Kūno ultragarso sonografija naudojant „Arduino“: 3 žingsniai (su nuotraukomis)

2024 Autorius: John Day | [email protected]. Paskutinį kartą keistas: 2024-01-30 10:46

Sveiki!

Mano hobis ir aistra - įgyvendinti fizikos projektus. Vienas paskutinių mano darbų yra apie ultragarsinę sonografiją. Kaip visada stengiausi, kad tai būtų kuo paprasčiau, naudojant dalis, kurias galite įsigyti „ebay“ar „aliexpress“. Taigi pažiūrėkime, kiek galiu nueiti su savo paprastais daiktais …

Mane įkvėpė šis šiek tiek sudėtingesnis ir brangesnis projektas:

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

Štai dalys, kurių jums reikės mano projektui:

pagrindinės dalys:

• matuoklis dažų storiui matuoti už 40 USD: „ebay“dažų storio matuoklis GM100
• arba tik 5 MHz keitiklis už 33 USD: „ebay“5 MHz keitiklis
• a arduino Mokestis už 12 USD: ebay arduino terminas
• 320x480 pikselių ekranas už 11 USD: 320x480 arduino ekranas
• du 9V/1A maitinimo šaltiniai, skirti simetriniam +9/GND/-9V maitinimo šaltiniui
• ultragarsinis gelis sonografijai: 10 USD ultragarsinis gelis

siųstuvui:

• pakopinis keitiklis, reikalingas 100V už 5 USD: 100V padidinimo keitiklis
• bendras pakopinis keitiklis, tiekiantis 12–15 V 100 V padidinimo keitikliui už 2 USD: XL6009 „boost-converter“
• įtampos reguliatorius LM7805
• monoflop-IC 74121
• „mosfet“tvarkyklė ICL7667
• IRL620 mosfet: IRL620
• kondensatoriai su 1nF (1x), 50pF (1x), 0,1µF (1x elektrolitiniu), 47µF (1x elektrolitiniu), 20 µF (1 x elektrolitinis 200V), 100 nF (2x MKP 200V: 100nF20µF
• rezistoriai su 3kOhm (0,25W), 10kOhm (0,25W) ir 50Ohm (1W)
• 10 kOhm potenciometras
• 2 vnt. C5 lizdai: 7 USD C5 lizdas

imtuvui:

• 3 vnt. AD811 operacinis stiprintuvas: ebay AD811
• 1 vnt. Operacinis stiprintuvas LM7171: ebay LM7171
• 5 x 1 nF kondensatorius, 8 x 100 nF kondensatorius
• 4 x 10 kOhm potenciometras
• 1 x 100 kOhm potenciometras
• 0,25 W rezistoriai su 68 omų, 330 omų (2 vnt.), 820 omų, 470 omų, 1,5 kOhm, 1 kOhm, 100 omų
• 1N4148 diodai (2 vnt.)
• 3,3 V „Zener“diodas (1 vnt.)

1 žingsnis: Mano siųstuvo ir imtuvo grandinės

Sonografija yra labai svarbus medicinos būdas pažvelgti į kūno vidų. Principas paprastas: siųstuvas siunčia ultragarsinius impulsus. Jie plinta kūne, atsispindi vidiniuose organuose ar kauluose ir grįžta į imtuvą.

Mano atveju dažų sluoksnių storiui matuoti naudoju matuoklį GM100. Nors iš tikrųjų nesižiūriu į kūną, aš galiu pamatyti savo kaulus.

GM100 siųstuvas veikia 5 MHz dažniu. Todėl jūs turite sukurti labai trumpus impulsus, kurių ilgis yra 100-200 nanosekundžių. 7412-monoflop gali sukurti tokius trumpus impulsus. Šie trumpi impulsai patenka į ICL7667-mosfet-driver, kuris varo IRL620 vartus (dėmesys: „mosfet“turi atlaikyti iki 200 V įtampą!).

