JASP Electronica: Prototipo Ecografía, Doppler fetal

Doppler Fetal

Este prototipo de Ecógrafo Doppler es un dispositivo portátil con fines didácticos, orientado para estudiantes de Electrónica y Biomédica para realizar toma de ecografías audibles, visualizando en una pantalla lcd el ritmo cardíaco medido en latidos por minuto BPM , pudiéndose realizar ajustes en el volumen del sonido escuchado, pausar o reiniciar del conteo del BPM en pantalla, alimentado por baterías que lo convierte en un dispositivo portátil, así mismo posee un cargador para las mismas. ( para más información sobre que es ecografía y que es un ecógrafo fetal vea la anterior entrada aquí ) .

Gracias a la realización de este proyecto se puede comprender como funciona el ultrasonido en la aplicación médica, para poder capturar señales reflejadas las cuales se pueden tomar en cuanto a amplitud y fase para
diversos propósitos; en este caso se uso el efecto Doppler para revelar el cambio en la frecuencia reflejada y extraer una señal audible para su posterior medición del ritmo cardíaco.

Para afrontar el diseño de un prototipo como este se tomo como base el análisis de funcionamiento de un equipo real ya que encontrar información especifica de como funcionan exactamente en su parte electrónica es muy escasa , por lo general esta sujeta a derechos del fabricante y ni en los manuales de servicio se encontró una especificación del tratamiento exacto de estas señales.

En nuestro caso adquirimos un equipo averiado , al cual se le reparo lo básico para hacerlo funcionar y poder analizarlo en cuanto a frecuencia de funcionamiento y método de toma de ultrasonido, luego de varias pruebas y estudio se determino los parámetros básicos para iniciar con el desarrollo del dispositivo.

Equipo reparado

Funcionamiento del la salida al piezoeléctrico

Con los parámetros establecidos en una señal de ultrasonido a 2 Mhz con un metodo pulsatil de transmisión - recepción a 3,4 Khz, se dispuso a diseñar los circuitos para oscilación, tanto de portadora principal y la de transmisión recepción. Al establecer que tipo de elementos se van a utilizar se debe tener en cuenta los anchos de banda de trabajo , por lo general los elementos mas utilizados como los operacionales utilizados para aplicaciones generales, no nos eran útiles para el trabajo y se determino realizarlo con transistores en las etapas de amplificación y para oscilación utilizando un oscilador tipo colpitts.

En descripción general el equipo funciona de la siguiente manera: por medio de el oscilador a 2 Mhz se toma la frecuencia , se amplifica en corriente y voltaje , luego se pasa por un circuito conmutador que es controlado a una frecuencia de 3,4 Khz, en el cual el piezoelectrico se conecta y desconecta a esta frecuencia conmutandolo en la función de transmisor y luego de receptor, en el momento que esta como receptor la señal que capta como eco se envía a un amplificador y al circuito demodulador, en el cual se extraen las diferencias de señal entre la portadora de principal (2 Mhz) y la señal obtenida del eco , la variación en la relación de estas señales es proporcional al movimiento del objeto reflejante "corazón". De la salida del modulador se extrae una señal en la que se encuentra el "sonido " de este movimiento mezclada con la misma portadora y la señal de transmisión recepción, si detallamos, la señal de transmisión - recepción esta dentro del umbral audible y hay que extraerla, para que sea perceptible la señal del sonido del movimiento del corazón, para esto se pasa por una serie de filtros activos, de esta etapa de filtrado se obtiene la señal que por un lado se envía al amplificador de audio, para ser escuchado por medio de unos audífonos o un parlante y por otro lado se envía a un sistema digital para el conteo de los BPM y así poder ver en el display el dato del ritmo cardíaco; el sistema digital esta conformado por un microcontrolador y unos comparadores para generar el pulso de conteo el cual se visualiza también por medio de un led .

Señal medida a la salida del conmutador

Simulación y relación de las señales

El sonido que se obtiene del prototipo se encuentra dentro de un rango de 60hz - 150hz ,resultado de los filtros que se requieren para eliminar la señal de transmisión recepción. Al momento de usarlo es mejor hacerlo con audífonos con una buena respuesta en bajas frecuencias. Para probarlo en funcionamiento por ser un prototipo no se probo en una embarazada, sino en el pecho de un adulto, para escuchar el movimiento del corazón. Por ser señal de ultrasonido de baja potencia no representa algún riesgo que afecte al organismo del usuario pero hay que realizar las pruebas con cuidado y conservando los parámetros que se especificaron para el dispositivo en su diseño.
El equipo trabaja con dos baterías de 9V dc consumo nominal de 250 mA, la potencia del ultrasonido es de 75mW a 2Mhz , la salida de audio de 2.5 w 16Hz - 150Hz.
Fuente de poder : Voltaje de entrada 90- 250 V ac 50/60 Hz 15 W.