Arduino ile Masaüstü CT ve 3D Tarayıcı: 12 Adım (Resimlerle)

2024 Yazar: John Day | [email protected]. Son düzenleme: 2024-01-30 13:20

Yazan jbumsteadJon BumsteadYazarın daha fazlasını izleyin:

Hakkında: Işık, müzik ve elektronik alanındaki projeler. Hepsini sitemde bulabilirsiniz: www.jbumstead.com jbumstead Hakkında Daha Fazla Bilgi »

Bilgisayarlı tomografi (BT) veya bilgisayarlı aksiyel tomografi (CAT), klinisyenlerin herhangi bir ameliyat yapmak zorunda kalmadan hastanın içindeki anatomik yapıyı görmelerini sağladığı için çoğunlukla vücudun görüntülenmesiyle ilişkilendirilir. Radyasyonun vücuda nüfuz edebilmesi gerektiğinden, insan vücudunun içini görüntüleyebilmek için bir BT tarayıcısı X-ışınlarına ihtiyaç duyar. Nesne yarı saydam ise, görünür ışık kullanarak BT taraması yapmak gerçekten mümkündür! Tekniğe optik CT denir ve optik koherens tomografi olarak bilinen daha popüler optik görüntüleme tekniğinden farklıdır.

Yarı saydam nesnelerin 3D taramalarını elde etmek için Arduino Nano ve Nikon dSLR kullanarak optik bir CT tarayıcı oluşturdum. Projenin yarısında, başka bir 3D tarama tekniği olan fotogrametrinin, optik CT tarayıcı ile aynı donanımın çoğunu gerektirdiğini fark ettim. Bu derste, CT tarama ve fotogrametri yapabilen inşa ettiğim sistemi gözden geçireceğim. Görüntüleri aldıktan sonra, 3B rekonstrüksiyonları hesaplamak için PhotoScan veya Matlab kullanma adımlarım var.

3B tarama ile ilgili tam bir sınıf için, burada verilen eğitim sınıfını inceleyebilirsiniz.

Geçenlerde Ben Krasnow'un Arduino ile bir x-ray CT makinesi yaptığını öğrendim. Etkileyici!

Gönderdikten sonra Michalis Orfanakis, Science on Stage Europe 2017'de birincilik ödülünü kazandığı, kendi ürettiği optik CT tarayıcısını paylaştı! Yapısıyla ilgili tam belgeler için aşağıdaki yorumları okuyun.

Optik BT ile ilgili kaynaklar:

SJ Doran ve N Krstaji tarafından 3-D radyasyon dozimetrelerini taramak için optik bilgisayarlı tomografinin tarihçesi ve ilkeleri

CCDcamera tabanlı Optik Bilgisayarlı Tomografi Tarayıcısı için üç boyutlu görüntü rekonstrüksiyonu Hannah Mary Thomas T, Öğrenci Üyesi, IEEE, D Devakumar, Paul B Ravindran

Nikola Krstaji´c ve Simon J Doran tarafından 3D radyasyon jel dozimetrisi için paralel ışınlı CCD optik tomografi cihazının odaklama optiği

Adım 1: Bilgisayarlı Tomografi ve Fotogrametri Arka Planı

BT taraması, bir nesnenin bir tarafında bir radyasyon kaynağı (örneğin, x-ışınları veya ışık) ve diğer tarafında dedektörler gerektirir. Detektöre ulaşan radyasyon miktarı, nesnenin belirli bir yerde ne kadar emici olduğuna bağlıdır. Yalnızca bu kurulumla elde edilen tek bir görüntü, bir X-ışını üreten şeydir. Bir X-ışını bir gölge gibidir ve tüm 3B bilgileri tek bir 2B görüntüye yansıtılır. 3D rekonstrüksiyonlar yapmak için bir CT tarayıcı, nesneyi veya kaynak dedektör dizisini döndürerek birçok açıdan X-ışını taramaları elde eder.

Bir BT tarayıcısı tarafından toplanan görüntülere sinogram denir ve bunlar, X-ışınlarının vücudun bir kesitinden açıya karşı emilimini gösterir. Bu verileri kullanarak, ters Radon dönüşümü adı verilen matematiksel bir işlem kullanılarak nesnenin bir kesiti elde edilebilir. Bu işlemin nasıl çalıştığıyla ilgili tüm ayrıntılar için bu videoyu izleyin.

Aynı prensip, dedektör olarak görev yapan bir kamera ve kaynak olarak hareket eden LED dizisi ile optik CT tarayıcı için de geçerlidir. Tasarımın önemli kısımlarından biri, mercek tarafından toplanan ışık ışınlarının nesneden geçerken paralel olmasıdır. Başka bir deyişle, lens telesentrik olmalıdır.

Fotogrametri, nesnenin önden aydınlatılmasını gerektirir. Işık nesneden yansır ve kamera tarafından toplanır. Uzayda bir nesnenin yüzeyinin 3B haritasını oluşturmak için çoklu görünümler kullanılabilir.

Fotogrametri, bir nesnenin yüzey profilinin çıkarılmasını sağlarken, BT taraması nesnelerin iç yapısının yeniden oluşturulmasını sağlar. Optik BT'nin en büyük dezavantajı, görüntüleme için yalnızca yarı saydam nesneleri (örneğin meyveler, kağıt mendil, sakızlı ayılar, vb.) kullanabilmenizdir, oysa fotogrametri çoğu nesne için çalışabilir. Ayrıca, fotogrametri için çok daha gelişmiş bir yazılım var, bu yüzden rekonstrüksiyonlar inanılmaz görünüyor.

2. Adım: Sisteme Genel Bakış

Tarayıcıyla görüntüleme için 50 mm odak uzaklığına sahip f/1.4 lensli bir Nikon D5000 kullandım. Telesentrik görüntüleme elde etmek için, bir tüp genişletici ile 50 mm lensten ayrılmış 180 mm akromatik bir ikili kullandım. Alan derinliğini artırmak için lens f/11 veya f/16'ya düşürüldü.

Kamera, kamerayı bir Arduino Nano'ya bağlayan bir deklanşör uzaktan kumandası kullanılarak kontrol edildi. Kamera, taranacak nesneyi ve elektroniği tutan bir kara kutuya bağlanan bir PVC yapıya monte edilmiştir.

CT taraması için nesne, yüksek güçlü bir LED dizisi ile arkadan aydınlatılır. Kamera tarafından toplanan ışık miktarı, nesne tarafından ne kadar emildiğine bağlıdır. 3D tarama için, nesne Arduino ile kontrol edilen adreslenebilir bir LED dizisi kullanılarak önden aydınlatılır. Nesne, bir H köprüsü (L9110) ve Arduino kullanılarak kontrol edilen bir step motor kullanılarak döndürülür.

Taramanın parametrelerini ayarlamak için tarayıcıyı bir Lcd ekran, iki potansiyometre ve iki buton ile tasarladım. Potansiyometreler, taramadaki fotoğraf sayısını ve pozlama süresini kontrol etmek için kullanılır ve basmalı düğmeler, “giriş” düğmesi ve “sıfırlama” düğmesi olarak işlev görür. Lcd ekranı, tarama seçeneklerini ve ardından alım başladığında taramanın mevcut durumunu görüntüler.

Numuneyi bir CT veya 3D tarama için konumlandırdıktan sonra, tarayıcı tüm görüntüleri almak için kamerayı, LED'leri ve Motoru otomatik olarak kontrol eder. Görüntüler daha sonra Matlab veya PhotoScan kullanılarak nesnenin 3B modelini yeniden oluşturmak için kullanılır.

Adım 3: Tedarik Listesi

Elektronik:

• Arduino Nano
• Step motor (3,5V, 1A)
• H-köprü L9110
• 16x2 Lcd ekran
• 3X 10k potansiyometre
• 2X butonlar
• 220ohm direnç
• 1kohm direnç
• 12V 3A güç kaynağı
• para dönüştürücü
• Güç jakı dişi
• Güç varil fişi
• Mikro USB uzatma kablosu
• Güç düğmesi
• Potansiyometre düğmeleri
• PCB zıtlıkları
• Prototip kurulu
• Tel sarma teli
• Elektrik bandı

Kamera ve aydınlatma:

• Bir kamera, bir Nikon D5000 dSLR kullandım
• Prime lens (odak uzaklığı = 50 mm)
• Tüp genişletici
• Akromatik ikili (odak uzaklığı = 180 mm)
• Deklanşör uzaktan kumandası
• Adreslenebilir LED şerit
• Utilitech pro 1 lümen LED taşınabilir ışık
• Işığı dağıtmak için kağıt

Hafif kutu:

• 2x 26cmx26cm ¼ inç kalınlığında kontrplak
• 2x 30cmx26cm ¼ inç kalınlığında kontrplak
• 1x 30cmx25cm ½ inç kalınlığında kontrplak
• 2x ½ inç çapında dübel çubukları
• 8x L-şekilli PVC derzler ½ inç çap
• 8x T-şekilli PVC derzler ½ inç çap
• 1x PVC pelerin ½ inç çap
• 4 fit 1x2 çam
• İnce alüminyum levha
• Siyah poster panosu
• Somunlar ve cıvatalar
• Bahar

Aletler:

• Havya
• Elektrikli matkap
• Tel sarma aracı
• Dremel
• yapboz
• Tel kesiciler
• Makas
• Kaset

Adım 4: Kutu Tasarımı ve 3B Montajlar

Epilog Challenge 9'da Büyük Ödül