Jei vartai yra įjungti, kondensatorius 100V-100nF išsikrauna ir siųstuvas-pjezo veikia neigiamą -100V impulsą.

Ultragarsinis aidas, gaunamas iš GM100 galvutės, patenka į 3 pakopų stiprintuvą su greitu OPA AD820. Po trečio žingsnio jums reikės tikslumo lygintuvo. Tam naudoju operacinį stiprintuvą LM7171.

Atkreipkite dėmesį: Gavau geriausius rezultatus, kai sutrumpinu tikslumo lygintuvo įvestį su dupont-wire-loop (? Grandinėje). Aš nelabai suprantu kodėl, bet jūs turėsite tai patikrinti, jei bandysite rekonstruoti mano ultragarsinį skaitytuvą.

2 žingsnis: „Arduino“programinė įranga

Atspindėtus impulsus turi saugoti ir rodyti mikrovaldiklis. Mikrovaldiklis turi būti greitas. Todėl renkuosi arduino due. Išbandžiau dviejų skirtingų tipų greito analoginio skaitymo kodus (žiūrėkite priedus). Vienas yra greitesnis (apie 0,4 µs per konversiją), bet aš gavau 2-3 kartus tą pačią vertę skaitydamas analoginę įvestį. Kitas yra šiek tiek lėtesnis (1 µs per konversiją), tačiau neturi trūkumų dėl pakartotinių verčių. Aš pasirinkau pirmąjį…

Imtuvo plokštėje yra du jungikliai. Su šiomis sėdynėmis galite sustabdyti matavimą ir pasirinkti dvi skirtingas laiko bazes. Vienas matavimo laikas yra nuo 0 iki 120 µs, o kitas-nuo 0 iki 240 µs. Tai supratau perskaitęs 300 ar 600 verčių. 600 reikšmių atveju reikia dvigubai daugiau laiko, bet tada imu tik kas antrą analoginę vertę.

Įeinantys aidai skaitomi naudojant vieną iš arduino analoginių įvesties prievadų. „Zener“diodas turėtų apsaugoti prievadą nuo per didelės įtampos, nes „arduino“gali nuskaityti tik iki 3,3 V įtampą.

Tada kiekviena analoginė įvesties vertė paverčiama verte nuo 0 iki 255. Naudojant šią vertę, ekrane bus nupieštas kitas pilkos spalvos stačiakampis. Balta reiškia didelį signalą/aidą, tamsiai pilka arba juoda-žemą signalą/aidą.

Čia yra kodo eilutės, skirtos piešti stačiakampius, kurių plotis 24 pikseliai ir 1 pikselio aukštis

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

reikšmės = žemėlapis (vertės , 0, 4095, 0, 255);

myGLCD.setColor (reikšmės , reikšmės , vertės );

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

}

Po sekundės bus ištrauktas kitas stulpelis …

3 žingsnis: Rezultatai

Aš ištyriau įvairius objektus nuo aliuminio cilindrų virš vandens pripildytų balionų iki mano kūno. Norint pamatyti kūno aidus, signalų stiprinimas turi būti labai didelis. Aliuminio cilindrams reikalingas mažesnis stiprinimas. Žiūrėdami į paveikslėlius, aiškiai matote aidus nuo odos ir mano kaulo.

Taigi, ką aš galiu pasakyti apie šio projekto sėkmę ar nesėkmę. Galima pažvelgti į kūno vidų tokiais paprastais metodais ir naudojant tokias dalis, kurios paprastai nėra skirtos šiam tikslui. Tačiau šie veiksniai taip pat riboja rezultatus. Jūs negausite tokių aiškių ir gerai struktūruotų nuotraukų, palyginti su komerciniais sprendimais.

Bet tai yra pats svarbiausias dalykas, aš tai išbandžiau ir padariau viską. Tikiuosi, kad jums patiko šios instrukcijos ir tai bent jums buvo įdomu.

Jei jums patinka pažvelgti į kitus mano fizikos projektus:

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

daugiau fizikos projektų: