Ecografía de ultrasonido corporal con Arduino: 3 pasos (con imágenes)

2024 Autor: John Day | [email protected]. Última modificación: 2024-01-30 08:41

¡Hola!

Mi afición y pasión es realizar proyectos de física. Uno de mis últimos trabajos es sobre ecografía ultrasónica. Como siempre, traté de hacerlo lo más simple posible con piezas que puedes conseguir en ebay o aliexpress. Así que echemos un vistazo a lo lejos que puedo llegar con mis artículos simples …

Me inspiré en este proyecto un poco más complicado y caro:

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

Aquí están las partes que necesitará para mi proyecto:

las partes principales:

• un medidor para medir el espesor de la pintura por 40 USD: medidor de espesor de pintura ebay GM100
• o solo el transductor de 5 MHz por 33 USD: transductor ebay de 5 MHz
• un arduino debido por 12 USD: ebay arduino debido
• una pantalla de 320x480 píxeles por 11 USD: pantalla arduino de 320x480
• dos fuentes de alimentación de 9V / 1A para la fuente simétrica + 9 / GND / -9V
• gel de ultrasonido para ecografía: 10 USD gel de ultrasonido

para el transmisor:

• un convertidor elevador para los 100 V necesarios por 5 USD: convertidor elevador de 100 V
• un convertidor elevador común que suministra 12-15 V para el convertidor elevador de 100 V por 2 USD: convertidor elevador XL6009
• un regulador de voltaje LM7805
• monoflop-IC 74121
• controlador mosfet ICL7667
• Mosfet IRL620: IRL620
• condensadores con 1nF (1x), 50pF (1x), 0.1µF (1x electrolítico), 47µF (1x electrolítico), 20 µF (1 x electrolítico para 200V), 100 nF (2x MKP para 200V: 100nF20µF
• resistencias con 3kOhm (0.25W), 10kOhm (0.25W) y 50Ohm (1W)
• Potenciómetro de 10 kOhmios
• 2 uds. Zócalos C5: zócalo C5 de 7 USD

para el receptor:

• 3 piezas. Amplificación operativa AD811: ebay AD811
• PC 1. Amplificación operativa LM7171: ebay LM7171
• Condensador de 5 x 1 nF, condensador de 8 x 100nF
• Potenciómetro de 4 x 10 kOhmios
• 1 potenciómetro de 100 kOhmios
• Resistencias de 0,25 W con 68 ohmios, 330 ohmios (2 piezas), 820 ohmios, 470 ohmios, 1,5 kOhmios, 1 kOhmios, 100 ohmios
• Diodos 1N4148 (2 uds.)
• Diodo zener de 3.3V (1 pieza)

Paso 1: Mis circuitos transmisor y receptor

La ecografía es una forma muy importante en medicina de observar el interior del cuerpo. El principio es simple: un transmisor envía pulsos ultrasónicos. Se extienden por el cuerpo, se reflejan en los órganos internos o los huesos y regresan al receptor.

En mi caso utilizo el calibre GM100 para medir el espesor de las capas de pintura. Aunque no está destinado a mirar dentro del cuerpo, puedo ver mis huesos.

El transmisor GM100 funciona con una frecuencia de 5 MHz. Por lo tanto, debe crear pulsos muy cortos con una longitud de 100-200 nanosegundos. El 7412-monoflop es capaz de crear pulsos tan cortos. Estos pulsos cortos van al controlador ICL7667-mosfet-driver, que acciona la puerta de un IRL620 (atención: ¡el mosfet debe poder manejar voltajes de hasta 200 V!).

Si la compuerta está encendida, el capacitor de 100V-100nF se descarga y se aplica un pulso negativo de -100V al transmisor-piezoeléctrico.

Los ecos ultrasónicos recibidos del cabezal GM100 van a un amplificador de 3 etapas con el rápido OPA AD820. Después del tercer paso, necesitará un rectificador de precisión. Para ello utilizo un amplificador operacional LM7171.

Preste atención: obtuve los mejores resultados cuando acorto la entrada del rectificador de precisión con un bucle de cable dupont (? En el circuito). Realmente no entiendo por qué, pero tendrás que comprobarlo si intentas reconstruir mi escáner ultrasónico.

Paso 2: el software Arduino

Los pulsos reflejados deben ser almacenados y mostrados por un microcontrolador. El microcontrolador debe ser rápido. Por eso elijo un arduino debido. Probé dos tipos diferentes de códigos rápidos de lectura analógica (mire los archivos adjuntos). Uno es más rápido (alrededor de 0.4 µs por conversión) pero obtuve 2-3 veces el mismo valor al leer en la entrada analógica. El otro es un poco más lento (1 µs por conversión), pero no tiene la desventaja de los valores repetidos. Elegí el primero …

Hay dos interruptores en la placa del receptor. Con esas situaciones, puede detener la medición y elegir dos bases de tiempo diferentes. Uno para tiempos de medición entre 0 y 120 µs y el otro entre 0 y 240 µs. Me di cuenta de esto leyendo 300 valores o 600 valores. Para 600 valores, toma el doble de tiempo, pero luego tomo cada segundo valor analógico.

Los ecos entrantes se leen con uno de los puertos de entrada analógica del arduino. El diodo zener debe proteger el puerto para voltajes demasiado altos porque el arduino debido solo puede leer voltajes de hasta 3.3V.

A continuación, cada valor de entrada analógica se transforma en un valor entre 0 y 255. Con este valor, se dibujará un rectángulo de color gris adicional en la pantalla. Blanco significa señal / eco alto, gris oscuro o negro significa señal / eco baja.

Aquí están las líneas en el código para dibujar los rectángulos con un ancho de 24 píxeles y una altura de 1 píxel

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

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

myGLCD.setColor (valores , valores , valores );

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

}

Después de un segundo, se dibujará la siguiente columna …

Paso 3: resultados

He examinado diferentes objetos, desde cilindros de aluminio sobre globos llenos de agua hasta mi cuerpo. Para ver ecos corporales, la amplificación de las señales debe ser muy alta. Para los cilindros de aluminio se necesita una amplificación menor. Cuando miras las imágenes, puedes ver claramente los ecos de la piel y mi hueso.

Entonces, ¿qué puedo decir sobre el éxito o el fracaso de este proyecto? Es posible mirar dentro del cuerpo con métodos tan simples y usando partes, que comúnmente no están diseñadas para ese propósito. Pero estos factores también están limitando los resultados. No se obtienen imágenes tan claras y bien estructuradas en comparación con las soluciones comerciales.

Pero y esto es lo más importante, lo intenté y lo hice lo mejor que pude. Espero que les haya gustado este instructivo y que al menos haya sido interesante para ustedes.

Si quieres echar un vistazo a mis otros proyectos de física:

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

más proyectos de física: