Ķermeņa ultraskaņas sonogrāfija ar Arduino: 3 soļi (ar attēliem)

2024 Autors: John Day | [email protected]. Pēdējoreiz modificēts: 2024-01-30 10:54

Sveiki!

Mans hobijs un aizraušanās ir realizēt fizikas projektus. Viens no maniem pēdējiem darbiem ir par ultraskaņas sonogrāfiju. Kā vienmēr, es centos to padarīt pēc iespējas vienkāršāku, izmantojot detaļas, kuras varat iegūt ebay vai aliexpress. Tātad, apskatīsim, cik tālu es varu iet ar saviem vienkāršajiem priekšmetiem …

Mani iedvesmoja šis nedaudz sarežģītāks un dārgāks projekts:

hackaday.io/project/9281-murgen-open-sourc…

Šeit ir daļas, kas jums būs nepieciešamas manam projektam:

galvenās daļas:

• mērītājs krāsas biezuma mērīšanai par 40 USD: ebay krāsas biezuma mērītājs GM100
• vai tikai 5 MHz devējs par 33 USD: ebay 5 MHz devējs
• a arduino Par 12 USD: ebay arduino termiņš
• 320x480 pikseļu displejs par 11 USD: 320x480 arduino displejs
• divi 9V/1A barošanas avoti simetriskai +9/GND/-9V barošanai
• ultraskaņas gēls sonogrāfijai: 10 USD ultraskaņas gēls

raidītājam:

• pastiprinošs pārveidotājs nepieciešamajam 100 V par 5 USD: 100 V pastiprinātājs
• parasts pastiprinošs pārveidotājs, kas piegādā 12–15 V 100 V pastiprinātāja pārveidotājam par 2 USD: XL6009 pastiprinātāja pārveidotājs
• sprieguma regulators LM7805
• monoflop-IC 74121
• mosfet draiveris ICL7667
• IRL620 mosfet: IRL620
• kondensatori ar 1nF (1x), 50pF (1x), 0,1µF (1x elektrolītisks), 47µF (1x elektrolītisks), 20 µF (1 x elektrolītisks 200V), 100 nF (2x MKP 200V: 100nF20µF
• rezistori ar 3kOhm (0,25W), 10kOhm (0,25W) un 50Ohm (1W)
• 10 kOhm potenciometrs
• 2 gab. C5 ligzdas: 7 USD C5 ligzda

uztvērējam:

• 3 gab. AD811 operatīvais pastiprinātājs: ebay AD811
• 1 gab. LM7171 operatīvais pastiprinātājs: ebay LM7171
• 5 x 1 nF kondensators, 8 x 100 nF kondensators
• 4 x 10 kOhm potenciometrs
• 1 x 100 kOhm potenciometrs
• 0,25 W rezistori ar 68 omi, 330 omi (2 gab.), 820 omi, 470 omi, 1,5 kOhm, 1 kOhm, 100 omi
• 1N4148 diodes (2 gab.)
• 3.3V Zener diode (1 gab.)

1. darbība: Manas raidītāju un uztvērēju shēmas

Sonogrāfija medicīnā ir ļoti svarīgs veids, kā meklēt ķermeni. Princips ir vienkāršs: raidītājs sūta ultraskaņas impulsus. Tās izplatās ķermenī, tiek atspoguļotas iekšējos orgānos vai kaulos un atgriežas pie uztvērēja.

Manā gadījumā krāsas slāņu biezuma mērīšanai izmantoju mērierīci GM100. Lai gan tas nav īsti paredzēts ķermeņa skatīšanai, es redzu savus kaulus.

GM100 raidītājs darbojas ar 5 MHz frekvenci. Tāpēc jums ir jāizveido ļoti īsi impulsi, kuru garums ir 100-200 nanosekundes. 7412-monoflop spēj radīt tik īsus impulsus. Šie īsie impulsi nonāk ICL7667-mosfet-driver, kas vada IRL620 vārtus (uzmanība: mosfet ir jāspēj izturēt spriegumu līdz 200 V!).

Ja vārti ir ieslēgti, kondensators 100V-100nF izlādējas un raidītājam-pjezo tiek iedarbināts negatīvs impulss -100V.

Ultraskaņas atbalss, kas saņemta no GM100 galvas, tiek pārsūtīta uz 3 pakāpju pastiprinātāju ar ātro OPA AD820. Pēc trešā soļa jums būs nepieciešams precizitātes taisngriezis. Šim nolūkam es izmantoju LM7171 operatīvo pastiprinātāju.

Pievērsiet uzmanību: es ieguvu vislabākos rezultātus, kad saīsinu precizitātes taisngrieža ievadi ar dupont-wire-loop (? Ķēdē). Es īsti nesaprotu, kāpēc, bet jums tas būs jāpārbauda, ja mēģināt rekonstruēt manu ultraskaņas skeneri.

2. darbība: Arduino programmatūra

Atstarotie impulsi ir jāuzglabā un jāparāda mikrokontrolleram. Mikrokontrolleram jābūt ātram. Tāpēc es izvēlos arduino termiņu. Esmu izmēģinājis divu veidu ātrus analogo lasīšanas kodus (skatiet pielikumus). Viens ir ātrāks (apmēram 0,4 µs par reklāmguvumu), bet, lasot analogo ieeju, es saņēmu 2-3 reizes tādu pašu vērtību. Otrs ir nedaudz lēnāks (1 µs uz reklāmguvumu), bet tam nav atkārtoto vērtību trūkumu. Es izvēlējos pirmo…

Uz uztvērēja plates ir divi slēdži. Ar šīm sēdēm jūs varat pārtraukt mērīšanu un izvēlēties divas dažādas laika bāzes. Viens mērīšanas laikam no 0 līdz 120 µs un otrs no 0 līdz 240 µs. Es to sapratu, izlasot 300 vērtības vai 600 vērtības. 600 vērtībām tas prasa divreiz vairāk laika, bet tad es ņemu tikai katru otro analogo vērtību.

Ienākošās atbalsis tiek nolasītas, izmantojot vienu no arduino analogās ieejas portiem. Zener-diodei vajadzētu aizsargāt portu par pārāk augstu spriegumu, jo arduino dēļ var nolasīt tikai spriegumu līdz 3,3 V.

Pēc tam katra analogā ievades vērtība tiek pārveidota par vērtību no 0 līdz 255. Izmantojot šo vērtību, displejā tiks uzzīmēts vēl viens pelēkās krāsas taisnstūris. Balts nozīmē augstu signālu/atbalsi, tumši pelēks vai melns nozīmē zemu signālu/atbalsi.

Šeit ir rindiņas taisnstūra zīmēšanas kodā ar 24 pikseļu platumu un 1 pikseļa augstumu

par (i = 0; i <300; i ++) {

vērtības = karte (vērtības , 0, 4095, 0, 255);

myGLCD.setColor (vērtības , vērtības , vērtības );

myGLCD.fillRect (j * 24, 15 + i, j * 24 + 23, 15 + i);

}

Pēc vienas sekundes tiks uzzīmēta nākamā aile …

3. darbība. Rezultāti

Esmu pārbaudījis dažādus objektus, sākot no alumīnija cilindriem virs ūdens piepildītiem baloniem līdz ķermenim. Lai redzētu ķermeņa echos, signālu pastiprināšanai jābūt ļoti lielai. Alumīnija cilindriem ir nepieciešams mazāks pastiprinājums. Aplūkojot attēlus, jūs varat skaidri redzēt atbalsis no ādas un mana kaula.

Tātad, ko es varu teikt par šī projekta panākumiem vai neveiksmēm. Ir iespējams ieskatīties ķermeņa iekšienē ar tik vienkāršām metodēm un izmantojot daļas, kuras parasti nav paredzētas šim nolūkam. Bet šie faktori arī ierobežo rezultātus. Jūs nesaņemat tik skaidrus un labi strukturētus attēlus salīdzinājumā ar komerciāliem risinājumiem.

Bet un tas ir vissvarīgākais, es to esmu mēģinājis un darījis visu iespējamo. Es ceru, ka jums patika šīs pamācības un tas jums vismaz bija interesants.

Ja jums patīk apskatīt citus manus fizikas projektus:

www.youtube.com/user/stopperl16/videos?

vairāk fizikas projektu: