Ecografia corporal amb Arduino: 3 passos (amb imatges)

2024 Autora: John Day | [email protected]. Última modificació: 2024-01-30 08:12

Hola!

La meva afició i passió és realitzar projectes de física. Un dels meus darrers treballs és sobre sonografia per ultrasons. Com sempre, he intentat que sigui el més senzill possible amb peces que es poden aconseguir a ebay o aliexpress. Vegem, doncs, fins on puc arribar amb els meus articles senzills …

Em va inspirar aquest projecte una mica més complicat i més car:

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

Aquí teniu les parts que necessitareu per al meu projecte:

les parts principals:

• un indicador per mesurar el gruix de la pintura per 40 USD: indicador de gruix de la pintura eBay GM100
• o només el transductor de 5 MHz per 33 USD: transductor ebay de 5 MHz
• un arduino degut per 12 dòlars: ebay arduino due
• una pantalla de 320x480 píxels per a 11 USD: pantalla arduino de 320x480
• dues fonts d'alimentació de 9V / 1A per a l'alimentació simètrica + 9 / GND / -9V
• gel d'ultrasons per a ecografia: gel d'ultrasò de 10 USD

per al transmissor:

• un convertidor intensiu per al 100V necessari per 5 USD: convertidor amplificador de 100V
• un convertidor intensiu comú que subministra 12-15V per al convertidor de 100V-boost per 2 USD: XL6009 boost-converter
• un regulador de tensió LM7805
• monoflop-IC 74121
• controlador de mosfet ICL7667
• Mosfet IRL620: IRL620
• condensadors amb 1nF (1x), 50pF (1x), 0,1µF (1x electrolític), 47µF (1x electrolític), 20 µF (1 x electrolític per a 200V), 100 nF (2x MKP per 200V: 100nF20µF
• resistències amb 3kOhm (0.25W), 10kOhm (0.25W) i 50Ohm (1W)
• Potenciòmetre de 10 kOhm
• 2 unitats. Preses C5: sòcol C5 de 7 dòlars

per al receptor:

• 3 unitats. Amplificador operatiu AD811: ebay AD811
• 1 unitats Amplificador operatiu LM7171: ebay LM7171
• Condensador de 5 x 1 nF, condensador de 8 x 100nF
• Potenciòmetre de 4 x 10 kOhm
• Potenciómetre 1 x 100 kOhm
• Resistències de 0,25 W amb 68 Ohm, 330 Ohm (2 unitats), 820 Ohm, 470 Ohm, 1,5 kOhm, 1 kOhm, 100 Ohm
• 1N4148 díodes (2 unitats)
• Diodo zener de 3,3 V (1 un.)

Pas 1: Els meus circuits de transmissor i receptor

La sonografia és una forma molt important en medicina de mirar cap a dins del cos. El principi és simple: un transmissor envia polsos ultrasonics. S’estenen pel cos, els òrgans interns o els ossos els reflecteixen i tornen al receptor.

En el meu cas utilitzo el calibre GM100 per mesurar el gruix de les capes de pintura. Tot i que no està pensat per mirar dins del cos, sóc capaç de veure els meus ossos.

El transmissor GM100 funciona amb una freqüència de 5 MHz. Per tant, heu de crear impulsos molt curts amb una longitud de 100-200 nanosegons. El 7412-monoflop és capaç de crear impulsos tan curts. Aquests polsos curts van al controlador ICL7667-mosfet, que condueix la porta d’un IRL620 (atenció: el mosfet ha de poder manejar tensions de fins a 200V!).

Si la porta està engegada, el condensador 100V-100nF es descarrega i s'aplica un pols negatiu de -100V al transmissor-piezo.

Els ecos d'ultrasons, rebuts del cap GM100, aniran a un amplificador de 3 etapes amb el ràpid OPA AD820. Després del tercer pas, necessitareu un rectificador de precisió. Amb aquest propòsit faig servir un amplificador operacional LM7171.

Presteu atenció: he obtingut els millors resultats quan redueixo l'entrada del rectificador de precisió amb un bucle de cable dupont (? Al circuit). Realment no entenc per què, però hauràs de comprovar-ho si intentes reconstruir el meu escàner d'ultrasons.

Pas 2: el programari Arduino

Els polsos reflectits han de ser emmagatzemats i visualitzats per un microcontrolador. El microcontrolador ha de ser ràpid. Per tant, trio un arduino degut. He provat dos tipus diferents de codis de lectura analògica ràpids (mireu els fitxers adjunts). Un és més ràpid (aproximadament 0,4 µs per conversió), però he tingut 2-3 vegades el mateix valor en llegir a l'entrada analògica. L'altre és una mica més lent (1 µs per conversió), però no té el desavantatge dels valors repetits. He triat el primer …

Hi ha dos commutadors al tauler receptor. Amb aquests sitches podeu aturar la mesura i triar dues bases de temps diferents. Un per a temps de mesura entre 0 i 120 µs i l’altre entre 0 i 240 µs. Em vaig adonar llegint 300 valors o 600 valors. Per a 600 valors triga el doble de temps, però després prenc cada segon analògic en valor.

Els ecos entrants s’estan llegint amb un dels ports d’entrada analògica de l’arduino. El diode zener hauria de protegir el port per a tensions massa altes perquè l’arduino degut només pot llegir tensions de fins a 3,3 V.

A continuació, cada valor d'entrada analògica es transforma en un valor entre 0 i 255. Amb aquest valor es dibuixarà un altre rectangle de color gris a la pantalla. El blanc significa senyal / ressò alt, gris fosc o negre significa senyal / ressò baix.

Aquí teniu les línies del codi per dibuixar els rectangles amb 24 píxels d’amplada i 1 píxel d’alçada

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

valors = mapa (valors , 0, 4095, 0, 255);

myGLCD.setColor (valors , valors , valors );

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

}

Al cap d'un segon es dibuixarà la següent columna …

Pas 3: Resultats

He examinat diferents objectes des de cilindres d'alumini fins a globus plens d'aigua fins al meu cos. Per veure ecos corporals, l'amplificació dels senyals ha de ser molt alta. Per als cilindres d'alumini es necessita una amplificació inferior. Quan mireu les imatges, podeu veure clarament els ecos de la pell i del meu os.

Què puc dir, doncs, sobre l’èxit o el fracàs d’aquest projecte. És possible mirar l'interior del cos amb mètodes tan senzills i utilitzant parts, que no solen estar pensades per a aquest propòsit. Però aquests factors també limiten els resultats. No obteniu imatges tan clares i ben estructurades en comparació amb solucions comercials.

Però i això és el més important, ho he provat i he fet tot el possible. Espero que us hagi agradat això instructable i, com a mínim, hagi estat interessant per a vosaltres.

Si voleu fer una ullada als meus altres projectes de física:

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

més projectes de física: