Sonografi med kropps-ultraljud med Arduino: 3 steg (med bilder)

2024 Författare: John Day | [email protected]. Senast ändrad: 2024-01-30 12:41

Hej!

Min hobby och passion är att förverkliga fysikprojekt. Ett av mina sista arbeten handlar om ultraljudssonografi. Som alltid försökte jag göra det så enkelt som möjligt med delar du kan få på ebay eller aliexpress. Så låt oss ta en titt på hur långt jag kan gå med mina enkla saker …

Jag blev inspirerad av detta lite mer komplicerade och dyrare projekt:

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

Här är de delar du behöver för mitt projekt:

huvuddelarna:

• en mätare för att mäta tjockleken på färgen för 40 USD: ebay lack tjocklek mätare GM100
• eller bara 5 MHz -givaren för 33 USD: ebay 5 MHz -givare
• en arduino Due för 12 USD: ebay arduino due
• en 320x480 pixel skärm för 11 USD: 320x480 arduino display
• två 9V/1A nätaggregat för den symmetriska +9/GND/-9V matningen
• ultraljudsgel för sonografi: 10 USD ultraljudsgel

för sändaren:

• en steg-upp-omvandlare för de nödvändiga 100V för 5 USD: 100V boost-omvandlare
• en vanlig steg-omvandlare som levererar 12-15V för 100V-boost-omvandlaren för 2 USD: XL6009 boost-converter
• en spänningsregulator LM7805
• 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 för 200V), 100 nF (2x MKP för 200V: 100nF20µF
• motstånd med 3kOhm (0,25W), 10kOhm (0,25W) och 50Ohm (1W)
• 10 kOhm potentiometer
• 2 st. C5-uttag: 7 USD C5-uttag

för mottagaren:

• 3 st. AD811 operationsförstärkare: ebay AD811
• 1 st. LM7171 operationsförstärkare: ebay LM7171
• 5 x 1 nF kondensator, 8 x 100nF kondensator
• 4 x 10 kOhm potentiometer
• 1 x 100 kOhm potentiometer
• 0.25W motstånd med 68 Ohm, 330 Ohm (2 st.), 820 Ohm, 470 Ohm, 1.5 kOhm, 1 kOhm, 100 Ohm
• 1N4148 -dioder (2 st.)
• 3.3V zenerdiod (1 st.)

Steg 1: Mina sändar- och mottagarkretsar

Sonografi är ett mycket viktigt sätt inom medicinen att titta in i kroppen. Principen är enkel: En sändare skickar ultraljudspulser. De sprids ut i kroppen, reflekteras av inre organ eller ben och kommer tillbaka till mottagaren.

I mitt fall använder jag mätaren GM100 för att mäta tjockleken på färgskikt. Även om det inte riktigt är avsett för att titta in i kroppen kan jag se mina ben.

GM100-sändaren fungerar med en frekvens på 5 MHz. Därför måste du skapa mycket korta pulser med en längd på 100-200 nanosekunder. 7412-monoflop kan skapa så korta pulser. Dessa korta pulser går till ICL7667-mosfet-driver, som driver porten till en IRL620 (uppmärksamhet: mosfeten måste kunna hantera spänningar upp till 200V!).

Om grinden är påslagen laddas 100V-100nF-kondensatorn ut och en negativ puls på -100V appliceras på sändaren-piezo.

Ultraljud-ekon som tas emot från GM100-huvudet går till en 3-stegs förstärkare med den snabba OPA AD820. Efter det tredje steget behöver du en precisionslikriktare. För detta ändamål använder jag en LM7171 operationsförstärkare.

Var uppmärksam: Jag fick de bästa resultaten när jag förkortade ingången till precisionslikriktaren med en dupont-wire-loop (? I kretsen). Jag förstår inte riktigt varför men du måste kontrollera det om du försöker rekonstruera min ultraljudsskanner.

Steg 2: Arduino-programvaran

De reflekterade pulserna måste lagras och visas av en mikrokontroller. Mikrokontrollern måste vara snabb. Därför väljer jag en arduino pga. Jag har provat två olika typer av snabba analoga läskoder (se bilagorna). En är snabbare (cirka 0,4 µs per konvertering) men jag fick 2-3 gånger samma värde när jag läste in den analoga ingången. Den andra är lite långsammare (1 µs per konvertering), men har inte nackdelen med de upprepade värdena. Jag har valt den första …

Det finns två omkopplare på mottagarkortet. Med dessa sitches kan du stoppa mätningen och välja två olika tidsbaser. Den ena för mättider mellan 0 och 120 µs och den andra mellan 0 och 240 µs. Jag insåg detta genom att läsa upp 300 värden eller 600 värden. För 600 värden tar det dubbelt så mycket tid, men då tar jag bara varannan analog-i-värde.

De inkommande ekona läses med en av de analoga ingångsportarna på arduinoen. Zenerdioden bör skydda porten för för höga spänningar eftersom arduinoen bara kan läsa spänningar upp till 3,3V.

Varje analogt ingångsvärde omvandlas sedan till ett värde mellan 0 och 255. Med detta värde kommer ytterligare en gråfärgad rektangel att tecknas på displayen. Vitt betyder hög signal/eko, mörkgrå eller svart betyder låg signal/eko.

Här är raderna i koden för att rita rektanglarna med 24 pixelbredd och 1 pixelhöjd

för (i = 0; i <300; i ++) {

värden = karta (värden , 0, 4095, 0, 255);

myGLCD.setColor (värden , värden , värden );

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

}

Efter en sekund dras nästa kolumn …

Steg 3: Resultat

Jag har undersökt olika föremål från aluminiumcylindrar över vattenfyllda ballonger till min kropp. För att se kroppsekon måste förstärkningen av signalerna vara mycket hög. För aluminiumcylindrarna krävs en lägre förstärkning. När du tittar på bilderna kan du tydligt se ekon från huden och mitt ben.

Så vad kan jag säga om projektets framgång eller misslyckande. Det är möjligt att titta in i kroppen med så enkla metoder och med hjälp av delar, som vanligtvis inte är avsedda för detta ändamål. Men dessa faktorer begränsar också resultaten. Du får inte så tydliga och välstrukturerade bilder jämfört med kommersiella lösningar.

Men och det här är det viktigaste, jag har provat det och gjort mitt bästa. Jag hoppas att du gillade dessa instruktioner och det var åtminstone intressant för dig.

Om du gillar att ta en titt på mina andra fysikprojekt:

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

fler fysikprojekt: