基于FPGA的Micro-CT采集控制系统设计

发布时间：2020-05-25 18:15

【摘要】：医学影像技术的高速发展给广大患者带来了福音,人们不用承受临床手术的痛苦和风险便可以诊断体内病灶,进行精准治疗。作为一种可获取精准解剖图像的技术,CT(Computed Tomography)在医学影像发展进程中有着不可或缺的地位。与此同时,小动物医学模型已经成为了研究人类疾病的一个重要内容,人类疾病大都可以在动物上建立相应模型,从而找到治疗方法。但是普通临床CT设备的空间分辨率无法满足对小动物成像的要求,使得小动物医学模型发展受到阻碍,因此急需具有更高空间分辨率、更快速重建算法的Micro-CT设备。它的研制将加速小动物医学模型的发展,同时也会带动多模态分子影像的蓬勃兴起。论文以课题组多模态分子影像研发为背景,研制了一套基于FPGA的Micro-CT采集控制系统,该系统采用了微焦点X射线源和高性能平板探测器,以两种采集模式实现对X射线源、探测器和运动控制器的同步控制,并承担了与上位机实时信息交流的任务。本系统专用于小动物实验体断层扫描成像,可获得较为清晰的内部信息,具有很好的精确性、实时性和稳定性。论文主要研究工作如下:(1)对目前市场现有的Micro-CT进行调研,确定了该系统所需的系统核心部件,然后介绍了X射线源、探测器、运动控制组件等核心部件的基本工作原理,经过对比与分析,确定了各核心部件的型号。(2)确定了Micro-CT系统扫描机架设计方案,利用Solidworks软件对Micro-CT系统面板结构和旋转机架进行了设计与建模,详细计算了系统放大倍率和空间分辨率,并验证了X射线穿透深度、机架结构合理性以及轴承负载能力。(3)采用FPGA为主控芯片开发Micro-CT采集控制系统的硬件与软件,在经过硬件需求分析和FPGA选型后,对系统电路采取分模块设计,并进行了PCB布板和测试工作,然后在FPGA内部搭建软核和外设IP,开发系统控制程序与硬件逻辑,其中也包括了系统采集模式和上位机通讯的设计,最后根据所设计的硬件逻辑模块进行仿真验证以及测试评估。(4)简要介绍了适用于本系统设备的重建模型与Feldkamp算法,然后在上位机设置一系列参数运行系统,对小鼠进行活体实验,得到了小鼠的切片投影图和骨骼绘制图,所得结果验证了本系统的可行性与应用性能,最后根据系统设计方案与实机测试总结了所研制系统的特性。
【图文】：

模型发展瓶颈学模型已经成为研究人类疾病的一个重要征接近于人类，而且基因组同源性较高，所型，从而找到治疗方法，如图 1-1 漫画所示发、建立与完善各种小动物医学模型，，所、发展机理、防治技术、药物筛选以及治疗肝郁证造模的研究[1]、神经和精神领域的帕型[2]、代谢与心血管疾病领域的小鼠脂肪性 HIV（Human Immunodeficiency virus，人类免eficiency Syndrome，艾滋病）灵长类动物模适合，有着长足的发展动力和多元的发展与人类疾病相对应的“三性”特征，即发病见性[6]。

图 1-2 小动物 Super Nova PET/CT 设备应用局限现 X 射线后，许多科学家都投身于“神秘开。X 射线是一种波长很短、能量极大的因为 X 射线的种种特性，使其在医学影像方发展与技术积淀，在 1972 年，Hounsfile剖人体的情况下产生不重叠的人体内部结技术真正开启了为人类造福的医学影像时，采集物体多个角度的投影数据，最后通展虽然源于 X 光机，但是其分辨率高、扫适应范围。CT 设备利用射线源产生的 X一部分被损耗或吸收，另一部分穿过目标
【学位授予单位】：河北大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：TH77;TP273;TN791

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本文编号：2680549