Ultrazvočni pregled telesa z Arduinom: 3 koraki (s slikami)

2025 Avtor: John Day | [email protected]. Nazadnje spremenjeno: 2025-01-23 15:08

Zdravo!

Moj hobi in strast je uresničevanje fizikalnih projektov. Eno od mojih zadnjih del je ultrazvočna sonografija. Kot vedno sem poskušal čim bolj poenostaviti dele, ki jih lahko dobite na ebayu ali aliexpressu. Pa poglejmo, kako daleč lahko grem s svojimi preprostimi predmeti …

Navdihnil me je ta nekoliko bolj zapleten in dražji projekt:

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

Tu so deli, ki jih potrebujete za moj projekt:

glavni deli:

• merilnik za merjenje debeline barve za 40 USD: eBay merilnik debeline barve GM100
• ali samo 5 MHz pretvornik za 33 USD: ebay 5 MHz pretvornik
• arduino zapadel za 12 USD: ebay arduino zapadel
• zaslon 320x480 slikovnih pik za 11 USD: zaslon arduino 320x480
• dva napajalnika 9V/1A za simetrično napajanje +9/GND/-9V
• ultrazvočni gel za ultrazvok: 10 USD ultrazvočni gel

za oddajnik:

• povečevalni pretvornik za potrebnih 100V za 5 USD: 100V ojačevalni pretvornik
• skupni povečevalni pretvornik, ki napaja 12-15V za pretvornik 100V ojačevalnika za 2 USD: ojačevalnik XL6009
• regulator napetosti LM7805
• monoflop-IC 74121
• MOSFET gonilnik ICL7667
• IRL620 MOSFET: IRL620
• kondenzatorji z 1nF (1x), 50pF (1x), 0.1µF (1x elektrolitski), 47µF (1x elektrolitski), 20 µF (1 x elektrolitski za 200V), 100 nF (2x MKP za 200V: 100nF20µF
• upori s 3kOhm (0,25W), 10kOhm (0,25W) in 50Ohm (1W)
• 10 kOhm potenciometer
• 2 kos. Vtičnice C5: 7 USD vtičnica C5

za sprejemnik:

• 3 kos. Operacijski ojačevalnik AD811: eBay AD811
• 1 kos. Operacijski ojačevalnik LM7171: eBay LM7171
• 5 x 1 nF kondenzator, 8 x 100nF kondenzator
• 4 x 10 kOhm potenciometer
• 1 x 100 kOhm potenciometer
• Upori 0,25 W z 68 Ohm, 330 Ohm (2 kosa), 820 Ohm, 470 Ohm, 1,5 kOhm, 1 kOhm, 100 Ohm
• 1N4148 diode (2 kosa)
• Zener dioda 3,3 V (1 kos.)

Korak: Moja vezja oddajnika in sprejemnika

Sonografija je zelo pomemben način v medicini, da pogledamo v telo. Načelo je preprosto: oddajnik pošilja ultrazvočne impulze. Razprostirajo se po telesu, odsevajo jih notranji organi ali kosti in se vrnejo nazaj v sprejemnik.

V mojem primeru uporabljam merilnik GM100 za merjenje debeline barvnih plasti. Čeprav v resnici nisem namenjen gledanju v telo, lahko vidim svoje kosti.

Oddajnik GM100 deluje s frekvenco 5 MHz. Zato morate ustvariti zelo kratke impulze z dolžino 100-200 nanosekund. 7412-monoflop lahko ustvari tako kratke impulze. Ti kratki impulzi gredo v ICL7667-MOSFET-gonilnik, ki poganja vrata IRL620 (pozor: MOSFET mora biti sposoben prenašati napetosti do 200V!).

Če so vrata vklopljena, se kondenzator 100V-100nF izprazni in na oddajnik-piezo deluje negativni impulz -100V.

Ultrazvočni odmevi, prejeti iz glave GM100, gredo v 3-stopenjski ojačevalnik s hitrim OPA AD820. Po tretjem koraku boste potrebovali natančni usmernik. V ta namen uporabljam operacijski ojačevalnik LM7171.

Bodite pozorni: Najboljše rezultate sem dosegel, ko sem vhod natančnega usmernika skrajšal z žično zanko dupont (? V vezju). Ne razumem zakaj, vendar boste morali to preveriti, če poskusite rekonstruirati moj ultrazvočni skener.

2. korak: programska oprema Arduino

Odsevni impulzi morajo biti shranjeni in prikazani z mikrokrmilnikom. Mikrokrmilnik mora biti hiter. Zato se odločim za arduino. Poskusil sem dve različni vrsti hitrih analognih kod za branje (poglejte priloge). Ena je hitrejša (približno 0,4 µs na pretvorbo), vendar sem pri branju na analognem vhodu dobil 2-3 krat enako vrednost. Drugi je nekoliko počasnejši (1 µs na pretvorbo), vendar nima pomanjkljivosti pri ponavljajočih se vrednostih. Jaz sem izbrala prvega …

Na sprejemni plošči sta dve stikali. S temi sedeži lahko ustavite merjenje in izberete dve različni časovni osnovi. Ena za merilne čase med 0 in 120 µs, druga pa med 0 in 240 µs. To sem spoznal tako, da sem prebral 300 vrednosti ali 600 vrednosti. Za 600 vrednosti traja dvakrat več časa, potem pa vzamem le vsako drugo analogno vrednost.

Dohodni odmevi se berejo z enim od analognih vhodnih vrat arduina. Zener-dioda bi morala zaščititi vrata pred previsokimi napetostmi, ker lahko arduino odčita samo napetosti do 3,3 V.

Vsaka analogno-vhodna vrednost se nato pretvori v vrednost med 0 in 255. S to vrednostjo bo na zaslonu narisan nadaljnji sivo obarvan pravokotnik. Bela pomeni visok signal/odmev, temno siva ali črna pomeni nizek signal/odmev.

Tu so vrstice v kodi za risanje pravokotnikov s širino 24 slikovnih pik in višino 1 slikovno piko

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

vrednosti = zemljevid (vrednosti , 0, 4095, 0, 255);

myGLCD.setColor (vrednosti , vrednosti , vrednosti );

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

}

Po eni sekundi se nariše naslednji stolpec …

3. korak: Rezultati

Pregledal sem različne predmete, od aluminijastih jeklenk preko balonov, napolnjenih z vodo, do mojega telesa. Če želite videti odmeve telesa, mora biti ojačanje signalov zelo visoko. Za aluminijaste jeklenke je potrebna manjša ojačitev. Ko pogledate slike, lahko jasno vidite odmeve s kože in moje kosti.

Kaj torej lahko rečem o uspehu ali neuspehu tega projekta. V notranjost telesa je mogoče pogledati s tako preprostimi metodami in z uporabo delov, ki običajno niso namenjeni za ta namen. Toda ti dejavniki omejujejo tudi rezultate. V primerjavi s komercialnimi rešitvami ne dobite tako jasnih in dobro strukturiranih slik.

Ampak in to je najpomembnejše, poskusil sem in dal vse od sebe. Upam, da vam je bil ta pouk všeč in da je bil za vas vsaj zanimiv.

Če si želite ogledati še moje druge fizikalne projekte:

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

več fizikalnih projektov: