Kropps-ultralyd sonografi med Arduino: 3 trinn (med bilder)

2024 Forfatter: John Day | [email protected]. Sist endret: 2024-01-30 11:22

Hallo!

Min hobby og lidenskap er å realisere fysikkprosjekter. Et av mine siste arbeider handler om ultralyd sonografi. Som alltid prøvde jeg å gjøre det så enkelt som mulig med deler du kan få på ebay eller aliexpress. Så la oss ta en titt på hvor langt jeg kan gå med de enkle elementene mine …

Jeg ble inspirert av dette litt mer kompliserte og dyrere prosjektet:

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

Her er delene du trenger for prosjektet mitt:

hoveddelene:

• en måler for å måle tykkelsen på maling for 40 USD: ebay -tykkelsesmåler GM100
• eller bare 5 MHz svinger for 33 USD: ebay 5 MHz svinger
• en arduino Due for 12 USD: ebay arduino på grunn
• en 320 x 480 piksler for 11 USD: 320 x 480 arduino -skjerm
• to 9V/1A strømforsyninger for den symmetriske +9/GND/-9V forsyningen
• ultralydgel for sonografi: 10 USD ultralydgel

for senderen:

• en oppgraderingskonverter for den nødvendige 100V for 5 USD: 100V boost-omformer
• en vanlig trinnomformer som leverer 12-15V for 100V-boost-omformeren for 2 USD: XL6009 boost-omformer
• en LM7805 spenningsregulator
• monoflop-IC 74121
• mosfet-driver ICL7667
• IRL620 mosfet: IRL620
• kondensatorer med 1nF (1x), 50pF (1x), 0,1µF (1x elektrolytisk), 47µF (1x elektrolytisk), 20 μF (1 x elektrolytisk for 200V), 100 nF (2x MKP for 200V: 100nF20µF
• motstander med 3kOhm (0,25W), 10kOhm (0,25W) og 50Ohm (1W)
• 10 kOhm potensiometer
• 2 stk. C5-stikkontakter: 7 USD C5-sokkel

for mottakeren:

• 3 stk. AD811 operasjonsforsterkning: ebay AD811
• 1 stk. LM7171 operativ forsterkning: ebay LM7171
• 5 x 1 nF kondensator, 8 x 100nF kondensator
• 4 x 10 kOhm potensiometer
• 1 x 100 kOhm potensiometer
• 0,25 W motstander med 68 Ohm, 330 Ohm (2 stk.), 820 Ohm, 470 Ohm, 1,5 kOhm, 1 kOhm, 100 Ohm
• 1N4148 dioder (2 stk.)
• 3.3V zenerdiode (1 stk.)

Trinn 1: Mine sender- og mottakerkretser

Sonografi er en veldig viktig måte i medisinen å se inn i kroppen. Prinsippet er enkelt: En sender sender ultralyd-pulser. De sprer seg ut i kroppen, reflekteres av indre organer eller bein og kommer tilbake til mottakeren.

I mitt tilfelle bruker jeg måleren GM100 for å måle tykkelsen på malingslag. Selv om det egentlig ikke er meningen å se inne i kroppen, kan jeg se beinene mine.

GM100-senderen fungerer med en frekvens på 5 MHz. Derfor må du lage veldig korte pulser med en lengde på 100-200 nanosekunder. 7412-monoflop er i stand til å lage slike korte pulser. Disse korte impulsene går til ICL7667-mosfet-driveren, som driver porten til en IRL620 (oppmerksomhet: mosfeten må kunne håndtere spenninger opptil 200V!).

Hvis porten er slått på, utlades 100V-100nF-kondensatoren og en negativ puls på -100V tilføres senderen-piezo.

Ultralyd-ekkoene, mottatt fra GM100-hodet, går til en 3-trinns forsterker med den raske OPA AD820. Etter det tredje trinnet trenger du en presisjons-likeretter. Til dette formålet bruker jeg en LM7171 operasjonsforsterker.

Vær oppmerksom: Jeg fikk de beste resultatene da jeg forkortet inngangen til presisjons-likeretteren med en dupont-wire-loop (? I kretsen). Jeg forstår ikke hvorfor, men du må sjekke det hvis du prøver å rekonstruere ultralydskanneren min.

Trinn 2: Arduino-programvaren

De reflekterte pulser må lagres og vises av en mikrokontroller. Mikrokontrolleren må være rask. Derfor velger jeg en arduino pga. Jeg har prøvd to forskjellige typer raske analoge lesekoder (se vedleggene). Den ene er raskere (ca. 0,4 µs per konvertering), men jeg fikk 2-3 ganger den samme verdien når jeg leste inn den analoge inngangen. Den andre er litt tregere (1 µs per konvertering), men har ikke ulempen med gjentatte verdier. Jeg har valgt den første …

Det er to brytere på mottakerbordet. Med disse sidene kan du stoppe målingen og velge to forskjellige tidsbaser. Den ene for måltider mellom 0 og 120 µs og den andre mellom 0 og 240 µs. Jeg skjønte dette ved å lese opp 300 verdier eller 600 verdier. For 600 verdier tar det dobbelt så lang tid, men da tar jeg bare annenhver analog-i-verdi.

De innkommende ekkoene leses med en av de analoge inngangsportene på arduinoen. Zenerdioden skal beskytte porten for for høye spenninger fordi arduinoen bare kan lese spenninger opp til 3,3V.

Hver analog-input-verdi blir deretter transformert til en verdi mellom 0 og 255. Med denne verdien vil en ytterligere grå-farget-rectancle bli tegnet på displayet. Hvitt betyr høyt signal/ekko, mørkegrå eller svart betyr lavt signal/ekko.

Her er linjene i koden for å tegne rektanglene med 24 piksel bredde og 1 piksel høyde

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

verdier = kart (verdier , 0, 4095, 0, 255);

myGLCD.setColor (verdier , verdier , verdier );

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

}

Etter ett sekund blir den neste kolonnen tegnet …

Trinn 3: Resultater

Jeg har undersøkt forskjellige gjenstander fra aluminim-sylindere over vannfylte ballonger til kroppen min. For å se kroppsekko må forsterkningen av signalene være veldig høy. En lavere forsterkning er nødvendig for aluminiumsylindrene. Når du ser på bildene kan du tydelig se ekkoene fra huden og beinet mitt.

Så hva kan jeg si om dette prosjektets suksess eller fiasko. Det er mulig å se inn i kroppen med så enkle metoder og ved hjelp av deler, som vanligvis ikke er beregnet for dette formålet. Men disse faktorene begrenser også resultatene. Du får ikke så klare og godt strukturerte bilder sammenlignet med kommersielle løsninger.

Men og dette er det viktigste, jeg har prøvd det og gjort mitt beste. Jeg håper du likte denne instruksen, og det var i det minste interessant for deg.

Hvis du liker å ta en titt på mine andre fysikkprosjekter:

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

flere fysikkprosjekter: