Архитектура устройства для мониторинга работоспособности человеческого тела на основе ультразвуковых измерений

Обложка

Цитировать

Полный текст

Открытый доступ Открытый доступ
Доступ закрыт Доступ предоставлен
Доступ закрыт Только для подписчиков

Аннотация

В данной статье исследуется разработка архитектуры устройства для неинвазивного мониторинга работоспособности человеческого организма на основе ультразвуковых измерений. Реализация данной архитектуры осуществляется с применением программируемых интегральных схем (ПЛИС). Ультразвуковые датчики подключаются к ПЛИС для осуществления измерений. Целью исследования является детальное описание архитектуры разрабатываемого устройства. Предложенное техническое устройство способно детектировать патологии в сосудистой системе человека на прецизионной стадии, что в свою очередь, при оперативном лечении, может увеличить продолжительность жизни индивида. Методология. Для обеспечения корректной функциональности устройства с высокой точностью необходимо обеспечить достаточную скорость обработки данных, поступающих с каждого датчика, и вывода результата. Для повышения точности измеряемых параметров требуется установить ультразвуковые датчики в форме фазированной решетки. Поскольку ультразвуковые датчики являются аналоговыми, необходимо применить высокочастотные цифро-аналоговые и аналого-цифровые преобразователи с большой разрядностью для получения данных высокого качества. Эти преобразователи подключаются к ультразвуковым датчикам через усилители сигналов. Предложенная архитектура обеспечивает оптимальную производительность и гибкую настройку для измерения ультразвуковых сигналов с применением датчиков. Результаты исследования. Разработано устройство, демонстрирующее высокую скорость обработки данных, и проведены эксперименты по его использованию. Устройство имеет компактные размеры, что позволяет носить его на себе без ограничения движений. Область применения. Устройство предназначено для изучения работы сердца и сердечной деятельности человека, применяется в сфере здравоохранения.

Об авторах

Павел Вячеславович Комаров

МИРЭА – Российский технологический университет

Автор, ответственный за переписку.
Email: pashabox123@yandex.ru
ORCID iD: 0000-0002-0646-8996
SPIN-код: 8306-6801

аспирант

Россия, г. Москва

Дмитрий Станиславович Потехин

МИРЭА – Российский технологический университет

Email: msyst@msyst.ru
ORCID iD: 0000-0003-3339-1530
SPIN-код: 5633-8641

доктор технических наук, доцент, профессор, кафедра вычислительной техники

Россия, г. Москва

Список литературы

  1. Кидалов Н.А., Адамова А.С., Безмогорычный М.Д., Краснопрошин А.И. Влияние ультразвука на динамическую вязкость водно-глинистых суспензий // Литейное производство. 2024. № 1. С. 25–27. EDN: TDISOL.
  2. Землиханов Д.Д., Орлов А.В. роль ультразвука в диагностике и лечении мочекаменной болезни // Информационные технологии как основа эффективного инновационного развития: сб. ст. Междунар. науч.-практ. конф., Тюмень, 15 января 2024 г. Уфа: Аэтерна, 2024. С. 186–189. EDN: CPXUUW.
  3. Зубец В.В. Исследования в области физики ультразвука и его применение в медицине, включая ультразвуковую диагностику и терапию // Актуальные вопросы науки: сб. ст. Междунар. науч.-практ. конф., Пенза, 25 января 2024 г. Пенза: Наука и просвещение, 2024. С. 157–159. EDN: HTNXQT.
  4. Кильметов Р.А. Сварка и резка мягких и костных тканей ультразвуком // Академическая публицистика. 2024. № 1-1. С. 537–541. EDN: IAHFNQ.
  5. Мартынов Г.А. Общая теория распространения звуковых волн в жидкостях и газах // Теоретическая и математическая физика. 2006. Т. 146. № 2. С. 340–352. EDN: HTQERB.
  6. Нургалиева Г.У. Физика ультразвука в медицинской диагностике // Концепции, теория и методика фундаментальных и прикладных научных исследований: сб. ст. Междунар. науч.-практ. конф., Воронеж, 10 января 2024 г. В 2 ч. Уфа: Аэтерна, 2024. С. 15–17. EDN: CULWYQ.
  7. Никифорова А.И., Чихирев А.С. Применение ультразвука для диагностики различных патологий // Аллея науки. 2023. Т. 2. № 5 (80). С. 173–175. EDN: NUWUMF.
  8. Орлов А.В., Федоров А.П. Вредное воздействие звуковых колебаний на организм человека // Кооперация науки и общества – путь к модернизации и инновационному развитию: сб. ст. Междунар. науч.-практ. конф., Магнитогорск, 25 января 2024 г. Уфа: Аэтерна, 2024. С. 6–8. EDN: CREUYY.
  9. Орлов А.В., Федоров А.П. Терапевтическое применение ультразвука в медицине // Концепции, теория и методика фундаментальных и прикладных научных исследований: сб. ст. Междунар. науч.-практ. конф., Воронеж, 10 января 2024 г. В 2 ч. Уфа: Аэтерна, 2024. С. 31–33. EDN: JKHHDH.
  10. Потехин Д.С., Гришанович Ю.В. Обработка спектральной электромиографии на основе аппаратной генерации вейвлет-функций // Высокопроизводительные вычислительные системы и технологии. 2021. Т. 5. № 1. С. 84–90. EDN: ITAMHO.
  11. Петровский Н.А., Куис И.С., Вашкевич М.И. Слияние медицинских изображений на основе дискретного вейвлет-преобразования // Цифровая обработка сигналов и ее применение DSPA: доклады XXV Междунар. конф., Москва, 29–31 марта 2023 г. М.: Рос. науч.-техн. общество радиотехники, электроники и связи им. А.С. Попова, 2023. С. 227–232. EDN: DJUJPH.
  12. Титов С.А., Богаченков А.Н. Визуализация и характеризация малых объектов в линзовом акустическом микроскопе с двумерной решеткой // Российский технологический журнал. 2018. Т. 6. № 6. С. 66–73. doi: 10.32362/2500-316X-2018-6-6-66-73
  13. Титов С.А., Маев Р.Г., Богаченков А.Н. Линзовый акустический микроскоп с линейной решеткой в режиме измерения параметров слоистых объектов // Российский технологический журнал. 2016. Т. 4. № 2. С. 25–30.
  14. Титов С.А., Маев Р.Г., Богаченко А.Н. Линзовый многоэлементный акустический микроскоп в режиме измерения параметров слоистых объектов // Акустический журнал. 2017. Т. 63. № 5. С. 546–552. doi: 10.7868/S0320791917050136.
  15. Редкозубов В.О., Сережкин И.А., Горичный В.А. и др. Ультразвук. Применение ультразвука в биотехнологии и медицине // Биотехнические системы и технологии: сб. ст. конф., Анапа, 18–19 сентября 2019 г. / отв. ред. И.В. Рудченко. Анапа: Военный инновационный технополис «ЭРА», 2019. С. 100–103. EDN: IKYSHB.

Дополнительные файлы

Доп. файлы
Действие
1. JATS XML
Скачать
2. Рис. 1. Структура системы для проведения ультразвуковых измерений

Скачать (53KB)
Метаданные
3. Рис. 2. Расположение УЗД на фазированной решетке

Скачать (33KB)
Метаданные
4. Рис. 3. Два сосуда разных диаметров

Скачать (147KB)
Метаданные
5. Рис. 4. Определение диаметров сосудов

Скачать (48KB)
Метаданные
6. Рис. 5. Скриншот экрана с профессионального ультразвукового оборудования

Скачать (160KB)
Метаданные
7. Рис. 6. График с сигналами с профессионального ультразвукового оборудования

Скачать (32KB)
Метаданные
8. Рис. 7. Концепция крепления устройства на теле человека

Скачать (68KB)
Метаданные


Согласие на обработку персональных данных с помощью сервиса «Яндекс.Метрика»

1. Я (далее – «Пользователь» или «Субъект персональных данных»), осуществляя использование сайта https://journals.rcsi.science/ (далее – «Сайт»), подтверждая свою полную дееспособность даю согласие на обработку персональных данных с использованием средств автоматизации Оператору - федеральному государственному бюджетному учреждению «Российский центр научной информации» (РЦНИ), далее – «Оператор», расположенному по адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А, со следующими условиями.

2. Категории обрабатываемых данных: файлы «cookies» (куки-файлы). Файлы «cookie» – это небольшой текстовый файл, который веб-сервер может хранить в браузере Пользователя. Данные файлы веб-сервер загружает на устройство Пользователя при посещении им Сайта. При каждом следующем посещении Пользователем Сайта «cookie» файлы отправляются на Сайт Оператора. Данные файлы позволяют Сайту распознавать устройство Пользователя. Содержимое такого файла может как относиться, так и не относиться к персональным данным, в зависимости от того, содержит ли такой файл персональные данные или содержит обезличенные технические данные.

3. Цель обработки персональных данных: анализ пользовательской активности с помощью сервиса «Яндекс.Метрика».

4. Категории субъектов персональных данных: все Пользователи Сайта, которые дали согласие на обработку файлов «cookie».

5. Способы обработки: сбор, запись, систематизация, накопление, хранение, уточнение (обновление, изменение), извлечение, использование, передача (доступ, предоставление), блокирование, удаление, уничтожение персональных данных.

6. Срок обработки и хранения: до получения от Субъекта персональных данных требования о прекращении обработки/отзыва согласия.

7. Способ отзыва: заявление об отзыве в письменном виде путём его направления на адрес электронной почты Оператора: info@rcsi.science или путем письменного обращения по юридическому адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А

8. Субъект персональных данных вправе запретить своему оборудованию прием этих данных или ограничить прием этих данных. При отказе от получения таких данных или при ограничении приема данных некоторые функции Сайта могут работать некорректно. Субъект персональных данных обязуется сам настроить свое оборудование таким способом, чтобы оно обеспечивало адекватный его желаниям режим работы и уровень защиты данных файлов «cookie», Оператор не предоставляет технологических и правовых консультаций на темы подобного характера.

9. Порядок уничтожения персональных данных при достижении цели их обработки или при наступлении иных законных оснований определяется Оператором в соответствии с законодательством Российской Федерации.

10. Я согласен/согласна квалифицировать в качестве своей простой электронной подписи под настоящим Согласием и под Политикой обработки персональных данных выполнение мною следующего действия на сайте: https://journals.rcsi.science/ нажатие мною на интерфейсе с текстом: «Сайт использует сервис «Яндекс.Метрика» (который использует файлы «cookie») на элемент с текстом «Принять и продолжить».