一种便携式自适应变距与变焦成像装置及系统及控制方法制造方法及图纸

一种便携式自适应变距与变焦成像装置及系统及控制方法，滑轨上带有凹槽，凹槽与滑轮底座相互吻合，滑轨底部有四个方向可调的滑轨支架，滑轨支架一端通过转轴固定在滑轨底部，滑轮底座的滑轮由步进电机驱动，步进电机位于滑轮底座中间部分，滑轮底座内有嵌入式微控制器，滑轮底座的电机驱动信号由嵌入式微控制器进行控制，滑轮底座上有平台，冷阴极X射线管通过X射线管底座安装在滑轮底座上，底座X射线平板探测器放置于滑轮底座上方，被测物载物台放置在冷阴极X射线管和X射线平板探测器中间的滑轮底座上，X射线管底座带有可升降驱动电机。利用连接装置将成像设备与嵌入式微控制器组装，整体实现一种便携式自适应变距与变焦X射线成像系统。线成像系统。线成像系统。

【技术实现步骤摘要】
一种便携式自适应变距与变焦成像装置及系统及控制方法


[0001]本专利技术属于X射线管成像领域，具体涉及一种便携式自适应变距与变焦成像装置及系统及控制方法。

技术介绍

[0002]X射线成像有广泛的应用，传统的X射线成像系统体积过大，涉及到电源装置、计算机电脑、X射线平板探测器等结构，同时整体不易于便携，成像放大比不易调节，射线管电子焦斑不可调。
[0003]在实际的X射线成像系统中，被测物的成像质量除了与X射线源本身的焦斑尺寸大小有关以外，还和成像系统的图像放大倍数有关。
[0004]当X射线管的电子焦斑很小时，X射线源类似于一个点光源，根据相似定理可以获得成像放大倍数M与X射线源到被测物的距离D1、以及X射线平板探测器到被测物的距离D2有关，其中，放大倍数改变D1与D2比值，就可以改变图像放大倍数，随着图像的放大，被测物的细节能够更好的展现，放大后图像的不清晰度有公式：其中，U为图像总不清晰度，U0为图像放大后的总不清晰度，提高放大倍数，能有效改善图像的质量，降低放大后图像的总不清晰度。
[0005]对于一个搭建好的X射线成像系统而言，图像总不清晰度(U)受固有不清晰度(U
i
)和几何不清晰度(U
g
)两部分影响，其中固有不清晰度(U
i
)是由成像系统显示器像素决定，因此往往可作为已知条件。而几何不清晰度(U
g
)主要是因为X射线源并非真正焦点所致，通常其中d为X射线源电子焦斑尺寸大小，对于冷阴极X射线管，在不改变X射线管的结构下，改变栅极电压、聚焦极电压，会使得电子焦斑的尺寸大小(d)发生变化，因此本专利技术同时控制栅极电压与聚焦极电压实现电子焦斑的尺寸大小(d)动态可调。
[0006]综上可得，根据与U
g
＝d(M
‑
1)可知，图像放大倍数增加可以降低放大后图像的总不清晰度，但是随着图像放大倍数的进一步增加，图像总不清晰度(U)又会增加，变得模糊，这将存在两者图像的交点，此交点即为X射线成像系统的最佳放大倍数。本专利技术将利用嵌入微处理器实现电子焦斑(d)与放大倍数(M)的控制，根据电子焦斑大小计算出对应的最佳放大倍数，并自适应调节成像系统各结构间的距离。

技术实现思路

[0007]为了解决传统成像系统无法自适应变距与变焦、且难以便携等问题，本专利技术提供了一种便携式自适应变距与变焦成像装置及系统及控制方法，有X射线管、便携式成像轨道、可调高度的配合底座、自适应变距的滑轮、可调角度支架、X射线平板探测器等。利用连接装置将成像设备与嵌入式微控制器组装，整体实现一种便携式自适应变距与变焦X射线成像系统。
[0008]本专利技术提供一种便携式自适应变距与变焦成像装置，包括冷阴极X射线管，X射线平板探测器，滑轨支架、滑轨、滑轮底座和X射线管底座，所述滑轨上带有凹槽，凹槽与滑轮底座相互吻合，所述滑轨底部有四个方向可调的滑轨支架，所述滑轨支架一端通过转轴固定在滑轨底部，四个滑轨支架均能180
°
旋转，所述滑轮底座的滑轮由步进电机驱动，步进电机位于滑轮底座中间部分，所述滑轮底座内有嵌入式微控制器，滑轮底座的电机驱动信号由嵌入式微控制器进行控制，根据控制信号实现滑轮底座的前进与后退，所述滑轮底座上有平台，所述冷阴极X射线管通过X射线管底座安装在滑轮底座上，所述底座X射线平板探测器放置于滑轮底座上方，并于滑轮底座采用卡槽紧密固定，被测物载物台放置在冷阴极X射线管和X射线平板探测器中间的滑轮底座上，所述X射线管底座带有可升降驱动电机。
[0009]作为本专利技术进装置一步改进，所述X射线管的阳极电压在20kV～100kV。
[0010]作为本专利技术进装置一步改进，所述嵌入式微控制器的核心是型号为TMS320F28335，该芯片的时钟频率为120Mhz，具有浮点数能力，并搭载FreeRTOS实时操作系统，用以实时控制X射线管的电压以及电子焦斑尺寸。
[0011]本专利技术提供一种便携式自适应变距与变焦成像装置的系统，所述包括便携式电源模块，冷阴极X射线管，X射线平板探测器，嵌入式微控制器模块，电压检测模块和焦点测量装置，所述的便携式电源模块是为了给冷阴极X射线管提供阳极电压、栅极电压、聚焦极电压，电源模块的供电范围在10kV～100kV范围内动态可调，所述的冷阴极X射线管是为了提供X射线源，其产生X射线可用于探射被测物体，所述的电压检测模块是为了实时测量X射线管的阳极电压以及栅极电压，所述的X射线管、待测物、X射线平板探测器在轨道上的顺序固定不变，三者间的距离通过滑轮在滑轨的位置实现可调，所述的X射线平板探测器是感应被测物体之后的X射线，X射线平板探测器的分辨率大于X射线管的分辨率，X射线平板探测器能够将被测物的成像图像转化为数字信号，所述的X射线平板探测器与嵌入式微控制器模块能进行实时通信，用于将被信息反馈到微控制器中，所述嵌入式微控制器模块产生控制信号传递给滑轮底座电机的驱动电路，实现距离的自适应调节，所述的嵌入式微控制器模块将被测物体的信息保存在存储器外设中，并块利用串口与LED屏幕通信，在LED屏幕上设有有一系列的人机交互选项或者按钮开关，对整体系统进行指令控制，同时在LED屏幕上显示当前实时的X射线源到被测物的距离D1、以及X射线平板探测器到被测物的距离D2数值大小和当前的放大倍数M，所述的焦点测量装置是用于测量位于靶面的电子焦斑尺寸d大小，根据电子焦斑尺寸d大小将确定图像总不清晰度U中的几何不清晰(Ug大小。
[0012]作为本专利技术进系统一步改进，所述的X射线平板探测器与嵌入式微控制器模块的通信方式包括通用异步串行通信、SCI、IIC、以太网和蓝牙。
[0013]作为本专利技术进系统一步改进，所述电机包括伺服电机和步进电机。
[0014]作为本专利技术进系统一步改进，所述的嵌入式微控制器模块包括单片机、数字信号处理器和树莓派处理器。
[0015]作为本专利技术进系统一步改进，所述的嵌入式微控制器模块的控制算法采用C语言，C#语言，Java语言，Python语言和Go语言。
[0016]本专利技术提供一种便携式自适应变距与变焦成像装置的系统的控制方法，所述控制方法包括可变焦控制方法和可变距控制方法；
[0017]所述可变焦控制方法是根据冷阴极X射线管的电场分布特性以及电子束运行轨迹
情况，采用嵌入式微控制器控制着冷阴极X射线管的栅极与聚焦极电压的大小，通过改变电场大小与分布情况，来实现X射线管电子焦斑尺寸d可变，根据电子焦斑的尺寸，将确定嵌入式微控制器控制栅极与聚焦极的给定电压值；
[0018]电子焦斑尺寸d由被测物材料与体积决定。在嵌入式微控制器的控制下，冷阴极X射线管将自适应调节电子焦斑的大小与X射线管剂量来适配不同的被测物；
[0019]所述可变距控制方法是指采用嵌入式微控制器，控制X射线源到被测物的距离D1、以及X射线平板探测器到被测物的距离D2，在已知电子焦斑的大小的情况下，利用嵌入式微控制器运行对应的控制算法，计本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种便携式自适应变距与变焦成像装置，包括冷阴极X射线管，X射线平板探测器，滑轨支架、滑轨、滑轮底座和X射线管底座，其特征在于，所述滑轨上带有凹槽，凹槽与滑轮底座相互吻合，所述滑轨底部有四个方向可调的滑轨支架，所述滑轨支架一端通过转轴固定在滑轨底部，四个滑轨支架均能180
°
旋转，所述滑轮底座的滑轮由步进电机驱动，步进电机位于滑轮底座中间部分，所述滑轮底座内有嵌入式微控制器，滑轮底座的电机驱动信号由嵌入式微控制器进行控制，根据控制信号实现滑轮底座的前进与后退，所述滑轮底座上有平台，所述冷阴极X射线管通过X射线管底座安装在滑轮底座上，所述底座X射线平板探测器放置于滑轮底座上方，并于滑轮底座采用卡槽紧密固定，被测物载物台放置在冷阴极X射线管和X射线平板探测器中间的滑轮底座上，所述X射线管底座带有可升降驱动电机。2.根据权利要求1所述的一种便携式自适应变距与变焦成像装置，其特征在于：所述X射线管的阳极电压在20kV～100kV。3.根据权利要求1所述的一种便携式自适应变距与变焦成像装置，其特征在于：所述嵌入式微控制器的核心是型号为TMS320F28335，该芯片的时钟频率为120Mhz，具有浮点数能力，并搭载FreeRTOS实时操作系统，用以实时控制X射线管的电压以及电子焦斑尺寸。4.根据权利要求1
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3的便携式自适应变距与变焦成像装置的系统，其特征在于：所述包括便携式电源模块，冷阴极X射线管，X射线平板探测器，嵌入式微控制器模块，电压检测模块和焦点测量装置，所述的便携式电源模块是为了给冷阴极X射线管提供阳极电压、栅极电压、聚焦极电压，电源模块的供电范围在10kV～100kV范围内动态可调，所述的冷阴极X射线管是为了提供X射线源，其产生X射线可用于探射被测物体，所述的电压检测模块是为了实时测量X射线管的阳极电压以及栅极电压，所述的X射线管、待测物、X射线平板探测器在轨道上的顺序固定不变，三者间的距离通过滑轮在滑轨的位置实现可调，所述的X射线平板探测器是感应被测物体之后的X射线，X射线平板探测器的分辨率大于X射线管的分辨率，X射线平板探测器能够将被测物的成像图像转化为数字信号，所述的X射线平板探测器与嵌入式微控制器模块能进行实时通信，用于将被信息反馈到微控制器中，所述嵌入式微控制器模块产生控制信号传递给滑轮...

【专利技术属性】
技术研发人员：赵立业，李元勋，李振军，沈翔，李驰，刘新川，张扬，李涌波，
申请(专利权)人：东南大学，
类型：发明
国别省市：