RU196687U1 - Портативное приемопередающее устройство для визуального телемедицинского стетофонендоскопа - Google Patents

Abstract

Полезная модель - портативное приемопередающее устройство для визуального телемедицинского стетофонендоскопа относится к электронным приборам медицинского назначения, в частности к устройствам для аускультации. Технический результат при использовании полезной модели заключается в снижении энергопотребления, повышении помехоустойчивости и дальности связи предлагаемого устройства по сравнению с известным телемедицинским прибором аналогичного назначения. Указанный технический результат достигается благодаря тому, что в известное портативное приемопередающее устройство для визуального телемедицинского стетофонендоскопа, содержащее размещенные в общем корпусе блок питания, приемопередающий модуль и центральный микроконтроллер, связанный с блоком памяти, а также акустический приемник, первый вход которого выполнен с возможностью подключения аускультационного микрофона, а выход через аналого-цифровой преобразователь подключен к сигнальному входу центрального микроконтроллера, хранилище цифровых данных и фонограмм, связанное с блоком переключения режимов аускультаций и с центральным микроконтроллером, к управляющему входу которого подключен орган управления, например кнопочные выключатели, видеовыход соединен с дисплеем, а аудиовыход выполнен с возможностью подключения телефонов, введены коммуникационный микроконтроллер и дополнительный приемопередающий модуль, а также блок контроля и управления питанием, при этом центральный микроконтроллер выполнен с дополнительным портом контроля напряжения питания, который связан с блоком контроля и управления питанием, ко входу которого подключен блок питания, коммуникационный порт центрального микроконтроллера связан с коммуникационным микроконтроллером, который, в свою очередь, связан с приемопередающим модулем и дополнительным приемопередающим модулем. 6 з.п. ф-лы, 5 ил.

Description

Полезная модель относится к электронным приборам медицинского назначения, в частности, к устройствам для аускультации - физическому методу медицинской диагностики, заключающемуся в выслушивании и анализе звуков, образующихся в процессе функционирования внутренних органов человека или животного.

Аускультация, о которой упоминал еще Гиппократ, применяется настолько широко, что инструменты - стетоскопы (без мембраны), фонендоскопы (с мембраной) и их комбинация - стетофонендоскопы, используемые врачами при обследовании пациентов, стали узнаваемым символом профессии (www.dealmed.ru).

Стетофонендоскоп способен эффективно режектировать посторонние шумы, что позволяет при необходимости выполнить аускультацию не только в кабинете врача, но и в любом, даже довольно шумном месте. Современные цифровые стетофонендоскопы предоставляют возможность сохранять получаемую в ходе исследования информацию, передавать ее в персональный компьютер (ПК) для дальнейшего анализа или сравнения с результатами предыдущих исследований. Такие устройства снабжаются компактными аккумуляторами, которые позволяют прибору быть портативным и долгое время функционировать автономно. Большинство этих недорогих и несложных в эксплуатации медицинских приборов требуют, тем не менее, достаточно высокой квалификации медицинских работников для правильной интерпретации получаемых результатов и применяются в основном при очном контакте врача/фельдшера с пациентом в больничных и амбулаторных условиях.

Для возможности индивидуального применения этих приборов в домашних условиях их оснащают блоком эталонных фонограмм, благодаря которым пользователь может попытаться уловить по прослушиваемому акустическому сигналу отклонения от нормы и самостоятельно поставить предварительный диагноз.

К устройствам этого типа относятся, например, "Фонендоскоп-стетоскоп электронный" по патенту RU №2173538, А61В 7/04 и "Индивидуальный электронный стетоскоп" по патенту RU №2316256, А61В 7/02, содержащие последовательно соединенные панель управления и акустический приемник, телефоны и блок эталонных фонограмм, а также блок микропроцессора, цифровой вход установок которого соединен с другим выходом панели управления, выполненной с возможностью выбора установок. При этом вход телефонов соединен с портом вывода данных в блоке микропроцессора, другой вход которого соединен с выходом блока эталонных фонограмм, содержащего в цифровом виде индивидуальные фонограммы пользователя.

Однако, метод домашней аускультации, основанный на применении эталонных фонограмм, не получил своего развития, поскольку полное устранение из процесса постановки диагноза врача-специалиста не позволяет достичь достаточно высокой степени достоверности результатов.

Другая попытка повысить эффективность аускультации без участия врача-специалиста заключается в дополнении стетоскопа возможностями измерения ряда других физиологических параметров, таких как сатурация (SpO₂), частота сердечных сокращений, частота пульса и ЭКГ, а также возможностью визуализации измеряемых параметров на экране дисплея. К устройствам этого типа относятся, например, многофункциональные визуальные стетоскопы семейства "CMS-M" компании Contec Medical Systems Co., Ltd, China.

Оба указанные направления представляют одну из областей электронного здравоохранения (e-Health), ориентирующую людей на то, чтобы самостоятельно следить за своим здоровьем и принимать решения практически без участия врачей. Однако, у нас в стране это направление не получило пока необходимой правовой поддержки и вряд ли сейчас может рассматриваться как перспективное, в том числе в коммерческом плане.

Значительно больший интерес представляет область цифровой медицины, связанная с телемедицинскими технологиями. Работы в этой области приобрели особую актуальность и коммерческую привлекательность, 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, были официально разрешены удаленные консультации пациента с врачом /фельдшером, требования к которым были регламентированы в ранее выпущенном национальном стандарте ГОСТ Р 57757-2017 "Дистанционная оценка параметров функций, жизненно важным для жизнедеятельности человека", по существу, первом нормативным акте 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.

В соответствии с п. 5.2.1 указанного стандарта, на этапе фиксации жизненно важных параметров человека, к которым относятся и характеристики, измеряемые с помощью аускультационных технологий, в состав измерительных приборов телемедицинской системы должны входить устройства-приложения к смартфонам, обеспечивающие регистрацию и последующую дистанционную оценку этих параметров врачом. 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 со специальным программным обеспечением и аппаратурой беспроводной связи с пациентом.

Упомянутые выше аускультационные устройства указанную возможность не обеспечивают, вследствие того, что находящееся у пациента измерительное средство и компьютер медицинского работника, проводящего обследование, связаны в них обычным USB кабелем, т.е. должны находиться внутри одного помещения (например, кабинета поликлиники или больничной палаты).

Известен "Телемедицинский стетоскоп" по патентам на изобретение №№ KR 20110041455, US 2014107515, WO 2012133998 и ЕР 2692294, А61В 7/04, который может аудиовизуально регистрировать и сохранять результат, диагностированный в режиме аускультации, и передавать его по радиоканалу на сервер какого-либо центра контроля за состоянием здоровья пациентов. Этот телемедицинский комплекс включает в себя аускультационный микрофонный блок и связанный с ним кабелем центральный блок регистрации, визуализации и приемопередачи информации в центр контроля за состоянием здоровья пациентов. Центральный блок управления этого стетоскопа представляет собой портативное носимое устройство со встроенным жидкокристаллическим (ЖК) экраном дисплея и содержит размещенные в общем корпусе блок питания, приемопередающий модуль и центральный микроконтроллер, связанный с блоком памяти, а также акустический приемник, первый вход которого выполнен с возможностью подключения к нему аускультационного микрофона, а выход через аналого-цифровой преобразователь (АЦП) подключен к сигнальному входу центрального микроконтроллера. Указанный телемедицинский комплекс содержит также хранилище цифровых данных и фонограмм, вход которого подключен к первому выходу блока переключения режимов аускультаций, а выход соединен с опорным входом центрального микроконтроллера, к управляющему входу которого подключены кнопочные переключатели режимов аускультаций, а видео и аудио выходы соединены, соответственно, со входами дисплея и аудиоблока, например, телефонов, при этом второй и третий выходы блока переключения режимов аускультаций подключены, соответственно, ко второму и третьему входам акустического приемника.

Недостатками данного телемедицинского комплекса являются большое энергопотребление, что требует частой подзарядки аккумуляторной батареи, а также отсутствие средств обеспечения помехоустойчивости каналов радиосвязи с центрами контроля за состоянием здоровья пациентов, что делает это устройство уязвимым к воздействию различных источников радиопомех и ограничивает зону его автономного (без подзарядки батареи) применения.

Предлагаемая полезная модель направлена на устранение указанных недостатков ближайшего аналога.

Технический результат, который планируется достичь при использовании предлагаемой полезной модели, заключается в снижении энергопотребления, повышении помехоустойчивости и дальности связи предлагаемого устройства с центром контроля за состоянием здоровья пациентов.

Указанный технический результат планируется достичь, благодаря тому, что в известное портативное приемопередающее устройство для визуального телемедицинского стетофонендоскопа, содержащее размещенные в общем корпусе блок питания, приемопередающий модуль и центральный микроконтроллер, связанный с блоком памяти, а также акустический приемник, первый вход которого выполнен с возможностью подключения аускультационного микрофона, а выход через АЦП подключен к сигнальному входу центрального микроконтроллера, хранилище цифровых данных и фонограмм, связанное с блоком переключения режимов аускультаций и с центральным микроконтроллером, к управляющему входу которого подключен орган управления, например кнопочные выключатели, видео выход соединен с дисплеем, а аудиовыход выполнен с возможностью подключения телефонов, при этом второй и третий выходы блока переключения режимов аускультаций подключены, соответственно, ко второму и третьему входам акустического приемника, введены коммуникационный микроконтроллер и дополнительный приемопередающий модуль, а также блок контроля и управления питанием, при этом центральный микроконтроллер выполнен с дополнительным портом контроля напряжения питания, который связан с блоком контроля и управления питанием, ко входу которого подключен блок питания, коммуникационный порт центрального микроконтроллера связан с коммуникационным микроконтроллером, который, в свою очередь, связан с приемопередающим модулем и дополнительным приемопередающим модулем.

Акустический приемник может быть выполнен в виде последовательно включенных детектора, блока фильтрации и усилителя, выход которого является выходом акустического приемника, при этом первый и второй входы детектора являются, соответственно, первым и вторым входами акустического приемника, третьим входом которого служит второй вход блока фильтрации.

Каждый из приемопередающих модулей может быть выполнен в виде устройства, содержащего антенный коммутатор с антенной, ко входу которого подключен передатчик, работающий в полосе нелицензируемых радиочастот гигагерцового (ГГц) или мегагерцового (МГц) диапазонов, вход которого является входом данного приемопередающего модуля, а к выходу антенного коммутатора подключен приемник соответствующего диапазона, выполненный с возможностью измерения уровня принятого сигнала, выход которого является выходом данного приемопередающего модуля.

Передатчик, входящий в состав приемопередающих модулей, использует технологию "прыгающих частот", реализуемую с помощью цепи, состоящей из последовательно соединенных генератора случайных чисел, формирователя радиосигнала на прыгающих частотах, блока формирования сообщений и усилителя мощности с антенной, при этом вход генератора случайных чисел является входом данного приемопередающего модуля, а второй выход генератора случайных чисел подключен ко второму входу блока формирования сообщений.

Частоты передатчика, входящего в состав приемопередающего модуля, могут находиться в полосе 2,402-2,48 ГГц, выделенной для стандарта Bluetooth, а частоты передатчика, входящего в состав дополнительного приемопередающего модуля - в полосе 2400-2500 МГц, выделенной для стандарта Wi-Fi.

Частоты передатчика, входящего в состав приемопередающего модуля, могут находиться в полосе 2,402-2,48 ГГц, выделенной для стандарта Bluetooth, а частоты передатчика, входящего в состав дополнительного приемопередающего модуля - в полосе 433,075-434,79 МГц или в полосе 868,7-869,2 МГц, выделенных для устройств "малого радиуса действия" (Решение ГКРЧ от 7.05.2007 №07-20-03-001, приложения 1 и 11).

Частоты передатчика, входящего в состав приемопередающего модуля, могут находиться в полосе 2,4-2,5 ГГц, выделенной для стандарта Wi-Fi, а частоты передатчика, входящего в состав дополнительного приемопередающего модуля - в полосе 433,075-434,79 МГц или в полосе 868,7-869,2 МГц, выделенных для устройств "малого радиуса действия".

Сущность полезной модели поясняется на фиг. 1 - фиг. 3.

Фиг. 1 иллюстрирует роль и место визуального телемедицинского стетофонендоскопа в вариантах его возможного применения в составе телемедицинской системы: 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 точки доступа сети Wi-Fi; 1в - при взаимодействии с центром контроля за состоянием здоровья пациентов с помощью радиосети устройств "малого радиуса действия".

На фиг. 2 показана структурная схема предлагаемого приемопередающего устройства для визуального телемедицинского стетофонендоскопа.

На фиг. 3 приведена структурная схема акустического приемника.

На фиг 4 показана структурная схема построения приемопередающего модуля и дополнительного приемопередающего модуля.

На фиг. 5 представлена структурная схема передатчика, использующего технологию "прыгающих частот".

На указанных рисунках использованы следующие обозначения: 1 - центральный микроконтроллер; 2 - орган управления; 3 - дисплей; 4 - акустический приемник; 5 - детектор; 6 - блок фильтрации; 7 - усилитель; 8 - АЦП; 9 - хранилище цифровых данных и фонограмм; 10 - блок переключения режимов аускультации; 11 - блок памяти; 12 - блок контроля и управления питанием; 13 - блок питания; 14 - коммуникационный микроконтроллер; 15 - приемопередающий модуль; 16 - дополнительный приемопередающий модуль; 17 - антенный коммутатор; 18 - передатчик; 19 - приемник; 20 - генератор случайных чисел; 21 - формирователь радиосигнала на прыгающих частотах; 22 - блок формирования сообщений; 23 - усилитель мощности.

Рассматриваемое портативное приемопередающее устройство для визуального телемедицинского стетофонендендоскопа содержит размещенные в общем корпусе блок 13 питания, приемопередающий модуль 15 и центральный микроконтроллер 1, связанный с блоком 11 памяти, а также акустический приемник 4, первый вход которого выполнен с возможностью подключения аускультационного микрофона, а выход через АЦП 8 подключен к сигнальному входу центрального микроконтроллера 1, хранилище 9 цифровых данных и фонограмм, связанное с блоком 10 переключения режимов аускультаций и с центральным микроконтроллером 1, к управляющему входу которого подключен орган 2 управления, например, кнопочные выключатели, видеовыход соединен с дисплеем 3, а аудиовыход выполнен с возможностью подключения телефонов, при этом второй и третий выходы блока 10 переключения режимов аускультаций подключены, соответственно, ко второму и третьему входам акустического приемника 4. Предлагаемое портативное приемопередающее устройство содержит также коммуникационный микроконтроллер 14 и связанный с ним дополнительный приемопередающий модуль 16, а также блок 12 контроля и управления питанием, при этом коммуникационный порт центрального микроконтроллера 1 связан с коммуникационным микроконтроллером 14, а порт контроля напряжения питания центрального микроконтроллера 1 связан с блоком 12 контроля и управления питанием, ко входу которого подключен блок 13 питания.

В предпочтительном варианте выполнения акустическего приемника 4 он содержит последовательно включенных детектор 5, блок 6 фильтрации и усилитель 7, выход которого является выходом акустического приемника, при этом первый и второй входы детектора 5 являются, соответственно, первым и вторым входам акустического приемника 4, третьим входом которого служит второй вход блока 6 фильтрации.

В предпочтительном варианте выполнения приемопередающего модуля 15 и дополнительного приемопередающего модуля 16 каждый из них содержит антенный коммутатор 17 с антенной, ко входу которого подключен передатчик 18, работающий в полосе нелицензируемых радиочастот ГГц или МГц диапазонов, вход которого является входом данного приемопередающего модуля 15 или 16, а к выходу антенного коммутатора 17 подключен приемник 19 соответствующего диапазона, выполненный с возможностью измерения уровня принятого сигнала, выход которого является выходом данного приемопередающего модуля 15 или 16.

Передатчик 18, входящий в состав приемопередающего модуля 15 или дополнительного приемопередающего модуля 16 выполнен по технологии прыгающих частот в виде цепи, состоящей из последовательно соединенных генератора 20 случайных чисел, формирователя 21 радиосигнала на прыгающих частотах, блока 22 формирования сообщений и усилителя 23 мощности с антенной, при этом вход генератора 20 случайных чисел является входом приемопередающего модуля 15 или дополнительного приемопередающего модуля 16, а второй выход генератора 20 случайных чисел подключен ко второму входу блока 22 формирования сообщений.

При этом частоты передатчика 18, входящего в состав приемопередающего модуля 15, могут находиться в полосе 2,402-2,48 ГГц, выделенной для стандарта Bluetooth - "ближний радиоканал," а частоты передатчика 18, входящего в состав дополнительного приемопередающего модуля 16, могут находиться в полосе 2400-2500 МГц, выделенной для стандарта Wi-Fi - "дальный радиоканал"

В другом предпочтительном варианте частоты передатчика 18, входящего в состав приемопередающего модуля 15 могут находиться в полосе 2,402-2,48 ГГц, выделенной для стандарта Bluetooth - ближний радиоканал", а частоты передатчика 18, входящего в состав дополнительного приемопередающего модуля 16 - в полосе 433,075-434,79 МГц или в полосе 868,7-868,2 МГц, выделенных для устройств "малого радиуса действия" -"дальний радиоканал".

Кроме этого, частоты передатчика 18, входящего в состав приемопередающего модуля 15, могут находиться в полосе 2,4-2,5 ГГц, выделенной для стандарта Wi-Fi - "ближний радиоканал", а частоты передатчика 18, входящего в состав дополнительного приемопередающего модуля 16 могут быть расположены в полосе 433,075-434,79 МГц или в полосе 868,7-869,2 МГц, выделенных для устройств "малого радиуса действия" - "дальний радиоканал".

Такое комбинированное использование "ближнего" и "дальнего" радиоканалов при постоянном контроле и управлении питанием устройства от аккумуляторной батареи позволяет осуществлять непрерывное детальное аускультационное обследование пациента при нахождении его как в помещениях клиники, имеющих точки доступа сети Wi-Fi, так и вне зоны покрытия сети Wi-Fi.

В разработанном на предприятии-заявителе опытном образце рассматриваемого портативного приемопередающего устройства в "дальнем радиоканале" (МГц диапазон) используется трансивер типа SX1272, отличительными особенностями которого являются:

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 технологий Frequency Hopping ("прыгания по частотам") и LBT ("прослушивания эфира перед передачей"), позволяющих эффективно использовать ограниченный частотный диапазон, избегать коллизий при множественном доступе и бороться с "замиранием" сигналов из-за интерференции.

Для уменьшения электропотребления в "ближнем радиоканале" использован малопотребляющий приемопередающий модуль ГГц диапазона сети Wi-Fi со встроенной антенной RS9113 серии WiseConnec, обеспечивающий передачу данных и голосовую связь с оператором через стандартную точку доступа Wi-Fi в реальном масштабе времени. Существующие алгоритмы позволяют обеспечить плавный переход от одной точки доступа стандарта WiFi к другой без потери передаваемой информации.

В варианте использования в "ближнем радиоканале" частот Bluetooth, применен интерфейсный аудио-модуль Bluetooth 4.0 BLE на микросборке CSR8630 (arduino.ua). Данный модуль совместим с большинством современных смартфонов (фиг. 1а) и обеспечивает высокие качество и помехоустойчивость передачи двумерной информации в диапазоне, выделенном 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.

Вышеупомянутые способы Frequency Hopping ("прыгания по частотам") и LBT ("прослушивания эфира перед передачей") широко используются в современных информационно-коммуникационных технологиях (ИКТ) для улучшения качества связи и передачи данных и увеличения зоны покрытия. 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 приемопередающего устройства медицинского модуля с радиосетью устройств "малого радиуса действия". Типовые алгоритмы формирования хоппинг-сигнала подробно описаны в патентах предприятия-заявителя №№ RU 2351066, RU 2342264, RU 2327224 и др. Аналогичный принцип используется и в сетях связи и передачи данных, построенных на стандартах Bluetooth и Wi-Fi (1234g.ru/blog-of-wireless-technologies).

В качестве блока 11 памяти в рассматриваемом устройстве может быть использована обычная микро SD-карта объемом до 16 Гб.

Дисплей 3 выполнен на базе OLED-индикатора UG-6028GDEBF02 на 160×128 точек размером 40×34 мм. Дисплеи на основе OLED-технологии в настоящее время являются оптимальными по соотношению качества изображения и энергопотребления.

В блоке 13 питания используется аккумуляторная LiP-батарея емкостью 3А*ч.

Программное обеспечение рассматриваемого устройства состоит из отдельных программных модулей, каждый из которых обеспечивает выполнение возложенных на него функций, описанных ниже - в разделе, посвященном функционированию устройства.

Рассматриваемое портативное приемопередающее устройство для визуального телемедицинского стетофонендендоскопа работает следующим образом.

Роль и место визуального телемедицинского стетофонендоскопа в общей телемедицинской системе поясняется на фиг. 1, на котором показаны три возможных сценария его применения в телемедицинской системе, включающей в себя само устройство, как средство приема, обработки, аудиовизуального отображения и передачи аускультационных данных по радиоэфиру, информационно-коммуникационное средство, например, смартфон - фиг. 1а или точка доступа сети Wi-Fi - фиг. 1б либо радиосеть устройств "малого радиуса действия" - фиг. 1в, облачные хранилища результатов измерений, персональных данных о пациентах и справочной медицинской информации (на рисунках "облака"), а также глобальная сеть Интернет, связывающая все указанные информационные и коммуникационные средства с центром контроля за состоянием здоровья пациентов.

Основными режимами использования рассматриваемого портативного приемопередающего устройства являются, как и в ближайшем аналоге, следующие: первый режим - аускультация области сердца (режим Н), второй режим - аускультация области легких (режим Р), третий режим - аускультация области шеи (режим N) и четвертый режим - аускультация кишечника (режим В). Порядок выбора режимов аускультации Н, Р, N или В может быть ситуативно изменен.

Циклограмма работы портативного приемопередающего устройства одинакова во всех указанных режимах аускультации и задается путем выбора соответствующей программы работы центрального микроконтроллера 1 с помощью органа 2 управления, например, путем нажатия соответствующего переключателя режимов - кнопок H,P,N или В, расположенных на лицевой панели устройства. При этом на экране дисплея 3 появляется соответствующее выбранному режиму символьное обозначение. При размещении аускультацтонного микрофона на груди пациента в области сердца, звуки кровотока легочной артерии, трикуспидального и митрального клапанов сердца обнаруживаются как пиковая волна острого тона сердца с постоянным периодом. Эти звуки, преобразованные аускультационным микрофоном в электрический сигнал, вводятся в акустический приемник 4, где поступают на первый вход детектора 5. Шум минимизируется с помощью блока 6 фильтрации. Сигнал аускультации усиливается в усилителе 7 Усиленный аналоговый сигнал пиковой волны преобразуется далее в цифровую фонограмму с помощью АЦП 8 и подается на сигнальный вход центрального микроконтроллера 1, который запрашивает в хранилище 9 цифровых данных и фонограмм стандартные данные, соответствующие выбранному режиму аускультации. Центральный микроконтроллер 1 сравнивает полученные и стандартные фонограммы и по отклонениям от нормы (стандарта) классифицирует вид заболевания. При этом область поиска ограничена фонограммами, относящимися только к области сердца, что позволяет достаточно точно определить название заболевания.

Когда период пиковой волны постоянен, то это соответствует нормальному режиму работы сердца. Если период пиковой волны нерегулярен, то это означает наличие отклонения от нормы - аритмию. Если количество биений сердца в минуту превышает норму, то это отклонение определяется как тахикардия. Замедленное сердцебиение определяется как брадикардия. Зона поиска информации, соответствующей выбранному режиму аускультации, в хранилище 9 цифровых данных и фонограмм задают, с помощью блока 10 переключения режимов аускультации по соответствующему запросу, формируемому центральным микроконтроллером 1. Одновременно, блок 10 переключения режимов аускультации формирует и подает на второй и третий входы акустического приемника 4 команды, определяющие соответствующие данному режиму параметры детектора 5 и блока 6 фильтрации, соответственно.

Информация, полученная центральным микроконтроллером 1 в результате описанной выше алгоритмической процедуры, отображается на экране дисплея 3. В первую очередь она необходима для выявления острых отклонений параметров сердечного кровотока от нормы и принятия срочных мер реагирования на угрожающую ситуацию (например, острую аритмию) и вызова скорой помощи.

Однако, решением только этой задачи функции центрального микроконтроллера 1 не ограничиваются. Его ПО, состоящее из отдельных программных модулей, обеспечивает запись информационных кодовых сообщений (текущих цифровых фонограмм) в блок 11 памяти, запрос и прием из блока 12 контроля и управления питанием информации о степени разрядки аккумуляторной батареи, входящей в состав блока 13 питания, цифро-аналогового преобразования текущих цифровых фонограмм для прослушивания их с помощью телефонов, а также преобразования и передачи цифровых фонограмм в коммуникационный микроконтроллер 14 для реализации возможных сценариев использования рассматриваемого портативного приемопередающего устройства в различных вариантах построения территориально распределенной телемедицинской системы, показанных на фиг. 1а - Фиг. 1в.

Существенной отличительной особенностью заявленного устройства от ближайшего аналога является использование, наряду с приемопередающим модулем 15 дополнительного приемопередающего модуля 16, а также коммуникационного микроконтроллера 14, осуществляющего ситуационное управление указанными модулями в автоматическом режиме с учетом измеренного уровня принимаемого сигнала и данных о текущем состоянии зарядки аккумуляторной батареи, получаемых с помощью центрального микроконтроллера 1 от блока 12 контроля и управления питанием.

Приемопередающий модуль 15 и дополнительный приемопередающий модуль 16 выполнены по стандартной схеме (фиг. 4) - с использованием антенного коммутатора 17, ко входу которого подключен передатчик 18, работающий под управлением коммуникационного микроконтроллера 14, а выход соединен с приемником 19, выполненным с возможностью подключения ко входу коммуникационного микроконтроллера 14. Передатчик 18 приемопередающего модуля 15 и передатчик дополнительного приемопередающего модуля 16 выполнены по стандартной схеме (фиг. 5), реализующей метод "прыгающих частот". Указанные передающие устройства различаются лишь используемым диапазоном радиочастот. В обоих случаях используется хоппинг-сигнал, обеспечивающий высокие помехоустойчивость и качество передачи информации, соизмеримое с качеством трансляции данных по проводным каналам связи.

Перенос кодового информационного сообщения на несущие частоты хоппинг-сигнала и излучение его в эфир осуществляются следующим образом.

Полученная с выхода коммуникационного микроконтроллера 14 команда активации запускает генератор 20 случайных чисел, который формирует двоичный М-разрядный код Z случайного равномерно распределенного числа. Генератор 20 случайных чисел подает код Z в формирователь 21 радиосигнала на прыгающих частотах. То есть, на указанный формирователь поступает код Z в пределах от 0 до (2^М-1). По этому коду формирователь 21 радиосигнала на прыгающих частотах формирует частоту F_m, значение которой можно определить по формуле

F_m=F₀+ΔF×Z,

где F₀ - минимальная частота (при Z=0);

ΔF - шаг сетки частот.

При этом для максимального значения F_{m max} частоты F_m справедлива формула

F_{m max}=F₀+ΔF×(2^M-1).

Сформированная частота F_m, поступает на первый вход блока 22 формирования сообщений. В этом блоке последовательно формируются разряды:

- МАРКЕРА, состоящего из строго определенного для данной системы числа логических единиц и одного логического нуля. МАРКЕР используется для определения числа Z в хоппинг-сообщении;

- АДРЕСА, определяющего идентификационный код ультразвукового датчика;

- ИНФОРМАЦИИ, определяющей информационную часть хоппинг-сообщения;

- КОНТРОЛЬНОЙ СУММЫ, предназначенной для подтверждения правильности принятого хоппинг-сообщения.

КОНТРОЛЬНАЯ СУММА однозначно подсчитывается в зависимости от сформированных кодов АДРЕСА и ИНФОРМАЦИИ. Информацией являются кодированные сообщения, формируемые из полученных аудиосигналов, выделяемых в акустическом приемнике 4. Указанные кодированные сообщения поступают на второй вход блока 22 формирования сообщений, на первый вход которого подается сигнал несущей частоты с выхода формирователя 21 радиосигнала на прыгающих частотах. Поступающий с выхода блока 22 формирования сообщений высокочастотный сигнал, несущий хоппинг-сообщение, усиливается в усилителе 23 мощности и через антенну излучается в радиоэфир.

В зависимости от конкретного сценария, показанного на фиг. 1, частотный диапазон радиосигнала на прыгающих частотах и дальность связи могут варьироваться. Так, при использовании для приема смартфона (фиг. 1а) частотный диапазон, как правило, соответствует полосе 2,402-2480 ГГц, выделенной для Bluetooth-радиосвязи. Мощность излучаемого сигнала ГГЦ диапазона во всех выпускаемых промышленностью 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 в облачные хранилища данных ("облака") непосредственно через эту точку доступа и/или через глобальную сеть Интернет - для последующего использования этой информации соответствующими медицинскими специалистами в центрах контроля за состоянием здоровья пациентов.(фиг. 1б). - "ближний радиоканал".

Для передачи данных на большое (до 3-5 км) расстояние используется передатчик МГц диапазона проприетарной радиосети устройств "малого радиуса дейятвия", работающий на нелицензируемых радиочастотах вышеупомянутых диапазонов 433 или 868 МГц - "дальний радиоканал" (фиг. 1в).

ПО рассматриваемого портативного приемопередающего устройства состоит из отдельных программных модулей, каждый из которых обеспечивает выполнение возложенных на него функций.

Для конкретности ниже описаны функции и операции, выполняемые основными программными модулями опытного образца рассматриваемого прибора, прошедшего испытания на предприятии-заявителе.

ПО указанного опытного образца состоит из двух программных блоков МЕД и СИСТ, каждый из которых выполняет свои специфические функции и содержит свой набор программных модулей.

Так, программный блок МЕД обеспечивает реализацию центральным микроконтроллером 1 и его периферийными устройствами функций по регистрации цифровой акустической фонограммы в блоке 11 памяти, отображению на дисплее 3, контролю заряда/разряда аккумуляторной батареи с помощью блока 12 контроля и управления питанием и связи с коммуникационным микроконтроллером 14.

Программный блок СИСТ обеспечивает реализацию коммуникационным микроконтроллером 14 функций передачи по "ближнему" и "дальнему" радиоканалам медицинских данных и голосового контакта пациента с врачом.

Программный блок МЕД включает в себя следующие основные программные модули:

Модуль USB.

Используется для отладки и контроля на персональном компьютере работы всего программного модуля MED.

Модуль RFLORA.

Используется для управления приемопередающим модулем 15 или дополнительным приемопередающим модулем 16 радиосети устройств "малого радиуса действия" диапазонов 433 и/или 868 МГц.

Модуль UARTSAM4.

Используется как интерфейс. Основная задача - блочная передача всей доступной информации из центрального микроконтроллера 1 в коммуникационный микроконтроллер 14.

Модуль MAIN.

Используется для инициализации центрального микроконтроллера 1, его периферии, внутренних и внешних модулей, общего управления процессами прослушивания и обработки данных, определения и передачи основных/критических параметров.

Программный блок СИСТ включает в себя следующие основные программные модули:

Модуль debug.

Позволяет выводить отладочную информацию через последовательный порт.

Модуль com.

Это шаблонный класс со стандартным интерфейсом, реализующий буферизированное мультимодемное асинхронное соединение.

Модуль network.

Предназначен для обеспечения подключения к точке доступа сети Wi-Fi.

Модуль SD

Организует прием данных от программного блока МЕД, буферизацию и запись на микро SD-карту блока 11 памяти. Этот модуль обеспечивает режим максимальной экономии энергии.

Модуль Online.

Организует онлайн трансляцию данных в центр контроля за состоянием здоровья пациентов. Эта функция работает только если медперсоналу требуются свежие измеренные данные и есть связь по сети Wi-Fi.

Модуль Histopy.

Организует передачу в облако накопленных за время отсутствия связи по сети Wi-Fi данных на максимально возможной скорости.

Модуль Brain.

Организует канал управления между рассматриваемым портативным приемопередающим устройством и центром контроля за состоянием здоровья пациентов для передачи служебной и управляющей информации, а так же коротких сообщений и вызовов голосовой связи.

Модуль Wi-Fi.

Организует контроль качества Wi-Fi связи для своевременного отключения аппаратуры Wi-Fi при недостаточном качестве связи. Так же организует периодическое сканирование на предмет наличия возможности установления Wi-Fi соединения, тем самым балансируя между оперативностью передачи информации и энергосбережением, сообразуясь с предустановками параметров системы и реальной доступностью сети Wi-Fi связи.

