.CONTROL AMOUNT is unambiguously calculated depending on the generated ADDRESS and INFORMATION codes. Information is encoded messages generated from echolocation signals allocated in the interface module 1. These encoded messages are received at the second input of the message generating unit 14, to the first input of which a carrier frequency signal is supplied from the output of the shaper 13 of the radio signal at jumping frequencies. The high-frequency signal coming from the output of the message generating unit 14, carrying the hopping message, is amplified in the power amplifier 16 and is transmitted to the radio via the antenna 17.

В зависимости от сценария конкретного сеанса проведения УЗИ, частотный диапазон радиосигнала на прыгающих частотах и дальность его действия могут отличаться. Так, при использовании для приема смартфона (фиг. 1а) частотный диапазон, как правило, соответствует Bluetooth-радиосвязи. Если в радиусе действия этой связи есть хотя бы одна или несколько точек доступа сети Wi-Fi, то может быть обеспечена передача полученной медицинской информации непосредственно или через сеть Интернет в облачные хранилища данных для использования этой информации соответствующими медицинскими специалистами в центрах контроля за состоянием здоровья пациентов. В сценарии, показанном на фиг. 1б, рассматриваемое приемопередающее устройство для УЗИ применяется совместно с радиосетью устройств "малого радиуса действия", работающих в диапазонах 433 или 868 МГц (см. выше). В данном случае дальность действия рассматриваемых датчиков может достигать единиц километров, что позволяет использовать их как при наличии поблизости точек доступа сети Wi-Fi (см. выше), так и для прямого обмена медицинскими данными через сеть Интернет с облачными хранилищами и центрами контроля за состоянием здоровья пациентов, имеющими необходимый для этого коммуникационный интерфейс.Depending on the scenario of a particular ultrasound session, the frequency range of the radio signal at the jumping frequencies and its range may vary. So, when used to receive a smartphone (Fig. 1a), the frequency range, as a rule, corresponds to Bluetooth radio communication. If there is at least one or several Wi-Fi access points within the range of this connection, then it is possible to transfer the received medical information directly or via the Internet to cloud data storages for the use of this information by appropriate medical specialists in patient health monitoring centers . In the scenario shown in FIG. 1b, the considered transceiver device for ultrasound is used in conjunction with a radio network of devices of "short range" operating in the ranges 433 or 868 MHz (see above). In this case, the range of the sensors in question can reach several kilometers, which allows them to be used both in the presence of nearby Wi-Fi access points (see above) and for direct exchange of medical data via the Internet with cloud storage and state monitoring centers the health of patients with the necessary communication interface for this.

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 УЗИ путем включения в него портативного приемопередающего устройства, позволяющего совместно с современными трансдьюсерами и информационно-телекоммуникационными устройствами типа смартфона, оснащенного Bluetooth-приемником, дистанционно обеспечить возможность квалифицированной медицинской оценки состояния здоровья пациента при нахождении его во внебольничных условиях, например, дома.Thus, the combination of common and 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 ultrasound equipment by including a portable transceiver in it, which, together with modern transducers and information telecommunication devices such as a smartphone equipped with a Bluetooth receiver, remotely provide s the possibility of qualified medical health assessment of the patient in finding it in the community, such as at home.

Claims

1 The transceiver for ultrasound studies, including the probe ultrasonic beam shaper, the output of which is connected to the input of a channel switch configured to connect a transducer to it, a control processor, an interface module and a multi-channel receiver containing N receiving channels and an adder to the first input of which the shaper of the receiving aperture is connected, and the outputs of N receiving channels are connected to the N signal inputs, while each receiving channel contains a follower connected receiver, whose input, which is the input of this receiving channel, is connected to the output of the channel switch, and the output is connected to the signal input of the channel signal processor, the control input of which is connected to the corresponding output of the control processor, and the output is the output of this receiving channel, while the control the processor is connected to a channel switch, and the interface module is configured to exchange data and commands with a personal computer and with a control processor, characterized in that about it introduced the microcontroller and the communication module, configured to transmit information to an external information and communication device, and the interface module is made with an additional output that is connected to the control input of the microcontroller, the control and signal outputs of which are connected, respectively, to the control and signal inputs communication module.

2 The transceiver according to claim 1, characterized in that the communication module is 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 with an antenna, and the input of the random number generator is a control input communication module, and its second output is connected to the second input of the message generation unit, the third input of which is the signal input of the communication module.