Ултразвукова сонография на тялото с Arduino: 3 стъпки (със снимки)

2025 Автор: John Day | [email protected]. Последно модифициран: 2025-01-23 12:59

Здравейте!

Моето хоби и страст е да реализирам физически проекти. Една от последните ми работи е за ултразвукова сонография. Както винаги се опитах да го направя възможно най -опростен с части, които можете да получите в ebay или aliexpress. Така че нека да разгледаме докъде мога да стигна с моите прости предмети …

Бях вдъхновен от този малко по -сложен и по -скъп проект:

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

Ето частите, които ще ви трябват за моя проект:

основните части:

• габарит за измерване на дебелината на боята за 40 USD: ebay манометър за дебелина на боята GM100
• или просто 5 MHz преобразувател за 33 USD: ebay 5 MHz преобразувател
• arduino дължим за 12 USD: ebay arduino дължим
• 320x480 пикселен дисплей за 11 USD: 320x480 arduino дисплей
• два захранвания 9V/1A за симетричното захранване +9/GND/-9V
• ултразвуков гел за сонография: 10 USD ултразвуков гел

за предавателя:

• повишаващ преобразувател за необходимите 100V за 5 USD: 100V усилващ преобразувател
• общ повишаващ преобразувател, захранващ 12-15V за 100V усилващ преобразувател за 2 USD: XL6009 усилващ преобразувател
• регулатор на напрежението LM7805
• монофлоп-IC 74121
• MOSFET драйвер ICL7667
• IRL620 MOSFET: IRL620
• кондензатори с 1nF (1x), 50pF (1x), 0.1µF (1x електролитен), 47µF (1x електролитен), 20 µF (1 x електролитен за 200V), 100 nF (2x MKP за 200V: 100nF20µF
• резистори с 3kOhm (0.25W), 10kOhm (0.25W) и 50Ohm (1W)
• 10 kOhm потенциометър
• 2 бр. C5 гнезда: 7 USD C5 гнездо

за приемника:

• 3 бр. Операционно усилване AD811: eBay AD811
• 1 бр. LM7171 операционно усилване: ebay LM7171
• 5 x 1 nF кондензатор, 8 x 100nF кондензатор
• 4 x 10 kOhm потенциометър
• 1 x 100 kOhm потенциометър
• 0.25W резистори с 68 Ohm, 330 Ohm (2 бр.), 820 Ohm, 470 Ohm, 1.5 kOhm, 1 kOhm, 100 Ohm
• 1N4148 диоди (2 бр.)
• 3.3V ценеров диод (1 бр.)

Стъпка 1: Моите предавателни и приемни вериги

Сонографията е много важен начин в медицината да погледне вътре в тялото. Принципът е прост: Предавателят изпраща ултразвукови импулси. Те се разпространяват в тялото, отразяват се от вътрешните органи или костите и се връщат обратно към приемника.

В моя случай използвам габарит GM100 за измерване на дебелината на слоевете боя. Въпреки че всъщност не е предназначен за разглеждане в тялото, мога да видя костите си.

Предавателят GM100 работи с честота 5 MHz. Затова трябва да създадете много кратки импулси с дължина 100-200 наносекунди. 7412-монофлопът е в състояние да създава такива къси импулси. Тези кратки импулси отиват към драйвера на ICL7667-MOSFET, който управлява порта на IRL620 (внимание: MOSFET трябва да може да издържа на напрежение до 200 V!).

Ако портата е включена, кондензаторът 100V-100nF се разрежда и отрицателен импулс от -100V се прилага към предавателя-пиезо.

Ултразвуковите ехота, получени от главата GM100, отиват към 3-степенен усилвател с бързия OPA AD820. След третата стъпка ще ви трябва прецизен токоизправител. За целта използвам операционен усилвател LM7171.

Обърнете внимание: Постигнах най-добри резултати, когато скъся входа на прецизния токоизправител с двойна жична верига (? Във веригата). Не разбирам защо, но ще трябва да го проверите, ако се опитате да реконструирате моя ултразвуков скенер.

Стъпка 2: Софтуерът Arduino

Отразените импулси трябва да се съхраняват и показват от микроконтролер. Микроконтролерът трябва да е бърз. Затова избирам arduino дължимо. Опитах два различни типа бързи аналогови кодове за четене (вижте прикачените файлове). Единият е по-бърз (около 0.4 µs на преобразуване), но получих 2-3 пъти същата стойност при четене на аналоговия вход. Другият е малко по-бавен (1 µs на преобразуване), но няма недостатък на повтарящите се стойности. Избрах първия …

На платката на приемника има два превключвателя. С тези седалки можете да спрете измерването и да изберете две различни времеви бази. Едната за времена на измерване между 0 и 120 µs, а другата между 0 и 240 µs. Разбрах това, като прочетох 300 стойности или 600 стойности. За 600 стойности отнема два пъти повече време, но след това взема само всеки втори аналогов в стойност.

Входящите ехота се четат с един от аналогово-входните портове на arduino. Ценеровият диод трябва да защитава порта за твърде високи напрежения, тъй като дължимото arduino може да отчита само напрежения до 3.3V.

След това всяка аналогово-входна стойност се трансформира в стойност между 0 и 255. С тази стойност на дисплея ще бъде нарисувано допълнително правоъгълно сиво оцветяване. Бялото означава висок сигнал/ехо, тъмносивото или черно означава нисък сигнал/ехо.

Ето редовете в кода за рисуване на правоъгълниците с ширина 24 пиксела и височина 1 пиксела

за (i = 0; i <300; i ++) {

стойности = карта (стойности , 0, 4095, 0, 255);

myGLCD.setColor (стойности , стойности , стойности );

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

}

След една секунда следващата колона ще бъде изтеглена …

Стъпка 3: Резултати

Разгледах различни предмети от алуминиеви цилиндри над напълнени с вода балони до тялото ми. За да се видят ехото на тялото, усилването на сигналите трябва да е много високо. За алуминиевите цилиндри е необходимо по-ниско усилване. Когато погледнете снимките, можете ясно да видите ехото от кожата и костта ми.

И така, какво мога да кажа за успеха или провала на този проект. Възможно е да погледнете вътре в тялото с такива прости методи и с помощта на части, които обикновено не са предназначени за тази цел. Но тези фактори също ограничават резултатите. Не получавате толкова ясни и добре структурирани снимки в сравнение с търговските решения.

Но и това е най -важното, опитах го и направих всичко възможно. Надявам се тази инструкция да ви е харесала и поне да ви е била интересна.

Ако искате да разгледате другите ми физически проекти:

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

още проекти по физика: