本文關(guān)鍵詞：口腔CT控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

【摘要】：口腔健康是反映人類健康的一面鏡子,世界衛(wèi)生組織把其列為人體健康的十大標(biāo)準(zhǔn)之一。目前我國(guó)越來越多的民眾也開始認(rèn)識(shí)到口腔健康的重要性。而我國(guó)已開始進(jìn)入老齡化階段,口腔疾病的發(fā)展趨勢(shì)也有所改變。在第三次全國(guó)口腔健康流行病學(xué)調(diào)查顯示,我國(guó)5歲兒童乳牙患齲齒病率為66.0%,中年人患齲齒病率為88.1%,牙周健康率為14.5%,牙齒缺失率為37.0%；老年人患齲齒病率為98.4%,牙周健康率為14.1%,牙齒缺失率86.1%。由此可見我國(guó)齲齒病發(fā)病率比較高,影響人們的正常生活,但該類病是可以早期預(yù)防的,若早期預(yù)防可以減少30%的發(fā)病率,并且治療費(fèi)用也只要10%左右。 在口腔疾病的預(yù)防中,口腔診斷是必經(jīng)手段。隨著現(xiàn)代醫(yī)療器械技術(shù)的發(fā)展,不斷涌現(xiàn)出新的診斷技術(shù),為口腔疾病診斷提供了許多有力的工具。在X射線診斷領(lǐng)域有口腔牙片機(jī)、口腔全景機(jī)以及口腔CT等。其中,以口腔CT的診斷最為準(zhǔn)確。口腔CT能夠從三維(軸位、冠狀位和矢狀位)對(duì)口腔組織情況進(jìn)行準(zhǔn)確的反映,能夠發(fā)現(xiàn)牙片機(jī)和全景牙科機(jī)無法看到的病變；這對(duì)于多數(shù)口腔醫(yī)生來說,利用口腔CT獲取高分辨率三維圖像是診斷治療較為理想的技術(shù)手段。另外,口腔CT還可以協(xié)助醫(yī)生進(jìn)行術(shù)前方案設(shè)計(jì)和術(shù)后療效評(píng)價(jià),因此,口腔CT在口腔整形、口腔種植領(lǐng)域有著廣泛的應(yīng)用。而傳統(tǒng)CT機(jī)由于放射劑量大、體積大、成本高等缺點(diǎn)限制了在口腔醫(yī)學(xué)領(lǐng)域中的應(yīng)用。所以,具有輻射劑量低、成本低、占地面積小、操作方便且易于維護(hù)等優(yōu)點(diǎn)的口腔CT逐漸取代傳統(tǒng)CT在口腔領(lǐng)域的地位�？谇籆T屬于�？圃O(shè)備,性價(jià)比相對(duì)較低,目前在我國(guó)基本只在部分大醫(yī)院才得以裝配,不利于我國(guó)基層醫(yī)療水平的提高。 自20世紀(jì)末歐洲和日本設(shè)計(jì)出第一臺(tái)口腔CT以來,口腔CT進(jìn)入一個(gè)飛速發(fā)展的階段,開始廣泛應(yīng)用于臨床,目前國(guó)外的口腔CT技術(shù)已經(jīng)相對(duì)成熟。由于技術(shù)門檻高,國(guó)內(nèi)市場(chǎng)只能依賴進(jìn)口。國(guó)內(nèi)口腔CT的研發(fā)起步晚,而且我國(guó)工業(yè)基礎(chǔ)相對(duì)差,相關(guān)的核心部件跟不上國(guó)外水平,目前國(guó)內(nèi)只有有少數(shù)研究單位在研制口腔CT,但國(guó)產(chǎn)口腔CT尚未上市。 從原理上講,口腔CT是錐形束CT(cone beam CT,CBCT)成像技術(shù)的一種具體應(yīng)用。在重建算法上多采用Feldkamp、Dewis、Kress提出的錐形軌跡為單圓的重建方法即FDK算法。由于該算法數(shù)學(xué)理論和計(jì)算過程均相對(duì)簡(jiǎn)單,便于硬件加速和并行運(yùn)算的實(shí)施,機(jī)械機(jī)構(gòu)容易實(shí)現(xiàn),因此該算法在CBCT中獲得了廣泛的應(yīng)用�？谇籆T的成像原理和傳統(tǒng)CT成像原理類似,但是CBCT所獲取的是二維投影數(shù)據(jù),對(duì)應(yīng)使用的是二維平板探測(cè)器,而傳統(tǒng)CT得到的是一維數(shù)據(jù),對(duì)應(yīng)使用的是線狀探測(cè)器。 從結(jié)構(gòu)上講,口腔CT具有臥式、坐式和立式,不管是哪一種形式,都包含有平板探測(cè)器、高壓發(fā)生器、X射線管以及旋轉(zhuǎn)機(jī)械結(jié)構(gòu)等關(guān)鍵部件,并且其掃描方式都是不變的。 高精度的機(jī)械裝置、掃描系統(tǒng)的協(xié)同控制、平板探測(cè)器的幾何校正等是研發(fā)口腔CT系統(tǒng)必須解決的關(guān)鍵技術(shù)問題。 本文針對(duì)這些關(guān)鍵技術(shù)問題,做了以下工作： 1、平板探測(cè)器的實(shí)驗(yàn)校正 為了保證平板探測(cè)器采集投影圖像的質(zhì)量,通過實(shí)驗(yàn)對(duì)平板探測(cè)器的穩(wěn)定性、線性一致性和信噪比進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)校正。 2、實(shí)現(xiàn)了平板探測(cè)器、高壓發(fā)生器和機(jī)架旋轉(zhuǎn)三者之間的同步控制。 (1).平板探測(cè)器的控制時(shí)序的分析。在了解平板探測(cè)器的結(jié)構(gòu)以及成像原理的基礎(chǔ)之上,通過實(shí)驗(yàn),分析平板探測(cè)器控制接口的控制時(shí)序。結(jié)合實(shí)際應(yīng)用,本文選擇了10Hz的圖像采集速率。 (2).高壓發(fā)生器的控制時(shí)序以及通信協(xié)議的分析。應(yīng)用Fluke的mAX射線測(cè)設(shè)備和示波器捕捉高壓輸出信號(hào),分析X射線輸出脈沖寬度和頻率,確定高壓發(fā)生器的控制時(shí)序。利用串口調(diào)試助手和虛擬串口對(duì)串口信號(hào)進(jìn)行檢測(cè)對(duì)比,確定高壓發(fā)生器的通信協(xié)議。 在平板探測(cè)器和高壓發(fā)生器控制時(shí)序的分析和實(shí)驗(yàn)的基礎(chǔ)上,實(shí)現(xiàn)了探測(cè)器圖像采集和高壓發(fā)生器脈沖出射束的同步控制。 (3).平板探測(cè)、高壓發(fā)生器和機(jī)架旋轉(zhuǎn)三者之間的同步控制。 在機(jī)架旋轉(zhuǎn)的的控制中,本設(shè)計(jì)通過分析比較選擇了累積誤差為0的步進(jìn)電機(jī)。為了提高步進(jìn)電機(jī)的控制精度,步進(jìn)電機(jī)的控制采用硬件驅(qū)動(dòng)器進(jìn)行細(xì)分,通過調(diào)節(jié)頻率來控制步進(jìn)電機(jī)的速度。由于,步進(jìn)電機(jī)自身原因,在啟動(dòng)和停止的過程中會(huì)出現(xiàn)震動(dòng)、過沖等不平穩(wěn)的運(yùn)動(dòng)現(xiàn)象,這嚴(yán)重影響系統(tǒng)的穩(wěn)定性和口腔CT的成像質(zhì)量。為了達(dá)到電機(jī)的平滑啟停,本文在步進(jìn)電機(jī)的啟停軟件設(shè)計(jì)中采用了步進(jìn)電機(jī)加減速算法。步進(jìn)電機(jī)加減速算法目前有直線型加減速算法,指數(shù)型加減速算法、7分段S型曲線加減速算法。本設(shè)計(jì)采用的是S型曲線算法,該算法并不是用7分段的方法擬合,而是采用余弦函數(shù)進(jìn)行擬合,通過實(shí)際的應(yīng)用,修正后得到S型擬合曲線。在機(jī)架控制平穩(wěn)的情況下,才能通過光柵反饋信號(hào)來實(shí)現(xiàn)口腔CT機(jī)架、平板探測(cè)器以及高壓發(fā)生器的同步控制。 最后,在上述分析和實(shí)驗(yàn)的基礎(chǔ)上,設(shè)計(jì)出實(shí)現(xiàn)了平板探測(cè)器、高壓發(fā)生器和機(jī)架旋轉(zhuǎn)三者之間的同步控制方案,并根據(jù)方案設(shè)計(jì)了電路原理圖,制作相應(yīng)的電路板。該同步控制方案使用Altera公司生產(chǎn)的FPGA芯片EP4CE15F256為控制系統(tǒng)的核心芯片。由于電機(jī)是大電流設(shè)備,高壓發(fā)生器是高壓設(shè)備,探測(cè)器是貴重物品,所以在各個(gè)部件的控制接口處采用光耦進(jìn)行隔離。本設(shè)計(jì)方案還使用了兩個(gè)串口用于通信,一個(gè)串口用于和圖像工作站的通信,一個(gè)串口用于對(duì)高壓發(fā)生器參數(shù)的設(shè)定和狀態(tài)的監(jiān)測(cè)。