Digital DiagnosticsDigital DiagnosticsDigital DiagnosticsDigital Diagnostics2712-84902712-8962Eco-Vector11181610.17816/DD111816Technical ReportsТехнические отчеты技术说明Research ArticleTele-ultrasound imaging using smartphones and single-board PCsТелеультразвуковые исследования с использованием смартфонов и одноплатных компьютеров使用智能手机和单板电脑进行远程超声检查https://orcid.org/0000-0001-7786-03493160-8062ArzamasovKirill M.АрзамасовКирилл МихайловичArzamasovKirill M.
Russian Federation

MD, Cand. Sci. (Med.)

к.м.н.

MD, Cand. Sci. (Med.)

ArzamasovKM@zdrav.mos.ruhttps://orcid.org/0000-0001-9582-71471804-2636DrogovozViktor A.ДроговозВиктор АнатольевичDrogovozViktor A.
Russian Federation

Cand. Sci. (Tech.)

к.т.н.

Cand. Sci. (Tech.)

Vdrog@mail.ruhttps://orcid.org/0000-0002-2746-75543400-8575BobrovskayaTatiana M.БобровскаяТатьяна МихайловнаBobrovskayaTatiana M.
Russian Federation

MD

MD

BobrovskayaTM@zdrav.mos.ruhttps://orcid.org/0000-0002-2990-77363602-7120VladzymyrskyyAnton V.ВладзимирскийАнтон ВячеславовичVladzymyrskyyAnton V.
Russian Federation

MD, Dr. Sci. (Med.)

д.м.н.

MD, Dr. Sci. (Med.)

VladzimirskijAV@zdrav.mos.ruMoscow Center for Diagnostics and TelemedicineНаучно-практический клинический центр диагностики и телемедицинских технологийMoscow Center for Diagnostics and TelemedicineScientific and Production Association “Russian Basic Information Technologies”Научно-производственное объединение «Русские базовые информационные технологии»Scientific and Production Association “Russian Basic Information Technologies”The First Sechenov Moscow State Medical UniversityПервый Московский государственный медицинский университет имени И.М. Сеченова (Сеченовский Университет)The First Sechenov Moscow State Medical University04042023190420234115231110202210032023Copyright ©; 2023, Eco-VectorCopyright ©; 2023, Эко-векторCopyright ©; 2023, Eco-Vector2023Eco-VectorЭко-векторEco-Vectorhttps://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/4.0https://jdigitaldiagnostics.com/DD/article/view/111816

BACKGROUND: Mobile devices are widely available and their computational performance increases. Nonetheless, medicine should not be an exception: single-board computers and mobile phones are crucial aides in telehealth.

AIM: To explore tele-ultrasound scope using smartphones and single-board computers

MATERIALS AND METHODS: This study focused on capturing ultrasound videos using external video recording devices connected via USB. Raspberry Pi single-board computers and Android smartphones have been used as platforms to host a tele-ultrasound server. Used software: VLC, Motion, and USB camera. A remote expert assessment was performed with mobile devices using the following software: VLC acted as a VLC server, Google Chrome for OS Windows 7 and OS Android was used in the remaining scenarios, and Chromium browser was installed on the Raspberry Pi computer.

OUTCOMES: The UTV007 chip-based video capture device produces better images than the AMT630A-based device. The optimum video resolution was 720×576 and 25 frames per second. VLC and OBS studios are considered the most suitable for a raspberry-based ultrasound system owing to low equipment and bandwidth requirements (0.64±0.17 Mbps for VLC; 0.5 Mbps for OBS studio). For Android phone OS, the ultrasound system was set with the USB camera software, although it required a faster network connection speed (5.2±0.3 Mbps).

CONCLUSION: The use of devices based on single-board computers and smartphones implements a low-cost tele-ultrasound system, which potentially improves the quality of studies performed through distance learning and consulting doctors. These solutions can be used in remote regions for “field” medicine tasks and other possible areas of m-health.

Обоснование. Рост доступности и вычислительной мощности мобильных устройств приводит к расширению их области применения. Медицина не стала исключением: одноплатные компьютеры и смартфоны активно применяются в телемедицине.

Цель ― изучить техническую возможность реализации телеультразвуковых исследований при помощи одноплатных компьютеров и смартфонов.

Материалы и методы. В данном исследовании проводили захват ультразвукового видеоизображения при помощи внешних USB-устройств видеозахвата. В качестве платформы для сервера телеультразвуковых исследований использовали одноплатные компьютеры Raspberry Pi, а также смартфон на базе Android. В качестве программного обеспечения использовали VLC, Motion, USB Camera. Дистанционная оценка экспертом проводилась также на мобильных устройствах: посредством VLC при работе на сервере программного обеспечения VLC, в остальных случаях — Google Chrome на Windows 7 и Android, Chromium на Raspberry Pi.

Результаты. Устройство видеозахвата на базе чипсета UTV007 позволяет получить более качественное изображение по сравнению с устройством на базе чипсета AMT630A. Оптимальное разрешение видеоизображения 720×576 при 25 кадрах в секунду. Оптимальным программным обеспечением для организации телеУЗИ на Raspberry Pi является VLC из-за низких требований к пропускной способности каналов связи (0,64±0,17 Мбит/с). Для Android-смартфонов телеультразвуковое исследование может быть реализовано на программном обеспечении USB Camera, но требует большей пропускной способности каналов связи (5,2±0,3 Мбит/с).

Заключение. Использование устройств на базе одноплатных компьютеров и смартфонов позволяет реализовать бюджетную телеультразвуковую систему, что потенциально способствует повышению качества выполняемых исследований за счёт дистанционного обучения и консультирования врачей. Данные решения могут применяться в том числе в удалённых регионах, для задач «полевой» медицины и других возможных направлений мобильного здравоохранения.

论证。移动设备的可用性和计算能力不断提高，导致其应用不断扩大。医学也不例外：单板电脑和智能手机被积极用于远程医疗。

目的是研究使用单板计算机和智能手机进行远程超声检查的技术可行性。

材料和方法。在这项研究中，超声视频图像采集是使用USB外置视频采集设备进行的。一台树莓派（Raspberry Pi）单板电脑和一台安卓（Android）智能手机被用作远程超声检查服务器的平台。VLC、Motion和USB摄像头被用作软件。专家也在移动设备上进行了远程评估，使用的是：VLC——当在VLC软件服务器上运行时；在其他情况下，在Windows 7和安卓上使用谷歌浏览器（Google Chrome）；在树莓派上使用Chromium。

结果。与基于AMT630A芯片组的设备相比，基于UTV007芯片组的视频采集设备提供更好的图像质量。最佳视频分辨率为720x576，每秒25帧。由于通信信道带宽要求 低（0.64±0.17 Mbps），树莓派上的进行远程超声检查的最佳软件是VLC。对于安卓智能手机，远程超声检查是可以在USB摄像头软件上进行的，但需要更高的通信信道带 宽（5.2±0.3 Mbps）。

结论。使用基于单板电脑和智能手机的设备使实现不贵的远程超声系统有可能，这潜在地有助于通过远程培训和咨询医生提高所做检查的质量。这些解决方案也可用于偏远地区、野外医疗和其他可能的移动医疗领域。

Tele-ultrasoundtelehealthultrasoundvideo capturingультразвуковое исследованиеУЗИтелеУЗИтелемедицинавидеозахват远程超声检查远程医疗超声检查视频采集Shi J, Wang F, Qin M, et al. New ECG compression method for portable ECG monitoring system merged with binary convolutional auto-encoder and residual error compensation. Biosensors (Basel). 2022;12(7):524. doi: 10.3390/bios12070524Shi J., Wang F., Qin M., et al. New ECG compression method for portable ECG monitoring system merged with binary convolutional auto-encoder and residual error compensation // Biosensors (Basel). 2022. Vol. 12, N 7. Р. 524. doi: 10.3390/bios12070524Palacios DR, Shen K, Baig S, et al. Wide field of view handheld smart fundus camera for telemedicine applications. J Med Imaging (Bellingham). 2021;8(2):026001. doi: 10.1117/1.JMI.8.2.026001Palacios D.R., Shen K., Baig S., et al. Wide field of view handheld smart fundus camera for telemedicine applications // J Med Imaging (Bellingham). 2021. Vol. 8, N 2. Р. 026001. doi: 10.1117/1.JMI.8.2.026001Shewale AD, Patil SA, Patil SR. Raspberry-pi based automatic health care modelling: An iOt approach. Compliance Engineering J. 2021;12(3):99–104.Shewale A.D., Patil S.A., Patil S.R. Raspberry-pi based automatic health care modelling: An iOt approach // Compliance Engineering J. 2021. Vol. 12, N 3. Р. 99–104.Recker F, Höhne E, Damjanovic D, Schäfer VS. Ultrasound in telemedicine: A brief overview. Appl Sci. 2022;12:958. doi: 10.3390/app12030958Recker F., Höhne E., Damjanovic D., Schäfer V.S. Ultrasound in telemedicine: A brief overview // Appl Sci. 2022. Vol. 12, N 3. Р. 958. doi: 10.3390/app12030958Lim TH, Choi HJ, Kang BS. Feasibility of dynamic cardiac ultrasound transmission via mobile phone for basic emergency teleconsultation. J Telemed Telecare. 2010;5(16):281–285. doi: 10.1258/jtt.2010.091109Lim T.H., Choi H.J., Kang B.S. Feasibility of dynamic cardiac ultrasound transmission via mobile phone for basic emergency teleconsultation // J Telemed Telecare. 2010. Vol. 16, N 5. Р. 281–285. doi: 10.1258/jtt.2010.091109Miyashita T, Iketani Y, Nagamine Y, Goto T. FaceTime®for teaching ultrasound-guided anesthetic procedures in remote place. J Cli Monit. Comput. 2014;2(28):211–215. doi: 10.1007/s10877-013-9514-xMiyashita T., Iketani Y., Nagamine Y., Goto T. FaceTime®for teaching ultrasound-guided anesthetic procedures in remote place // J Clin Monit Comput. 2014. Vol. 28, N 2. Р. 211–215. doi: 10.1007/s10877-013-9514-xKim C, Cha H, Kang BS, et al. A feasibility study of smartphone-based telesonography for evaluating cardiac dynamic function and diagnosing acute appendicitis with control of the image quality of the transmitted videos. J Digit Imaging. 2016;3(29):347–356. doi: 10.1007/s10278-015-9849-6Kim C., Cha H., Kang B.S., et al. A feasibility study of smartphone-based telesonography for evaluating cardiac dynamic function and diagnosing acute appendicitis with control of the image quality of the transmitted videos // J Digit Imaging. 2016. Vol. 29, N 3. Р. 347–356. doi: 10.1007/s10278-015-9849-6Boissin C, Blom L, Wallis L, et al. Image-based teleconsultation using smartphones or tablets: qualitative assessment of medical experts. Emergency Med J. 2017;34(2):95–99. doi: 10.1136/emermed-2015-205258Boissin C., Blom L., Wallis L., et al. Image-based teleconsultation using smartphones or tablets: Qualitative assessment of medical experts // Emergency Med J. 2017. Vol. 34, N 2. Р. 95–99. doi: 10.1136/emermed-2015-205258Beckhauser E, Petrolini VA, Savaris A, et al. Are single-board computers an option for a low-cost multimodal telemedicine platform? First tests in the context of santa catarina state integrated telemedicine and telehealth system. In: Conference: 2016 IEEE 29th International Symposium on Computer-Based Medical Systems (CBMS). 2016. Р. 163–168. doi: 10.1109/CBMS.2016.57Beckhauser E., Petrolini V.A., Savaris A., et al. Are single-board computers an option for a low-cost multimodal telemedicine platform: First tests in the context of santa catarina state integrated telemedicine and telehealth system // 2016 IEEE 29th International Symposium on Computer-Based Medical Systems (CBMS). 2016. Р. 163–168.Bhojwani H, Sain GK, Sharma GP. A hybrid connectivity oriented telemedician system for Indian landscape using raspberry Pi SBC & IOT. In: Conference: 2018 3rd Technology Innovation Management and Engineering Science International Conference (TIMES-iCON). 2018. Р. 1–5. doi: 10.1109/TIMES-iCON.2018.8621799Bhojwani H., Sain G.K., Sharma G.P. A hybrid connectivity oriented telemedician system for Indian landscape using raspberry Pi SBC & IOT // 2018 3rd Technology Innovation Management and Engineering Science International Conference (TIMES-iCON). 2018. Р. 1–5. doi: 10.1109/TIMES-iCON.2018.8621799De Oliveira DC, Wehrmeister MA. Using deep learning and low-cost rgb and thermal cameras to detect pedestrians in aerial images captured by multirotor UAV. Sensors (Basel). 2018;7(18):2244. doi: 10.3390/s18072244De Oliveira D.C., Wehrmeister M.A. Using deep learning and low-cost rgb and thermal cameras to detect pedestrians in aerial images captured by multirotor UAV // Sensors (Basel). 2018. Vol. 18, N 7. Р. 2244. doi: 10.3390/s18072244Kim W, Jung WS, Choi HK. Lightweight driver monitoring system based on multi-task mobilenets. Sensors (Basel). 2019;14(19):3200. doi: 10.3390/s19143200Kim W., Jung W.S., Choi H.K. Lightweight driver monitoring system based on multi-task mobilenets // Sensors (Basel). 2019. Vol. 19, N 14. Р. 3200. doi: 10.3390/s19143200Peine A, Hallawa A, Schöffski O, et al. A deep learning approach for managing medical consumable materials in intensive care units via convolutional neural networks: technical proof-of-concept study. JMIR Med Informatics. 2019;4(7):e14806–e14806. doi: 10.2196/14806Peine A., Hallawa A., Schöffski O., et al. A deep learning approach for managing medical consumable materials in intensive care units via convolutional neural networks: Technical proof-of-concept study // JMIR Med Informatics. 2019. Vol. 7, N 4. Р. e14806–e14806. doi: 10.2196/14806Yoo SK, Kim DK, Jung SM, et al. Performance of a web-based, realtime, tele-ultrasound consultation system over high-speed commercial telecommunication lines. J Telemed Telecare. 2004;10(3):175–179. doi: 10.1258/135763304323070841Yoo S.K., Kim D.K., Jung S.M., et al. Performance of a web-based, realtime, tele-ultrasound consultation system over high-speed commercial telecommunication lines // J Telemed Telecare England. 2004. Vol. 10, N 3. P. 175–179. doi: 10.1258/135763304323070841Panayides A, Antoniou ZC, Mylonas Y, et al. High-resolution, low-delay, and error-resilient medical ultrasound video communication using H.264/AVC over mobile WiMAX networks. IEEE J Biomed Health Inform. 2013;17(3):619–628. doi: 10.1109/TITB.2012.2232675Panayides A., Antoniou Z.C., Mylonas Y., et al. High-resolution, low-delay, and error-resilient medical ultrasound video communication using H.264/AVC over mobile WiMAX networks // IEEE J Biomed Health Inform. 2013. Vol. 17, N 3. P. 619–628. doi: 10.1109/TITB.2012.2232675Arzamasov KM, Bobrovskaya TM, Drogovoz VA. Streaming technology: From games to tele-ultrasound. Digital Diagnostics. 2022;2(3):131–140. (In Russ). doi: 10.17816/DD100779Арзамасов К.М., Бобровская Т.М., Дроговоз В.А. Стриминговые технологии: из игровой индустрии в телеультразвуковые исследования // Digital Diagnostics. 2022. Т. 3, № 2. C. 131–140. doi: 10.17816/DD100779Arzamasov KM, Drogovoz VA. Systematic review of technologies and methods of tele-ultrasound. Medical Technologies Assessment Choice. 2020;(3):44-54. (In Russ). doi: 10.17116/medtech20204103144Арзамасов К.М., Дроговоз В.А. Систематический обзор технологий и методов телеультразвуковых исследований // Медицинские технологии. Оценка и выбор. 2020. № 3. С. 44–54. doi: 10.17116/medtech20204103144Le MT, Voigt L, Nathanson R, et al. Comparison of four handheld point-of-care ultrasound devices by expert users. Ultrasound J. 2022;14(1):27. doi: 10.1186/s13089-022-00274-6Le M.T., Voigt L., Nathanson R., et al. Comparison of four handheld point-of-care ultrasound devices by expert users // Ultrasound J. 2022. Vol. 14, N 1. Р. 27. doi: 10.1186/s13089-022-00274-6