RU196036U1 - PERSONAL FETAL MONITOR - Google Patents

Abstract

Translated fromRussian

Полезная модель относится к области медицинского приборостроения, в частности к устройствам мониторирования физиологических параметров, и может быть использована в системах медицинской диагностики для дистанционного наблюдения за пациентками в режиме реального времени в любом месте и в любое время с помощью мобильного устройства. Обеспечивает возможности самостоятельного быстрого и правильного позиционирования ультразвукового датчика при мониторинге двойни. Устройство включает объединенные в корпус 1 модуль 2 возбуждения датчика, входной усилитель 3, аналого-цифровой преобразователь 4 центральный процессор 5, усилитель тензометрического сигнала 6, экран 7, блок 8 передачи данных, громкоговоритель 9, блок 10 обработки сигнала, цифровой приемо-передатчик 11 и коммутатор 12. Коммутатор 12 выполнен с возможностью подсоединения к нему на вход-выход двух ультразвуковых датчиков 13, 14. Он соединен на вход с выходом модуля 2 возбуждения датчика и на выход с входным усилителем 3. Выход входного усилителя 3 подключен через аналого-цифровой преобразователь 4 к первому входу цифрового приемопередатчика 11. Первый выход цифрового приемопередатчика 11 подключен к управляющему входу коммутатора 12, а второй выход - ко входу модуля 2 возбуждения датчика. Цифровой приемопередатчик 11 двусторонне соединен с центральным процессором 5, экраном 7 и блоком 8 передачи данных, а его выход соединен через блок 10 обработки сигнала с входом громкоговорителя 9. Цифровой приемопередатчик имеет второй вход, выполненный с возможностью подсоединения маркера 15 шевелений плода. Усилитель тензометрического сигнала 6 соединен на вход с центральным процессором 5 и выполнен с возможностью подключения к нему тензометрического датчика 16. 3 з.п. ф-лы, 1 ил.The utility model relates to the field of medical instrumentation, in particular to devices for monitoring physiological parameters, and can be used in medical diagnostic systems for remote monitoring of patients in real time at any place and at any time using a mobile device. Provides the ability to independently quickly and correctly position the ultrasonic sensor when monitoring twins. The device includes a sensor excitation module 2 integrated in the housing 1, an input amplifier 3, an analog-to-digital converter 4, a central processor 5, a strain-gauge signal amplifier 6, a screen 7, a data transmission unit 8, a loudspeaker 9, a signal processing unit 10, a digital transceiver 11 and switch 12. The switch 12 is configured to connect two ultrasonic sensors 13, 14 to the input / output to it. It is connected to the input to the output of the sensor excitation module 2 and to the output with the input amplifier 3. The output of the input amplifier 3 is connected through an analog-to-digital converter 4 to the first input of the digital transceiver 11. The first output of the digital transceiver 11 is connected to the control input of the switch 12, and the second output is connected to the input of the sensor excitation module 2. The digital transceiver 11 is bilaterally connected to the central processor 5, the screen 7, and the data transmission unit 8, and its output is connected via the signal processing unit 10 to the input of the speaker 9. The digital transceiver has a second input configured to connect a fetal movement marker 15. The amplifier of the strain gauge signal 6 is connected to the input of the Central processor 5 and is configured to connect a strain gauge sensor 16. 3 zp f-ly, 1 ill.

Description

Translated fromRussian

Настоящее техническое решение относится к области медицинского приборостроения, в частности, к устройствам мониторирования физиологических параметров, и может быть использовано в системах медицинской диагностики для дистанционного наблюдения за пациентками в режиме реального времени в любом месте и в любое время с помощью мобильного устройства.This technical solution relates to the field of medical instrumentation, in particular, to devices for monitoring physiological parameters, and can be used in medical diagnostic systems for remote monitoring of patients in real time anywhere and anytime using a mobile device.

Из существующего уровня техники известен фетальный монитор, включающий в себя электронный блок, ультразвуковой и тензометрические датчики (http://fgroup.global/catalog/oborudovanie/fetalnye-monitory/distancionnyy-fetalnyy-monitor-cg-900p-fetal-tracetm). Аппарат предоставляет возможность удаленного мониторинга и контроля за состоянием плода путем записи кардиотокограммы (KIT), представляющей одновременную запись трех параметров: частоты сердцебиения (ЧСС) плода; тонуса матки (ТОКО); моментов шевеления плода. Аппарат имеет возможность сохранять данные для дальнейшей их передачи на персональный компьютер, расположенный в кабинете лечащего врача. Неоспоримым преимуществом этого прибора является возможность проведения мониторирования беременных женщин на последних неделях беременности, находящих в домашних условиях. Недостатком данного технического решения является то, что этот прибор имеет большие габариты и вес.A fetal monitor is known from the prior art, including an electronic unit, ultrasound and strain gauges (http://fgroup.global/catalog/oborudovanie/fetalnye-monitory/distancionnyy-fetalnyy-monitor-cg-900p-fetal-tracetm). The device provides the ability to remotely monitor and control the condition of the fetus by recording a cardiotocogram (KIT), representing the simultaneous recording of three parameters: fetal heart rate (HR); uterine tone (TOKO); moments of fetal movement. The device has the ability to save data for further transmission to a personal computer located in the office of the attending physician. The indisputable advantage of this device is the ability to monitor pregnant women in the last weeks of pregnancy who are at home. The disadvantage of this technical solution is that this device has large dimensions and weight.

Также из уровня техники известно устройство дистанционного мониторирования плода (https://tech-bit.ru/sense4baby), которое содержит ультразвуковой доплеровский модуль для измерения ЧСС плода, к которому подключается также датчик давления, который измеряет силу и частоту маточных сокращений. Дополнительное устройство в виде смартфона или планшетного компьютера используется для визуализации результатов мониторирования и передачи данных на медицинский сервер и на рабочее место врача через Интернет. Веб-портал обеспечивает врачам доступ к базе данных пациентов, в любое время и в любом месте. Недостатком устройства является сильно сглаженная КТГ, не позволяющая отслеживать изменения ЧСС плода от удара к удару и низкое качество звукового воспроизведения сигнала сердцебиений плода. Кроме того, в устройстве необработанные данные с ультразвукового доплеровского модуля поступают с большой скоростью через беспроводной интерфейс Bluetooth на смартфон, который выполняет формирование КТГ. Высокая скорость передачи необработанных данных по каналу Bluetooth приводит к увеличению вероятности потери данных, увеличению энергопотребления трансивера и уровня электромагнитного облучения плода.Also known from the prior art is a device for remote fetal monitoring (https://tech-bit.ru/sense4baby), which contains an ultrasonic Doppler module for measuring fetal heart rate, which also connects a pressure sensor that measures the strength and frequency of uterine contractions. An additional device in the form of a smartphone or tablet computer is used to visualize the results of monitoring and data transfer to the medical server and to the doctor’s workplace via the Internet. The web portal provides doctors with access to a patient database, anytime, anywhere. The disadvantage of this device is the strongly smoothed CTG, which does not allow to track changes in the fetal heart rate from shock to shock and the low quality of sound reproduction of the fetal heartbeat signal. In addition, in the device, the raw data from the ultrasonic Doppler module arrives at high speed through the Bluetooth wireless interface to the smartphone, which performs the formation of CTG. The high speed of raw data transmission via Bluetooth leads to an increase in the probability of data loss, an increase in the power consumption of the transceiver and the level of electromagnetic radiation of the fetus.

Наиболее близким аналогом настоящего технического решения является персональный фетальный монитор, включающий объединенные в один корпус модуль возбуждения датчика, входной усилитель, аналого-цифровой преобразователь центральный процессор, экран, усилитель тензометрического сигнала, блок передачи данных, громкоговоритель. Устройство позволяет накапливать всю запись КТГ во внутренней памяти и передавать после проведения обследования записанную КТГ в медицинский центр с помощью встроенного в прибор модуля GSM (http://www.pregnabit.com/en/). Однако в приборе отсутствует возможность регистрации двойни.The closest analogue of this technical solution is a personal fetal monitor, which includes a sensor excitation module, an input amplifier, an analog-to-digital converter, a central processor, a screen, a strain gauge signal amplifier, a data transmission unit, and a loudspeaker. The device allows you to accumulate the entire CTG record in the internal memory and transmit after the examination the recorded CTG to the medical center using the GSM module built into the device (http://www.pregnabit.com/en/). However, the device does not have the ability to register twins.

Задачей, на решение которой направлена заявляемая полезная модель, является создание малогабаритного персонального фетального монитора для проведения обследования пациенток с двуплодной беременностью как в условиях медицинских учреждений, так и при оказании медицинских услуг на выезде и на дому.The task to which the claimed utility model is directed is to create a small-sized personal fetal monitor for examining patients with a double pregnancy both in medical institutions and in the provision of medical services on the road and at home.

Поставленная задача в предложенном техническом решении решается за счет того, что персональный фетальный монитор, включающий объединенные в один корпус модуль возбуждения датчика, входной усилитель, аналого-цифровой преобразователь, центральный процессор, усилитель тензометрического сигнала, экран, блок передачи данных, громкоговоритель, согласно техническому решению, дополнительно снабжен блоком обработки сигнала, цифровым приемопередатчиком и коммутатором, выполненным с возможностью подсоединения к нему на вход-выход двух ультразвуковых датчиков и соединенным на вход с выходом модуля возбуждения датчика и на выход с входным усилителем, выход которого подключен через аналого-цифровой преобразователь к первому входу цифрового приемопередатчика, имеющего второй вход, выполненный с возможностью подсоединения маркера шевелений плода, первый выход цифрового приемопередатчика подключен к управляющему входу коммутатора, а второй выход - ко входу модуля возбуждения датчика, при этом цифровой приемопередатчик двусторонне соединен с центральным процессором, который в свою очередь двусторонне соединен с экраном и блоком передачи данных, усилитель тензометрического сигнала, выполненный с возможностью подключения к нему тензометрического датчика, подсоединен ко входу центрального процессора, к выходу которого подсоединен через блок обработки сигнала громкоговоритель, при этом центральный процессор выполнен с возможностью преобразования сигнала из диапазона доплеровских частот в диапазон высоких частот с сохранением длительности сигнала, а коммутатор выполнен с возможностью обеспечения поочередной передачи ультразвуковым датчикам сигнала возбуждения.The problem in the proposed technical solution is solved due to the fact that the personal fetal monitor, which includes a sensor excitation module integrated in one housing, an input amplifier, an analog-to-digital converter, a central processor, a strain gauge signal amplifier, a screen, a data transmission unit, a loudspeaker, according to the technical the solution is additionally equipped with a signal processing unit, a digital transceiver and a switch configured to connect two ultra sound sensors and connected to the input to the output of the sensor excitation module and to the output with an input amplifier, the output of which is connected through an analog-to-digital converter to the first input of a digital transceiver having a second input configured to connect a fetal movement marker, the first output of a digital transceiver is connected to the control input of the switch, and the second output to the input of the sensor excitation module, while the digital transceiver is bilaterally connected to the central processor, which in turn, it is bilaterally connected to the screen and the data transmission unit, the strain gauge signal amplifier configured to connect a strain gauge sensor to it is connected to the input of the central processor, the output of which is connected to the loudspeaker through the signal processing unit, while the central processor is configured to convert the signal from the range of Doppler frequencies in the high frequency range while maintaining the duration of the signal, and the switch is configured to provide alternate transmission of the excitation signal to the ultrasonic sensors.

Громкоговоритель может представлять собой полифонический спикер, а блок обработки сигнала при этом включает подсоединенный на выход к центральному процессору цифро-аналоговый преобразователь, выход которого соединен с усилителем мощности, соединенным на вход с полифоническим спикером.The loudspeaker may be a polyphonic speaker, while the signal processing unit includes a digital-to-analog converter connected to the output of the central processor, the output of which is connected to a power amplifier connected to the input to the polyphonic speaker.

Блок передачи данных может включать соединенные с центральным процессором модули беспроводного интерфейса Bluetooth, беспроводного интерфейса GSM и интерфейса USB.The data transfer unit may include modules connected to the central processor of the Bluetooth wireless interface, GSM wireless interface and USB interface.

Экран может быть выполнен сенсорным.The screen can be made touch.

Техническим результатом, достигаемым приведенной совокупностью признаков, является обеспечение возможности самостоятельного быстрого и правильного позиционирования ультразвукового датчика при мониторинге двойни.The technical result achieved by the given set of features is to enable independent fast and proper positioning of the ultrasonic sensor when monitoring twins.

Сущность заявленного устройства поясняется чертежом, не охватывающим и, тем более, не ограничивающим объем притязаний по данному решению, а лишь являющимся иллюстрирующим материалом частного случая его выполнения, на котором изображена блок-схема устройства.The essence of the claimed device is illustrated by a drawing that does not cover and, moreover, does not limit the scope of claims for this decision, but is only illustrative material of a particular case of its implementation, which shows a block diagram of the device.

Устройство включает объединенные в корпус 1 модуль 2 возбуждения датчика, входной усилитель 3, аналого-цифровой преобразователь 4 центральный процессор 5, усилитель тензометрического сигнала 6, экран 7, блок 8 передачи данных, громкоговоритель 9, блок 10 обработки сигнала, цифровой приемопередатчик 11 и коммутатор 12. Коммутатор 12 выполнен с возможностью подсоединения к нему на вход-выход двух ультразвуковых датчиков 13, 14. Он соединен на вход с выходом модуля 2 возбуждения датчика и на выход с входным усилителем 3. Выход входного усилителя 3 подключен через аналого-цифровой преобразователь 4 к первому входу цифрового приемопередатчика 11. Первый выход цифрового приемопередатчика 11 подключен к управляющему входу коммутатора 12, а второй выход - ко входу модуля 2 возбуждения датчика. Цифровой приемопередатчик 11 двусторонне соединен с центральным процессором 5, экраном 7 и блоком 8 передачи данных, а его выход соединен через блок 10 обработки сигнала с входом громкоговорителя 9. Цифровой приемопередатчик имеет второй вход, выполненный с возможностью подсоединения маркера 15 шевелений плода. Усилитель тензометрического сигнала 6 соединен на вход с центральным процессором 5 и выполнен с возможностью подключения к нему тензометрического датчика 16.The device includes asensor excitation module 2 integrated in thehousing 1, aninput amplifier 3, an analog-to-digital converter 4, acentral processor 5, a strain-gauge signal amplifier 6, ascreen 7, adata transmission unit 8, a loudspeaker 9, asignal processing unit 10, adigital transceiver 11 and aswitch 12. Theswitch 12 is configured to connect to it the input-output of twoultrasonic sensors 13, 14. It is connected to the input to the output of thesensor excitation module 2 and to the output with theinput amplifier 3. The output of theinput amplifier 3 is connected ene via an analog-digital converter 4 to the first input of adigital transceiver 11. The first outputdigital transceiver 11 is connected to the control input of theswitch 12, and the second output - to aninput unit 2 sensor drive. Thedigital transceiver 11 is bilaterally connected to thecentral processor 5, thescreen 7 and thedata transmission unit 8, and its output is connected through thesignal processing unit 10 to the input of the speaker 9. The digital transceiver has a second input configured to connect afetal movement marker 15. The amplifier of thestrain gauge signal 6 is connected to the input of theCentral processor 5 and is configured to connectstrain gauge sensor 16 to it.

Принцип действия устройства основан на формировании кардиотокограммы (КТГ) плода и передачи результатов мониторирования на рабочее место врача по каналам связи. КТГ представляет собой одновременную запись трех параметров: частоты сердечных сокращений (ЧСС) двух плодов, сократительной активности матки и моментов шевелений плода. При этом формирование ЧСС плода осуществляется путем ультразвуковой эхолокации движущихся структур сердца плодов с помощью ультразвуковых датчиков 13, 14, регистрация сокращений матки - с помощью тензометрического датчика 15, а регистрация моментов шевеления плода - нажатием пациенткой на кнопку маркера 16 шевелений плодов.The principle of operation of the device is based on the formation of a cardiotocogram (CTG) of the fetus and the transfer of monitoring results to the doctor’s workplace through communication channels. CTG is a simultaneous recording of three parameters: heart rate (HR) of two fetuses, contractile activity of the uterus and moments of fetal movement. In this case, the formation of fetal heart rate is carried out by ultrasonic echolocation of the moving structures of the fetal heart usingultrasonic sensors 13, 14, registration of uterine contractions using astrain gauge 15, and registration of fetal movement moments by pressing the patient on themarker button 16 of fetal movement.

Работает устройство следующим образом.The device operates as follows.

Ультразвуковые датчики 13, 14 подключаются к коммутатору 12, маркер 15 шевелений плода подключается к цифровому приемопередатчику 11, тензометрический датчик 16 подключается к усилителю 6 тензометрического сигнала.Ultrasonic sensors 13, 14 are connected to theswitch 12, thefetal movement marker 15 is connected to thedigital transceiver 11, thestrain gauge 16 is connected to theamplifier 6 of the strain gauge signal.

Перед проведением обследования каждый ультразвуковой датчик 13, 14 размещается на теле пациентки таким образом, чтобы формируемый ультразвуковой луч был направлен в область сердца плода. Для облегчения поиска плода с помощью громкоговорителя 9 воспроизводится звуковой доплеровский сигнал, порождаемый сердцебиениями плода. С помощью ремня на теле пациентки закрепляется также тензометрический датчик 16. При этом для контроля установки с изменением натяжения ремня на экране 7 индицируется состояние тензометрического датчика 16: недостаточная нагрузка, перегрузка, датчик находится в рабочем диапазоне. После установки датчиков путем нажатия соответствующей кнопки на экране 7 включается режим записи КТГ.Before the examination, eachultrasound transducer 13, 14 is placed on the patient’s body so that the generated ultrasound beam is directed to the fetal heart region. To facilitate the search for the fetus using the loudspeaker 9, an audio Doppler signal is generated, generated by the fetal heartbeats. Astrain gauge 16 is also attached to the patient’s body using a belt. In this case, to monitor the installation with a change in belt tension, the state of thestrain gauge 16 is displayed on screen 7: insufficient load, overload, the sensor is in the operating range. After installing the sensors by pressing the appropriate button onscreen 7, the CTG recording mode is activated.

Для формирования ультразвукового луча, то есть на этапе излучения ультразвукового сигнала цифровым приемопередатчиком 11 формируется управляющий сигнал, представляющий собой пачку импульсов. При этом частота повторения импульсов в пачке равна несущей частоте (порядка 1 МГц), а частота повторения пачки импульсов определяется максимальной глубиной зондирования. Данный сигнал поступает на модуль 2 возбуждения датчика, где он усиливается с помощью транзисторов, работающих в ключевом режиме (палсеров). Сигнал с выхода модуля 2 возбуждения датчика поступает на коммутатор 12, который передает сигнал возбуждения датчика поочередно на ультразвуковой датчик 13 и ультразвуковой датчик 14, реализуя дуплексный режим работы. Наличие в конструкции устройства коммутатора 12, осуществляющего поочередную передачу ультразвуковым датчикам 13, 14 сигнала возбуждения позволяет проводить мониторинг двойни. Ультразвуковые датчики 13, 14 при этом находятся попеременно в режимах зондирования. Если ультразвуковой датчик 13 находится в режиме эхолокации, то ультразвуковой датчик 14 находится в режиме ожидания и наоборот. Каждый ультразвуковой датчик 13, 14 осуществляет преобразование электрического сигнала возбуждения датчика в механические колебания, направляемые в исследуемую область и, соответственно, в процессе приема выполняет преобразование механических колебаний, порождаемых отражениями от движущихся структур сердца плода, в электрические эхо-сигналы.For the formation of an ultrasonic beam, that is, at the stage of emission of the ultrasonic signal by thedigital transceiver 11, a control signal is formed, which is a packet of pulses. In this case, the pulse repetition rate in the packet is equal to the carrier frequency (of the order of 1 MHz), and the pulse repetition rate is determined by the maximum sounding depth. This signal is fed to thesensor excitation module 2, where it is amplified by transistors operating in the key mode (palsers). The signal from the output of thesensor excitation module 2 is supplied to theswitch 12, which transmits the sensor excitation signal alternately to theultrasonic sensor 13 and theultrasonic sensor 14, realizing a duplex mode of operation. The presence in the design of the device of theswitch 12, which alternately transmits an excitation signal to theultrasonic sensors 13, 14, allows monitoring of twins.Ultrasonic sensors 13, 14 are alternately in sounding modes. If theultrasonic sensor 13 is in echolocation mode, then theultrasonic sensor 14 is in standby mode and vice versa. Eachultrasonic sensor 13, 14 converts the electric signal of the sensor excitation into mechanical vibrations directed to the studied area and, accordingly, in the process of receiving it converts the mechanical vibrations generated by reflections from moving structures of the fetal heart into electrical echo signals.

Принятый ультразвуковым датчиком 13,14 эхо-сигнал поступает через коммутатор 12 на входной усилитель 3, который выполняет усиление сигнала на несущей частоте в полосе частот, согласованной с длительностью сигнала излучения. Входной усилитель 3 представляет собой малошумящий резонансный усилитель. Максимальное усиление должно соответствовать максимальному заполнению разрядной сетки следующего за ним АЦП 4. Центральная частота резонансного усилителя составляет величину, равную несущей частоте ультразвукового сигнала, а полоса пропускания по уровню 3 дБ находится в пределах диапазона доплеровских частот, порождаемых движущимися структурами сердца плода (от 120 Гц до 300 Гц).The echo signal received by theultrasonic sensor 13,14 enters through theswitch 12 to theinput amplifier 3, which performs the amplification of the signal at the carrier frequency in the frequency band, consistent with the duration of the radiation signal.Input amplifier 3 is a low noise resonant amplifier. The maximum gain should correspond to the maximum filling of the discharge grid of thenext ADC 4. The central frequency of the resonant amplifier is equal to the carrier frequency of the ultrasonic signal, and the bandwidth at 3 dB is within the range of Doppler frequencies generated by moving structures of the fetal heart (from 120 Hz up to 300 Hz).

После усиления, выполняемого с помощью входного усилителя 3, АЦП 4 производит преобразование сигнала из аналоговой в цифровую форму. Высокоскоростной АЦП 4 с разрядностью преобразования порядка 12-ти двоичных разрядов позволяет представить доплеровский сигнал на несущей частоте в виде цифровой последовательности отсчетов и производить дальнейшую обработку только цифровым способом.After amplification, performed using theinput amplifier 3, theADC 4 converts the signal from analog to digital. A high-speed ADC 4 with a conversion bit of the order of 12 binary digits allows you to represent the Doppler signal at the carrier frequency in the form of a digital sequence of samples and perform further processing only digitally.

Одновременно с записью ультразвукового сигнала производится и регистрация сокращений матки с помощью тензометрического датчика 16, а также фиксация моментов шевеления плода путем нажатия кнопки маркера 15 шевелений плода.Simultaneously with the recording of the ultrasonic signal, the contractions of the uterus are recorded using astrain gauge 16, as well as fixing the moments of fetal movement by pressing themarker button 15 of the fetal movements.

Тензометрический датчик 16 представляет собой мостовую резисторную схему, значение сопротивления на плечах которой меняется в зависимости от приложенной к датчику нагрузки, вызванной сокращением матки. Величина нагрузки на тензометрический датчик преобразуется в уровень напряжения и далее усиливается приблизительно в 250 раз с помощью усилителя 6 тензометрического сигнала. После этого с помощью второго АЦП, входящего в состав центрального процессора 5, выполняется преобразование сигнала из аналоговой в цифровую форму с частотой дискретизации данных порядка 1 кГц и разрядностью преобразования порядка 10-ти двоичных разрядов. Результаты вычислений выводятся на экран 7 в виде информации о состоянии натяжения ремня тензометрического датчика недостаточная нагрузка, перегрузка, датчик находится в рабочем диапазоне. По этим данным сама пациентка или обслуживающий персонал ориентируются в правильности установки тензометрического датчика 16.Strain gauge 16 is a bridge resistor circuit, the value of the resistance on the shoulders of which varies depending on the load applied to the sensor caused by the contraction of the uterus. The load on the strain gauge sensor is converted to a voltage level and then amplified by approximately 250 times using theamplifier 6 of the strain gauge signal. After that, using the second ADC, which is part of thecentral processor 5, the signal is converted from analog to digital with a data sampling frequency of the order of 1 kHz and a bit resolution of the order of 10 binary bits. The calculation results are displayed onscreen 7 in the form of information about the state of the belt tension of the strain gauge sensor, insufficient load, overload, the sensor is in the operating range. According to these data, the patient herself or the attendants are guided in the correct installation of thestrain gauge sensor 16.

Цифровой приемопередатчик 11 реализуется на базе программируемой логической интегральной схемы (ПЛИС) и обеспечивает выполнение следующих основных функций: первичную обработку эхо-сигнала; формирование управляющих сигналов возбуждения датчиков, строба приема и констант; регистрацию шевелений плода. В свою очередь первичная обработка эхо-сигнала включает в себя следующие этапы: формирование квадратурных составляющих эхо- сигнала путем синхронного детектирования; формирование измерительного объема по глубине путем суммирования отсчетов сигнала из выделенного участка приема эхо-сигнала; высокочастотную фильтрацию для подавления сигналов, вызванных движением ультразвукового датчика; организацию потока сформированных отсчетов доплеровского сигнала в центральный процессор 5. Управляющая информация и параметры обработки поступают от центрального процессора 5.Thedigital transceiver 11 is implemented on the basis of a programmable logic integrated circuit (FPGA) and provides the following basic functions: primary processing of the echo signal; the formation of control signals for the excitation of sensors, the reception strobe and constants; registration of fetal movements. In turn, the primary processing of the echo signal includes the following steps: the formation of quadrature components of the echo signal by synchronous detection; the formation of the measuring volume in depth by summing the signal samples from the selected area of the echo signal; high-pass filtering to suppress signals caused by the movement of the ultrasonic sensor; organization of the flow of generated samples of the Doppler signal to thecentral processor 5. Control information and processing parameters are received from thecentral processor 5.

В цифровом приемопередатчике 11 производится цифровая обработка эхо-сигнала и в результате этой обработки формируется доплеровский сигнал, частота которого пропорциональна скорости движения структур сердца плода. Формируемый доплеровский сигнал находится в диапазоне звуковых частот. На основе полученных результатов амплитудного детектирования доплеровского сигнала далее в центральном процессоре 5 формируются значения ЧСС плода автокорреляционным методом. Текущие результаты измерений ЧСС плода отображаются на экране 7.In thedigital transceiver 11, digital processing of the echo signal is performed and as a result of this processing, a Doppler signal is generated, the frequency of which is proportional to the speed of movement of the fetal heart structures. The generated Doppler signal is in the range of sound frequencies. Based on the results of the amplitude detection of the Doppler signal, further in thecentral processor 5, the fetal heart rate values are generated by the autocorrelation method. The current results of fetal heart rate measurements are displayed onscreen 7.

В цифровом приемопередатчике 11 также выполняется формирование следующих управляющих сигналов: тактовых импульсов работы цифрового приемопередатчика в целом; формирование импульсов зондирования; формирование строба приема эхо-сигнала; формирование значений комплексной экспоненты на несущей частоте сигнала. Цифровой приемопередатчик 11 обеспечивает регистрацию нажатий маркера 15 шевелений плода, функционально представляющего собой обычную кнопку, замыкающую контакт при нажатии на нее, с последующей передачей информации в центральный процессор 5.In thedigital transceiver 11, the following control signals are also generated: clock pulses of the operation of the digital transceiver as a whole; formation of sounding pulses; the formation of the strobe receiving the echo signal; formation of the complex exponent values at the carrier frequency of the signal. Thedigital transceiver 11 provides registration of the pressing of themarker 15 of the fetal movements, which is functionally a regular button that closes the contact when pressed, followed by information transfer to thecentral processor 5.

Центральный процессор 5 выполняет следующие основные функции:TheCentral processor 5 performs the following main functions:

- прием отсчетов ультразвуковых сигналов и признаков шевелений плода с цифрового приемопередатчика 11;- receiving samples of ultrasonic signals and signs of fetal movements from adigital transceiver 11;

- управление цифровым приемопередатчиком;- control of a digital transceiver;

- преобразование тензометрического сигнала в цифровую форму;- conversion of the strain gauge signal to digital form;

- формирование сигнала звукового воспроизведения сердцебиений плода;- the formation of a sound signal for reproducing fetal heartbeats;

- передачу отсчетов сформированного звукового сигнала через блок 10 обработки сигнала на громкоговоритель 9;- transmission of samples of the generated audio signal through thesignal processing unit 10 to the loudspeaker 9;

- контроль качества записи сигналов в ультразвуковых и тензометрическом каналах;- quality control of recording signals in ultrasonic and tensometric channels;

- вычисление значений ЧСС плода по оригинальному алгоритму;- calculation of fetal heart rate values according to the original algorithm;

- автоматический анализ КТГ;- automatic analysis of CTG;

- формирование и передачу графической информации на экран 7;- the formation and transmission of graphical information onscreen 7;

- обслуживание элементов управления представленных на экране 7;- maintenance of the controls shown onscreen 7;

- организацию обмена данными с внешними устройствами через блок 8 передачи данных в режимах беспроводной и проводной связи.- organization of data exchange with external devices throughblock 8 data transmission in wireless and wired communication modes.

- управление схемой питания и зарядки аккумулятора.- management of the power circuit and battery charging.

Центральный процессор 5 выполняет накопление результатов мониторирования в энергонезависимой памяти, цифровую обработку сигналов и анализ результатов измерений; формирование результатов обработки измерений на экране 7, формирование информационных сообщений по результатам обработки и интерпретации измерений; реализацию интерактивного графического интерфейса пользователя; формирование пакетов передачи данных, информационных сообщений на внешние устройства.TheCentral processor 5 performs the accumulation of monitoring results in non-volatile memory, digital signal processing and analysis of measurement results; generation of measurement processing results onscreen 7, generation of information messages based on the results of measurement processing and interpretation; implementation of an interactive graphical user interface; formation of data transmission packets, information messages to external devices.

Для воспроизведения доплеровского сигнала и другой звуковой информации используется громкоговоритель 9, подключенный к центральному процессору 5 через блок 10 обработки сигнала. При зондировании ультразвуковым сигналом с частотой порядка 1 МГц доплеровские частоты от движущихся структур сердца плода составляют значения в диапазоне 100-300 Гц и находятся за пределами нижней границы громкоговорителя 9, используемого для звукового воспроизведения. Конструктивные параметры громкоговорителя 9 позволяют обеспечить звуковое воспроизведение сигналов только с частотой не менее 1 кГц. Поэтому для качественного звукового воспроизведения сердцебиений плода в более высоком диапазоне частот центральный процессор 5 выполнен с возможностью преобразования сигнала из диапазона доплеровских частот в диапазон высоких частот с сохранением длительности сигнала, что обеспечивает быстрое и правильное позиционирование ультразвуковых датчиков 13, 14 на теле пациентки, облегчает поиск каждого плода воспроизведением качественного звукового доплеровского сигнала, порождаемого сердцебиениями плода.To reproduce the Doppler signal and other audio information, a loudspeaker 9 is used, connected to thecentral processor 5 through thesignal processing unit 10. When probing with an ultrasonic signal with a frequency of the order of 1 MHz, the Doppler frequencies from moving structures of the fetal heart are in the range of 100-300 Hz and are outside the lower boundary of the loudspeaker 9 used for sound reproduction. The design parameters of the loudspeaker 9 make it possible to provide sound reproduction of signals only with a frequency of at least 1 kHz. Therefore, for high-quality sound reproduction of fetal heartbeats in a higher frequency range, thecentral processor 5 is capable of converting the signal from the Doppler frequency range to the high frequency range while maintaining the signal duration, which ensures quick and correct positioning ofultrasonic sensors 13, 14 on the patient’s body, facilitates the search each fetus by reproducing a high-quality sound Doppler signal generated by the fetal heartbeats.

Заявляемое устройство может быть применено не только для обследования пациенток с одноплодной беременностью, но и с одноплодной беременностью. В этом случае коммутатор 12 передает сигналы только на один из двух датчиков.The inventive device can be used not only for examination of patients with a single pregnancy, but also with a single pregnancy. In this case, theswitch 12 transmits signals to only one of the two sensors.

В предпочтительном варианте выполнения устройства и для дополнительного улучшения качества звукового воспроизведения звуковых сигналов блок 10 обработки сигнала включает подсоединенный на выход к центральному процессору 5 цифро-аналоговый преобразователь 17, выход которого соединен с усилителем 18 мощности, соединенным на вход с громкоговорителем 9, представляющим собой полифонический спикер.In a preferred embodiment of the device and to further improve the quality of sound reproduction of sound signals, thesignal processing unit 10 includes a digital-to-analog converter 17 connected to the output of thecentral processor 5, the output of which is connected to apower amplifier 18 connected to the input to the speaker 9, which is a polyphonic speaker.

В предпочтительном варианте выполнения устройства блок 8 передачи данных включает соединенные с центральным процессором 5 модуль 19 беспроводного интерфейса Bluetooth, модуль 20 беспроводного интерфейса GSM и модуль 21 проводного интерфейса USB. При таком выполнении блока 8 предачи данных предусматривается возможность двух режимов передачи данных из устройства: режим непрерывной передачи результатов мониторирования по мере их формирования (режим регистрации) и режим предварительного накопления данных в оперативной памяти центрального процессора 5 с последующей их передачей на внешние устройства одним массивом (режим накопления). Во избежание нежелательного электромагнитного облучения плода режим регистрации реализуется только при использовании для передачи данных на внешние устройства модуля 19 беспроводного интерфейса Bluetooth или модуля 21 проводного интерфейса USB. А режим накопления может быть реализован как при использовании модуля 19 беспроводного интерфейса Bluetooth, модуля 21 проводного интерфейса USB, так и при использовании модуля 20 беспроводного интерфейса GSM. Цифровой процессор 5 обеспечивает целостность передаваемых на внешние устройства данных таким образом, что если происходит прерывание связи, то устройство имеет возможность сохранять информацию во внутренней памяти и может возобновлять передачу данных, когда связь восстанавливается. Поскольку результаты мониторирования сохраняются в энергонезависимой памяти, то в случае неудачной попытки передачи данных результаты мониторирования не теряются, и имеется возможность повторить их передачу позже.In a preferred embodiment of the device, thedata transmission unit 8 includes a Bluetoothwireless interface module 19, a GSMwireless interface module 20 and a USB wiredinterface module 21 connected to thecentral processor 5. With this embodiment of thedata transfer unit 8, it is possible to have two modes of transmitting data from the device: the mode of continuous transmission of monitoring results as they form (registration mode) and the mode of preliminary accumulation of data in the main memory of thecentral processor 5 with their subsequent transmission to external devices with one array accumulation mode). In order to avoid unwanted electromagnetic radiation of the fetus, the registration mode is implemented only when using the Bluetoothwireless interface module 19 or the wiredUSB interface module 21 to transfer data to external devices. And the accumulation mode can be implemented both when usingmodule 19 of the wireless Bluetooth interface,module 21 of the wired USB interface, and when usingmodule 20 of the wireless GSM interface.Digital processor 5 ensures the integrity of data transmitted to external devices in such a way that if communication is interrupted, the device has the ability to store information in internal memory and can resume data transfer when communication is restored. Since the monitoring results are stored in non-volatile memory, in the event of an unsuccessful attempt to transfer data, the monitoring results are not lost, and it is possible to retransmit them later.

На экране 7 отображаются значения мгновенной частоты сердечных сокращений плодов; качество записи сигналов в одном или в двух ультразвуковых каналах; значения сигнала двигательной активности матки; качество записи сигнала двигательной активности матки. При выполнении экрана 7 сенсорным с его помощью могут быть добавлены к данным мониторирования физиологические показатели пациентки, введенные вручную: кровяное давление, вес, уровень сахара, содержание белка. Ввод физиологических показателей осуществляется путем вызова соответствующего меню и может быть выполнен как во время мониторирования, так и после его окончания.Screen 7 displays the instantaneous heart rate of the fetus; signal recording quality in one or two ultrasonic channels; uterine motor activity signal values; recording quality of the uterine motor activity signal. When thescreen 7 is touch-sensitive, it can be used to manually add the physiological parameters of the patient to the monitoring data: blood pressure, weight, sugar level, protein content. Entering physiological parameters is carried out by calling the appropriate menu and can be performed both during monitoring and after its completion.

Электропитание устройства производится от установленной в нем аккумуляторной батареи 22. Аккумуляторная батарея 22 может подзаряжаться от внешнего зарядного устройства как в процессе мониторирования, так и когда устройство не выполняет мониторирования. Подключение монитора к зарядному устройству может осуществляться через разъем micro USB.The device is powered from thebattery 22 installed in it. Thebattery 22 can be recharged from an external charger both during monitoring and when the device does not perform monitoring. The monitor can be connected to the charger via the micro USB connector.

В практической деятельности акушера-гинеколога оценка сердечной деятельности плода путем анализа КТГ является ключевым моментом при принятии решения о необходимости госпитализации для родоразрешения, возможности продолжения наблюдения в амбулаторных условиях, эффективности проводимого лечения. Медицинские специалисты по результатам анализа данных пациентки, полученных с помощью стандартных персональных устройств мобильной связи, могут производить оценку состояния пациентки, давать рекомендации пациентке удаленным способом. Отсутствие проводных соединений с внешними устройствами не стесняет движения пациентки и позволяет проводить непрерывное мониторирование в самых разных жизненных ситуациях.In the practical activities of an obstetrician-gynecologist, assessing the fetal cardiac activity by means of CTG analysis is a key point in deciding whether hospitalization is necessary for delivery, the possibility of continuing observation on an outpatient basis, and the effectiveness of the treatment. According to the results of the analysis of the patient’s data obtained using standard personal mobile communication devices, medical specialists can evaluate the patient’s condition and give recommendations to the patient remotely. The absence of wired connections with external devices does not constrain the patient’s movement and allows continuous monitoring in a variety of life situations.

Возможность реализации мониторирования КТГ в любом месте, в любое время с формированием соответствующих информационных сообщений и сигналов тревог и автоматической передачей данных по беспроводным каналам связи на медицинский сервер и рабочее место врача позволит повысить комфортность пациентки в домашних, амбулаторных и госпитальных условиях, предоставляя возможность свободных перемещений в процессе мониторирования; предоставляет возможность изменения параметров мониторирования удаленным способом, а также возможность длительного мониторирования пациентов повышенного риска. Кроме того, применение данного устройства позволит уменьшить количество посещений стационарного медицинского учреждения и тем самым снизить стоимость медицинского обслуживания.The ability to implement CTG monitoring anywhere, anytime with the formation of relevant information messages and alarms and automatic data transfer via wireless communication channels to the medical server and the doctor’s workplace will increase the patient’s comfort in home, outpatient and hospital settings, providing the possibility of free movement in the process of monitoring; provides the ability to change monitoring parameters remotely, as well as the possibility of long-term monitoring of high-risk patients. In addition, the use of this device will reduce the number of visits to an inpatient medical institution and thereby reduce the cost of medical care.

Claims (4)

Translated fromRussian

1. Персональный фетальный монитор, включающий объединенные в один корпус модуль возбуждения датчика, входной усилитель, аналого-цифровой преобразователь центральный процессор, усилитель тензометрического сигнала, экран, блок передачи данных, громкоговоритель, отличающийся тем, что устройство дополнительно снабжено блоком обработки сигнала, цифровым приемопередатчиком и коммутатором, выполненным для подсоединения к нему на вход-выход двух ультразвуковых датчиков и соединенным на вход с выходом модуля возбуждения датчика и на выход с входным усилителем, выход которого подключен через аналого-цифровой преобразователь к первому входу цифрового приемопередатчика, имеющего второй вход, выполненный для подсоединения маркера шевелений плода, первый выход цифрового приемопередатчика подключен к управляющему входу коммутатора, а второй выход - ко входу модуля возбуждения датчика, при этом цифровой приемопередатчик двусторонне соединен с центральным процессором, который, в свою очередь, двусторонне соединен с экраном и блоком передачи данных, усилитель тензометрического сигнала, выполненный для подключения к нему тензометрического датчика, подсоединен ко входу центрального процессора, к выходу которого подсоединен через блок обработки сигнала громкоговоритель, при этом центральный процессор выполнен с возможностью преобразования сигнала из диапазона доплеровских частот в диапазон высоких частот с сохранением длительности сигнала, а коммутатор выполнен с возможностью обеспечения поочередной передачи ультразвуковым датчикам сигнала возбуждения.1. A personal fetal monitor, which includes a sensor excitation module combined in one housing, an input amplifier, an analog-to-digital converter, a central processor, a strain-gauge signal amplifier, a screen, a data transmission unit, a loudspeaker, characterized in that the device is additionally equipped with a signal processing unit, a digital transceiver and a switch made to connect to it the input-output of two ultrasonic sensors and connected to the input to the output of the sensor excitation module and to the output with a travel amplifier, the output of which is connected through an analog-to-digital converter to the first input of a digital transceiver having a second input made to connect a fetal movement marker, the first output of a digital transceiver is connected to the control input of the switch, and the second output is connected to the input of the sensor excitation module, while the digital transceiver is bilaterally connected to a central processor, which, in turn, is bilaterally connected to a screen and a data transmission unit, a strain gauge amplifier the signal made to connect the strain gauge sensor to it is connected to the input of the central processor, the output of which is connected to the loudspeaker through the signal processing unit, while the central processor is configured to convert the signal from the Doppler frequency range to the high frequency range while maintaining the signal duration, and the switch made with the possibility of providing alternate transmission to the ultrasonic sensors of the excitation signal.2. Персональный фетальный монитор по п. 1, отличающийся тем, что громкоговоритель представляет собой полифонический спикер, а блок обработки сигнала включает подсоединенный на выход к центральному процессору цифро-аналоговый преобразователь, выход которого соединен с усилителем мощности, соединенным на вход с полифоническим спикером.2. The personal fetal monitor according to claim 1, characterized in that the loudspeaker is a polyphonic speaker, and the signal processing unit includes a digital-to-analog converter connected to the output to the central processor, the output of which is connected to a power amplifier connected to the input with a polyphonic speaker.3. Персональный фетальный монитор по п. 1, отличающийся тем, что блок передачи данных включает соединенные с центральным процессором модули беспроводного интерфейса Bluetooth, беспроводного интерфейса GSM и интерфейса USB.3. The personal fetal monitor according to claim 1, characterized in that the data transmission unit includes modules for the Bluetooth wireless interface, the GSM wireless interface and the USB interface connected to the central processor.4. Персональный фетальный монитор по п. 1, отличающийся тем, что экран выполнен сенсорным.4. A personal fetal monitor according to claim 1, characterized in that the screen is touch-sensitive.

Images