面向多路复用成像的多光束X射线控制系统研究

发布时间：2017-12-02 01:26

  本文关键词：面向多路复用成像的多光束X射线控制系统研究

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【摘要】：在现代社会,乳腺癌已成为威胁女性健康的重大疾病之一。为诊断和治疗这一疾病,数字乳腺断层扫描(Digital Breast Tomosynthesis, DBT)孕育而生。数字乳腺断层扫描是现有的最有效的早期检测和诊断乳腺癌的工具,并且为减少乳腺癌的死亡率做出了巨大贡献。静态数字乳腺X射线摄影技术(Stationary Digital Breast Tomosynthesis, SDBT)使用的X射线源是碳纳米管,X射线发射模式基于多光束场致发射。场致发射具有体积小,发射电流密度大,无阴极功耗,无延迟且集成度高等优点,使得其应用前景非常广阔。近年来,随着理论研究和技术的不断发展,碳纳米管作为x射线场致发射的阴极材料广泛运用。碳纳米管作为多光束场致发射x射线源控制系统阴极材料,使阴极电子发射得以控制,且无时间延迟。碳纳米管优异的场致发射性能,要求超高的电压激发碳纳米管阴极产生电子,并且满足阴极电子发射时序可控。因此,需要提供KV级超高压作为碳纳米管阴极的发射电压,以及提供高频脉冲信号,使得阴极电子在发射时序上可控。由于传统CT的成像方式时间长,成像方式受CT扫描系统自身机械动作,转台速度及X射线源峰值电压的影响,后期CT投影图像重建工作复杂。本文针对上述问题,提出了一种运用在静态数字乳腺断层扫描系统中的面向多路复用成像的多光束场致发射x射线场致发射控制系统解决方案。该方案的目的是为了探索该解决方案在简化DBT系统设计,减少DBT成像时间,以及研究和传统DBT成像方式相比,SDBT提高图像质量的潜在性。该解决方案选用FPGA作为系统微处理器,绝缘栅双极型晶体管(Insulated Gate Bipolar Transistor， IGBT)作为开关电路核心器件控制x射线是否发射X射线,在IGBT发射极增加一级放大电路,将采样电阻电压放大10倍后,经过模数转换电路,通过USB2.0将数据传输到工作站,工作站计算出流经采样电阻两端电流值,并根据预设的x射线发射电流值比较后,自动补偿电压使X射线发射电流值与预设的电流值保持相当。多光束x射线场致发射控制系统的FPGA主控芯片选用Altera公司生产的Cyclone IV系列的EP4CE10E22C8N,利用FPGA丰富的逻辑资源和用户10,完成该系统硬件模块控制,包括RS-232协议、方波信号产生、二选一模拟开关控制、LED灯控制以及模数转换模块控制。本文在已搭建好的多光束场致发射X射线源控制系统的基础上,探索通讯领域的频分复用技术在静态多光束场致发射X射线源控制系统上的应用前景。将通讯领域的正交频分复用思想运用在静态数字乳腺断层扫描成像中,这就要求静态数字乳腺断层扫描系统各X射线源发射频率不一致,其发射频率呈递增模式,形成多路复用成像技术。正交频分复用(Orthogonal Frequency Division Multiplexing, OFDM),是多载波调制技术的一个分支,其实质是将高速数据信号转换成若干信道的并行低速子数据流,将该低速子数据流调制到每个子信道进行传输。经实验证明,多路复用成像技术与传统CT成像技术相比,扫描时间缩短至传统CT成像模式的N/2倍,MATLAB成功解码CT多路复用投影图像,图像均方根误差控制在0.01以内。
【学位授予单位】：成都理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TH774

【参考文献】

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1 龚春英;刘煜;肖岚;;几种MOSFET驱动电路的研究[J];电源技术应用;2001年03期

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本文编号：1243178