Lauaarvuti CT ja 3D -skanner Arduinoga: 12 sammu (piltidega)

2024 Autor: John Day | [email protected]. Viimati modifitseeritud: 2024-01-30 08:49

Autor: JbumsteadJon Bumstead

Teave: valguse, muusika ja elektroonika projektid. Leia need kõik minu saidilt: www.jbumstead.com Veel jbumsteadist »

Kompuutertomograafiat (CT) või arvutatud aksiaalset tomograafiat (CAT) seostatakse kõige sagedamini keha kujutamisega, kuna see võimaldab arstidel näha patsiendi anatoomilist struktuuri ilma operatsiooni tegemata. Inimkeha pildistamiseks vajab CT-skanner röntgenkiirte, kuna kiirgus peab suutma tungida läbi keha. Kui objekt on poolläbipaistev, on tegelikult võimalik läbi viia nähtava valguse abil CT-skaneerimine! Seda tehnikat nimetatakse optiliseks CT -ks, mis erineb populaarsemast optilise pildistamise tehnikast, mida tuntakse optilise koherentsuse tomograafiana.

Poolläbipaistvate objektide 3D-skaneeringute saamiseks konstrueerisin Arduino Nano ja Nikoni dSLR abil optilise CT-skanneri. Projekti poolel teel mõistsin, et fotogrammeetria, teine 3D -skaneerimistehnika, nõuab palju sama riistvara kui optiline CT -skanner. Selles juhendis vaatan üle oma konstrueeritud süsteemi, mis on võimeline CT -skaneerimiseks ja fotogrammeetriaks. Pärast piltide hankimist on mul sammud PhotoScan või Matlabi kasutamiseks 3D rekonstrueerimise arvutamiseks.

3D -skaneerimise täieliku klassi jaoks saate tutvuda juhendmaterjalide klassiga siin.

Hiljuti sain teada, et Ben Krasnow ehitas Arduinoga röntgenkiirte CT-masina. Muljetavaldav!

Pärast postitamist jagas Michalis Orfanakis oma kodus ehitatud optilist CT -skannerit, mille eest ta võitis Science on Stage Europe 2017 I auhinna! Tema ehituse täieliku dokumentatsiooni saamiseks lugege allpool olevaid kommentaare.

Optilise CT ressursid:

S J Dorani ja N Krstaji optilise kompuutertomograafia ajalugu ja põhimõtted 3-D kiirgusdosimeetrite skaneerimiseks

Kolmemõõtmeline kujutise rekonstrueerimine CCD-kaameral põhineva optilise arvutitomograafia skanneri jaoks, autor Hannah Mary Thomas T, üliõpilasliige, IEEE, D Devakumar, Paul B Ravindran

Paralleelkiirega CCD optilise tomograafia aparaadi fokuseerimisoptika Nikola Krstaji´ci ja Simon J Dorani 3D -kiirgusgeeli dosimeetria jaoks

1. samm: arvutitomograafia ja fotogrammeetria taust

CT-skaneerimine nõuab kiirgusallikat (nt röntgenikiirgus või valgus) objekti ühel küljel ja detektorid teisel küljel. Kiirguse hulk, mis detektorisse jõuab, sõltub sellest, kui neelduv objekt on konkreetses kohas. Ainuüksi selle seadistusega tehtud pilt on see, mis tekitab röntgenpildi. Röntgenikiirgus on nagu vari ja kogu 3D-teave projitseeritakse üheks 2D-kujutiseks. 3D-rekonstruktsioonide tegemiseks omandab CT-skanner röntgenkiirte paljude nurkade alt, pöörates objekti või allika-detektori massiivi.

CT-skanneriga kogutud pilte nimetatakse sinogrammideks ja need näitavad röntgenkiirte neeldumist läbi ühe kehalõigu vs nurga. Neid andmeid kasutades saab objekti ristlõike saada matemaatilise operatsiooni abil, mida nimetatakse pöördradoonitransformatsiooniks. Selle toimingu täieliku teabe saamiseks vaadake seda videot.

Sama põhimõtet kohaldatakse optilise CT -skanneri puhul, mille kaamera toimib detektorina ja LED -massiivi allikana. Üks disaini olulisi osi on see, et objektiivi kogutud valguskiired on objekti läbides paralleelsed. Teisisõnu, objektiiv peaks olema teletsentriline.

Fotogrammeetria eeldab objekti eestpoolt valgustamist. Valgus peegeldub objektilt ja kaamera kogub selle kokku. Ruumis oleva objekti pinna 3D -kaardistamise loomiseks saab kasutada mitut vaadet.

Kui fotogrammeetria võimaldab objekti pinnaprofiilimist, siis CT -skaneerimine võimaldab objektide sisemise struktuuri taastamist. Optilise CT peamine puudus on see, et pildistamiseks saate kasutada ainult poolläbipaistvaid esemeid (nt puuviljad, siidpaber, kummikarud jne), samas kui enamiku objektide puhul võib fotogrammeetria toimida. Lisaks on fotogrammeetria jaoks palju täiustatud tarkvara, nii et rekonstrueerimine tundub uskumatu.

2. samm: süsteemi ülevaade

Kasutasin skanneriga pildistamiseks Nikon D5000 koos 50 mm fookuskaugusega f/1,4 objektiiviga. Teletsentrilise pildistamise saavutamiseks kasutasin toru pikendajaga 50 mm objektiivist eraldatud 180 mm akromaatilist dubleti. Teravussügavuse suurendamiseks peatati objektiiv f/11 või f/16 -ni.

Kaamerat juhiti katiku kaugjuhtimispuldi abil, mis ühendab kaamera Arduino Nanoga. Kaamera on paigaldatud PVC konstruktsioonile, mis ühendub musta kastiga, mis hoiab skannitavat objekti ja elektroonikat.

CT-skaneerimiseks valgustatakse objekti tagant suure võimsusega LED-massiiviga. Kaamera kogutud valguse hulk sõltub sellest, kui palju objekt neelab. 3D -skaneerimiseks valgustab objekti eestpoolt, kasutades Arduino abil juhitavat adresseeritavat LED -massiivi. Objekti pööratakse samm-mootori abil, mida juhitakse H-silla (L9110) ja Arduino abil.

Skaneerimise parameetrite reguleerimiseks kujundasin skanneri LCD -ekraani, kahe potentsiomeetri ja kahe nupuvajutusega. Potentsiomeetreid kasutatakse skannitud fotode arvu ja säriaja kontrollimiseks ning surunupud toimivad sisestusnupuna ja nullimisnupuna. Lcd -ekraanil kuvatakse skannimisvalikud ja seejärel skannimise praegune olek, kui hankimine algab.

Pärast proovi paigutamist CT- või 3D -skaneerimiseks juhib skanner automaatselt kaamerat, LED -e ja mootorit, et saada kõik pildid. Seejärel kasutatakse pilte objekti 3D -mudeli rekonstrueerimiseks Matlabi või PhotoScan'i abil.

3. samm: tarnekiri

Elektroonika:

• Arduino Nano
• Sammumootor (3,5 V, 1 A)
• H-sild L9110
• 16x2 LCD ekraan
• 3x 10k potentsiomeetrit
• 2X nuppe
• 220 oomi takisti
• 1kohm takisti
• 12V 3A toiteallikas
• Bucki muundur
• Toitepistik emane
• Voolutoru pistik
• Micro USB pikenduskaabel
• Toitelüliti
• Potentsiomeetri nupud
• PCB -d
• Plaadi prototüüp
• Traati mähkiv traat
• Elektriline lint

Kaamera ja valgustus:

• Kaamera, ma kasutasin Nikon D5000 dSLR -i
• Peamine objektiiv (fookuskaugus = 50 mm)
• Toru pikendaja
• Akromaatiline dublett (fookuskaugus = 180 mm)
• Katiku kaugjuhtimispult
• Aadressitav LED -riba
• Utilitech pro 1-luumeniline kaasaskantav LED-tuli
• Paber valguse hajutamiseks

Valguskast:

• 2x 26cmx26cm ¼ tolli paksune vineer
• 2x 30cmx26cm ¼ tolli paksune vineer
• 1x 30cmx25cm ½ tolli paksune vineer
• 2x ½ tolli läbimõõduga tüüblivardad
• 8x L-kujulised PVC vuugid ½ tolli läbimõõduga
• 8x T-kujulised PVC vuugid ½ tolli läbimõõduga
• 1x PVC keep ½ tolli läbimõõduga
• 4 jalga 1x2 mänd
• Õhuke alumiiniumleht
• Must plakatiplaat
• Mutrid ja poldid
• Kevad

Tööriistad:

• Jootekolb
• Jõutrell
• Traadi mähkimise tööriist
• Dremel
• Pusle
• Traadilõikurid
• Käärid
• Lint

Samm: kasti kujundamine ja 3D -kinnitused

Epilogi väljakutse peaauhind 9