Máy quét CT và Máy quét 3D trên Máy tính để bàn Với Arduino: 12 Bước (Có Hình ảnh)

2024 Tác giả: John Day | [email protected]. Sửa đổi lần cuối: 2024-01-30 13:34

Bởi jbumsteadJon BumsteadFollow More của tác giả:

Giới thiệu: Các dự án về ánh sáng, âm nhạc và điện tử. Tìm tất cả chúng trên trang web của tôi: www.jbumstead.com Thông tin thêm về jbumstead »

Chụp cắt lớp vi tính (CT) hoặc chụp cắt lớp vi tính trục (CAT) thường được kết hợp với hình ảnh cơ thể vì nó cho phép bác sĩ lâm sàng nhìn thấy cấu trúc giải phẫu bên trong bệnh nhân mà không cần phải thực hiện bất kỳ phẫu thuật nào. Để hình ảnh bên trong cơ thể con người, máy quét CT cần chụp X-quang vì bức xạ phải có khả năng xuyên qua cơ thể. Nếu đối tượng là bán trong suốt, thực sự có thể tiến hành quét CT bằng ánh sáng khả kiến! Kỹ thuật này được gọi là CT quang học, khác với kỹ thuật hình ảnh quang học phổ biến hơn được gọi là chụp cắt lớp quang kết hợp.

Để có được bản quét 3D các vật thể bán trong suốt, tôi đã chế tạo một máy quét CT quang học sử dụng Arduino Nano và Nikon dSLR. Thực hiện được nửa chặng đường của dự án, tôi nhận ra rằng phép đo quang, một kỹ thuật quét 3D khác, đòi hỏi nhiều phần cứng giống như một máy quét CT quang học. Trong phần hướng dẫn này, tôi sẽ xem xét hệ thống mà tôi đã xây dựng có khả năng quét CT và đo quang. Sau khi có được hình ảnh, tôi có các bước sử dụng PhotoScan hoặc Matlab để tính toán tái tạo 3D.

Để có lớp học đầy đủ về quét 3D, bạn có thể xem lớp học có hướng dẫn tại đây.

Gần đây tôi đã biết về việc Ben Krasnow đã chế tạo một máy CT tia x với Arduino. Ấn tượng!

Sau khi đăng bài, Michalis Orfanakis đã chia sẻ máy chụp CT quang học tự chế của mình, mà anh ấy đã giành được giải nhất Khoa học trên sân khấu châu Âu năm 2017! Đọc các bình luận bên dưới để có tài liệu đầy đủ về bản dựng của anh ấy.

Tài nguyên về CT quang học:

Lịch sử và nguyên tắc của chụp cắt lớp vi tính quang học để quét liều kế bức xạ 3-D của S J Doran và N Krstaji

Tái tạo hình ảnh ba chiều cho Máy quét hình ảnh quang học tính toán dựa trên CCDcamera bởi Hannah Mary Thomas T, Student Member, IEEE, D Devakumar, Paul B Ravindran

Quang học tiêu điểm của thiết bị chụp cắt lớp quang học CCD chùm tia song song để đo liều lượng gel bức xạ 3D của Nikola Krstaji và Simon J Doran

Bước 1: Nền chụp ảnh và đo ảnh bằng máy tính

Quét CT yêu cầu một nguồn bức xạ (ví dụ: tia X hoặc ánh sáng) ở một mặt của vật thể và máy dò ở mặt kia. Lượng bức xạ đi đến máy dò phụ thuộc vào mức độ hấp thụ của đối tượng tại một vị trí cụ thể. Một hình ảnh duy nhất thu được chỉ với thiết lập này là thứ tạo ra tia X. Tia X giống như một cái bóng và có tất cả thông tin 3D được chiếu thành một hình ảnh 2D duy nhất. Để thực hiện tái tạo 3D, máy quét CT thu được các bản quét tia X qua nhiều góc độ bằng cách xoay đối tượng hoặc mảng dò nguồn.

Những hình ảnh được máy quét CT thu thập được gọi là sinogram và chúng hiển thị sự hấp thụ tia X qua một lát cắt của cơ thể so với góc. Sử dụng dữ liệu này, một mặt cắt ngang của đối tượng có thể được thu thập bằng cách sử dụng một phép toán được gọi là phép biến đổi Radon nghịch đảo. Để biết đầy đủ chi tiết về cách hoạt động của thao tác này, hãy xem video này.

Nguyên tắc tương tự cũng được áp dụng cho máy quét CT quang học với một camera đóng vai trò là máy dò và dãy đèn LED hoạt động như nguồn. Một trong những phần quan trọng của thiết kế là các tia sáng được thấu kính thu thập song song khi truyền qua vật thể. Nói cách khác, ống kính phải có hướng tâm.

Phép đo quang yêu cầu đối tượng được chiếu sáng từ phía trước. Ánh sáng bị phản xạ khỏi vật thể và được máy ảnh thu lại. Nhiều chế độ xem có thể được sử dụng để tạo ánh xạ 3D bề mặt của một vật thể trong không gian.

Trong khi phép đo quang cho phép tạo hình bề mặt của một vật thể, thì quét CT cho phép tái tạo lại cấu trúc bên trong của vật thể. Bất lợi lớn đối với CT quang học là bạn chỉ có thể sử dụng các vật thể bán trong suốt để chụp ảnh (ví dụ như trái cây, khăn giấy, gấu kẹo cao su, v.v.), trong khi phép đo quang có thể hoạt động đối với hầu hết các vật thể. Hơn nữa, có nhiều phần mềm tiên tiến hơn cho phép đo quang để các bản dựng lại trông thật đáng kinh ngạc.

Bước 2: Tổng quan về hệ thống

Tôi đã sử dụng Nikon D5000 với ống kính 50mm tiêu cự f / 1.4 để chụp ảnh bằng máy quét. Để có được hình ảnh viễn tâm, tôi đã sử dụng một ống kính kép 180mm tiêu sắc tách khỏi ống kính 50mm bằng bộ mở rộng ống. Ống kính đã được dừng xuống f / 11 hoặc f / 16 để tăng độ sâu trường ảnh.

Máy ảnh được điều khiển bằng điều khiển từ xa màn trập kết nối máy ảnh với Arduino Nano. Máy ảnh được gắn vào cấu trúc PVC kết nối với hộp đen chứa đối tượng cần quét và thiết bị điện tử.

Đối với quá trình quét CT, vật thể được chiếu sáng từ phía sau bằng dãy đèn LED công suất cao. Lượng ánh sáng thu được của máy ảnh phụ thuộc vào lượng ánh sáng bị vật thể hấp thụ. Đối với quét 3D, đối tượng được chiếu sáng từ phía trước bằng cách sử dụng mảng LED định địa chỉ được điều khiển bằng Arduino. Đối tượng được quay bằng động cơ bước, được điều khiển bằng cầu H (L9110) và Arduino.

Để điều chỉnh các thông số của quá trình quét, tôi thiết kế máy quét có màn hình LCD, hai chiết áp và hai nút ấn. Chiết áp được sử dụng để kiểm soát số lượng ảnh trong quá trình quét và thời gian phơi sáng, và các nút nhấn có chức năng như nút “nhập” và nút “đặt lại”. Màn hình LCD hiển thị các tùy chọn cho quá trình quét và sau đó là trạng thái hiện tại của quá trình quét khi quá trình thu bắt đầu.

Sau khi định vị mẫu để chụp CT hoặc quét 3D, máy quét sẽ tự động điều khiển máy ảnh, đèn LED và Mô tơ để thu được tất cả hình ảnh. Sau đó, hình ảnh được sử dụng để tái tạo mô hình 3D của đối tượng bằng Matlab hoặc PhotoScan.

Bước 3: Danh sách cung cấp

Thiết bị điện tử:

• Arduino Nano
• Động cơ bước (3.5V, 1A)
• Cầu chữ H L9110
• Màn hình LCD 16x2
• Chiết áp 3X 10k
• 2X nút
• Điện trở 220ohm
• Điện trở 1kohm
• Nguồn điện 12V 3A
• dụng cụ đổi tiền
• Giắc cắm điện cái
• Phích cắm thùng điện
• Cáp mở rộng Micro USB
• Công tắc điện
• Nút chiết áp
• PCB standoffs
• Ban nguyên mẫu
• Dây quấn
• Băng điện

Máy ảnh và ánh sáng:

• Một chiếc máy ảnh, tôi đã sử dụng Nikon D5000 dSLR
• Ống kính một tiêu cự (tiêu cự = 50mm)
• Bộ mở rộng ống
• Achromatic doublet (tiêu cự = 180mm)
• Điều khiển từ xa
• Dải đèn LED địa chỉ
• Đèn di động LED 1 lumen của Utilitech
• Giấy khuếch tán ánh sáng

Hộp đèn:

• Ván ép dày 2x 26cmx26cm ¼ inch
• Ván ép dày 2x 30cmx26cm ¼ inch
• Ván ép dày 1x 30cmx25cm ½ inch
• Thanh chốt đường kính 2x ½ inch
• 8x khớp PVC hình chữ L đường kính ½ inch
• 8x khớp PVC hình chữ T đường kính ½ inch
• 1x áo choàng PVC đường kính ½ inch
• 4feet 1x2 thông
• Tấm nhôm mỏng
• Bảng áp phích màu đen
• Các loại hạt và bu lông
• Mùa xuân

Công cụ:

• Hàn sắt
• Máy khoan điện
• Dụng cụ quấn dây
• Dremel
• Ghép hình
• Máy cắt dây
• Cây kéo
• Băng

Bước 4: Thiết kế hộp và gắn 3D

Giải thưởng lớn trong Thử thách Epilog 9