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Telemedicina. Estetoscópio eletrônico de engenharia reversa


Estou envolvido no desenvolvimento de eletrônicos há mais de 10 anos, mas de alguma forma aconteceu que meu primeiro projeto no campo da medicina só apareceu no ano passado e , depois disso, não entendi esse assunto . Como de costume em tais casos, o desenvolvimento, foi decidido começar com o estudo de protótipos. Neste artigo, quero compartilhar os resultados colaterais da engenharia reversa do feto de uma startup de telemedicina com raízes chinesas - um estetoscópio eletrônico. Se você está interessado no que oculta o interior de um representante típico de startups no campo da telemetria, lançado no início de 2010, e por que essa solução de design de circuito foi escolhida, você é bem-vindo ao gato.



Clique se não souber, mas que tipo de animal é esse - um estetoscópio?
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Apesar do fato de os caras terem iniciado seu projeto na Austrália, eles conseguiram aumentar a primeira rodada de investimentos apenas na China. Dado que a espinha dorsal da equipe era do Império Eterno, e a China tem um programa governamental sério para ajudar as startups, isso não é de todo surpreendente. No entanto, estávamos distraídos, o tópico deste artigo é a estrutura interna do dispositivo, e não o histórico do desenvolvimento da inicialização. Sobre isso, talvez da próxima vez.

Vamos olhar dentro do pacote




Olhando para dentro, uma embalagem de papelão de alta qualidade, encontramos uma caixa agradável ao toque com dois dispositivos. O que é maior e estendido como um crocodilo é um termômetro sem contato. Round é o paciente de hoje, um estetoscópio.

Os caras perderam muito com o termômetro - não apenas a estabilidade das medições acabou sendo extremamente baixa, mas a confiabilidade do trabalho nos decepcionou. Para engenharia reversa, compramos um dispositivo usado e o termômetro sem contato nele mostrou-se defeituoso. Então, vamos nos concentrar no estetoscópio. Primeiro, vamos dar uma olhada no cabo de conexão.



Você pode ver que, por um lado, termina com uma tomada de áudio e, por outro lado, com um conector microUSB. Por que é mais fácil entender se você viaja mentalmente para 2012 - o ano em que a startup nasceu. Naqueles dias, no Kickstarter, era possível encontrar um grande número de uma ampla variedade de dispositivos conectados ao gadget de maneira tão exótica.

Todos eles foram projetados principalmente para funcionar com a geração do iPhone na época. Ele não tinha um conector USB, e a organização da transmissão de sinal através de canais sem fio com ele era extremamente difícil. Portanto, os aparelhos foram conectados através de um cabo de áudio, através do conector do fone de ouvido, e a troca de comandos foi realizada usando sinais de áudio codificados pela frequência e duração dos pacotes. É esse princípio de comunicação que também é usado em nosso sujeito experimental. É hora, no entanto, de olhar por baixo do capuz!

É hora de passar para os detalhes


A caixa de metal fundido consiste em duas metades conectadas por uma rosca. Dentro do estojo existem dois lenços. Um deles não é digno de atenção - apenas o suporte de uma bateria de três volts não está localizado, mas o segundo vale a pena considerar com mais detalhes e até em ambos os lados.



No lado esquerdo das placas, vemos um conector microUSB. A escolha recaiu sobre ele porque é muito menor em tamanho do que uma tomada de áudio padrão com um diâmetro de 3,5 mm. A parte superior do quadro é mostrada à direita. Abriga inúmeras capacidades de bloqueio de energia e elementos de proteção em caixas SOT23 de três derivações, assemelhando-se a transistores. Lembre-se de que estamos lidando com um dispositivo médico, e mesmo o nível mais simples de certificação exige isso.

O coração, e tempo parcial e ouvido, deste dispositivo é certamente um microfone. Um eletreto barato, que, da mesma forma que um microfone de fone de ouvido, pode ser alimentado por um telefone, não pode ser usado aqui. As informações úteis dos sinais sonoros que chegam ao fone de ouvido de um estetoscópio / estetoscópio estão no intervalo de 20 Hz a Hz 600. O alcance inferior é limitado pelas propriedades de frequência do ouvido, a frequência máxima superior na qual o ruído do coração e dos órgãos internos está localizado. Encontrar um microfone compacto com uma resposta de frequência não é fácil. Este dispositivo usou um microfone analógico fabricado pela tecnologia MEMS. O sinal dele, sem nenhuma amplificação adicional, entrou na seção de áudio do smartphone. O microfone foi cuidadosamente coberto com uma almofada de borracha, que tirei para ter uma visão melhor.

Por conveniência, atribuai números aos principais componentes e descrevi abaixo um diagrama funcional bastante simplificado do dispositivo.



Parece que basta colocar um microfone com bateria e não complicar tudo com chips adicionais. No entanto, mesmo na ausência de um sinal de entrada, o consumo atual do microfone é suficiente para esgotar a bateria em alguns dias. Obviamente, seria possível instalar um interruptor mecânico de tamanho pequeno no corpo do dispositivo, mas esse não é o caminho dos Jedi, principalmente porque é fácil esquecer de desligá-lo ou, pelo contrário, acidentalmente ligá-lo. Como resultado, em um momento em que você precisa ouvir com urgência os pulmões do paciente, o dispositivo ficará inoperante. Para aplicações médicas, isso não é nada barulhento, você pode até dizer mais - é inaceitável.

Nossos chineses, relutantemente, tiveram que complicar o esquema. Primeiro, eles adicionaram um microcontrolador da série STM32L com consumo ultrabaixo 1. (Para microcontroladores de baixa potência , consulte um dos meus artigos anteriores ) Em seguida, instalaram um regulador de tensão no circuito de fonte de alimentação do microfone 2 e finalmente foram à falência em um chip de chave analógica.

As seguintes funções são atribuídas ao microcontrolador de controle:

  • Fonte de alimentação para microfone
  • Determinando o nível de voltagem da bateria e, se necessário, gerando um sinal sobre sua descarga iminente
  • Detecção de um sinal de áudio sinusoidal de controle de um smartphone
  • Geração de um sinal sinusoidal analógico para o processo de troca de dados com um smartphone
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Depois que o usuário aplica um estetoscópio ao corpo de uma pessoa, ele pressiona o botão localizado na tela do smartphone. O smartphone envia uma sequência de áudio de controle na qual o tempo de audição é codificado. Ela vai ao microcontrolador comparador. Depois de sentir a queda de tensão em sua entrada, o microcontrolador interrompe o estado de sono profundo, descriptografa o sinal de entrada e envia uma sequência de sons de resposta contendo informações sobre o nível da bateria para a entrada de microfone do telefone. Depois disso, o microcontrolador fornece energia ao microfone por um tempo especificado e alterna a chave de áudio para o modo de transmissão do sinal do microfone para a entrada de microfone do telefone. No final de um período de tempo predeterminado, tudo volta ao seu estado original e o microcontrolador mergulha no sono profundo.

O smartphone usa o firmware para gravar o sinal de áudio como um arquivo em sua própria memória. No futuro, você poderá ouvi-lo, visualizá-lo na tela do smartphone e até transferi-lo para as nuvens para análise e processamento detalhado.

Desvantagens do dispositivo




Como muitas startups médicas de primeira onda, às quais me refiro projetos lançados no início de 2010, esta acabou por falhar. No entanto, existe uma idéia para dedicar meu próximo artigo a uma análise detalhada dos motivos dos altos e baixos das startups médicas dessa geração.

Nisto, observo apenas os erros de cálculo óbvios associados ao desempenho técnico.
Como uma pequena taxa para a mente, sugiro encontrar erros óbvios por nós mesmos e, em seguida, abra o spoiler e compare com os

que eu notei
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Concluindo, um grande pedido para levar alguns segundos em uma pesquisa pequena mas importante para mim. Obrigado.

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