סורק CT ושולחן תלת מימד עם Arduino: 12 שלבים (עם תמונות)

2024 מְחַבֵּר: John Day | [email protected]. שונה לאחרונה: 2024-01-30 09:16

מאת jbumstead ג'ון בומסטד עקוב אחר המחבר:

אודות: פרויקטים באור, מוזיקה ואלקטרוניקה. מצא את כולם באתר שלי: www.jbumstead.com עוד על jbumstead »

טומוגרפיה ממוחשבת (CT) או טומוגרפיה אקסיאלית ממוחשבת (CAT) קשורה לרוב בהדמיה של הגוף מכיוון שהיא מאפשרת לרופאים לראות את המבנה האנטומי בתוך המטופל מבלי לבצע כל ניתוח. לתמונה בתוך גוף האדם, סורק CT דורש צילומי רנטגן מכיוון שהקרינה צריכה להיות מסוגלת לחדור דרך הגוף. אם האובייקט שקוף למחצה, למעשה ניתן לבצע סריקת CT באמצעות אור נראה! הטכניקה נקראת CT אופטי, השונה מטכניקת ההדמיה האופטית הפופולרית יותר הידועה בשם טומוגרפיה של קוהרנטיות אופטית.

כדי לרכוש סריקות תלת מימד של אובייקטים שקופים למחצה, בניתי סורק CT אופטי באמצעות Arduino Nano ו dSLR של ניקון. באמצע הפרויקט הבנתי שפוטוגרמטריה, עוד טכניקת סריקת תלת מימד, דורשת הרבה מאותה חומרה כמו סורק CT אופטי. במדריך זה אעבור על המערכת שבניתי המסוגלת לסריקת CT ופוטוגרמטריה. לאחר רכישת תמונות, יש לי שלבים לשימוש ב- PhotoScan או Matlab לחישוב שחזורים תלת -ממדיים.

לשיעור מלא על סריקת תלת מימד, תוכל לבדוק את שיעור ההוראות כאן.

לאחרונה גיליתי על בן קרסנוב שבנה מכונת CT רנטגן עם ארדואינו. מרשימים!

לאחר הפרסום, מיכאליס אורפנאקיס שיתף את סורק ה- CT האופטי שלו, שבשבילו זכה בפרס הראשון במדע על במה אירופה 2017! קרא את ההערות למטה לתיעוד מלא על המבנה שלו.

משאבים על CT אופטי:

ההיסטוריה והעקרונות של טומוגרפיה ממוחשבת אופטית לסריקת מדדי קרינה תלת מימד מאת SJ Doran ו- N Krstaji

שחזור תמונות תלת מימדי לסורק טומוגרפיה ממוחשבת אופטית מבוססת מצלמות CCD מאת חנה מרי תומאס T, חברת סטודנטים, IEEE, D Devakumar, Paul B Ravindran

אופטיקה ממוקדת של מכשיר טומוגרפיה אופטית CCD קרן מקבילה לדוסימטריה של ג'ל קרינה תלת -ממדית מאת ניקולה Krstaji'c ו- Simon J Doran

שלב 1: רקע ממוחשב של טומוגרפיה ופוטוגרמטריה

סריקת CT דורשת מקור קרינה (למשל צילומי רנטגן או אור) בצד אחד של אובייקט וגלאים בצד השני. כמות הקרינה המגיעה לגלאי תלויה עד כמה האובייקט סופג במיקום מסוים. תמונה אחת שנרכשה רק עם ההתקנה הזו היא מה שמייצר צילום רנטגן. צילום רנטגן הוא כמו צל, וכל המידע התלת-ממדי מוקרן לתמונה דו-ממדית אחת. כדי לבצע שחזור תלת מימד, סורק CT רוכש סריקות רנטגן בזוויות רבות על ידי סיבוב האובייקט או מערך גלאי המקור.

התמונות שנאספות על ידי סורק CT נקראות סינוגרמות, והן מציגות ספיגה של צילומי רנטגן דרך פרוסה אחת של הגוף לעומת זווית. באמצעות נתונים אלה ניתן לרכוש חתך של האובייקט באמצעות פעולה מתמטית הנקראת טרנספורמציה של ראדון הפוכה. לפרטים מלאים על אופן הפעולה הזו, עיין בסרטון זה.

אותו עיקרון מיושם עבור סורק ה- CT האופטי עם מצלמה הפועלת כגלאי ומערך ה- LED הפועל כמקור. אחד החלקים החשובים בעיצוב הוא שקרני האור הנאספות על ידי העדשה מקבילות בעת נסיעה דרך האובייקט. במילים אחרות, העדשה צריכה להיות טלצנטרית.

פוטוגרמטריה מחייבת להאיר את האובייקט מהחזית. האור מוחזר מהאובייקט ונאסף על ידי המצלמה. ניתן להשתמש במספר תצוגות ליצירת מיפוי תלת -ממדי של פני השטח של אובייקט בחלל.

בעוד שפוטוגרמטריה מאפשרת פרופיל משטח של אובייקט, סריקת CT מאפשרת לבנות מחדש את המבנה הפנימי של אובייקטים. החיסרון העיקרי של CT אופטי הוא שאתה יכול להשתמש רק בחפצים שקופים למחצה עבור ההדמיה (למשל פירות, נייר טישו, דובי גומי וכו '), ואילו פוטוגרמטריה יכולה לעבוד עבור רוב האובייקטים. יתר על כן, קיימת תוכנה מתקדמת הרבה יותר לפוטוגרמטריה כך שהשחזורים נראים מדהימים.

שלב 2: סקירת מערכת

השתמשתי ב- Nikon D5000 עם עדשת f/1.4 באורך מוקד 50 מ"מ להדמיה באמצעות הסורק. כדי להשיג הדמיה טלצנטרית, השתמשתי בכפיל אכרומטי של 180 מ"מ המופרד מהעדשה 50 מ"מ בעזרת מאריך צינור. העדשה נעצרה עד f/11 או f/16 כדי להגדיל את עומק השדה.

המצלמה נשלטה באמצעות שלט תריס המחבר את המצלמה ל- Arduino Nano. המצלמה מותקנת על מבנה PVC המתחבר לקופסה שחורה המחזיקה את האובייקט לסריקה ואלקטרוניקה.

לצורך סריקת CT האובייקט מואר מאחור עם מערך LED בעל עוצמה גבוהה. כמות האור שנאספת על ידי המצלמה תלויה בכמות הנספגת באובייקט. עבור סריקת תלת -ממד, האובייקט מואר מהחזית באמצעות מערך LED שניתן להתייחס אליו הנשלט באמצעות ה- Arduino. האובייקט מסתובב באמצעות מנוע צעד, הנשלט באמצעות גשר H (L9110) והארדואינו.

כדי להתאים את הפרמטרים של הסריקה, עיצבתי את הסורק עם מסך Lcd, שני פוטנציומטרים ושני לחצני לחיצה. הפוטנציומטרים משמשים לשליטה במספר התמונות בסריקה ובזמן החשיפה, ולחצני הלחיצה מתפקדים ככפתור "enter" ולחצן "איפוס". מסך ה- Lcd מציג אפשרויות לסריקה ולאחר מכן הסטטוס הנוכחי של הסריקה ברגע שהרכישה מתחילה.

לאחר מיקום הדגימה לצורך סריקת CT או תלת מימד, הסורק שולט באופן אוטומטי במצלמה, נוריות LED והמנוע כדי לרכוש את כל התמונות. התמונות משמשות לאחר מכן לשחזור מודל תלת מימד של האובייקט באמצעות Matlab או PhotoScan.

שלב 3: רשימת אספקה

מכשירי חשמל:

• ארדואינו ננו
• מנוע צעד (3.5V, 1A)
• H-bridge L9110
• מסך בגודל 16x2 Lcd
• 3X 10k פוטנציומטרים
• כפתורי 2X
• נגד 220 אוהם
• נגד 1 קאוהם
• ספק כוח 12V 3A
• ממיר באק
• נקבת שקע חשמל
• תקע חבית חשמל
• כבל מאריך USB
• מתג הפעלה
• ידיות פוטנציומטר
• התנגדות PCB
• לוח אב טיפוס
• חוט עוטף חוטים
• קלטת חשמל

מצלמה ותאורה:

• מצלמה, השתמשתי ב- d5000 dSLR של ניקון
• עדשת ראש (אורך מוקד = 50 מ"מ)
• מאריך צינורות
• כפיל אכרומטי (אורך מוקד = 180 מ"מ)
• שלט תריסים
• פס LED שניתן להתייחס אליו
• אור נייד LED Utilitech pro 1 לומן
• נייר להפצת אור

קופסה קלה:

• דיקט בעובי 26 ס"מ על 26 ס"מ
• דיקט בעובי 30cmx26cm ¼ אינץ '
• דיקט בעובי 30 ס"מ על 25 ס"מ
• מוטות דיבל בקוטר 2 סנטימטר
• 8x מפרקי PVC בצורת L בקוטר חצי אינץ '
• 8x מפרקי PVC בצורת T בקוטר חצי אינץ '
• 1x שכמיית PVC בקוטר חצי אינץ '
• אורן 1x2 רגליים
• יריעת אלומיניום דקה
• לוח פוסטר שחור
• ברגים ואומים
• אביב

כלים:

• מלחם
• מקדחה
• כלי לעטוף חוטים
• דרמל
• פאזל
• מספרי תיל
• מספריים
• קלטת

שלב 4: עיצוב קופסאות ותושבי תלת -ממד

פרס גדול באתגר אפילוג 9