Kehon ultraäänis sonografia Arduinolla: 3 vaihetta (kuvilla)

2024 Kirjoittaja: John Day | [email protected]. Viimeksi muokattu: 2024-01-30 09:00

Hei!

Harrastukseni ja intohimoni on fysiikkaprojektien toteuttaminen. Yksi viimeisistä töistäni koskee ultraäänis sonografiaa. Kuten aina, yritin tehdä siitä mahdollisimman yksinkertaisen osilla, joita saat ebaystä tai aliexpressistä. Joten katsotaanpa, kuinka pitkälle voin mennä yksinkertaisilla esineilläni …

Innostuin tästä hieman monimutkaisemmasta ja kalliimmasta projektista:

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

Tässä ovat osat, joita tarvitset projektiini:

pääosat:

• mittari maalin paksuuden mittaamiseksi 40 USD: ebay -maalinpaksuusmittari GM100
• tai vain 5 MHz: n kaikuanturi hintaan 33 USD: ebay: n 5 MHz: n kaikuanturi
• arduino Erääntyy 12 USD: eBay arduino erääntyy
• 320 x 480 pikselin näyttö hintaan 11 USD: 320 x 480 arduino -näyttö
• kaksi 9V/1A virtalähdettä symmetriseen +9/GND/-9V-syöttöön
• ultraäänigeeli sonografiaan: 10 USD ultraäänigeeli

lähettimelle:

• tehostinmuunnin tarvittavalle 100 V: lle 5 USD: 100 V: n tehomuunnin
• yhteinen tehostinmuunnin, joka syöttää 12-15 V 100 V: n tehonmuuntimelle 2 USD: XL6009 boost-converter
• LM7805 jännitesäädin
• monoflop-IC 74121
• mosfet-ohjain ICL7667
• IRL620 mosfet: IRL620
• kondensaattorit, joissa on 1nF (1x), 50pF (1x), 0,1µF (1x elektrolyyttinen), 47µF (1x elektrolyyttinen), 20 µF (1 x elektrolyyttinen 200V), 100 nF (2x MKP 200V: 100nF20µF
• vastukset 3kOhm (0,25W), 10kOhm (0,25W) ja 50Ohm (1W)
• 10 kOhm: n potentiometri
• 2 kpl. C5-pistorasiat: 7 USD C5-kanta

vastaanottimelle:

• 3 kpl. AD811 -operaatiovahvistin: ebay AD811
• 1 kappale. LM7171 -operaatiovahvistin: ebay LM7171
• 5 x 1 nF kondensaattori, 8 x 100 nF kondensaattori
• 4 x 10 kOhm potentiometri
• 1 x 100 kOhm potentiometri
• 0,25 W vastukset, 68 ohmia, 330 ohmia (2 kpl.), 820 ohmia, 470 ohmia, 1,5 kOhm, 1 kOhm, 100 ohmia
• 1N4148 diodit (2 kpl.)
• 3,3 V: n zener -diodi (1 kpl.)

Vaihe 1: Lähetin- ja vastaanotinpiirini

Sonografia on lääketieteessä erittäin tärkeä tapa katsoa kehon sisälle. Periaate on yksinkertainen: Lähetin lähettää ultraäänipulsseja. Ne leviävät kehoon, heijastuvat sisäelimistä tai luista ja tulevat takaisin vastaanottimeen.

Minun tapauksessani käytän GM100 -mittaria maalikerrosten paksuuden mittaamiseen. Vaikka ei todellakaan ole tarkoitettu katsomiseen kehon sisään, voin nähdä luut.

GM100-lähetin toimii 5 MHz: n taajuudella. Siksi sinun on luotava hyvin lyhyitä pulsseja, joiden pituus on 100-200 nanosekuntia. 7412-monoflop pystyy luomaan tällaisia lyhyitä pulsseja. Nämä lyhyet pulssit menevät ICL7667-mosfet-ohjaimeen, joka ohjaa IRL620: n porttia (huomio: mosfetin on kestettävä jopa 200 V jännite!).

Jos portti kytketään päälle, 100V-100nF-kondensaattori purkautuu ja -100V negatiivinen pulssi kohdistetaan lähetin-pietsoon.

GM100-pään vastaanottamat ultraäänikaiut menevät 3-vaiheiseen vahvistimeen, jossa on nopea OPA AD820. Kolmannen vaiheen jälkeen tarvitset tarkkuussuuntaajan. Tätä tarkoitusta varten käytän operaatiovahvistinta LM7171.

Kiinnitä huomiota: Sain parhaat tulokset, kun lyhennän tarkkuussuuntaajan tuloa dupont-wire-loopilla (? Piirissä). En oikein ymmärrä miksi, mutta sinun on tarkistettava se, jos yrität rekonstruoida ultraääniskannerini.

Vaihe 2: Arduino-ohjelmisto

Mikro -ohjaimen on tallennettava ja näytettävä heijastuneet pulssit. Mikro -ohjaimen on oltava nopea. Siksi valitsen erääntyvän arduinon. Olen kokeillut kahta erityyppistä nopeaa analogista lukukoodia (katso liitteitä). Yksi on nopeampi (noin 0,4 µs muunnosta kohti), mutta sain 2-3 kertaa saman arvon, kun luin analogista tuloa. Toinen on hieman hitaampi (1 µs muunnosta kohti), mutta sillä ei ole toistuvien arvojen haittaa. Valitsin ensimmäisen…

Vastaanotinkortissa on kaksi kytkintä. Näillä istunnoilla voit keskeyttää mittauksen ja valita kaksi eri aikapohjaa. Toinen mittausaikoille 0–120 µs ja toinen 0–240 µs. Tajusin tämän lukemalla 300 arvoa tai 600 arvoa. 600 arvolle kestää kaksi kertaa enemmän aikaa, mutta sitten otan vain joka toinen analoginen arvo.

Saapuvia kaikuja luetaan yhdellä arduinon analogituloporteista. Zener-diodin pitäisi suojata porttia liian korkeilta jännitteiltä, koska arduino-laite voi lukea vain 3,3 V: n jännitteitä.

Kukin analoginen tuloarvo muutetaan sitten arvoksi 0–255. Tällä arvolla näyttöön piirretään vielä harmaa-suorakulmio. Valkoinen tarkoittaa korkeaa signaalia/kaiku, tummanharmaa tai musta alhaista signaalia/kaiku.

Tässä on koodin viivat suorakulmioiden piirtämiseen, joiden leveys on 24 pikseliä ja korkeus 1 pikseliä

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

arvot = kartta (arvot , 0, 4095, 0, 255);

myGLCD.setColor (arvot , arvot , arvot );

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

}

Yhden sekunnin kuluttua piirretään seuraava sarake…

Vaihe 3: Tulokset

Olen tutkinut erilaisia esineitä alumiinisylintereistä vedellä täytettyjen ilmapallojen yli vartalooni. Kehon kaikujen näkemiseksi signaalien vahvistuksen on oltava erittäin korkea. Alumiinisylintereille tarvitaan pienempi vahvistus. Kun katsot kuvia, näet selvästi kaikuja iholta ja luustani.

Mitä voin sanoa tämän hankkeen onnistumisesta tai epäonnistumisesta. On mahdollista katsoa kehon sisälle yksinkertaisilla menetelmillä ja käyttämällä osia, joita ei tavallisesti ole tarkoitettu tähän tarkoitukseen. Mutta nämä tekijät rajoittavat myös tuloksia. Et saa niin selkeitä ja hyvin jäsenneltyjä kuvia kaupallisiin ratkaisuihin verrattuna.

Mutta tämä on tärkeintä, olen kokeillut sitä ja tehnyt parhaani. Toivottavasti pidit tästä ohjeesta ja se oli ainakin mielenkiintoinen sinulle.

Jos haluat tutustua muihin fysiikkaprojekteihini:

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

lisää fysiikkahankkeita: