Introduzione
La possibilità di rendere visibile l’inosservabile ha da sempre affascinato l’uomo. La possibilità di vedere cosa si nasconde dietro o dentro degli oggetti, rendere visibili le frequenze al di là dello spettro del visibile, tradurre in immagini suoni e altri concetti astratti, sono da sempre una spinta da parte dell’uomo di sviluppare nuove tecnologie. Ogni volta che una di queste tecnologie rende visibile ciò che prima era inosservabile, all’uomo si apre una frontiera verso un mondo nuovo da osservare, studiare.
Una di queste tecnologie sono proprio le immagini ad ultrasuoni. Questa tecnologia ultimamente ha trovato spazio in moltissime applicazioni, in particolare quella medica con le ecografie. In questo articolo vedremo come alcuni makers si stiano cimentando in nuovi progetti allo scopo di rendere questa tecnologia alla portata di tutti, utilizzando materiale low-cost e opensource. Uno di questi è il progetto Murgen.
Il mondo delle immagini ad ultrasuoni
L’applicazione più familiare a tutti della tecnologia delle immagini ad ultrasuoni è l’ecografia, comunque tutte le altre applicazioni funzionano in maniera pressochè simile.
Le frequenze ad ultrasuoni utilizzate per applicazioni mediche coprono un range che va da 2 a 15 MHz. Il segnale ad ultrasuoni viene prodotto attraverso l’oscillazione di numerosi cristalli racchiusi all’interno di un trasduttore. Questi cristalli vengono stimolati da impulsi elettrici per effetto piezoelettrico e vibrando ad alta frequenza producono, appunto, gli ultrasuoni.
Lo scopo di questi ultrasuoni è quello di generare un eco di ritorno che viene registrato dal trasduttore e convertito in segnali elettrici. I segnali elettrici analogici verranno poi convertiti in immagini.
Ora questo potrà sembrare semplice, ma in realtà tutta la tecnologia si basa sull’interpretazione fisica di questi segnali di ritorno. Infatti i segnali elettrici dovranno essere convertiti in distanze occupate dagli oggetti nello spazio. Il materiale sottoposto agli ultrasuoni reagirà in maniera diversa fornendo un’eco (segnale) differente a seconda della distribuzione delle densità al suo interno.
La durata dell’impulso Ep determina la risoluzione longitudinale, mentre la frequenza dell’ultrasuono determina il grado di penetrazione degli ultrasuoni all’interno dell’oggetto (a seconda della densità). La tecnica di conversione di un segnale in un’immagine si chiama enveloping.
Alla fine del processo di conversione otterremo un’immagine, a noi tutti familiare:
Murgen: un progetto opensource per la generazione di immagini ad ultrasuoni
Il progetto Murgen, presente su Hackaday.io, ha l’obiettivo di realizzare un kit di sviluppo per l’acquisizione e la generazione di immagini ad ultrasuoni utilizzando materiale low-cost e open source. Il progetto sviluppato da kelul24, è già attivo da tempo, e molti altri makers si stanno unendo al progetto per collaborare.
Allo stato attuale, il progetto ha completato la sua prima fase di realizzazione dando già alcuni risultati. L’immagine sottostante mostra infatti il paragone tra un’immagine ottenuta con il kit Murgen con una ottenuta da materiale professionale presente in commercio.
Ma vediamo il progetto Murgen più in dettaglio. Uno degli aspetti più notevoli è il suo approccio altamente modulare. L’uso di diversi moduli permette ad altri collaboratori di focalizzarsi su un singolo modulo e apportare delle migliore senza così compromettere o rallentare la realizzazione del resto del progetto.
Ecco la sua architettura:
e una delle possibili traduzioni in parti materiali:
Progetto Murgen – i moduli utilizzati
Vediamo in dettaglio alcuni dei moduli utilizzati all’interno del progetto.
Trasduttore ad ultrasuoni
Come trasduttore ad ultrasuoni è stato scelto un ATL3 probe.
Per poter funzionare questo trasduttore dovrà essere collegato ad HV Pulser. A tale scopo è stato scelto il modello HV7360.
High-Speed Data acquisition
Per quanto riguarda il modulo di acquisizione dati, nel progetto si è utilizzato PRUDAQ, uno shield opensource da applicare ad una scheda BeagleBone Black. Questo shield permette la rapida acquisizione dei dati (40 Mbps).
Analog Processing
L’elaborazione dei dati analogici (segnali) provenienti dal trasduttore v Siene svolta dalla scheda Goblin. Questa scheda opensource svolge il ruolo di modulo TGC-Envelop-ADC. Sull’immagine della scheda è possibile osservare i tre diversi chip che svolgono ciascuna delle tre funzioni.
Main board
Come modulo centrale di controllo nel progetto è stato utilizzato un Raspberry Pi Zero.
Comunque, per chi fosse interessato ad approfondire l’argomento, ecco la pagina con tutti i moduli coinvolti nel progetto.
Conclusioni
In questo articolo abbiamo visto una veloce panoramica sulla tecnica delle immagini ad ultrasuoni. Inoltre abbiamo visto uno degli esempi di primi approcci open source con il progetto Murgen. Un progetto con l’obiettivo di realizzare un kit di sviluppo per l’acquisizione e l’analisi delle immagini ad ultrasuoni.