21世紀(jì)以來,乳腺癌成為當(dāng)今女性發(fā)病率最高的癌癥。為診斷和治療這一疾病,靜態(tài)數(shù)字乳腺機(jī)孕育而生。本文在分析了國(guó)內(nèi)外當(dāng)前主流的乳腺CT機(jī)的優(yōu)劣勢(shì)后對(duì)光源系統(tǒng)進(jìn)行了改進(jìn),采用碳納米管作為靜態(tài)數(shù)字乳腺機(jī)場(chǎng)致發(fā)射的陰極材料。相比于傳統(tǒng)的單光源熱陰極結(jié)構(gòu)具有無延遲、工作溫度低、功耗低且響應(yīng)速度快等優(yōu)勢(shì)。該靜態(tài)數(shù)字乳腺機(jī)可提高探測(cè)器采集圖像的分辨率,曝光時(shí)間可控可減少病人受輻射劑量。首先對(duì)碳納米管的場(chǎng)致發(fā)射結(jié)構(gòu)和原理進(jìn)行介紹,分別介紹了基于干簧繼電器和IGBT的多光束X射線場(chǎng)致發(fā)射原理,并著重分析了該靜態(tài)數(shù)字乳腺機(jī)的掃描原理。然后對(duì)基于FPGA的靜態(tài)數(shù)字乳腺機(jī)時(shí)序控制系統(tǒng)進(jìn)行設(shè)計(jì),硬件電路設(shè)計(jì)模塊選用Altera公司的Cyclone IV EP4CE10F17C8N作為主控芯片,利用FPGA豐富的邏輯資源和IO接口完成了該乳腺機(jī)系統(tǒng)硬件模塊控制。硬件模塊控制著25個(gè)分布式碳納米管X射線單元按預(yù)先時(shí)序發(fā)射,可實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)控制探測(cè)器采集病灶體區(qū)域圖像。軟件部分分為主程序和測(cè)試程序兩部分設(shè)計(jì),采用Quartus Ⅱ作為開發(fā)平臺(tái),利用硬件描述語言Verilog HDL可實(shí)現(xiàn)控制靜態(tài)數(shù)字乳腺機(jī)數(shù)據(jù)的傳輸和交換、... 

【文章來源】：湖南大學(xué)湖南省 211工程院校 985工程院校 教育部直屬院校

【文章頁數(shù)】：75 頁

【學(xué)位級(jí)別】：碩士

【部分圖文】：

圖２．１碳納米管??

靜態(tài)數(shù)字乳腺機(jī)ＦＰＧＡ?xí)r序控制系統(tǒng)采川碳納米管材料作為發(fā)射源，陰極材??料部分利用集成技術(shù)進(jìn)行集成，可實(shí)現(xiàn)控制多路Ｘ脈沖射線按預(yù)定時(shí)序進(jìn)行動(dòng)態(tài)??掃描。圖２．２是靜態(tài)數(shù)字乳腺機(jī)多光束Ｘ射線源結(jié)構(gòu)圖。總體結(jié)構(gòu)包括碳納米管??陰極、陽極靶條和聚焦極，整個(gè)Ｘ射線脈沖源設(shè)備放置在特定的實(shí)驗(yàn)條件下（全??部真空）［２７】。陰極是由幾個(gè)電子發(fā)射模塊構(gòu)成的，每個(gè)電子發(fā)射單元由相對(duì)應(yīng)柵??極和聚焦極組成。其工作原理為：在與發(fā)射模塊相應(yīng)的柵極電壓的施加下，碳納??米管陰極持續(xù)地逸出電子，逸出的電子經(jīng)聚焦極以后在陽極靶條上產(chǎn)生相應(yīng)的匯??聚點(diǎn)進(jìn)而產(chǎn)生發(fā)射電流。所有電子發(fā)射源的陰極均同金屬氧化物半導(dǎo)體場(chǎng)效應(yīng)管??（ＭＯＳ管）的漏極相連。在外部對(duì)ＭＯＳ管施加導(dǎo)通電壓的同時(shí)，能夠在電子槍柵??極與陰極間產(chǎn)生閉合通路，進(jìn)而導(dǎo)致碳納米管陰極材料持續(xù)逸出電子，且經(jīng)過聚??焦極后形成Ｘ射線束，聚焦形成的Ｘ射線束通過預(yù)先設(shè)計(jì)的硬件模塊按照軟件??部分的設(shè)置時(shí)序可實(shí)現(xiàn)Ｘ脈沖信號(hào)可編程發(fā)射。??經(jīng)過ＦＰＧＡ可編程程序操控電子發(fā)射源相應(yīng)的柵極脈沖信號(hào)

２．２．１多光束Ｘ射線場(chǎng)致發(fā)射原理??基于ＦＰＧＡ的靜態(tài)數(shù)字乳腺機(jī)多光束Ｘ射線場(chǎng)致發(fā)射結(jié)構(gòu)是由多壁碳納米管??陰極、網(wǎng)狀柵極和銅靶三部分構(gòu)成的三極式電子槍結(jié)構(gòu)［２９１。場(chǎng)致發(fā)射結(jié)構(gòu)如圖２．３??所示。在三級(jí)式電子槍結(jié)構(gòu)中，網(wǎng)狀柵極和多壁碳納米管陰極之間產(chǎn)生電壓差觸??發(fā)電子槍發(fā)射電子。??多壁碳?，??納米管＞?３狀柵極?ｌ〇Ｔ７Ｔｏｒｒ？銅靶??＾?／｜』??￥?＾。＿獅??？?ｉ??襯底?｜探現(xiàn)ｎ器????放大器??Ｉ??示波器??＇Ｈ?＇??計(jì)算機(jī)??圖２．３三極式場(chǎng)致發(fā)射Ｘ射線源結(jié)構(gòu)??三級(jí)式電子槍中不同的網(wǎng)狀柵極和多壁碳納米管陰極之間電壓差可觸發(fā)產(chǎn)生??不同大小的發(fā)射電流，在電子槍內(nèi)部存在場(chǎng)致發(fā)射電壓臨界值，在網(wǎng)狀柵極電壓??形成的電場(chǎng)強(qiáng)度高于電壓臨界值時(shí)，多壁碳納米管材料內(nèi)部的電子能夠突破它的??勢(shì)壘表面而逸出。逸出的電子在陽極電壓的施加下速度逐漸增大而射向陽極靶，??激發(fā)形成Ｘ脈沖射線。Ｘ脈沖射線照射到病灶體區(qū)域上，通過平板探測(cè)器可采集??得到圖像，通過增設(shè)圖像放大裝置，將采集得到的圖像投影到計(jì)算機(jī)界面。??基于上述三極式場(chǎng)致發(fā)射Ｘ射線源結(jié)構(gòu)

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