本文關鍵詞：基于碳納米管X射線源的靜態(tài)數(shù)字乳腺機控制系統(tǒng)設計

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【摘要】：乳腺癌是中國女性當前發(fā)病率最高的癌癥,早期發(fā)現(xiàn)、早期診斷、早期治療是降低乳腺癌死亡率的關鍵。全數(shù)字化乳腺X線攝影技術的應用,使乳腺癌病變X線征象顯示清晰度有了明顯的提高,從而為乳腺癌早期診斷、治療提供依據(jù)。但是當前的數(shù)字乳腺機X射線源采用熱陰極單光源,為了能夠進行多視角的X射線掃描,X光源固定在旋轉機架上做弧線運動進行X射線掃描。由于機械運動帶來的運動偽影和熱電子發(fā)射機制產(chǎn)生的時間延時,使得掃描圖像的空間分辨率降低,掃描時間延長增加病人受輻射劑量。本文針對當前數(shù)字乳腺機光源系統(tǒng)進行改進,采用碳納米管陰極場發(fā)射X射線源取代傳統(tǒng)熱陰極X射線源。相比傳統(tǒng)熱陰極X射線源而言碳納米管X射線源具有結構緊湊、高時間分辨率、可編程式發(fā)射等優(yōu)勢,因此可以采用電子式的掃描方式取代傳統(tǒng)掃描方式,提高采集圖像的空間分辨率,降低輻射劑量。本文研究的主要內(nèi)容就是基于該新型X射線源對靜態(tài)數(shù)字乳腺機控制系統(tǒng)進行設計。首先對碳納米管場發(fā)射理論以及靜態(tài)數(shù)字乳腺機原理進行介紹,具體針對碳納米管場發(fā)射三極式結構,多光束場發(fā)射X射線源裝置,以及靜態(tài)掃描方式進行詳細介紹。然后對靜態(tài)數(shù)字乳腺機控制系統(tǒng)軟硬件進行設計,硬件電路實現(xiàn)31路脈沖輸出,控制31個分布式碳納米管X光源陣列中對應的每個發(fā)射單元;并且輸出一路同步觸發(fā)信號,實現(xiàn)X光源與探測器圖像采集模塊同步工作。多路脈沖信號與同步觸發(fā)信號通過FPGA為核心控制器的硬件電路產(chǎn)生。軟件平臺設計分為上位機軟件與下位機軟件,下位機軟件采Quartus II開發(fā)平臺,編程語言使用Verilog硬件描述語言實現(xiàn)31路脈沖以及一路觸發(fā)信號的具體實現(xiàn)。上位機軟件平臺采用Lab VIEW圖形化編程工具,除了通過串口總線對下位機傳遞脈沖參數(shù)外,Lab VIEW充分發(fā)揮虛擬儀器控制平臺作用,集成控制柵極高壓電源、陽極高壓電源、復合真空計以及數(shù)字平板探測器四臺儀器完成靜態(tài)數(shù)字乳腺機多光束X射線源靜態(tài)掃描以及圖像采集功能。最后對靜態(tài)數(shù)字乳腺機控制系統(tǒng)中多路脈沖模塊和同步觸發(fā)脈沖模塊進行實驗驗證,以及通過實驗完成碳納米管場發(fā)射性能測試和多光束靜態(tài)掃描。
【關鍵詞】：靜態(tài)數(shù)字乳腺機 X射線源 碳納米管 場發(fā)射 Lab VIEW FPGA
【學位授予單位】：湖南大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2015
【分類號】：R737.9;TP273
【目錄】：

• 摘要5-6
• ABSTRACT6-10
• 第1章 緒論10-15
• 1.1 課題研究背景及意義10
• 1.2 乳腺X攝影技術10-13
• 1.2.1 數(shù)字乳腺機11-12
• 1.2.2 靜態(tài)數(shù)字乳腺機12-13
• 1.3 本文的主要研究任務13-14
• 1.4 本章小結14-15
• 第2章 靜態(tài)數(shù)字乳腺機原理和控制系統(tǒng)整體結構15-26
• 2.1 碳納米管X光源系統(tǒng)15-20
• 2.1.1 碳納米管場發(fā)射理論15-18
• 2.1.2 碳納米管陰極X射線源18
• 2.1.3 多光束場發(fā)射X射線源18-19
• 2.1.4 靜態(tài)數(shù)字乳腺機掃描原理19-20
• 2.2 靜態(tài)數(shù)字乳腺機控制系統(tǒng)整體結構20-25
• 2.2.1 系統(tǒng)控制平臺21
• 2.2.2 多光束驅動電路21
• 2.2.3 多光束X射線源裝置21-22
• 2.2.4 高壓發(fā)生器22-23
• 2.2.5 復合真空計23
• 2.2.6 數(shù)字平板探測器23-25
• 2.3 本章小結25-26
• 第3章 靜態(tài)數(shù)字乳腺機控制系統(tǒng)硬件設計26-39
• 3.1 硬件需求分析26-27
• 3.2 系統(tǒng)硬件方案選擇27-30
• 3.2.1 控制器CPU選擇27-28
• 3.2.2 開關模塊選擇28
• 3.2.3 穩(wěn)流電路28-30
• 3.3 FPGA最小系統(tǒng)電路設計30-32
• 3.3.1 電源電路30
• 3.3.2 時鐘電路30-31
• 3.3.3 復位電路31
• 3.3.4 下載電路31-32
• 3.4 外圍電路設計32-38
• 3.4.1 脈沖驅動電路33-34
• 3.4.2 信號調(diào)理電路34-35
• 3.4.3 串口通訊電路35-36
• 3.4.4 探測器觸發(fā)電路36-37
• 3.4.5 系統(tǒng)電源電路37-38
• 3.5 本章小結38-39
• 第4章 靜態(tài)數(shù)字乳腺機控制系統(tǒng)軟件設計39-62
• 4.1 軟件需求分析39-40
• 4.2 軟件方案設計40-41
• 4.3 下位機軟件設計41-46
• 4.3.1 脈沖輸出模塊41-43
• 4.3.2 同步觸發(fā)模塊43-44
• 4.3.3 串口通訊模塊44-46
• 4.4 上位機軟件設計46-61
• 4.4.1 多路脈沖控制模塊46-48
• 4.4.2 柵極高壓控制模塊48-51
• 4.4.3 陽極高壓控制模塊51-54
• 4.4.4 真空環(huán)境監(jiān)測模塊54-56
• 4.4.5 探測器控制模塊56-61
• 4.5 本章小結61-62
• 第5章 控制系統(tǒng)驗證62-68
• 5.1 多路脈沖及同步觸發(fā)信號62-64
• 5.1.1 多路脈沖輸出62-63
• 5.1.2 同步觸發(fā)脈沖63-64
• 5.2 場發(fā)射性能及成像系統(tǒng)64-67
• 5.2.1 場發(fā)射性能測試64-66
• 5.2.2 多光束靜態(tài)掃描成像66-67
• 5.3 本章小結67-68
• 結論與展望68-70
• 參考文獻70-73
• 致謝73-74
• 附錄A 攻讀學位期間所發(fā)表的學術論文目錄74-75
• 附錄B 攻讀學位期間參與的科研項目75-76
• 附錄C 靜態(tài)數(shù)字乳腺機實驗樣機76

【參考文獻】

中國期刊全文數(shù)據(jù)庫 前10條

1 趙勇;孟李林;李小龍;;Cyclone Ⅳ系列FPGA的配置方式及其工程應用[J];微型機與應用;2013年19期

2 陳W，

本文編號：773640