Échographie corporelle avec Arduino : 3 étapes (avec photos)

2025 Auteur: John Day | [email protected]. Dernière modifié: 2025-01-13 06:57

Salut!

Mon hobby et ma passion est de réaliser des projets de physique. Un de mes derniers travaux porte sur l'échographie ultrasonore. Comme toujours, j'ai essayé de le rendre aussi simple que possible avec des pièces que vous pouvez obtenir sur ebay ou aliexpress. Voyons donc jusqu'où je peux aller avec mes objets simples…

Je me suis inspiré de ce projet un peu plus compliqué et plus cher:

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

Voici les pièces dont vous aurez besoin pour mon projet:

les pièces principales:

• une jauge pour mesurer l'épaisseur de peinture pour 40 USD: jauge d'épaisseur de peinture ebay GM100
• ou juste le transducteur 5 MHz pour 33 USD: transducteur ebay 5 MHz
• un arduino Due pour 12 USD: ebay arduino due
• un écran 320x480 pixels pour 11 USD: écran 320x480 arduino
• deux alimentations 9V/1A pour l'alimentation symétrique +9/GND/-9V
• gel à ultrasons pour échographie: 10 USD de gel à ultrasons

pour l'émetteur:

• un convertisseur élévateur pour les 100V nécessaires pour 5 USD: convertisseur boost 100V
• un convertisseur élévateur commun fournissant 12-15V pour le convertisseur boost 100V pour 2 USD: convertisseur boost XL6009
• un régulateur de tension LM7805
• monoflop-IC 74121
• pilote mosfet ICL7667
• Mosfet IRL620: IRL620
• condensateurs avec 1nF (1x), 50pF (1x), 0,1µF (1x électrolytique), 47µF (1x électrolytique), 20 µF (1 x électrolytique pour 200V), 100 nF (2x MKP pour 200V: 100nF20µF
• résistances avec 3kOhm (0,25W), 10kOhm (0,25W) et 50Ohm (1W)
• Potentiomètre 10 kOhm
• 2 pièces Prises C5: 7 USD prise C5

pour le récepteur:

• 3 pièces. Amplificateur opérationnel AD811: ebay AD811
• 1 PCS. Amplificateur opérationnel LM7171: ebay LM7171
• Condensateur 5 x 1 nF, condensateur 8 x 100nF
• Potentiomètre 4 x 10 kOhm
• 1 potentiomètre 100 kOhm
• Résistances de 0,25 W avec 68 Ohm, 330 Ohm (2 pièces), 820 Ohm, 470 Ohm, 1,5 kOhm, 1 kOhm, 100 Ohm
• 1N4148 diodes (2 pièces)
• Diode Zener 3,3 V (1 pièce)

Étape 1: Mes circuits émetteur et récepteur

L'échographie est un moyen très important en médecine de regarder à l'intérieur du corps. Le principe est simple: un émetteur envoie des impulsions ultrasonores. Ils se répandent dans le corps, sont réfléchis par les organes internes ou les os et reviennent au récepteur.

Dans mon cas j'utilise la jauge GM100 pour mesurer l'épaisseur des couches de peinture. Bien que n'étant pas vraiment destiné à regarder à l'intérieur du corps, je suis capable de voir mes os.

L'émetteur GM100 fonctionne avec une fréquence de 5 MHz. Par conséquent, vous devez créer des impulsions très courtes d'une durée de 100 à 200 nanosecondes. Le 7412-monoflop est capable de créer de telles impulsions courtes. Ces courtes impulsions vont au ICL7667-mosfet-driver, qui pilote la grille d'un IRL620 (attention: le mosfet doit pouvoir supporter des tensions jusqu'à 200V !).

Si la porte est allumée, le condensateur 100V-100nF se décharge et une impulsion négative de -100V est appliquée à l'émetteur-piezo.

Les échos ultrasonores, reçus de la tête GM100, vont à un amplificateur à 3 étages avec le rapide OPA AD820. Après la troisième étape, vous aurez besoin d'un redresseur de précision. Pour cela j'utilise un amplificateur opérationnel LM7171.

Faites attention: j'ai obtenu les meilleurs résultats lorsque je raccourcis l'entrée du redresseur de précision avec un dupont-wire-loop (? dans le circuit). Je ne comprends pas trop pourquoi mais il faudra le vérifier si vous essayez de reconstituer mon échographe.

Étape 2: Le logiciel Arduino

Les impulsions réfléchies doivent être stockées et affichées par un microcontrôleur. Le microcontrôleur doit être rapide. Par conséquent, je choisis un arduino due. J'ai essayé deux types différents de codes de lecture analogique rapides (regardez les pièces jointes). L'un est plus rapide (environ 0,4 µs par conversion) mais j'ai obtenu 2 à 3 fois la même valeur lors de la lecture dans l'entrée analogique. L'autre est un peu plus lent (1 µs par conversion), mais n'a pas l'inconvénient des valeurs répétées. J'ai choisi le premier…

Il y a deux interrupteurs sur la carte-récepteur. Avec ces points, vous pouvez arrêter la mesure et choisir deux bases de temps différentes. L'un pour des temps de mesure compris entre 0 et 120 µs et l'autre entre 0 et 240 µs. Je m'en suis rendu compte en lisant 300 valeurs ou 600 valeurs. Pour 600 valeurs, cela prend deux fois plus de temps, mais je ne prends qu'une valeur analogique sur deux.

Les échos entrants sont lus avec l'un des ports d'entrée analogique de l'arduino. La diode Zener doit protéger le port contre les tensions trop élevées car l'arduino due ne peut lire que des tensions jusqu'à 3,3 V.

Chaque valeur d'entrée analogique est ensuite transformée en une valeur comprise entre 0 et 255. Avec cette valeur, un autre rectangle de couleur grise sera dessiné sur l'affichage. Blanc signifie signal/écho élevé, gris foncé ou noir signifie signal/écho faible.

Voici les lignes dans le code pour dessiner les rectangles avec une largeur de 24 pixels et une hauteur de 1 pixel

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

valeurs = map(valeurs, 0, 4095, 0, 255);

monGLCD.setColor(valeurs, valeurs, valeurs);

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

}

Après une seconde, la colonne suivante sera dessinée…

Étape 3: Résultats

J'ai examiné différents objets, des cylindres en aluminium aux ballons remplis d'eau jusqu'à mon corps. Pour voir les échos corporels, l'amplification des signaux doit être très élevée. Pour les cylindres en aluminium, une amplification plus faible est nécessaire. Lorsque vous regardez les images, vous pouvez clairement voir les échos de la peau et de mes os.

Alors que dire du succès ou de l'échec de ce projet. Il est possible de regarder à l'intérieur du corps avec des méthodes aussi simples et en utilisant des pièces qui ne sont généralement pas destinées à cette fin. Mais ces facteurs limitent également les résultats. Vous n'obtenez pas des images aussi claires et bien structurées par rapport aux solutions commerciales.

Mais et c'est la chose la plus importante, je l'ai essayé et j'ai fait de mon mieux. J'espère que vous avez aimé ces instructables et que c'était au moins intéressant pour vous.

Si vous aimez jeter un œil à mes autres projets de physique:

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

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