為了實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)掃描的協(xié)調(diào),設(shè)計(jì)采用光柵尺進(jìn)行角度的反饋,利用FPGA讀取反饋信號(hào),并將該信號(hào)作為系統(tǒng)的一個(gè)同步信號(hào)。另外,系統(tǒng)外部電路還設(shè)計(jì)有用于交互的按鍵和顯示功能。由于,使用的是FPGA作為控制核心,在其中嵌入32位處理器Nios II,大大提高了FPGA的控制性能,并且FPGA還能將許多邏輯芯片集成在芯片內(nèi)部,有效的簡(jiǎn)化了電路,軟件設(shè)計(jì)也更加靈活。 3、設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)了同步控制方案的相關(guān)軟件,主要包括： 1.FPGA軟件設(shè)計(jì)。該軟件包含探測(cè)器控制時(shí)序、高壓發(fā)生器時(shí)序、步進(jìn)電機(jī)加減速模塊以及Nios II內(nèi)核的定制等模塊。其中,步進(jìn)電機(jī)加減速采用的S型曲線算法擬合出來的參數(shù)有MATLAB生成,存儲(chǔ)在FPGA生成的ROM中,系統(tǒng)運(yùn)行過程中,通過讀取ROM中的數(shù)據(jù)來改變步進(jìn)電機(jī)的分頻數(shù),以此來達(dá)到對(duì)電機(jī)加減速的控制。 2.在Nios II軟件設(shè)計(jì)中。該軟件設(shè)定了同步控制系統(tǒng)獨(dú)有的通信協(xié)議,另外,以及串口通信模塊、定時(shí)器模塊的調(diào)用和按鍵顯示等交互模塊。 3.上位機(jī)軟件的設(shè)計(jì)。該軟件包含了串口通信類和串口通信協(xié)議函數(shù)的編寫。用于高壓發(fā)生器參數(shù)的設(shè)定以及高壓發(fā)生器狀態(tài)的檢測(cè)。本上位機(jī)軟件設(shè)計(jì)的一個(gè)重點(diǎn)在于圖像數(shù)據(jù)采集部分的軟件設(shè)計(jì),圖像采集部分的函數(shù)雖然使用的是探測(cè)器自帶的開發(fā)包,但是需要根據(jù)實(shí)際需求進(jìn)行裁剪,比如采集圖像大小的選擇,采集圖像預(yù)處理方式選擇,采集圖像的實(shí)時(shí)存儲(chǔ)等,同時(shí)還要能與控制系統(tǒng)協(xié)同運(yùn)行。 本設(shè)計(jì)完成了以后,進(jìn)行了相關(guān)的實(shí)驗(yàn)和調(diào)試。對(duì)于平板探測(cè)器的實(shí)驗(yàn),利用該控制系統(tǒng)獲取平板探測(cè)器不同模式下的采集速率和采集脈寬；對(duì)于同步時(shí)序的實(shí)驗(yàn),利用示波器捕捉分析系統(tǒng)輸出的控制脈沖；對(duì)于通信協(xié)議的實(shí)驗(yàn),通過串口調(diào)試助手和虛擬串口檢測(cè)串口控制狀態(tài)；同時(shí)利用X射線測(cè)試設(shè)備檢測(cè)X射線源的輸出狀況。整個(gè)系統(tǒng)經(jīng)過合理調(diào)試后,將上位機(jī)軟件和圖像工作站的圖像處理軟件整合,并且在實(shí)驗(yàn)過程中運(yùn)行良好： 本研究從口腔CT各個(gè)關(guān)鍵部件著手,經(jīng)過綜合分析和實(shí)際實(shí)驗(yàn)操作,設(shè)計(jì)出了控制方案,并制作了相應(yīng)的電路板,最終配合機(jī)械結(jié)構(gòu)聯(lián)機(jī)調(diào)試,與圖像處理軟件相結(jié)合,完成了口腔CT功能樣機(jī)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)。但該控制系統(tǒng)在穩(wěn)定性、電磁兼容性方等方面尚需要進(jìn)一步實(shí)驗(yàn)。
【關(guān)鍵詞】：口腔CT 同步控制 平板探測(cè)器 Nios Ⅱ
【學(xué)位授予單位】：南方醫(yī)科大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2013
【分類號(hào)】：R814.42
【目錄】：

• 摘要3-8
• ABSTRACT8-18
• 第一章 緒論18-24
• 1.1 課題背景及研究意義18-21
• 1.2 國(guó)內(nèi)外現(xiàn)狀21-23
• 1.2.1 國(guó)外研究現(xiàn)狀21-22
• 1.2.2 國(guó)內(nèi)研究現(xiàn)狀22-23
• 1.3 課題的來源及研究?jī)?nèi)容23-24
• 1.3.1 課題來源23
• 1.3.2 課題研究?jī)?nèi)容23-24
• 第二章 口腔CT系統(tǒng)原理24-30
• 2.1 口腔CT重建算法24-25
• 2.2 口腔CT原理過程25-27
• 2.3 口腔CT的機(jī)械結(jié)構(gòu)和掃描方式27-28
• 2.4 口腔CT控制系統(tǒng)的分析28-30
• 第三章 探測(cè)器分析30-42
• 3.1 探測(cè)器組成原理及性能分析30-34
• 3.2 探測(cè)器校正34-39
• 3.2.1 穩(wěn)定性35-36
• 3.2.2 線性一致性36-37
• 3.2.3 信噪比37-39
• 3.3 探測(cè)器時(shí)序分析39-42
• 第四章 高壓發(fā)生器42-48
• 4.1 高壓發(fā)生器原理42-45
• 4.2 高壓發(fā)生器的控制45-48
• 第五章 步進(jìn)電機(jī)控制48-56
• 5.1 步進(jìn)電機(jī)原理48-51
• 5.2 步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)參數(shù)及控制信號(hào)51-52
• 5.3 步進(jìn)電機(jī)加減速算法研究52-56
• 第六章 口腔CT控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)56-70
• 6.1 方案的選擇56-57
• 6.2 硬件系統(tǒng)設(shè)計(jì)57-58
• 6.3 同曝光控制硬件設(shè)計(jì)58-59
• 6.4 控制系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)59-70
• 6.4.1 高壓發(fā)生器和探測(cè)脈沖控制軟件設(shè)計(jì)59-60
• 6.4.2 步進(jìn)電機(jī)控制模塊軟件設(shè)計(jì)60-61
• 6.4.3 系統(tǒng)軟件頂層模塊設(shè)計(jì)61-62
• 6.4.4 NiosⅡ內(nèi)核軟件設(shè)計(jì)62-63
• 6.4.5 平板探測(cè)的校正控制軟件設(shè)計(jì)63-64
• 6.4.6 系統(tǒng)幾何校正軟件設(shè)計(jì)64-65
• 6.4.7 系統(tǒng)掃描模式控制軟件設(shè)計(jì)65-66
• 6.4.8 串口通信66-67
• 6.4.9 上位機(jī)軟件設(shè)計(jì)67-70
• 第七章 實(shí)驗(yàn)結(jié)果70-74
• 7.1 步進(jìn)電機(jī)仿真結(jié)果70-71
• 7.2 實(shí)際運(yùn)行采集的結(jié)果71-72
• 7.3.上位機(jī)軟件調(diào)試結(jié)果72-74
• 第八章 總結(jié)與展望74-75
• 參考文獻(xiàn)75-79
• 研究生期間成果79-80
• 致謝80-81

【相似文獻(xiàn)】

中國(guó)期刊全文數(shù)據(jù)庫 前10條

1 胡益斌;如何選購(gòu)直接數(shù)字化X射線攝影機(jī)[J];醫(yī)療設(shè)備信息;2004年10期

2 李濤;CR與DR的比較[J];醫(yī)療設(shè)備信息;2004年11期

3 金潔;陳嘉敏;尤曉明;李維姣;;平板X射線真雙能透視技術(shù)在安檢領(lǐng)域的應(yīng)用[J];警察技術(shù);2011年01期

4 孫凱;楊斌;高天科;;基于原有DR系統(tǒng)升級(jí)方案的討論[J];中國(guó)醫(yī)學(xué)裝備;2011年02期

5 魯雯,張兆臣,孫勇,李征;全數(shù)字化平板血管造影新技術(shù)的研究與探討[J];中國(guó)醫(yī)學(xué)裝備;2005年08期

6 章云軍;陳瑞生;范良好;王智廷;;平板探測(cè)器血管造影機(jī)冠脈造影患者吸收劑量研究[J];浙江預(yù)防醫(yī)學(xué);2006年04期

7 ;影像科技成就生命希望——佳能醫(yī)療新品以核心影像技術(shù)推動(dòng)醫(yī)療事業(yè)發(fā)展[J];中國(guó)醫(yī)院管理;2009年06期

8 王林;;立柱式單平板探測(cè)器DR在特殊檢查部位的應(yīng)用[J];臨床放射學(xué)雜志;2010年09期

9 吳萌;;飛利浦心血管造影機(jī)的保養(yǎng)[J];中國(guó)醫(yī)療設(shè)備;2010年12期

10 S.Wirth;M.Treitl;M.F.Reiser;M.K銉r(jià)ner;孫志超;;針樣結(jié)構(gòu)和常規(guī)存儲(chǔ)熒光系統(tǒng)與平板探測(cè)器在不同劑量骨骼攝片中的性能比較[J];國(guó)際醫(yī)學(xué)放射學(xué)雜志;2009年02期

中國(guó)重要會(huì)議論文全文數(shù)據(jù)庫 前10條

1 譚歡;曾勇明;;平板探測(cè)器數(shù)字乳腺攝影的局部點(diǎn)壓技術(shù)的方法與技巧[A];2010中華醫(yī)學(xué)會(huì)影像技術(shù)分會(huì)第十八次全國(guó)學(xué)術(shù)大會(huì)論文集[C];2010年

2 李寶華;李工;;非晶體硒的兩種平板探測(cè)器影像質(zhì)量比較[A];2010中華醫(yī)學(xué)會(huì)影像技術(shù)分會(huì)第十八次全國(guó)學(xué)術(shù)大會(huì)論文集[C];2010年

3 李津書;王子巖;;工作環(huán)境對(duì)非晶硒平板探測(cè)器的影響[A];2010中華醫(yī)學(xué)會(huì)影像技術(shù)分會(huì)第十八次全國(guó)學(xué)術(shù)大會(huì)論文集[C];2010年

4 畢正宏;畢正宏;王鳴鵬;殷士蒙;江營(yíng)生;梅正學(xué);徐杰;;Ysio新一代全自動(dòng)雙板DR使用初體會(huì)[A];2010中華醫(yī)學(xué)會(huì)影像技術(shù)分會(huì)第十八次全國(guó)學(xué)術(shù)大會(huì)論文集[C];2010年

5 黃鄰彬;葉偉;;碘化銫與硫氧化釓非晶硅平板探測(cè)器在胸部攝影的應(yīng)用探討[A];2010中華醫(yī)學(xué)會(huì)影像技術(shù)分會(huì)第十八次全國(guó)學(xué)術(shù)大會(huì)論文集[C];2010年

6 金德泉;;DR數(shù)字化與下頜骨側(cè)位攝影的優(yōu)化組合[A];2010中華醫(yī)學(xué)會(huì)影像技術(shù)分會(huì)第十八次全國(guó)學(xué)術(shù)大會(huì)論文集[C];2010年

7 李慶春;趙成梅;;數(shù)字化平板探測(cè)器原理及對(duì)比[A];中國(guó)人民解放軍醫(yī)學(xué)會(huì)第九屆放射診療專業(yè)學(xué)會(huì)論文集[C];2005年

8 陳成輝;劉永

本文編號(hào)：376709