CT رومیزی و اسکنر سه بعدی با آردوینو: 12 مرحله (همراه با تصاویر)

2024 نویسنده: John Day | [email protected]. آخرین اصلاح شده: 2024-01-30 08:56

توسط jbumsteadJon Bumstead بیشتر توسط نویسنده دنبال کنید:

درباره: پروژه های نور ، موسیقی و الکترونیک. همه آنها را در سایت من پیدا کنید: www.jbumstead.com بیشتر درباره jbumstead »

توموگرافی کامپیوتری (CT) یا توموگرافی محوری کامپیوتری (CAT) اغلب با تصویربرداری از بدن همراه است ، زیرا پزشکان را قادر می سازد بدون نیاز به هیچ گونه جراحی ، ساختار آناتومیکی داخل بیمار را مشاهده کنند. برای تصویربرداری از بدن انسان ، سی تی اسکن به اشعه ایکس نیاز دارد زیرا اشعه باید بتواند از طریق بدن نفوذ کند. اگر جسم نیمه شفاف باشد ، در واقع امکان انجام اسکن سی تی با استفاده از نور مرئی وجود دارد! این تکنیک CT نوری نامیده می شود که متفاوت از روش رایج ترین تصویربرداری نوری معروف به توموگرافی انسجام نوری است.

برای به دست آوردن اسکن سه بعدی از اشیاء نیمه شفاف ، من با استفاده از آردوینو نانو و dSLR نیکون یک سی تی اسکن نوری ساختم. در نیمه راه پروژه متوجه شدم که فتوگرامتری ، یکی دیگر از تکنیک های اسکن سه بعدی ، سخت افزار مشابهی با یک سی تی اسکن نوری دارد. در این قسمت آموزشی ، من سیستمی را که ساخته ام و قادر به اسکن سی تی و فتوگرامتری است بررسی می کنم. پس از به دست آوردن تصاویر ، مراحل استفاده از PhotoScan یا Matlab را برای محاسبه بازسازی های سه بعدی انجام می دهم.

برای یک کلاس کامل در زمینه اسکن سه بعدی ، می توانید کلاس آموزشی را در اینجا بررسی کنید.

من اخیراً متوجه شدم که بن کراسنو یک دستگاه CT اشعه ایکس با آردوینو ساخته است. چشمگیر!

پس از ارسال ، میشالیس اورفاناکیس سی تی اسکن نوری داخلی خود را به اشتراک گذاشت که برای آن برنده اولین جایزه در Science on Stage Europe 2017 شد! نظرات زیر را برای مستندات کامل در مورد ساختار وی بخوانید.

منابع CT نوری:

تاریخچه و اصول توموگرافی کامپیوتری نوری برای اسکن دوزیمترهای تابش سه بعدی توسط S J Doran و N Krstaji

بازسازی تصویر سه بعدی برای اسکنر توموگرافی کامپیوتری نوری بر اساس دوربین CCD توسط هانا مری توماس تی ، عضو دانشجو ، IEEE ، D Devakumar ، Paul B Ravindran

تمرکز اپتیک یک دستگاه توموگرافی نوری CCD با پرتو موازی برای دوزیمتری ژل تابش سه بعدی توسط نیکولا کرستایچ و سیمون ج دوران

مرحله 1: پس زمینه توموگرافی کامپیوتری و فتوگرامتری

سی تی اسکن به یک منبع تابش (مانند اشعه ایکس یا نور) در یک طرف یک شیء و آشکارسازها در طرف دیگر نیاز دارد. میزان تابش که به آشکارساز می رسد بستگی به میزان جذب جسم در یک مکان خاص دارد. تنها تصویری که با این تنظیم به دست می آید ، اشعه ایکس تولید می کند. اشعه ایکس مانند سایه است و تمام اطلاعات سه بعدی را در یک تصویر دو بعدی نشان می دهد. برای بازسازی سه بعدی ، CT اسکنر با چرخاندن جسم یا آرایه منبع-آشکارسازهای اشعه ایکس را از زوایای مختلف بدست می آورد.

تصاویری که توسط سی تی اسکن جمع آوری می شوند سینوگرام نامیده می شوند و جذب اشعه ایکس را از طریق یک برش از بدن در مقابل زاویه نشان می دهند. با استفاده از این داده ها ، می توان با استفاده از یک عملیات ریاضی به نام تبدیل رادون معکوس ، مقطع جسم را بدست آورد. برای اطلاع کامل از نحوه عملکرد این عملیات ، این ویدیو را ببینید.

همین اصل برای سی تی اسکن نوری با یک دوربین که به عنوان آشکارساز و آرایه LED به عنوان منبع عمل می کند ، اعمال می شود. یکی از بخشهای مهم طراحی این است که پرتوهای نوری که توسط عدسی جمع آوری می شوند هنگام حرکت از طریق جسم موازی هستند. به عبارت دیگر ، لنز باید از راه دور باشد.

فتوگرامتری نیاز دارد که جسم از جلو روشن شود. نور از جسم منعکس می شود و توسط دوربین جمع آوری می شود. می توان از نماهای متعدد برای ایجاد نقشه سه بعدی از سطح یک جسم در فضا استفاده کرد.

در حالی که فتوگرامتری امکان پروفایل سطح یک جسم را فراهم می کند ، سی تی اسکن بازسازی ساختار داخلی اجسام را امکان پذیر می کند. معایب عمده برای CT نوری این است که شما فقط می توانید از اشیاء نیمه شفاف برای تصویربرداری استفاده کنید (مانند میوه ها ، کاغذهای دستمال کاغذی ، خرس های گومی ، و غیره) ، در حالی که فوتوگرامتری می تواند برای اکثر اجسام کار کند. علاوه بر این ، نرم افزارهای پیشرفته تری برای فتوگرامتری وجود دارد ، بنابراین بازسازی ها باورنکردنی به نظر می رسند.

مرحله 2: مرور سیستم

من برای تصویربرداری با اسکنر از نیکون D5000 با لنز f/1.4 با فاصله کانونی 50 میلی متر استفاده کردم. برای دستیابی به تصویربرداری از راه دور ، من از یک دوبل رنگی 180 میلی متری جدا شده از لنز 50 میلی متری با یک لوله کش استفاده کردم. لنز تا f/11 یا f/16 متوقف شد تا عمق میدان افزایش یابد.

دوربین با استفاده از ریموت شاتر که دوربین را به آردوینو نانو متصل می کند کنترل می شد. دوربین بر روی یک ساختار PVC نصب شده است که به یک جعبه سیاه متصل می شود که شی مورد اسکن و وسایل الکترونیکی را نگه می دارد.

برای اسکن سی تی ، شی از پشت با یک آرایه LED با قدرت بالا روشن می شود. میزان نور جمع آوری شده توسط دوربین به میزان جذب شده توسط جسم بستگی دارد. برای اسکن سه بعدی ، شی با استفاده از یک آرایه LED آدرس پذیر که با آردوینو کنترل می شود ، از جلو روشن می شود. جسم با استفاده از موتور پله ای چرخانده می شود که با استفاده از پل H (L9110) و آردوینو کنترل می شود.

برای تنظیم پارامترهای اسکن ، اسکنر را با صفحه LCD ، دو پتانسیومتر و دو دکمه فشاری طراحی کردم. پتانسیومترها برای کنترل تعداد عکس ها در زمان اسکن و زمان نوردهی استفاده می شوند و دکمه های فشار به عنوان دکمه "ورود" و دکمه "تنظیم مجدد" عمل می کنند. صفحه LCD گزینه های اسکن را نشان می دهد ، و سپس وضعیت فعلی اسکن پس از شروع به کار نمایش داده می شود.

پس از قرار دادن نمونه برای اسکن CT یا 3D ، اسکنر به طور خودکار دوربین ، LED ها و موتور را کنترل می کند تا همه تصاویر را بدست آورد. سپس از تصاویر برای بازسازی مدل سه بعدی شی با استفاده از Matlab یا PhotoScan استفاده می شود.

مرحله 3: فهرست عرضه

الکترونیک:

• آردوینو نانو
• موتور پله ای (3.5 ولت ، 1 آمپر)
• H-Bridge L9110
• صفحه نمایش LCD 16x2
• پتانسیومترهای 3X 10k
• 2X دکمه فشاری
• مقاومت 220 اهم
• مقاومت 1 اهم
• منبع تغذیه 12 ولت 3 آمپر
• مبدل باک
• پاور جک زنانه
• پلاگین بشکه برق
• کابل فرمت Micro USB
• کلید قدرت
• دستگیره های پتانسیومتر
• مشکلات PCB
• تخته نمونه اولیه
• سیم بسته بندی سیم
• نوار الکتریکی

دوربین و نورپردازی:

• برای دوربین ، از دوربین DSLR نیکون D5000 استفاده کردم
• لنز اصلی (فاصله کانونی = 50 میلی متر)
• توسعه دهنده لوله
• دوگانه آکروماتیک (فاصله کانونی = 180 میلی متر)
• ریموت شاتر
• نوار LED آدرس پذیر
• چراغ قابل حمل Utilitech pro 1-lumen LED
• کاغذ برای پخش نور

جعبه نور:

• تخته سه لا ضخامت 2x26cmx26cm ¼ اینچ
• تخته سه لا ضخامت 2x 30cmx26cm ¼ اینچ
• تخته سه لا ضخامت 1x 30cmx25cm ½ اینچ
• میله های رولپلاک با قطر 2 ½ اینچ
• 8 برابر اتصالات PVC L شکل به قطر ½ اینچ
• 8 برابر اتصالات پی وی سی T شکل به قطر ½ اینچ
• 1x قطر روپوش PVC ½ اینچ
• 4 پا 1x2 کاج
• ورق آلومینیوم نازک
• تخته پوستر مشکی
• پیچ و مهره
• بهار

ابزارها:

• آهن لحیم کاری
• مته قدرت
• ابزار بسته بندی سیم
• درمل
• اره منبت کاری اره مویی
• سیم بر، دم باریک
• قیچی
• نوار

مرحله 4: طراحی جعبه و نصب سه بعدی

جایزه بزرگ در چالش Epilog 9