Desktop CT dan Pemindai 3D Dengan Arduino: 12 Langkah (dengan Gambar)

2024 Pengarang: John Day | [email protected]. Terakhir diubah: 2024-01-30 09:57

Oleh jbumsteadJon BumsteadIkuti Lainnya oleh penulis:

Tentang: Proyek cahaya, musik, dan elektronik. Temukan semuanya di situs saya: www.jbumstead.com Selengkapnya Tentang jbumstead »

Computed tomography (CT) atau computed axial tomography (CAT) paling sering dikaitkan dengan pencitraan tubuh karena memungkinkan dokter untuk melihat struktur anatomi di dalam pasien tanpa harus melakukan operasi apapun. Untuk mencitrakan bagian dalam tubuh manusia, CT scan membutuhkan sinar-X karena radiasi harus mampu menembus tubuh. Jika objeknya semi-transparan, sebenarnya dimungkinkan untuk melakukan CT scan menggunakan cahaya tampak! Teknik ini disebut CT optik, yang berbeda dari teknik pencitraan optik yang lebih populer yang dikenal sebagai tomografi koherensi optik.

Untuk memperoleh pemindaian 3D objek semi-transparan, saya membuat pemindai CT optik menggunakan Arduino Nano dan Nikon dSLR. Di tengah proyek, saya menyadari bahwa fotogrametri, teknik pemindaian 3D lainnya, membutuhkan banyak perangkat keras yang sama dengan pemindai CT optik. Dalam instruksi ini, saya akan membahas sistem yang saya buat yang mampu melakukan pemindaian CT dan fotogrametri. Setelah memperoleh gambar, saya memiliki langkah-langkah untuk menggunakan PhotoScan atau Matlab untuk menghitung rekonstruksi 3D.

Untuk kelas lengkap tentang pemindaian 3D, Anda dapat melihat kelas yang dapat diinstruksikan di sini.

Saya baru-baru ini mengetahui tentang Ben Krasnow membangun mesin CT x-ray dengan Arduino. Menakjubkan!

Setelah memposting, Michalis Orfanakis membagikan pemindai CT optik buatannya sendiri, di mana ia memenangkan hadiah pertama dalam Sains di Panggung Eropa 2017! Baca komentar di bawah untuk dokumentasi lengkap tentang build-nya.

Sumber daya pada CT optik:

Sejarah dan prinsip-prinsip optical computed tomography untuk pemindaian dosimeter radiasi 3-D oleh SJ Doran dan N Krstaji

Rekonstruksi gambar tiga dimensi untuk Pemindai Tomografi Terhitung Optik berbasis kamera CCD oleh Hannah Mary Thomas T, Anggota Mahasiswa, IEEE, D Devakumar, Paul B Ravindran

Optik pemfokusan aparatus tomografi optik CCD berkas paralel untuk dosimetri gel radiasi 3D oleh Nikola Krstaji´c dan Simon J Doran

Langkah 1: Latar Belakang Computed Tomography dan Fotogrametri

Pemindaian CT membutuhkan sumber radiasi (misalnya sinar-x atau cahaya) di satu sisi objek dan detektor di sisi lain. Jumlah radiasi yang sampai ke detektor tergantung pada seberapa serap objek di lokasi tertentu. Satu gambar yang diperoleh dengan pengaturan ini saja yang menghasilkan sinar-X. Sinar-X seperti bayangan, dan memiliki semua informasi 3D yang diproyeksikan ke dalam satu gambar 2D. Untuk membuat rekonstruksi 3D, pemindai CT memperoleh pemindaian sinar-X pada banyak sudut dengan memutar objek atau rangkaian sumber-detektor.

Gambar yang dikumpulkan oleh pemindai CT disebut sinogram, dan menampilkan penyerapan sinar-X melalui satu irisan tubuh vs. sudut. Dengan menggunakan data ini, penampang objek dapat diperoleh dengan menggunakan operasi matematika yang disebut transformasi Radon terbalik. Untuk detail lengkap tentang cara kerja operasi ini, lihat video ini.

Prinsip yang sama diterapkan untuk pemindai CT optik dengan kamera yang bertindak sebagai detektor dan rangkaian LED sebagai sumbernya. Salah satu bagian penting dari desain adalah sinar cahaya yang dikumpulkan oleh lensa sejajar saat berjalan melalui objek. Dengan kata lain, lensa harus telesentris.

Fotogrametri membutuhkan objek yang akan diterangi dari depan. Cahaya dipantulkan dari objek dan dikumpulkan oleh kamera. Beberapa tampilan dapat digunakan untuk membuat pemetaan 3D dari permukaan objek di luar angkasa.

Sementara fotogrametri memungkinkan pembuatan profil permukaan suatu objek, pemindaian CT memungkinkan rekonstruksi struktur internal objek. Kerugian utama untuk CT optik adalah Anda hanya dapat menggunakan objek yang semi-transparan untuk pencitraan (misalnya buah-buahan, kertas tisu, permen karet, dll.), sedangkan fotogrametri dapat bekerja untuk sebagian besar objek. Selain itu, ada perangkat lunak yang jauh lebih canggih untuk fotogrametri sehingga rekonstruksi terlihat luar biasa.

Langkah 2: Ikhtisar Sistem

Saya menggunakan Nikon D5000 dengan lensa panjang fokus 50mm f/1.4 untuk pencitraan dengan pemindai. Untuk mencapai pencitraan telesentrik, saya menggunakan doublet akromatik 180mm yang dipisahkan dari lensa 50mm dengan pemanjang tabung. Lensa dihentikan ke f/11 atau f/16 untuk meningkatkan kedalaman bidang.

Kamera dikendalikan menggunakan remote shutter yang menghubungkan kamera ke Arduino Nano. Kamera dipasang ke struktur PVC yang terhubung ke kotak hitam yang menampung objek yang akan dipindai dan elektronik.

Untuk pemindaian CT, objek disinari dari belakang dengan rangkaian LED berdaya tinggi. Jumlah cahaya yang dikumpulkan oleh kamera tergantung pada seberapa banyak yang diserap oleh objek. Untuk pemindaian 3D, objek diterangi dari depan menggunakan array LED yang dapat dialamatkan yang dikendalikan dengan Arduino. Objek diputar menggunakan motor stepper, yang dikendalikan menggunakan H-bridge (L9110) dan Arduino.

Untuk menyesuaikan parameter pemindaian, saya mendesain pemindai dengan layar Lcd, dua potensiometer, dan dua tombol tekan. Potensiometer digunakan untuk mengontrol jumlah foto dalam pemindaian dan waktu pencahayaan, dan tombol tekan berfungsi sebagai tombol "enter" dan tombol "reset". Layar Lcd menampilkan opsi untuk pemindaian, dan kemudian status pemindaian saat ini setelah akuisisi dimulai.

Setelah memposisikan sampel untuk pemindaian CT atau 3D, pemindai secara otomatis mengontrol kamera, LED, dan Motor untuk memperoleh semua gambar. Gambar-gambar tersebut kemudian digunakan untuk merekonstruksi model 3D objek menggunakan Matlab atau PhotoScan.

Langkah 3: Daftar Pasokan

Elektronik:

• Arduino Nano
• Motor stepper (3.5V, 1A)
• H-jembatan L9110
• Layar LCD 16x2
• Potensiometer 3X 10k
• 2X tombol tekan
• 220ohm resistor
• resistor 1kohm
• Catu daya 12V 3A
• Konverter uang
• colokan listrik perempuan
• Steker barel daya
• Kabel ekstensi USB mikro
• Saklar daya
• Tombol potensiometer
• kebuntuan PCB
• Papan prototipe
• Kawat bungkus kawat
• Pita listrik

Kamera dan pencahayaan:

• Kamera, saya menggunakan Nikon D5000 dSLR
• Lensa prima (panjang fokus = 50mm)
• Pemanjang tabung
• Doublet akromatik (panjang fokus = 180mm)
• Jarak jauh rana
• Strip LED yang dapat dialamatkan
• Utilitech pro 1-lumen lampu portabel LED
• Kertas untuk menyebarkan cahaya

Kotak lampu:

• 2x 26cmx26cm kayu lapis tebal inci
• 2x 30cmx26cm kayu lapis tebal inci
• 1x 30cmx25cm kayu lapis tebal inci
• Batang dowel berdiameter 2x inci
• 8x sambungan PVC berbentuk L diameter inci
• 8x sambungan PVC berbentuk T diameter inci
• 1x jubah PVC diameter inci
• 4 kaki 1x2 pinus
• Lembaran aluminium tipis
• Papan poster hitam
• Mur dan baut
• Musim semi

Peralatan:

• Besi solder
• Bor motor
• Alat pembungkus kawat
• Dremel
• Gergaji ukir
• Pemotong kawat
• Gunting
• Tape

Langkah 4: Desain Kotak dan Pemasangan 3D

Hadiah Utama dalam Tantangan Epilog 9