Модуль smartconfig.

Организует ввод информации, необходимой для подключения к точке доступа Wi-Fi.

Совокупность описанных выше аппаратных и программных средств позволяет получить ожидаемый технический результат, заключающийся в снижении энергопотребления, повышении помехоустойчивости и дальности связи предлагаемого устройства с центром контроля за состоянием здоровья пациентов.

Claims (7)

1 Портативное приемопередающее устройство для визуального телемедицинского стетофонендоскопа, содержащее размещенные в общем корпусе блок питания, приемопередающий модуль и центральный микроконтроллер, связанный с блоком памяти, а также акустический приемник, первый вход которого выполнен с возможностью подключения аускультационного микрофона, а выход через аналого-цифровой преобразователь подключен к сигнальному входу центрального микроконтроллера, хранилище цифровых данных и фонограмм, связанное с блоком переключения режимов аускультаций и с центральным микроконтроллером, к управляющему входу которого подключен орган управления - кнопочные выключатели, видеовыход соединен с дисплеем, а аудиовыход выполнен с возможностью подключения телефонов, при этом второй и третий выходы блока переключения режимов аускультаций подключены, соответственно, ко второму и третьему входам акустического приемника, отличающееся тем, что в него введены коммуникационный микроконтроллер и дополнительный приемопередающий модуль, а также блок контроля и управления питанием, при этом центральный микроконтроллер выполнен с дополнительным портом контроля напряжения питания, который связан с блоком контроля и управления питанием, ко входу которого подключен блок питания, коммуникационный порт центрального микроконтроллера связан с коммуникационным микроконтроллером, который, в свою очередь, связан с приемопередающим модулем и дополнительным приемопередающим модулем.

2 Портативное приемопередающее устройство для визуального телемедицинского стетофонендоскопа по п. 1, отличающееся тем, что акустический приемник выполнен в виде последовательно включенных детектора, блока фильтрации и усилителя, выход которого является выходом акустического приемника, при этом первый и второй входы детектора являются, соответственно, первым и вторым входам акустического приемника, третьим входом которого служит второй вход блока фильтрации.

3 Портативное приемопередающее устройство для визуального телемедицинского стетофонендоскопа по п. 1, отличающееся тем, что каждый из приемопередающих модулей содержит антенный коммутатор с антенной, ко входу которого подключен передатчик, работающий в полосе нелицензируемых радиочастот гигагерцового или мегагерцового диапазонов, вход которого является входом данного приемопередающего модуля, а к выходу антенного коммутатора подключен приемник соответствующего диапазона, выполненный с возможностью измерения уровня принятого сигнала, выход которого является выходом данного приемопередающего модуля.

4 Портативное приемопередающее устройство для визуального телемедицинского стетофонендоскопа по п. 1, отличающееся тем, что передатчик, входящий в состав приемопередающих модулей выполнен по технологии прыгающих частот в виде цепи, состоящей из последовательно соединенных генератора случайных чисел, формирователя радиосигнала на прыгающих частотах, блока формирования сообщений и усилителя мощности с антенной, при этом вход генератора случайных чисел является входом данного приемопередающего модуля, а второй выход генератора случайных чисел подключен ко второму входу блока формирования сообщений.

5 Портативное приемопередающее устройство для визуального телемедицинского стетофонендоскопа по п. 1, отличающееся тем, что частоты передатчика, входящего в состав приемопередающего модуля находятся в полосе 2,402-2,48 ГГц, выделенной для стандарта Bluetooth, а частоты передатчика, входящего в состав дополнительного приемопередающего модуля - в полосе 2400-2500 МГц, выделенной для стандарта Wi-Fi.

6 Портативное приемопередающее устройство для визуального телемедицинского стетофонендоскопа по п. 1, отличающееся тем, что частоты передатчика, входящего в состав приемопередающего модуля, находятся в полосе 2,402-2,48 ГГц, выделенной для стандарта Bluetooth, а частоты передатчика, входящего в состав дополнительного приемопередающего модуля, находятся в полосе 433,075-434,79 МГц или в полосе 868,7-868,2 МГц, выделенных для устройств "малого радиуса действия".

7 Портативное приемопередающее устройство для визуального телемедицинского стетофонендоскопа по п. 1, отличающееся тем, что частоты передатчика, входящего в состав приемопередающего модуля, находятся в полосе 2,4-2,5 ГГц, выделенной для стандарта Wi-Fi, а частоты передатчика, входящего в состав дополнительного приемопередающего модуля, находятся в полосе 433,075-434,79 МГц или в полосе 868,7-869,2 МГц, выделенных для устройств "малого радиуса действия".

Images