تقرير مبسط عن تاريخ مجال الموجات فوق الصوتية و تطبيقاتها في هندسة النظم الطبية و الاساس العلمي لها و مستشعر الموجات فوق الصوتية و لوجة الارديونو و تحديدا الادوات و طريقة التركيب و الكود المستخدم

1. ‫الصىجيت‬ ‫ق‬‫فى‬ ‫املىجاث‬
‫الطبيت‬ ‫ألاجهشة‬ ‫صياهت‬ ‫في‬ ‫جطبيقاتها‬‫و‬
‫هشام‬ ‫/محمد‬‫ر‬‫للدكتو‬‫التقدير‬‫و‬ ‫الاحترام‬ ‫خالص‬
‫تم‬‫اعداد‬‫التقرير‬‫من‬‫قبل‬:
1-‫صالح‬ ‫محمد‬ ‫خالد‬ ‫أحمد‬ً‫الزحم‬ ‫عبد‬
2-‫سيد‬ ‫السيد‬ ‫محمد‬‫وف‬‫ؤ‬‫الز‬ ‫عبد‬ ‫احمد‬
3-‫وليد‬ ‫ييب‬‫س‬‫عمز‬‫ا‬‫حسين‬ ‫ر‬‫هى‬
4-‫ج‬ً‫حس‬ ‫الجليل‬ ‫عبد‬ ً‫الدي‬ ‫حسام‬ ‫الل‬
5-‫هللا‬ ‫عبد‬ ‫ة‬‫و‬‫مز‬‫عمز‬ ‫محمد‬
6-‫املعتصم‬ ‫محمد‬‫كزدغلي‬ ‫محمد‬

2. ‫هتىجه‬‫بخالص‬‫بذلته‬ ‫ملا‬‫التقديز‬‫و‬‫الشكز‬
‫في‬ ‫جفاوي‬‫و‬ ‫جهد‬ ً‫م‬ ‫ي‬ ‫اس‬‫ر‬‫الد‬ ‫العام‬ ‫خالل‬
‫الزسالت‬ ‫جبليغ‬‫و‬ ‫العمل‬‫العلميت‬‫هللا‬‫هدعى‬‫و‬
‫ان‬‫ع‬ ‫جزعاك‬ ‫أن‬‫و‬ ‫الفزح‬ ‫دهيا‬ ‫جحتىيك‬‫ي‬‫ن‬
‫هللا‬ ً‫م‬‫هزجى‬‫و‬‫الدهز‬ ‫أبد‬ ً‫الزحم‬‫يىال‬ ‫ان‬
‫الاعجاب‬‫التقزيز‬

3. :‫المحتوياث‬
‫نبذة‬‫تاريخيت‬
‫الصوتيت‬ ‫فوق‬ ‫باالمواج‬ ‫التعزيف‬
‫العلمي‬ ‫االساس‬
‫بلوحت‬ ‫توصيله‬ ‫و‬ ‫الصوتيت‬ ‫فوق‬ ‫االمواج‬ ‫مستشعز‬
‫االردوينو‬Arduino

4. ‫تاريخية‬ ‫نبذة‬
‫العام‬ ً‫ف‬ ‫الصوتٌة‬ ‫الموجات‬ ‫أبحاث‬ ‫و‬ ‫دراسات‬ ‫بدأت‬2211‫العالم‬ ‫ٌد‬ ً‫عل‬
‫خاللها‬ ‫حاول‬ )‫(كوالدٌن‬ ‫االصل‬ ‫سوٌسري‬‫خالل‬ ‫من‬ ‫الصوت‬ ‫سرعة‬ ‫قٌاس‬
ً‫ف‬ ‫الصوت‬ ‫نظرٌة‬ ‫لوضع‬ ‫أدت‬ ً‫والت‬ .)‫(جنٌفا‬ ‫بحٌرة‬ ‫مٌاه‬ ً‫ف‬ ً‫المائ‬ ‫جرسه‬
‫العام‬2211‫الفٌزٌائٌة‬ ‫األسس‬ ‫شرح‬ ‫حٌث‬ )‫(رٌلٌه‬ ‫العالم‬ ‫جهود‬ ‫طرٌق‬ ‫عن‬
‫أول‬ ‫أتى‬ ً‫حت‬ ‫األبحاث‬ ‫تراكمت‬ ‫و‬ .‫ارتداده‬ ‫و‬ ‫انتقاله‬ ‫و‬ ‫الصوت‬ ‫لموجات‬
‫باسم‬ ‫ٌعرف‬ ‫الذي‬ ‫صوت‬ ‫رادار‬ ‫نظام‬ ‫ألول‬ ‫تصمٌم‬( ‫السونار‬sonar)ً‫ف‬
‫عام‬ ‫األمرٌكٌة‬ ‫المتحدة‬ ‫الوالٌات‬2321‫المالحة‬ ‫ألغراض‬ ‫استخدم‬ ‫الذي‬
‫البحرٌة‬‫فوق‬ ‫الموجات‬ ‫استخدام‬ ‫ٌبدأ‬ ‫لم‬ ‫لكن‬ .‫األولى‬ ‫العالمٌة‬ ‫الحرب‬ ‫خالل‬
‫الدكتور‬ ‫ٌد‬ ً‫عل‬ ‫األربعٌنٌات‬ ‫بداٌة‬ ً‫حت‬ ‫الطبٌة‬ ‫األغراض‬ ً‫ف‬ ‫الصوتٌة‬
‫الذ‬ ‫األعصاب‬ ‫علم‬ ً‫ف‬ ‫المختص‬ )‫(ثٌودو‬ ‫النمساوي‬‫استخدم‬ ‫طبٌب‬ ‫أول‬ ‫ٌعتبر‬ ‫ي‬
‫ذلك‬ ً‫ف‬ ‫صعوبات‬ ‫واجه‬ ‫لكنه‬ ً‫الطب‬ ‫التشخٌص‬ ً‫ف‬ ‫الصوتٌة‬ ‫فوق‬ ‫الموجات‬
.‫الموجات‬ ‫طاقات‬ ‫لمعظم‬ ‫الجمجمة‬ ‫عظام‬ ‫امتصاص‬ ‫بسبب‬
‫المهند‬ ‫و‬ ‫الفٌزٌائٌن‬ ‫جهودات‬ ‫تواصلت‬‫س‬‫هذا‬ ً‫ف‬ ‫المبرمجٌن‬ ‫و‬ ‫األطباء‬ ‫و‬ ‫ٌن‬
ً‫ف‬ ‫محله‬ ‫ٌأخذ‬ ‫صوتٌة‬ ‫الفوق‬ ‫بالموجات‬ ‫التشخٌص‬ ‫ابتدأ‬ ‫بالفعل‬ ‫و‬ ‫التخصص‬
‫الوضع‬ ‫من‬ ‫الموجات‬ ‫تطوبر‬ ‫و‬ ‫القلب‬ ‫و‬ ‫األعصاب‬ ‫عٌادات‬A(A-Mode)
‫الوضع‬ ‫الى‬B(B-Modeً‫ف‬ ‫الستغاللها‬ )‫(هوري‬ ‫العالم‬ ‫سعى‬ ً‫الت‬ ‫و‬ )
‫التشخٌص‬‫وذلك‬‫األن‬ ‫اختراق‬ ً‫عل‬ ‫لقدرتها‬‫س‬‫ج‬‫ب‬ ‫ة‬‫التشرٌحٌة‬ ‫الدراسة‬ ‫هدف‬
‫الكلى‬ ً‫أخصائ‬ ‫مع‬ ‫بالتعاون‬ ‫األمرٌكٌة‬ )‫(كولورادو‬ ‫جامعة‬ ً‫ف‬ ‫الجسم‬ ‫ألعضاء‬
‫فوق‬ ‫موجات‬ ‫جهاز‬ ‫أول‬ ‫تكون‬ )ً‫(بوساكون‬ ‫و‬ )‫(بٌلز‬ ‫المهندسٌن‬ ‫و‬ )‫(هولمس‬
‫نظام‬ ً‫عل‬ ‫ٌعتمد‬ ‫الذي‬ ‫و‬ ‫األبعاد‬ ً‫ثنائ‬ ‫صوتٌة‬B-Mode‫عام‬2392‫لكن‬ .
‫عل‬ ‫تعمل‬ ً‫الت‬ ‫األجهزة‬ ً‫توال‬ ‫من‬ ‫الرغم‬ ً‫عل‬ً‫عل‬ ‫كان‬ , ‫النظام‬ ‫هذا‬ ً
‫المر‬‫الذي‬ ‫األمر‬ .‫طوٌلة‬ ‫لمدة‬ ‫ساكنا‬ ‫الماء‬ ً‫ف‬ ‫جزئٌا‬ ‫او‬ ‫كلٌا‬ ‫نفسه‬ ‫ٌغمس‬ ‫ان‬ ‫ٌض‬
.‫االختصاص‬ ‫عٌادات‬ ً‫ف‬ ‫تواجده‬ ‫ٌستحٌل‬ ‫و‬ ‫مرٌح‬ ‫غٌر‬ ‫الوضع‬ ‫جعل‬

5. ‫عام‬2399‫و‬ ‫حجما‬ ‫أقل‬ ‫و‬ ‫حساسٌة‬ ‫أكثر‬ ‫تصبح‬ ‫بحٌث‬ ‫األجهزة‬ ‫تطوٌر‬ ‫بدأ‬
ً‫المعدن‬ ‫للذراع‬ ‫توصلوا‬ ً‫حت‬ ‫الفحص‬ ً‫ف‬ ‫أسهل‬ً‫عل‬ ‫ٌوضع‬ ‫الذي‬ ‫المتحرك‬
.‫للفحص‬ ‫المخصص‬ ‫المكان‬
‫الصوتٌة‬ ‫فوق‬ ‫الموجات‬ ‫عالم‬ ً‫ف‬ ‫ضخمة‬ ‫ثورة‬ ‫بدأت‬ ,‫الثمانٌات‬ ‫بداٌة‬ ً‫ف‬‫بدأ‬ ‫و‬
( ‫االبعاد‬ ً‫ثنائ‬ ً‫الح‬ ‫بالتصوٌر‬ ً‫ٌسم‬ ‫ما‬Real time scanner‫عن‬ ‫الذي‬ ‫و‬ )
‫نبضات‬ ‫و‬ ‫تصرفاته‬ ‫و‬ ‫تحركاته‬ ‫و‬ ‫الفعلٌة‬ ‫الجنٌن‬ ‫حٌاة‬ ً‫عل‬ ‫التعرف‬ ‫تم‬ ‫طرٌقه‬
‫ال‬ ‫و‬ ‫القلب‬‫صدر‬ ‫المجال‬ ‫هذا‬ ً‫ف‬ ‫فعال‬ ‫جهاز‬ ‫أول‬ ‫كان‬ ‫و‬ .‫األم‬ ‫رحم‬ ‫فب‬ ‫تنفس‬
‫عام‬2329.‫ألمانٌا‬ ً‫ف‬
‫جهاز‬ ‫ان‬ ‫اال‬ ,‫الشركات‬ ‫عدٌد‬ ‫بٌن‬ ‫الكبٌر‬ ‫التنافس‬ ‫و‬ ‫العرٌقة‬ ‫المراحل‬ ‫تلك‬ ‫رغم‬
‫للبعد‬ ‫االتجاه‬ ‫ارادوا‬ ‫حٌث‬ ‫الٌهم‬ ‫بالنسبة‬ )‫مرضٌة‬ ‫(غٌر‬ ‫الصوتٌة‬ ‫فوق‬ ‫الموجات‬
‫لما‬ ‫مجسمة‬ ‫حٌة‬ ‫صور‬ ً‫عل‬ ‫الحصول‬ ‫و‬ ‫الثالث‬ً‫وف‬ .‫االنسان‬ ‫جسم‬ ً‫ف‬ ‫ٌحدث‬
‫بالٌابان‬ ‫طوكٌو‬ ‫جامعة‬‫عام‬ ‫االبعاد‬ ً‫ثالث‬ ‫نظام‬ ‫حول‬ ‫تقرٌر‬ ‫اول‬ ‫كان‬2321

6. ‫صورة‬ ‫من‬ ‫االبعاد‬ ‫ثالثٌة‬ ‫جنٌن‬ ‫صورة‬ ً‫عل‬ ‫الحصول‬ ً‫ف‬ ‫ناجحة‬ ‫محاولة‬ ‫واول‬
‫عام‬ ‫الكمبٌوتر‬ ‫طربق‬ ‫عن‬ ‫االبعاد‬ ‫ثنائٌة‬2321.
‫كانت‬ ‫االبعاد‬ ‫ثالثٌة‬ ‫الصوتٌة‬ ‫فوق‬ ‫الموجات‬ ‫اجهزة‬ ‫تطوٌر‬ ‫بعد‬ً‫ف‬ ‫المشكلة‬
‫و‬ ‫دقائق‬ ‫العشر‬ ‫تتجاوز‬ ‫حٌث‬ ,‫مقطع‬ ‫كل‬ ‫التقاط‬ ‫ٌستغرقها‬ ً‫الت‬ ‫الفترةالزمنٌة‬
‫ال‬ ‫الدكتور‬ ‫سواء‬ ‫العمل‬ ‫ٌجعل‬ ‫ما‬ ‫هو‬‫او‬ ‫معالج‬.‫المرٌض‬‫المكثفة‬ ‫الجهود‬ ‫مع‬ ‫و‬
‫ٌاخذ‬ ‫االبعاد‬ ً‫ثالث‬ ‫صوتٌة‬ ‫فوق‬ ‫موجات‬ ‫جهاز‬ ‫اول‬ ‫كان‬ ‫المستمر‬ ‫والتطوٌر‬
‫العام‬ ً‫ف‬ ‫االسواق‬ ً‫ف‬ ‫تجارٌا‬ ‫محال‬2323‫تحدٌدا‬ ‫النمسا‬ ً‫ف‬ً‫ف‬ ‫العالم‬ ‫واستمر‬
‫لندن‬ ً‫ف‬ ‫الرابع‬ ‫البعد‬ ‫أبحاث‬ ‫بدأت‬ ‫حتى‬ ‫التطور‬ ‫عجلة‬ ‫دفع‬2331‫البعد‬ ‫هو‬ ‫و‬
‫الز‬‫كانت‬ ‫هنا‬ ‫و‬ ً‫عمل‬ ‫باسلوب‬ ‫حٌة‬ ‫حقٌقٌة‬ ‫صورة‬ ‫اعطاء‬ ً‫ف‬ ‫دوره‬ ‫و‬ ً‫من‬
... ‫البداٌة‬ ‫قصة‬

7. :‫الصوتية‬ ‫فوق‬ ‫باألمواج‬ ‫التعريف‬
ً‫ه‬ ‫االلتراساوند‬ ‫او‬ ‫الصوتٌة‬ ‫فوق‬ ‫الموجات‬‫فوق‬ ‫االمواج‬ ‫تستخدم‬ ‫تكنولوجٌا‬
ً‫ف‬ ‫الصوتٌة‬‫منها‬ ‫و‬ ‫شتى‬ ‫مجاالت‬ً‫الطب‬ ‫التصوٌر‬‫ام‬ ‫تستخدم‬ ‫و‬‫صوتٌة‬ ‫واج‬
‫من‬ ‫اكبر‬ ‫ترددات‬ ‫ذات‬20 KHz‫الذن‬ ‫ٌمكن‬ ً‫الت‬ ‫الترددات‬ ‫من‬ ‫اكبر‬ ‫اي‬
‫االنسان‬‫االمواج‬ ً‫عل‬ ‫الطبٌة‬ ‫األجهزة‬ ‫تلك‬ ‫عمل‬ ‫فكرة‬ ‫تعتمد‬ ‫و‬ .‫تسمعها‬ ‫ان‬
‫الخفاش‬ ‫به‬ ‫ٌقوم‬ ‫ما‬ ‫مثل‬ ‫عنه‬ ‫تنعكس‬ ‫و‬ ‫الجسم‬ ‫على‬ ‫تسقط‬ ً‫الت‬ ‫الصوتٌة‬ ‫فوق‬
ٌ ً‫الت‬ ‫الصوتٌة‬ ‫فوق‬ ‫باالمواج‬ ‫مستعٌنا‬ ‫اللٌل‬ ً‫ف‬ ‫ٌطٌر‬ ‫الذي‬‫حدثها‬‫على‬ ‫لتسقط‬
‫و‬ ‫امامه‬ ‫االجسام‬‫ٌس‬ ‫و‬ ‫عنها‬ ‫تنعكس‬ً‫ال‬ ‫ٌحتاج‬ ‫ان‬ ‫دون‬ ‫مساره‬ ‫فٌحدد‬ ‫معها‬
‫كما‬ .‫اللٌل‬ ً‫ف‬ ‫الطٌران‬ ‫ٌستطٌع‬ ‫ولذلك‬ ‫طرٌقه‬ ً‫عل‬ ‫لٌستدل‬ ‫االبصار‬ ‫حاسة‬
‫تستخدم‬ٌ‫الح‬ً‫ف‬ ‫تان‬‫الص‬ ‫فوق‬ ‫االمواج‬ ‫البحر‬‫وتٌة‬.‫كذلك‬‫ال‬‫غ‬‫أجهزة‬ ً‫ف‬ ‫واصات‬
.‫غٌرها‬ ‫او‬ ‫معدنٌة‬ ‫غواصات‬ ‫من‬ ‫بها‬ ‫ٌحٌط‬ ‫ما‬ ‫تحدٌد‬ ً‫ف‬ ‫الرادار‬
:‫العلمي‬ ‫االساس‬
‫اس‬ ‫فكرة‬ ‫تعتمد‬‫فوق‬ ‫تخدام‬:‫التالٌة‬ ‫االحداث‬ ً‫عل‬ ‫الصوتٌة‬
2.‫امواج‬ ‫الصوتٌة‬ ‫فوق‬ ‫االمواج‬ ‫جهاز‬ ‫ٌرسل‬‫عالٌة‬ ‫بترددات‬ ‫صوتٌة‬
‫بٌن‬ ‫تتراوح‬1-5 MHz‫االنسان‬ ‫جسم‬ ً‫ال‬ ‫توجه‬ ‫نبضات‬ ‫صورة‬ ً‫عل‬
‫مجس‬ ‫طرٌق‬ ‫عن‬.
1.‫تخترق‬‫ب‬ ‫لتصطدم‬ ‫االنسان‬ ‫جسم‬ ‫االمواج‬‫الموجودة‬ ‫الحدود‬ ‫و‬ ‫الفواصل‬
‫الجلد‬ ‫طبقات‬ ‫بٌن‬ ‫السوائل‬ ‫مثل‬ ‫االنسان‬ ‫جسم‬ ‫مكونات‬ ‫بٌن‬‫و‬‫بٌن‬ ‫الحد‬
‫العظم‬ ‫و‬ ‫الجلد‬ ‫طبقة‬.

8. 3.‫عن‬ ‫تنعكس‬ ‫الصوتٌة‬ ‫فوق‬ ‫االمواج‬ ‫من‬ ‫جزء‬‫ال‬ ‫د‬‫حدود‬‫بٌن‬ ‫الفاصلة‬
‫المجس‬ ً‫ال‬ ‫تعود‬ ‫و‬ ‫الجسم‬ ‫مكونات‬‫لتخترق‬ ‫الموجات‬ ً‫باق‬ ‫تستمر‬ ‫بٌنما‬
‫تنعكس‬ ‫و‬ ‫اخري‬ ‫فاصلة‬ ‫لحدود‬ ‫لتصل‬ ‫االنسان‬ ‫جسم‬ ً‫ف‬ ‫اعمق‬ ‫طبقات‬
‫المجس‬ ً‫ال‬ ‫مرتدة‬ ‫عنها‬
1.‫تباعا‬ ‫المنعكسة‬ ‫الصوتٌة‬ ‫فوق‬ ‫االمواج‬ ‫المجس‬ ‫ٌلتقط‬‫جسم‬ ‫طبقات‬ ‫من‬
‫اخترقها‬ ً‫الت‬ ‫االنسان‬‫الصوتٌة‬ ‫فوق‬ ‫االمواج‬ ‫جهاز‬ ‫فٌها‬ ‫ٌغذي‬ ‫و‬
9.‫انعكست‬ ‫الذي‬ ‫العضو‬ ‫او‬ ‫الجلد‬ ‫المجس‬ ‫بٌن‬ ‫المسافة‬ ‫بحساب‬ ‫الجهاز‬ ‫ٌقوم‬
‫االمواج‬ ‫عنه‬‫االنسان‬ ‫جسم‬ ً‫ف‬ ‫االمواج‬ ‫سرعة‬ ‫مستخدما‬1540 m/s
ً‫ف‬ ‫تكون‬ ً‫الت‬ ‫و‬ ‫للمجس‬ ‫الموجات‬ ‫لعودة‬ ‫المستغرق‬ ‫الزمن‬ ‫مستخدما‬
‫المٌكروثانٌة‬ ‫حدود‬10-6
sec
‫جسم‬ ‫من‬ ‫المنعكسة‬ ‫االشارة‬ ‫شدة‬ ‫و‬ ‫المسافة‬ ‫بٌن‬ ‫العالقة‬ ‫االمواج‬ ‫جهاز‬ ‫ٌظهر‬
‫الصورة‬ ‫عن‬ ‫تعبر‬ ً‫الت‬ ‫و‬ ‫الشدة‬ ‫و‬ ‫للمسافة‬ ‫االبعاد‬ ً‫ثنائ‬ ‫توزٌع‬ ‫لتكون‬ ‫االنسان‬
:ً‫التال‬ ‫الشكل‬ ً‫ف‬ ‫الموضحة‬ ‫الصوتٌة‬ ‫فوق‬ ‫االمواج‬ ‫جهاز‬ ً‫عل‬ ‫نشاهدها‬ ً‫الت‬

9. ‫االردوينو‬ ‫بلوحة‬ ‫توصيله‬ ‫و‬ ‫الصوتية‬ ‫فوق‬ ‫االمواج‬ ‫مستشعر‬Arduino
:‫المستخدمة‬ ‫االدوات‬
‫بطاقة‬‫اردٌونو‬.
Ultrasonic HC SRFO4
Breadboard
‫اسالك‬‫توصٌل‬.

10. :‫التوصٌل‬ ‫طرٌقة‬
‫سنقوم‬‫بتوصل‬‫الحساس‬‫مع‬‫االردوٌنو‬‫كاالتى‬:
Trigger D12
ECHoD13VCC+GND‫التغذٌة‬‫و‬‫االرضى‬

11. :‫الكود‬
#include "Ultrasonic.h"
Ultrasonic ultrasonic(12,13);
void setup() {
Serial.begin(9600);
}
void loop()
{
Serial.print(ultrasonic.Ranging(CM));
Serial.println("cm");
delay(100);
}