Desktop CT และ 3D Scanner พร้อม Arduino: 12 ขั้นตอน (พร้อมรูปภาพ)

2025 ผู้เขียน: John Day | [email protected]. แก้ไขล่าสุด: 2025-01-23 15:12

By jbumsteadJon Bumsteadติดตามเพิ่มเติมโดยผู้เขียน:

เกี่ยวกับ: โครงการด้านแสง ดนตรี และอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ ค้นหาทั้งหมดบนเว็บไซต์ของฉัน: www.jbumstead.com ข้อมูลเพิ่มเติมเกี่ยวกับ jbumstead »

การตรวจเอกซเรย์คอมพิวเตอร์ (CT) หรือการตรวจเอกซเรย์คอมพิวเตอร์ (CAT) มักเกี่ยวข้องกับการถ่ายภาพร่างกาย เนื่องจากช่วยให้แพทย์สามารถมองเห็นโครงสร้างทางกายวิภาคภายในตัวผู้ป่วยได้โดยไม่ต้องทำการผ่าตัดใดๆ ในการสร้างภาพภายในร่างกายมนุษย์ เครื่องสแกน CT ต้องใช้รังสีเอกซ์เพราะรังสีจะต้องสามารถทะลุผ่านร่างกายได้ หากวัตถุมีลักษณะกึ่งโปร่งใส เป็นไปได้จริงที่จะทำการสแกน CT โดยใช้แสงที่มองเห็นได้! เทคนิคนี้เรียกว่า CT แบบออปติคัลซึ่งแตกต่างจากเทคนิคการถ่ายภาพด้วยแสงที่เป็นที่นิยมมากขึ้นซึ่งเรียกว่าเอกซ์เรย์เอกซ์เรย์ด้วยแสง

ในการรับการสแกน 3 มิติของวัตถุกึ่งโปร่งใส ฉันสร้างเครื่องสแกน CT แบบออปติคัลโดยใช้ Arduino Nano และ Nikon dSLR ผ่านไปครึ่งทางของโปรเจ็กต์ ฉันตระหนักว่าโฟโตแกรมเมทรี ซึ่งเป็นเทคนิคการสแกน 3 มิติอีกแบบหนึ่ง ต้องใช้ฮาร์ดแวร์ส่วนใหญ่เหมือนกับเครื่องสแกน CT แบบออปติคัล ในคำแนะนำนี้ ฉันจะพูดถึงระบบที่ฉันสร้างขึ้นซึ่งสามารถสแกน CT และโฟโตแกรมเมทรีได้ หลังจากได้ภาพมา ฉันมีขั้นตอนในการใช้ PhotoScan หรือ Matlab ในการคำนวณการสร้าง 3D ขึ้นใหม่

สำหรับคลาสเต็มรูปแบบเกี่ยวกับการสแกน 3 มิติ คุณสามารถดูคลาสผู้สอนได้ที่นี่

ฉันเพิ่งค้นพบเกี่ยวกับ Ben Krasnow ที่สร้างเครื่อง x-ray CT ด้วย Arduino ประทับใจ!

หลังจากโพสต์ มิคาลิส ออร์ฟานาคิสได้แชร์เครื่องสแกน CT แบบออปติคัลที่สร้างขึ้นเองซึ่งเขาได้รับรางวัลที่ 1 ในสาขาวิทยาศาสตร์บนเวทียุโรป 2017! อ่านความคิดเห็นด้านล่างสำหรับเอกสารฉบับเต็มเกี่ยวกับงานสร้างของเขา

แหล่งข้อมูลเกี่ยวกับออปติคัล CT:

ประวัติและหลักการของการตรวจเอกซเรย์คอมพิวเตอร์ด้วยแสงสำหรับการสแกนเครื่องวัดปริมาณรังสีสามมิติโดย S J Doran และ N Krstaji

การสร้างภาพสามมิติสำหรับ CCDcamera Optical Computed Tomography Scanner โดย Hannah Mary Thomas T สมาชิกนักศึกษา IEEE D Devakumar Paul B Ravindran

การโฟกัสออปติกของเครื่อง CCD optical tomography แบบลำแสงคู่ขนานสำหรับการวัดปริมาณรังสีเจล 3 มิติโดย Nikola Krstaji´c และ Simon J Doran

ขั้นตอนที่ 1: เอกซเรย์คอมพิวเตอร์และพื้นหลังโฟโตแกรมเมตรี

การสแกน CT ต้องใช้แหล่งกำเนิดรังสี (เช่น รังสีเอกซ์หรือแสง) ที่ด้านหนึ่งของวัตถุและเครื่องตรวจจับอีกด้านหนึ่ง ปริมาณรังสีที่ส่งไปยังเครื่องตรวจจับขึ้นอยู่กับความสามารถในการดูดซับของวัตถุ ณ ตำแหน่งใดตำแหน่งหนึ่ง ภาพเดียวที่ได้จากการตั้งค่านี้เพียงอย่างเดียวคือสิ่งที่สร้างเอ็กซ์เรย์ X-ray เป็นเหมือนเงา และมีข้อมูล 3D ทั้งหมดถูกฉายเป็นภาพ 2D เดียว ในการสร้าง 3D ขึ้นใหม่ เครื่องสแกน CT จะได้รับการสแกนด้วย X-ray ในหลาย ๆ มุมโดยการหมุนวัตถุหรืออาร์เรย์เครื่องตรวจจับต้นทาง

ภาพที่รวบรวมโดยเครื่องสแกน CT เรียกว่า ซิโนแกรม และแสดงการดูดกลืนรังสีเอกซ์ผ่านชิ้นเดียวของร่างกายเทียบกับมุม การใช้ข้อมูลนี้ สามารถรับภาพตัดขวางของวัตถุได้โดยใช้การดำเนินการทางคณิตศาสตร์ที่เรียกว่าการแปลงเรดอนผกผัน สำหรับรายละเอียดทั้งหมดเกี่ยวกับวิธีการทำงาน โปรดดูวิดีโอนี้

ใช้หลักการเดียวกันนี้กับเครื่องสแกน CT แบบออปติคัลที่มีกล้องทำหน้าที่เป็นเครื่องตรวจจับและอาร์เรย์ LED ทำหน้าที่เป็นแหล่งกำเนิด ส่วนที่สำคัญอย่างหนึ่งของการออกแบบคือรังสีของแสงที่เลนส์รวบรวมไว้จะขนานกันเมื่อเดินทางผ่านวัตถุ กล่าวอีกนัยหนึ่ง เลนส์ควรเป็นแบบ Telecentric

Photogrammetry ต้องการให้วัตถุสว่างจากด้านหน้า แสงสะท้อนจากวัตถุและถูกรวบรวมโดยกล้อง สามารถใช้หลายมุมมองเพื่อสร้างแผนที่ 3 มิติของพื้นผิวของวัตถุในอวกาศ

ในขณะที่โฟโตแกรมเมทรีช่วยให้สามารถทำโปรไฟล์พื้นผิวของวัตถุได้ การสแกน CT ช่วยให้สามารถสร้างโครงสร้างภายในของวัตถุขึ้นใหม่ได้ ข้อเสียที่สำคัญสำหรับ CT แบบออปติคัลคือคุณสามารถใช้วัตถุกึ่งโปร่งใสสำหรับการถ่ายภาพเท่านั้น (เช่น ผลไม้ กระดาษทิชชู่ กัมมี่แบร์ เป็นต้น) ในขณะที่โฟโตแกรมเมทรีสามารถใช้ได้กับวัตถุส่วนใหญ่ นอกจากนี้ยังมีซอฟต์แวร์ขั้นสูงกว่ามากสำหรับโฟโตแกรมเมทรี ดังนั้นการสร้างใหม่จึงดูน่าทึ่ง

ขั้นตอนที่ 2: ภาพรวมระบบ

ฉันใช้กล้อง Nikon D5000 ที่มีเลนส์ทางยาวโฟกัส 50 มม. f/1.4 สำหรับการถ่ายภาพด้วยสแกนเนอร์ เพื่อให้ได้ภาพแบบ Telecentric เลนส์ถูกหยุดลงที่ f/11 หรือ f/16 เพื่อเพิ่มระยะชัดลึก

กล้องถูกควบคุมโดยใช้รีโมทชัตเตอร์ที่เชื่อมต่อกล้องกับ Arduino Nano กล้องติดตั้งกับโครงสร้าง PVC ที่เชื่อมต่อกับกล่องดำที่ยึดวัตถุที่จะสแกนและอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์

สำหรับการสแกน CT วัตถุจะส่องสว่างจากด้านหลังด้วยอาร์เรย์ LED กำลังสูง ปริมาณแสงที่กล้องเก็บรวบรวมขึ้นอยู่กับปริมาณที่วัตถุดูดกลืน สำหรับการสแกน 3 มิติ วัตถุจะส่องสว่างจากด้านหน้าโดยใช้อาร์เรย์ LED ที่สามารถระบุตำแหน่งได้ซึ่งควบคุมด้วย Arduino วัตถุถูกหมุนโดยใช้สเต็ปเปอร์มอเตอร์ ซึ่งควบคุมโดยใช้สะพาน H (L9110) และ Arduino

ในการปรับพารามิเตอร์ของการสแกน ฉันออกแบบเครื่องสแกนด้วยหน้าจอ LCD โพเทนชิโอมิเตอร์สองตัว และปุ่มกดสองปุ่ม โพเทนชิโอมิเตอร์ใช้เพื่อควบคุมจำนวนภาพถ่ายในการสแกนและเวลาเปิดรับแสง และปุ่มกดจะทำหน้าที่เป็นปุ่ม "Enter" และปุ่ม "รีเซ็ต" หน้าจอ LCD จะแสดงตัวเลือกสำหรับการสแกน จากนั้นสถานะปัจจุบันของการสแกนเมื่อเริ่มดำเนินการ

หลังจากวางตำแหน่งตัวอย่างสำหรับการสแกน CT หรือ 3D แล้ว สแกนเนอร์จะควบคุมกล้อง ไฟ LED และมอเตอร์โดยอัตโนมัติเพื่อรับภาพทั้งหมด จากนั้นรูปภาพจะใช้สำหรับสร้างโมเดล 3 มิติของวัตถุขึ้นใหม่โดยใช้ Matlab หรือ PhotoScan

ขั้นตอนที่ 3: รายการวัสดุสิ้นเปลือง

อิเล็กทรอนิกส์:

• Arduino นาโน
• สเต็ปเปอร์มอเตอร์ (3.5V, 1A)
• สะพาน H L9110
• จอ LCD 16x2
• 3X 10k โพเทนชิโอมิเตอร์
• ปุ่มกด 2X
• ตัวต้านทาน 220ohm
• ตัวต้านทาน 1kohm
• แหล่งจ่ายไฟ 12V 3A
• ตัวแปลงบั๊ก
• เต้ารับไฟฟ้าตัวเมีย
• ปลั๊กกระบอกไฟ
• สายต่อ Micro USB
• สวิตช์ไฟ
• ลูกบิดโพเทนชิออมิเตอร์
• ความขัดแย้งของ PCB
• บอร์ดต้นแบบ
• ลวดพันลวด
• เทปพันสายไฟ

กล้องและแสง:

• กล้อง ผมใช้ Nikon D5000 dSLR
• เลนส์เดี่ยว (ทางยาวโฟกัส = 50 มม.)
• ตัวขยายท่อ
• Achromatic doublet (ทางยาวโฟกัส = 180 มม.)
• รีโมทชัตเตอร์
• แอดเดรสแถบ LED
• Utilitech pro 1-lumen ไฟ LED แบบพกพา
• กระดาษกระจายแสง

กล่องไฟ:

• 2x 26cmx26cm ไม้อัดหนา ¼ นิ้ว
• 2x 30cmx26cm ไม้อัดหนา ¼ นิ้ว
• 1x 30cmx25cm ไม้อัดหนา ½ นิ้ว
• แท่งเดือยขนาดเส้นผ่านศูนย์กลาง 2x ½นิ้ว
• ข้อต่อ PVC รูปตัว L 8x เส้นผ่านศูนย์กลาง ½ นิ้ว
• ข้อต่อ PVC รูปตัว T 8x เส้นผ่านศูนย์กลาง ½ นิ้ว
• ปลอกพีวีซี 1x เส้นผ่านศูนย์กลาง ½ นิ้ว
• ไม้สน 4 ฟุต 1x2
• แผ่นอลูมิเนียมบาง
• กระดานโปสเตอร์สีดำ
• น็อตและสลักเกลียว
• ฤดูใบไม้ผลิ

เครื่องมือ:

• หัวแร้ง
• สว่านไฟฟ้า
• เครื่องมือพันลวด
• เดรเมล
• จิ๊กซอว์
• เครื่องตัดลวด
• กรรไกร
• เทป

ขั้นตอนที่ 4: การออกแบบกล่องและการติดตั้ง 3 มิติ

รางวัลใหญ่ใน Epilog Challenge 9