基于FPGA的静态数字乳腺机时序控制系统设计
发布时间：2021-10-12 09:11
21世纪以来,乳腺癌成为当今女性发病率最高的癌症。为诊断和治疗这一疾病,静态数字乳腺机孕育而生。本文在分析了国内外当前主流的乳腺CT机的优劣势后对光源系统进行了改进,采用碳纳米管作为静态数字乳腺机场致发射的阴极材料。相比于传统的单光源热阴极结构具有无延迟、工作温度低、功耗低且响应速度快等优势。该静态数字乳腺机可提高探测器采集图像的分辨率,曝光时间可控可减少病人受辐射剂量。首先对碳纳米管的场致发射结构和原理进行介绍,分别介绍了基于干簧继电器和IGBT的多光束X射线场致发射原理,并着重分析了该静态数字乳腺机的扫描原理。然后对基于FPGA的静态数字乳腺机时序控制系统进行设计,硬件电路设计模块选用Altera公司的Cyclone IV EP4CE10F17C8N作为主控芯片,利用FPGA丰富的逻辑资源和IO接口完成了该乳腺机系统硬件模块控制。硬件模块控制着25个分布式碳纳米管X射线单元按预先时序发射,可实现实时控制探测器采集病灶体区域图像。软件部分分为主程序和测试程序两部分设计,采用Quartus Ⅱ作为开发平台,利用硬件描述语言Verilog HDL可实现控制静态数字乳腺机数据的传输和交换、...
【文章来源】：湖南大学湖南省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：75 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
图２．１碳纳米管??
静态数字乳腺机ＦＰＧＡ时序控制系统采川碳纳米管材料作为发射源，阴极材??料部分利用集成技术进行集成，可实现控制多路Ｘ脉冲射线按预定时序进行动态??扫描。图２．２是静态数字乳腺机多光束Ｘ射线源结构图。总体结构包括碳纳米管??阴极、阳极靶条和聚焦极，整个Ｘ射线脉冲源设备放置在特定的实验条件下（全??部真空）［２７】。阴极是由几个电子发射模块构成的，每个电子发射单元由相对应栅??极和聚焦极组成。其工作原理为：在与发射模块相应的栅极电压的施加下，碳纳??米管阴极持续地逸出电子，逸出的电子经聚焦极以后在阳极靶条上产生相应的汇??聚点进而产生发射电流。所有电子发射源的阴极均同金属氧化物半导体场效应管??（ＭＯＳ管）的漏极相连。在外部对ＭＯＳ管施加导通电压的同时，能够在电子枪栅??极与阴极间产生闭合通路，进而导致碳纳米管阴极材料持续逸出电子，且经过聚??焦极后形成Ｘ射线束，聚焦形成的Ｘ射线束通过预先设计的硬件模块按照软件??部分的设置时序可实现Ｘ脉冲信号可编程发射。??经过ＦＰＧＡ可编程程序操控电子发射源相应的栅极脉冲信号
２．２．１多光束Ｘ射线场致发射原理??基于ＦＰＧＡ的静态数字乳腺机多光束Ｘ射线场致发射结构是由多壁碳纳米管??阴极、网状栅极和铜靶三部分构成的三极式电子枪结构［２９１。场致发射结构如图２．３??所示。在三级式电子枪结构中，网状栅极和多壁碳纳米管阴极之间产生电压差触??发电子枪发射电子。??多壁碳?，??纳米管＞?３状栅极?ｌ〇Ｔ７Ｔｏｒｒ？铜靶??＾?／｜』??￥?＾。＿獅??？?ｉ??衬底?｜探现ｎ器????放大器??Ｉ??示波器??＇Ｈ?＇??计算机??图２．３三极式场致发射Ｘ射线源结构??三级式电子枪中不同的网状栅极和多壁碳纳米管阴极之间电压差可触发产生??不同大小的发射电流，在电子枪内部存在场致发射电压临界值，在网状栅极电压??形成的电场强度高于电压临界值时，多壁碳纳米管材料内部的电子能够突破它的??势垒表面而逸出。逸出的电子在阳极电压的施加下速度逐渐增大而射向阳极靶，??激发形成Ｘ脉冲射线。Ｘ脉冲射线照射到病灶体区域上，通过平板探测器可采集??得到图像，通过增设图像放大装置，将采集得到的图像投影到计算机界面。??基于上述三极式场致发射Ｘ射线源结构
【参考文献】：
期刊论文
[1]基于碳纳米管静态乳腺CT的阴极性能测控平台设计[J]. 邵淑炜,陈继磊,祁云嵩,胡战利,石伟,洪序达,梁栋. 生命科学仪器. 2016(03)
[2]基于实践能力培养的实验课程改革与探索——以《电子测量技术》实验课程为例[J]. 杨滨峰. 佳木斯职业学院学报. 2016(03)
[3]X射线探测器MTF的狭缝法测量研究[J]. 邝忠华,李兰君,桂建保,胡启斌,张健. 核电子学与探测技术. 2015(08)
[4]IGBT-中国动车核心中的核芯[J]. 集成电路应用. 2013(11)
[5]Cyclone Ⅳ系列FPGA的配置方式及其工程应用[J]. 赵勇,孟李林,李小龙. 微型机与应用. 2013(19)
[6]基于PCI的航空总线ARINC429板卡设计[J]. 仲志强,李开宇,程卫平. 自动化技术与应用. 2013(07)
[7]MSCT在开放式脾切除术后并发症评估中的应用价值[J]. 王骏,黄斯韵,董帜,罗宴吉,伍玲,冯仕庭. CT理论与应用研究. 2013(02)
[8]基于PaxScan2520D平板探测器的锥束CT成像软件开发[J]. 孔凡亮,李光,罗守华,陈功. 中国医疗设备. 2012(05)
[9]高精度火工品自动测试方案的设计与实现[J]. 王晓晖,韩红业,吴胜男. 计算机测量与控制. 2012(04)
[10]电子测量技术的应用及发展[J]. 代阳,李钢,陈欣,赵俊伟. 计量与测试技术. 2010(08)
博士论文
[1]等离子体填充相对论行波管的基础理论研究[D]. 谢鸿全.电子科技大学 2003
硕士论文
[1]静态数字乳腺断层成像系统结构设计与仿真研究[D]. 谭思晴.广东工业大学 2016
[2]高分辨率乳腺PET/CT中的CT和PET探测器实验平台设计及研究[D]. 邝忠华.南华大学 2016
[3]昼夜节律基因Per3和社会环境因素交互作用与乳腺癌关系的研究[D]. 张尚孝.新疆医科大学 2016
[4]平板探测器数据采集及成像性能测试方法研究[D]. 曾亚斌.南昌航空大学 2015
[5]基于FPGA的小型无人直升机飞行控制系统设计与实现[D]. 王森林.南昌航空大学 2015
[6]基于碳纳米管X射线源的静态数字乳腺机控制系统设计[D]. 石伟.湖南大学 2015
[7]基于STM32的乳腺X线机控制系统的研究[D]. 游继安.南昌航空大学 2014
[8]多光束场发射X射线源的驱动控制系统研制[D]. 胡信菊.成都理工大学 2014
[9]基于FPGA的多路脉冲信号同步测量技术研究[D]. 赵金栋.哈尔滨工业大学 2013
[10]基于FPGA的线阵光栅光调制器驱动控制系统设计与实验[D]. 黄庆探.重庆大学 2010
本文编号：3432289
【文章来源】：湖南大学湖南省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：75 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
图２．１碳纳米管??
静态数字乳腺机ＦＰＧＡ时序控制系统采川碳纳米管材料作为发射源，阴极材??料部分利用集成技术进行集成，可实现控制多路Ｘ脉冲射线按预定时序进行动态??扫描。图２．２是静态数字乳腺机多光束Ｘ射线源结构图。总体结构包括碳纳米管??阴极、阳极靶条和聚焦极，整个Ｘ射线脉冲源设备放置在特定的实验条件下（全??部真空）［２７】。阴极是由几个电子发射模块构成的，每个电子发射单元由相对应栅??极和聚焦极组成。其工作原理为：在与发射模块相应的栅极电压的施加下，碳纳??米管阴极持续地逸出电子，逸出的电子经聚焦极以后在阳极靶条上产生相应的汇??聚点进而产生发射电流。所有电子发射源的阴极均同金属氧化物半导体场效应管??（ＭＯＳ管）的漏极相连。在外部对ＭＯＳ管施加导通电压的同时，能够在电子枪栅??极与阴极间产生闭合通路，进而导致碳纳米管阴极材料持续逸出电子，且经过聚??焦极后形成Ｘ射线束，聚焦形成的Ｘ射线束通过预先设计的硬件模块按照软件??部分的设置时序可实现Ｘ脉冲信号可编程发射。??经过ＦＰＧＡ可编程程序操控电子发射源相应的栅极脉冲信号
２．２．１多光束Ｘ射线场致发射原理??基于ＦＰＧＡ的静态数字乳腺机多光束Ｘ射线场致发射结构是由多壁碳纳米管??阴极、网状栅极和铜靶三部分构成的三极式电子枪结构［２９１。场致发射结构如图２．３??所示。在三级式电子枪结构中，网状栅极和多壁碳纳米管阴极之间产生电压差触??发电子枪发射电子。??多壁碳?，??纳米管＞?３状栅极?ｌ〇Ｔ７Ｔｏｒｒ？铜靶??＾?／｜』??￥?＾。＿獅??？?ｉ??衬底?｜探现ｎ器????放大器??Ｉ??示波器??＇Ｈ?＇??计算机??图２．３三极式场致发射Ｘ射线源结构??三级式电子枪中不同的网状栅极和多壁碳纳米管阴极之间电压差可触发产生??不同大小的发射电流，在电子枪内部存在场致发射电压临界值，在网状栅极电压??形成的电场强度高于电压临界值时，多壁碳纳米管材料内部的电子能够突破它的??势垒表面而逸出。逸出的电子在阳极电压的施加下速度逐渐增大而射向阳极靶，??激发形成Ｘ脉冲射线。Ｘ脉冲射线照射到病灶体区域上，通过平板探测器可采集??得到图像，通过增设图像放大装置，将采集得到的图像投影到计算机界面。??基于上述三极式场致发射Ｘ射线源结构
【参考文献】：
期刊论文
[1]基于碳纳米管静态乳腺CT的阴极性能测控平台设计[J]. 邵淑炜,陈继磊,祁云嵩,胡战利,石伟,洪序达,梁栋. 生命科学仪器. 2016(03)
[2]基于实践能力培养的实验课程改革与探索——以《电子测量技术》实验课程为例[J]. 杨滨峰. 佳木斯职业学院学报. 2016(03)
[3]X射线探测器MTF的狭缝法测量研究[J]. 邝忠华,李兰君,桂建保,胡启斌,张健. 核电子学与探测技术. 2015(08)
[4]IGBT-中国动车核心中的核芯[J]. 集成电路应用. 2013(11)
[5]Cyclone Ⅳ系列FPGA的配置方式及其工程应用[J]. 赵勇,孟李林,李小龙. 微型机与应用. 2013(19)
[6]基于PCI的航空总线ARINC429板卡设计[J]. 仲志强,李开宇,程卫平. 自动化技术与应用. 2013(07)
[7]MSCT在开放式脾切除术后并发症评估中的应用价值[J]. 王骏,黄斯韵,董帜,罗宴吉,伍玲,冯仕庭. CT理论与应用研究. 2013(02)
[8]基于PaxScan2520D平板探测器的锥束CT成像软件开发[J]. 孔凡亮,李光,罗守华,陈功. 中国医疗设备. 2012(05)
[9]高精度火工品自动测试方案的设计与实现[J]. 王晓晖,韩红业,吴胜男. 计算机测量与控制. 2012(04)
[10]电子测量技术的应用及发展[J]. 代阳,李钢,陈欣,赵俊伟. 计量与测试技术. 2010(08)
博士论文
[1]等离子体填充相对论行波管的基础理论研究[D]. 谢鸿全.电子科技大学 2003
硕士论文
[1]静态数字乳腺断层成像系统结构设计与仿真研究[D]. 谭思晴.广东工业大学 2016
[2]高分辨率乳腺PET/CT中的CT和PET探测器实验平台设计及研究[D]. 邝忠华.南华大学 2016
[3]昼夜节律基因Per3和社会环境因素交互作用与乳腺癌关系的研究[D]. 张尚孝.新疆医科大学 2016
[4]平板探测器数据采集及成像性能测试方法研究[D]. 曾亚斌.南昌航空大学 2015
[5]基于FPGA的小型无人直升机飞行控制系统设计与实现[D]. 王森林.南昌航空大学 2015
[6]基于碳纳米管X射线源的静态数字乳腺机控制系统设计[D]. 石伟.湖南大学 2015
[7]基于STM32的乳腺X线机控制系统的研究[D]. 游继安.南昌航空大学 2014
[8]多光束场发射X射线源的驱动控制系统研制[D]. 胡信菊.成都理工大学 2014
[9]基于FPGA的多路脉冲信号同步测量技术研究[D]. 赵金栋.哈尔滨工业大学 2013
[10]基于FPGA的线阵光栅光调制器驱动控制系统设计与实验[D]. 黄庆探.重庆大学 2010
本文编号：3432289
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