Arduino के साथ डेस्कटॉप CT और 3D स्कैनर: 12 कदम (चित्रों के साथ)

2024 लेखक: John Day | [email protected]. अंतिम बार संशोधित: 2024-01-30 09:22

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के बारे में: प्रकाश, संगीत और इलेक्ट्रॉनिक्स में परियोजनाएं। उन सभी को मेरी साइट पर खोजें: www.jbumstead.com jbumstead के बारे में अधिक »

कंप्यूटेड टोमोग्राफी (सीटी) या कंप्यूटेड एक्सियल टोमोग्राफी (सीएटी) अक्सर शरीर की इमेजिंग से जुड़ा होता है क्योंकि यह चिकित्सकों को बिना किसी सर्जरी के रोगी के अंदर की शारीरिक संरचना को देखने में सक्षम बनाता है। मानव शरीर के अंदर छवि बनाने के लिए, एक सीटी स्कैनर के लिए एक्स-रे की आवश्यकता होती है क्योंकि विकिरण को शरीर में प्रवेश करने में सक्षम होना चाहिए। यदि वस्तु अर्ध-पारदर्शी है, तो दृश्य प्रकाश का उपयोग करके सीटी स्कैन करना वास्तव में संभव है! तकनीक को ऑप्टिकल सीटी कहा जाता है, जो ऑप्टिकल कोहेरेंस टोमोग्राफी के रूप में जानी जाने वाली अधिक लोकप्रिय ऑप्टिकल इमेजिंग तकनीक से अलग है।

अर्ध-पारदर्शी वस्तुओं के 3D स्कैन प्राप्त करने के लिए, मैंने एक Arduino Nano और Nikon dSLR का उपयोग करके एक ऑप्टिकल CT स्कैनर का निर्माण किया। परियोजना के आधे रास्ते में, मैंने महसूस किया कि फोटोग्रामेट्री, एक और 3D स्कैनिंग तकनीक, के लिए ऑप्टिकल सीटी स्कैनर के समान हार्डवेयर की आवश्यकता होती है। इस निर्देश में, मैं उस प्रणाली के बारे में बताऊंगा जो मैंने बनाई थी जो सीटी स्कैनिंग और फोटोग्रामेट्री में सक्षम है। छवियों को प्राप्त करने के बाद, मेरे पास 3 डी पुनर्निर्माण की गणना के लिए फोटोस्कैन या मैटलैब का उपयोग करने के चरण हैं।

3डी स्कैनिंग पर पूरी क्लास के लिए, आप यहां इंस्ट्रक्शंस क्लास देख सकते हैं।

मुझे हाल ही में पता चला कि बेन क्रास्नो ने एक Arduino के साथ एक एक्स-रे सीटी मशीन बनाई थी। प्रभावशाली!

पोस्ट करने के बाद, Michalis Orfanakis ने अपना होमबिल्ट ऑप्टिकल CT स्कैनर साझा किया, जिसके लिए उन्होंने स्टेज यूरोप 2017 में विज्ञान में प्रथम पुरस्कार जीता! उसके निर्माण पर पूर्ण दस्तावेज़ीकरण के लिए नीचे दी गई टिप्पणियाँ पढ़ें।

ऑप्टिकल सीटी पर संसाधन:

एस जे डोरन और एन क्रस्टाजी द्वारा 3-डी विकिरण डोसीमीटर को स्कैन करने के लिए ऑप्टिकल कंप्यूटेड टोमोग्राफी का इतिहास और सिद्धांत

हन्ना मैरी थॉमस टी, छात्र सदस्य, आईईईई, डी देवकुमार, पॉल बी रविंद्रन द्वारा सीसीडी कैमरा आधारित ऑप्टिकल कंप्यूटेड टोमोग्राफी स्कैनर के लिए त्रि-आयामी छवि पुनर्निर्माण

निकोला क्रस्टाजिक और साइमन जे डोरान द्वारा 3डी रेडिएशन जेल डोसिमेट्री के लिए समानांतर बीम सीसीडी ऑप्टिकल टोमोग्राफी उपकरण के फोकसिंग ऑप्टिक्स

चरण 1: कंप्यूटेड टोमोग्राफी और फोटोग्रामेट्री पृष्ठभूमि

सीटी स्कैनिंग के लिए किसी वस्तु के एक तरफ विकिरण (जैसे एक्स-रे या प्रकाश) के स्रोत और दूसरी तरफ डिटेक्टरों की आवश्यकता होती है। डिटेक्टर को विकिरण की मात्रा इस बात पर निर्भर करती है कि वस्तु किसी विशेष स्थान पर कितनी अवशोषित होती है। अकेले इस सेटअप के साथ प्राप्त की गई एक छवि ही एक्स-रे उत्पन्न करती है। एक एक्स-रे एक छाया की तरह है, और इसमें सभी 3D जानकारी को एक 2D छवि में प्रक्षेपित किया गया है। 3डी पुनर्निर्माण करने के लिए, एक सीटी स्कैनर वस्तु या स्रोत-डिटेक्टर सरणी को घुमाकर कई कोणों पर एक्स-रे स्कैन प्राप्त करता है।

