pro celý text použijte font Times New Roman - Úvod

pro celý text použijte font Times New Roman - Úvod

8th International Scientific - Technical Conference PROCESS CONTROL 2008
June 9 – 12, 2008, Kouty nad Desnou, Czech Republic
_____________________________________________________________________________________________________
ZAŘÍZENÍ PRO SNÍMÁNÍ ULTRAZVUKOVÝCH SNÍMKŮ
RADIM FARANA, JAROMÍR ŠKUTA
VŠB – Technická Univerzita Ostrava, 17. listopadu 15, 708 33 Ostrava - Poruba; tel.: +420 596 994 380, +420
596 994 119, fax: +420 596 916 129; e-mail [email protected], [email protected]
Abstrakt: Příspěvek popisuje rozšíření polohovacího systému ultrazvukové sondy o možnost
synchronizace pohybu této sondy. Jako synchronizační signál je použit průběh z monitoru pacienta
(EKG). Trigrovací (spouštěcí) signál je generován s výstupní úrovni signálu 1V. Pro řešení tohoto
zadání (generování řídicích řetězců pro jednotku CD30M) je využit jednočipový procesor řady
PIC. Algoritmus vytvořený v tomto procesoru generuje řetězce pro řídicí jednotku, které jsou
synchronizovány průběhem signálu z monitoru pacienta..
Klíčová slova: ultrazvuková sonda, RS-232, PIC, lineární pohyb, CD30M
1
ÚVOD
Pro 3D zobrazení tepny byl vytvořen mechanismus umožňující pohybovat ultrazvukovou
sondou. Tato sonda umožňuje zobrazovat řezy (2D) v definovaných vzdálenostech. V závislosti na
tepu srdce se mění i řez (2D průřez tepny). Z tohoto důvodu je nutno záznam řezu synchronizovat
s tepem srdce. Výstupem je realizace řetězce (technické a programové prostředky), který umožní
synchronizovat pohyb ultrazvukové sondy v závislosti na tepu srdce.
2
POLOHOVACÍ SYSTÉM ULTRAZVUKOVÉ SONDY
Pro vysvětlení funkce vytvořeného mechanismu použijeme analogii popisu některých části
soustruhu. Polohovací zařízení je složeno s využitím dílů firmy ULMER. Jedná se o základnu, která je
pevně spojena s postelí pacienta. Po tomto loži lze manuálně posouvat s podélným suportem, který
umožní vyšetřujícímu lékaři nastavit zhruba polohu ultrazvukové sondy vzhledem k poloze pacienta.
Příčnou polohu sondy je možno nastavit na příčném suportu vytvořeného mechanismu. S ohledem na
přítlačnou sílu sondy je tento příčný suport opatřen nastavovacím mechanismem s využitím pružného
spoje (stavěcí pružina). Posuv pomocného suportu lze provádět pomocí krokového motorku firmy
MICROCON. Pohyb sondy je v rozsahu 2 – 3 cm.
Obrázek 1 – Pohybový mechanismus ultrazvukové sondy
C000x - 1
8th International Scientific - Technical Conference PROCESS CONTROL 2008
June 9 – 12, 2008, Kouty nad Desnou, Czech Republic
_____________________________________________________________________________________________________
3
GENERÁTOR TRIGROVACÍHO SIGNÁLU - PACIENTSKÝ MONITOR
Pacientské víceúčelové přenosné monitory slouží k monitorování EKG, tepové frekvence,
teploty apod. Tyto monitory mají i výstup z EKG v napěťových úrovních řádově jednotek voltů. Tento
signál je využit pro synchronizaci pohybu ultrazvukové sondy. Některé tyto systémy umožňují
bezdrátové připojení.
Obrázek 2 – Pacientský monitor (S5 Compact Anaesthesia Monitor)
4
SYSTÉMOVÝ NÁVRH ZAŘÍZENÍ – TECHNICKÉ PROSTŘEDKY
Pro realizaci celého řetězce je na pozici trigrovacího (spouštěcího) zařízení použit jednočipový
procesor řady PIC16F84A. Tento procesor umožňuje komunikaci po RS 232 jak s konfiguračním PC
tak s výkonovou jednotkou pro krokový motor firmy MICROCON (CD30M). Tato jednotka vykonává
příkazy, které jsou po sériové lince posílány z trigrovací (spouštěcí) jednotky. Tyto řetězce jsou rovněž
posílány po RS 232 do PC, kde je spuštěn program umožňující konfiguraci této jednotky. Schéma
zapojení této jednotky je na následujícím obrázku.
Obrázek 3 – Schéma zapojení trigrovací (spouštěcí) jednotky
Použitý jednočipový procesor neobsahuje A/D vstup, proto je součásti trigrovací (spouštěcí)
jednotky AD převodník ADC0831 CC. Tento převodník je nutný pro snímání průběhu trigrovacího
signálu. A v případě dosažení trigrovací úrovně generuje jednotka příkazy pro výkonovou a řídicí
jednotku krokového motoru.
C000x - 2
8th International Scientific - Technical Conference PROCESS CONTROL 2008
June 9 – 12, 2008, Kouty nad Desnou, Czech Republic
_____________________________________________________________________________________________________
Tr
Vyhodnocovací zařízení
ultrazvukové sondy
RS 232
Pohybový systém s
ultrazvukovou sondou
Trigrovací signál
Trigrovací jednotka na
basi PIC
Video
signál
RS 232
PC s konfiguračním
programem
Pacientský monitor
Obrázek 4 – Blokové schéma systému
Na obrázku 4 je blokové schéma celého systému řízení z pohledu logického rozdělení funkcí
jednotlivých části systémů.
5
PROGRAMOVÁ PODPORA
Tvorbu aplikace lze rozdělit do několika úrovni. První úrovní je programová podpora pro
trigrovací jednotku, která je tvořena ve vývojovém prostředí pro programování jednočipových
počítačů řady PIC. Zde je umístěn algoritmus trigrování jednotlivých posunutí ultrazvukové sondy.
Druhou části řešení je programová podpora vytvořená v prostředí Visual Basic 6. Ta umožňuje
konfiguraci a monitorování časů spouštěcích signálů.
5.1 Aplikace pro řídicí jednotku
Pro tvorbu algoritmu spouštěcí jednotky lze použit jak vývojové prostředí MPLAB, ve kterém
se programování jednočipových počítačů provádí s využitím instrukční sady dané řady jednočipů
(strojový kód), tak ve vyšším programovacím prostředí jako je například C2C. Zde se programování
provádí s využitím jazyka C.
5.2 Aplikace v prostředí Visual Basic 6
V prostředí Visual Basic 6 byla vyvinuta aplikace umožňující nastavení a konfiguraci
trigrovací jednotky pomocí rozhraní RS 232. Parametry, které lze nastavit z této aplikace jsou krok
posuv sondy, celková délka posuvu sondy, směr posuvu a rychlost posuvu sondy. Z aplikace je možno
také přímo ovládat pohybový mechanismus. V rámci řešení byla vytvořena i aplikace, která umožňuje
přímo řídit posuv sondy bez nutnosti propojení s trigrovací jednotkou. Pak se veškeré ovládaní provádí
z prostředí aplikace VB6. Zde lze nastavit jednorázově časový interval mezi jednotlivými kroky
posuvu sondy.
C000x - 3
8th International Scientific - Technical Conference PROCESS CONTROL 2008
June 9 – 12, 2008, Kouty nad Desnou, Czech Republic
_____________________________________________________________________________________________________
Obrázek 4 – Aplikace v prostředí Visual Basic 6
ZÁVĚR
V rámci tohoto příspěvku byla vytvořená trigrovací jednotka umožňující synchronizaci posuvu
ultrazvukové sondy. Tato sonda umožňuje záznam 2D obrazu řezu monitorované tepny. Následně se
z těchto jednotlivých řezů modeluje 3D prostorový model části tepny. Výstupem je také aplikace
v prostředí Visual Basic 6, která umožňuje konfiguraci trigrovací jednotky a umožňuje záznam
okamžiků posuvů v PC do souboru.
Literatura
BAR, M., ŠKODA O., ŠKOLOUDÍK, D. & VÁCLAVÍK, D. 2002. Duplexní sonografie extrakraniálních
tepen-návrh národního standardu vyšetření v rámci funkční specializace v neurosonologii. Česká a
Slovenská neurologie a neurochirurgie, Supplementum,červen 2002, s. 20-23.
DOVICA, M. 2002. Komponenty a moduly mini a mikromechanizmov. Monografia. Edícia vedeckej a
odbornej literatúry SjF TU v KošiciachTypo Press, ISBN 80-7099-878-4 Košice, 2002, 150 str.
FARANA, R. et all. Project for Development an Equipment for 3-D Picturing and Measurement of
Atherosclerotic Plaque, In Proceedings of 7th International Carpathian Control Conference. Rožnov p. R.,
Czech Republic: VŠB-TU Ostrava, 2006, pp. 133-136. ISBN 80-248-1066-2.
HRBÁČEK, J. 1997. Programování mikrokontrolérů PIC 16CXX. Praha: BEN-technická literatura, 1997, ISBN
80-86056-16-3.
HRBÁČEK, J. 1999. Komunikace mikrokontroléru s okolím. Praha: BEN-technická literatura, 1999, ISBN
80-86056-42-2.
CHUDÝ, V., PALENČÁR, R., KUREKOVÁ, E. & HALAJ, M. Meranie technologických veličín. Bratislava:
STU Bratislava, 1999. ISBN 80-227-1275-2.
ŠKOLOUDÍK D, ŠKODA O. &, BAR M. Neurosonologie. Praha: Galén, 2003.
VÍTEČKOVÁ, M. & VÍTEČEK, A. Simple Controller Tuning Method, In Proceedings of 7th International
Carpathian Control Conference. Rožnov p. R., Czech Republic: VŠB-TU Ostrava, 2006, pp. 609-612. ISBN
80-248-1066-2.
ZOLOTOVÁ, I. & LANDRYOVÁ L. Knowledge Model Integrated in SCADA/HMI System for Failure Process
Prediction, WSEAS Transactions on Circuits and Systems. Issue 4, Volume 4, April 2005, pp309-318. ISSN
1109-2734.
C000x - 4