Computer CT și scaner 3D cu Arduino: 12 pași (cu imagini)

2024 Autor: John Day | [email protected]. Modificat ultima dată: 2024-01-30 11:45

De jbumstead Jon Bumstead Urmăriți mai multe de la autor:

Despre: Proiecte de lumină, muzică și electronică. Găsiți-le pe toate pe site-ul meu: www.jbumstead.com Mai multe despre jbumstead »

Tomografia computerizată (CT) sau tomografia axială computerizată (CAT) este cel mai adesea asociată cu imagistica corpului, deoarece permite clinicienilor să vadă structura anatomică din interiorul pacientului fără a fi nevoie să facă nicio intervenție chirurgicală. Pentru a imagina în interiorul corpului uman, un scaner CT necesită raze X, deoarece radiația trebuie să poată pătrunde prin corp. Dacă obiectul este semitransparent, este posibil să efectuați scanarea CT utilizând lumina vizibilă! Tehnica se numește CT optică, care este diferită de cea mai populară tehnică de imagistică optică cunoscută sub numele de tomografie cu coerență optică.

Pentru a achiziționa scanări 3D de obiecte semi-transparente, am construit un scaner CT optic folosind un Arduino Nano și Nikon dSLR. La jumătatea proiectului, mi-am dat seama că fotogrametria, o altă tehnică de scanare 3D, necesită o mare parte din același hardware ca un scaner CT optic. În acest instructable, voi trece peste sistemul pe care l-am construit, care este capabil de scanare CT și fotogrametrie. După achiziționarea de imagini, am pași cu privire la utilizarea PhotoScan sau Matlab pentru calculul reconstrucțiilor 3D.

Pentru o clasă completă de scanare 3D, puteți consulta clasa instructabile aici.

Am aflat recent despre Ben Krasnow construit un aparat CT cu raze X cu un Arduino. Impresionant!

După postare, Michalis Orfanakis și-a împărtășit scanerul CT optic construit de casă, pentru care a câștigat premiul I la Știința pe scena Europei 2017! Citiți comentariile de mai jos pentru documentația completă despre versiunea sa.

Resurse pentru CT optic:

Istoria și principiile tomografiei computerizate optice pentru scanarea dozimetrelor de radiații 3-D de S J Doran și N Krstaji

Reconstrucție tridimensională a imaginii pentru scanerul de tomografie computerizată computerizată bazată pe camera CCD de Hannah Mary Thomas T, membru student, IEEE, D Devakumar, Paul B Ravindran

Optica de focalizare a unui aparat de tomografie optică CCD cu fascicul paralel pentru dozimetria gelului cu radiații 3D de Nikola Krstaji´c și Simon J Doran

Pasul 1: Tomografie computerizată și fundal de fotogrametrie

Scanarea CT necesită o sursă de radiații (de exemplu, raze X sau lumină) pe o parte a unui obiect și detectoare pe cealaltă parte. Cantitatea de radiație care ajunge la detector depinde de cât de absorbant este obiectul într-o anumită locație. O singură imagine dobândită doar cu această configurare este ceea ce produce o raze X. O radiografie este ca o umbră și are toate informațiile 3D proiectate într-o singură imagine 2D. Pentru a face reconstrucții 3D, un scaner CT achiziționează scanări cu raze X pe mai multe unghiuri, fie rotind obiectul, fie matricea sursă-detector.

Imaginile colectate de un scaner CT se numesc sinograme și afișează absorbția razelor X printr-o felie de corp față de unghi. Folosind aceste date, o secțiune transversală a obiectului poate fi dobândită utilizând o operație matematică numită transformată inversă de radon. Pentru detalii complete despre cum funcționează această operațiune, consultați acest videoclip.

Același principiu este aplicat și pentru scanerul CT optic cu o cameră care acționează ca detector și o gamă de LED-uri care acționează ca sursă. Una dintre părțile importante ale designului este că razele de lumină care sunt colectate de lentile sunt paralele atunci când călătoresc prin obiect. Cu alte cuvinte, obiectivul ar trebui să fie telecentric.

Fotogrametria necesită iluminarea obiectului din față. Lumina este reflectată de obiect și este colectată de cameră. Vizualizări multiple pot fi folosite pentru a crea o mapare 3D a suprafeței unui obiect în spațiu.

În timp ce fotogrametria permite profilarea suprafeței unui obiect, scanarea CT permite reconstrucția structurii interne a obiectelor. Dezavantajul major pentru CT optic este că puteți utiliza numai obiecte semi-transparente pentru imagistică (de exemplu, fructe, hârtie de țesut, urși gummie etc.), în timp ce fotogrametria poate funcționa pentru majoritatea obiectelor. Mai mult, există software mult mai avansat pentru fotogrametrie, astfel încât reconstrucțiile arată incredibil.

Pasul 2: Prezentare generală a sistemului

Am folosit un Nikon D5000 cu un obiectiv de 50 mm distanță focală f / 1.4 pentru imagistica cu scanerul. Pentru a realiza imagistica telecentrică, am folosit un dublu acromatic de 180 mm separat de obiectivul de 50 mm cu un extensor cu tub. Obiectivul a fost oprit până la f / 11 sau f / 16 pentru a crește adâncimea de câmp.

Camera a fost controlată folosind o telecomandă cu declanșator care conectează camera la un Arduino Nano. Camera este montată pe o structură din PVC care se conectează la o cutie neagră care ține obiectul de scanat și electronice.

Pentru scanarea CT, obiectul este iluminat din spate cu o matrice de LED-uri de mare putere. Cantitatea de lumină colectată de cameră depinde de cât de mult este absorbit de obiect. Pentru scanarea 3D, obiectul este iluminat din față folosind o matrice de LED-uri adresabile care este controlată cu Arduino. Obiectul este rotit folosind un motor pas cu pas, care este controlat folosind un pod H (L9110) și Arduino.

Pentru a regla parametrii scanării, am proiectat scanerul cu un ecran LCD, două potențiometre și două butoane. Potențiometrele sunt utilizate pentru a controla numărul de fotografii din scanare și timpul de expunere, iar butoanele funcționează ca un buton „enter” și un buton „reset”. Ecranul LCD afișează opțiuni pentru scanare, apoi starea curentă a scanării odată ce începe achiziția.

După poziționarea probei pentru o scanare CT sau 3D, scanerul controlează automat camera, LED-urile și motorul pentru a obține toate imaginile. Imaginile sunt apoi utilizate pentru reconstituirea unui model 3D al obiectului folosind Matlab sau PhotoScan.

Pasul 3: Lista de aprovizionare

Electronică:

• Arduino Nano
• Motor pas cu pas (3.5V, 1A)
• Podul H L9110
• Ecran LCD 16x2
• Potențiometre 3X 10k
• Butoane 2X
• Rezistor 220ohm
• Rezistor de 1 kohm
• Alimentare 12V 3A
• Convertor Buck
• Mufă de alimentare feminină
• Ștecher electric
• Cablu prelungitor micro USB
• Întrerupător
• Butoane pentru potențiometru
• Standoffs PCB
• Placă prototip
• Sârmă de sârmă
• Bandă electrică

Camera și iluminatul:

• O cameră, am folosit un Nikon D5000 dSLR
• Obiectiv primar (distanță focală = 50mm)
• Extensor tub
• Dublet acromatic (distanță focală = 180mm)
• Declanșator la distanță
• Benzi LED adresabile
• Lumină portabilă LED cu 1 lumen Utilitech pro
• Hârtie pentru difuzarea luminii

Caseta de lumina:

• Placaj de 2x 26cmx26cm ¼ inch grosime
• Placaj de 2x 30cmx26cm ¼ inch grosime
• Placaj 1x 30cmx25cm ½ inch grosime
• 2x ½ inch diametru tije diblu
• 8x Îmbinări din PVC în formă de L diametru ½ inch
• 8x îmbinări din PVC în formă de T diametru ½ inch
• 1x pelerină din PVC ½ inch diametru
• 4 picioare 1x2 pin
• Foaie subțire de aluminiu
• Afiș negru
• Piulițe și șuruburi
• Arc

Instrumente:

• Ciocan de lipit
• Burghiu electric
• Instrument de înfășurare a firelor
• Dremel
• Jigsaw
• Freze de sârmă
• Foarfece
• Bandă

Pasul 4: Proiectare cutie și suporturi 3D

Marele premiu în Epilog Challenge 9