基于PLC的微型CT自动扫描系统的设计与研究
发布时间：2021-07-26 08:27
Computerized Tomography,计算机断层成像技术,简称CT,是一种根据物体投影重建物体特定层面二维图像,并在此基础上构建物体三维模型的技术。Micro-CT,即微型CT、显微CT、微焦点CT,采用微焦点X线球管,分辨率达到微米级,可无损全息地再现物体内部的结构和材质的三维形态,在生命科学研究、医药学研究、材料学研究和产品探伤等领域得到广泛应用。本文在充分研究微型CT技术和机电一体化技术的基础上,开发了一套基于PLC的微型CT自动扫描系统,以满足生物医学实验对微型CT设备的需求。首先,本文研究了国内外微型CT技术和设备的历史发展和现状。根据生物医学实验的需求,提出开发一种微型CT自动扫描系统。同时研究了国内外机电一体化技术特别是数控技术和PLC技术的应用状况,验证了将微型CT进行自动化开发的可行性。其次,本文根据设计要求,对系统的总体方案进行了研究,确定了系统的机械运动方案,并确定了以PLC为控制核心、通过PC实现上位控制、以伺服电机和扫描仪器为执行单元的二级控制系统。再次,根据总体方案,对系统的机械结构进行了研究,具体设计了机械结构的各个零部件,实现了系统对机械结构以...
【文章来源】：华中科技大学湖北省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：69 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
微型CT基本组成结构
图 1.2 微型 CT 的两种基本结构：立式平板探测器 CT 系统（左）和机架式平板探测器 CT 系统（右）微型 CT 系统基本结构形式有两种，立式平板探测器 CT 系统和机架式平板探测器CT 系统。立式平板探测器 CT 系统结构如图 1.2 左图所示。被观测物体旋转，X 射线源和探测器保持固定。此种结构的缺点是扫描速度较慢，因此射线剂量较大。其优点是空间分辨率高，多用于离体标本扫描。机架式平板探测器 CT 系统结构如图 1.2 右图所示。被观测物体静止，X 射线源和探测器随机架旋转。其特点是扫描速度快，故射线剂量小但是空间分辨率较低，多用于活体动物扫描。虽然微型 CT 技术已经得到了很大的发展，但存在着一些缺点。比如时间分辨率的提高问题，即如何提高扫描速度；空间分辨率的提高，包括各种扫描技术问题、硬化伪影误差问题、环境振动伪差问题、生物体运动伪差问题等等。微型 CT 技术的未来发展方向包括了高对比度、超高分辨、快速实时和多模态成像等几个方面：a, 高对比度 CT 成像技术。包括相位衬度 CT 成像、K 缘减影 CT 成像、荧光减影CT 成像和散射 CT 成像。b, 超高分辨率 Micro-CT。如 X 射线显微 CT、核磁显微、高频超声、光学 CT 等。分辨范围覆盖 cm 到μm 量级，其中 X 射线显微 CT 分辨率最高。
扫描仪器相对于被观测物体的距离和位置（即扫描中心的位置）的调整方式要达到的目的是调整扫描仪器和被观测物体的相对位置，确保被观测对旋转运动的中心位置上。这是成像的关键，以防止扫描仪器相对于被观运动变成椭圆运动，造成成像精确度的障碍。活体动物扫描的属性要求，系统总体结构选择图 1.2 右所示的机架式平系统结构。系统的基本结构和运动形式见图 2.1。在该系统方案中，作为小鼠被麻醉或者固定在载物台上，保持静止状态。射线源和探测器固定在相对被观测物体布置安装，并随着滚筒环绕被观测物体旋转，实现扫描观测物体的旋转运动。另一方面，将安装了射线源和探测器的滚筒作为保持静止，在被观测物体长度方向上（即载物台纵向上）做直线运动，以描环位置。扫描中心的调整，则将载物台作为运动件，滚筒保持静止。通内的运动调整，获得理想的扫描中心，之后保持静止。扫描中心位置的调确定以后，在以后的实验中无需再度调整。这便是系统基本的运动形式。具有扫描速度快，射线剂量小的优点，多用于活体动物扫描。
【参考文献】：
期刊论文
[1]基于PLC的微型CT自动扫描系统[J]. 汤漾平,张振峰,冯清秀. 机电工程. 2010(09)
[2]微型CT中X射线散射影响[J]. 郭晓莲,唐智伟,张辉,胡广书. 清华大学学报(自然科学版). 2010(03)
[3]高分辨显微CT技术进展[J]. 桂建保,胡战利,周颖,郑海荣. CT理论与应用研究. 2009(02)
[4]基于X射线的小动物成像micro-CT系统[J]. 李昊,郭晓莲,唐智伟,张辉,胡广书. 清华大学学报(自然科学版). 2009(06)
[5]一种新的显微CT系统设计及实验研究[J]. 陈功,罗守华,董歌,于洁,刘俊秀,张蔚,沈宫建,余春兰. 中国医疗设备. 2009(04)
[6]CT技术发明的历史回顾[J]. 刘战存,王立军,吴继光. 首都师范大学学报(自然科学版). 2008(03)
[7]基于MSComm控件实现串行通信的方法[J]. 董红政,王忠勇,史晓鹏. 微计算机信息. 2007(27)
[8]VC编程中的消息机制及关键函数[J]. 胡昌林,李永军,卢海星,陶贵明. 微计算机信息. 2006(15)
[9]基于串口服务器的PLC与上位PC机的远程通讯设计[J]. 韩思亮,汤建新,马皓. 电气自动化. 2005(05)
[10]一种基于PLC的新型数控齿条插齿机[J]. 王君明,汤漾平,冯清秀. 组合机床与自动化加工技术. 2005(01)
本文编号：3303207
【文章来源】：华中科技大学湖北省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：69 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
微型CT基本组成结构
图 1.2 微型 CT 的两种基本结构：立式平板探测器 CT 系统（左）和机架式平板探测器 CT 系统（右）微型 CT 系统基本结构形式有两种，立式平板探测器 CT 系统和机架式平板探测器CT 系统。立式平板探测器 CT 系统结构如图 1.2 左图所示。被观测物体旋转，X 射线源和探测器保持固定。此种结构的缺点是扫描速度较慢，因此射线剂量较大。其优点是空间分辨率高，多用于离体标本扫描。机架式平板探测器 CT 系统结构如图 1.2 右图所示。被观测物体静止，X 射线源和探测器随机架旋转。其特点是扫描速度快，故射线剂量小但是空间分辨率较低，多用于活体动物扫描。虽然微型 CT 技术已经得到了很大的发展，但存在着一些缺点。比如时间分辨率的提高问题，即如何提高扫描速度；空间分辨率的提高，包括各种扫描技术问题、硬化伪影误差问题、环境振动伪差问题、生物体运动伪差问题等等。微型 CT 技术的未来发展方向包括了高对比度、超高分辨、快速实时和多模态成像等几个方面：a, 高对比度 CT 成像技术。包括相位衬度 CT 成像、K 缘减影 CT 成像、荧光减影CT 成像和散射 CT 成像。b, 超高分辨率 Micro-CT。如 X 射线显微 CT、核磁显微、高频超声、光学 CT 等。分辨范围覆盖 cm 到μm 量级，其中 X 射线显微 CT 分辨率最高。
扫描仪器相对于被观测物体的距离和位置（即扫描中心的位置）的调整方式要达到的目的是调整扫描仪器和被观测物体的相对位置，确保被观测对旋转运动的中心位置上。这是成像的关键，以防止扫描仪器相对于被观运动变成椭圆运动，造成成像精确度的障碍。活体动物扫描的属性要求，系统总体结构选择图 1.2 右所示的机架式平系统结构。系统的基本结构和运动形式见图 2.1。在该系统方案中，作为小鼠被麻醉或者固定在载物台上，保持静止状态。射线源和探测器固定在相对被观测物体布置安装，并随着滚筒环绕被观测物体旋转，实现扫描观测物体的旋转运动。另一方面，将安装了射线源和探测器的滚筒作为保持静止，在被观测物体长度方向上（即载物台纵向上）做直线运动，以描环位置。扫描中心的调整，则将载物台作为运动件，滚筒保持静止。通内的运动调整，获得理想的扫描中心，之后保持静止。扫描中心位置的调确定以后，在以后的实验中无需再度调整。这便是系统基本的运动形式。具有扫描速度快，射线剂量小的优点，多用于活体动物扫描。
【参考文献】：
期刊论文
[1]基于PLC的微型CT自动扫描系统[J]. 汤漾平,张振峰,冯清秀. 机电工程. 2010(09)
[2]微型CT中X射线散射影响[J]. 郭晓莲,唐智伟,张辉,胡广书. 清华大学学报(自然科学版). 2010(03)
[3]高分辨显微CT技术进展[J]. 桂建保,胡战利,周颖,郑海荣. CT理论与应用研究. 2009(02)
[4]基于X射线的小动物成像micro-CT系统[J]. 李昊,郭晓莲,唐智伟,张辉,胡广书. 清华大学学报(自然科学版). 2009(06)
[5]一种新的显微CT系统设计及实验研究[J]. 陈功,罗守华,董歌,于洁,刘俊秀,张蔚,沈宫建,余春兰. 中国医疗设备. 2009(04)
[6]CT技术发明的历史回顾[J]. 刘战存,王立军,吴继光. 首都师范大学学报(自然科学版). 2008(03)
[7]基于MSComm控件实现串行通信的方法[J]. 董红政,王忠勇,史晓鹏. 微计算机信息. 2007(27)
[8]VC编程中的消息机制及关键函数[J]. 胡昌林,李永军,卢海星,陶贵明. 微计算机信息. 2006(15)
[9]基于串口服务器的PLC与上位PC机的远程通讯设计[J]. 韩思亮,汤建新,马皓. 电气自动化. 2005(05)
[10]一种基于PLC的新型数控齿条插齿机[J]. 王君明,汤漾平,冯清秀. 组合机床与自动化加工技术. 2005(01)
本文编号：3303207
本文链接：https://www.wllwen.com/yixuelunwen/swyx/3303207.html