सीटी स्कैनर द्वारा एकत्र की गई छवियों को साइनोग्राम कहा जाता है, और वे शरीर के एक टुकड़े बनाम कोण के माध्यम से एक्स-रे के अवशोषण को प्रदर्शित करते हैं। इस डेटा का उपयोग करके, वस्तु के एक क्रॉस सेक्शन को गणितीय ऑपरेशन का उपयोग करके प्राप्त किया जा सकता है जिसे उलटा रेडॉन ट्रांसफॉर्म कहा जाता है। यह ऑपरेशन कैसे काम करता है, इस बारे में पूरी जानकारी के लिए इस वीडियो को देखें।

डिटेक्टर के रूप में कार्य करने वाले कैमरे और स्रोत के रूप में कार्य करने वाले एलईडी सरणी के साथ ऑप्टिकल सीटी स्कैनर के लिए एक ही सिद्धांत लागू किया जाता है। डिजाइन के महत्वपूर्ण भागों में से एक यह है कि लेंस द्वारा एकत्र की जाने वाली प्रकाश किरणें वस्तु के माध्यम से यात्रा करते समय समानांतर होती हैं। दूसरे शब्दों में, लेंस टेलीसेंट्रिक होना चाहिए।

फोटोग्रामेट्री के लिए वस्तु को सामने से प्रकाशित करने की आवश्यकता होती है। प्रकाश वस्तु से परावर्तित होता है और कैमरे द्वारा एकत्र किया जाता है। अंतरिक्ष में किसी वस्तु की सतह की 3D मैपिंग बनाने के लिए एकाधिक दृश्यों का उपयोग किया जा सकता है।

जबकि फोटोग्रामेट्री किसी वस्तु की सतह प्रोफाइलिंग को सक्षम बनाता है, सीटी स्कैनिंग वस्तुओं की आंतरिक संरचना के पुनर्निर्माण को सक्षम बनाता है। ऑप्टिकल सीटी के लिए प्रमुख नुकसान यह है कि आप केवल उन वस्तुओं का उपयोग कर सकते हैं जो इमेजिंग के लिए अर्ध-पारदर्शी हैं (जैसे फल, टिशू पेपर, गमी भालू, आदि), जबकि फोटोग्रामेट्री अधिकांश वस्तुओं के लिए काम कर सकती है। इसके अलावा, फोटोग्रामेट्री के लिए बहुत अधिक उन्नत सॉफ्टवेयर है ताकि पुनर्निर्माण अविश्वसनीय लगें।

चरण 2: सिस्टम अवलोकन

मैंने स्कैनर के साथ इमेजिंग के लिए 50mm फोकल लेंथ f/1.4 लेंस के साथ Nikon D5000 का उपयोग किया। टेलीसेंट्रिक इमेजिंग प्राप्त करने के लिए, मैंने एक ट्यूब एक्सटेंडर के साथ 50 मिमी लेंस से अलग 180 मिमी अक्रोमैटिक डबल का उपयोग किया। क्षेत्र की गहराई बढ़ाने के लिए लेंस को f/11 या f/16 पर रोक दिया गया था।

कैमरे को एक शटर रिमोट का उपयोग करके नियंत्रित किया गया था जो कैमरे को एक Arduino नैनो से जोड़ता है। कैमरा एक पीवीसी संरचना पर लगा होता है जो एक ब्लैक बॉक्स से जुड़ता है जिसमें स्कैन की जाने वाली वस्तु और इलेक्ट्रॉनिक्स होते हैं।

सीटी स्कैनिंग के लिए, ऑब्जेक्ट को पीछे से हाई-पावर एलईडी ऐरे से रोशन किया जाता है। कैमरे द्वारा एकत्रित प्रकाश की मात्रा इस बात पर निर्भर करती है कि वस्तु कितनी मात्रा में अवशोषित होती है। 3D स्कैनिंग के लिए, ऑब्जेक्ट को एक एड्रेसेबल LED ऐरे का उपयोग करके सामने से प्रकाशित किया जाता है जिसे Arduino के साथ नियंत्रित किया जाता है। ऑब्जेक्ट को स्टेपर मोटर का उपयोग करके घुमाया जाता है, जिसे एच-ब्रिज (L9110) और Arduino का उपयोग करके नियंत्रित किया जाता है।

स्कैन के मापदंडों को समायोजित करने के लिए, मैंने स्कैनर को एक एलसीडी स्क्रीन, दो पोटेंशियोमीटर और दो पुश बटन के साथ डिज़ाइन किया। पोटेंशियोमीटर का उपयोग स्कैन और एक्सपोज़र समय में फ़ोटो की संख्या को नियंत्रित करने के लिए किया जाता है, और पुश बटन "एंटर" बटन और "रीसेट" बटन के रूप में कार्य करते हैं। एलसीडी स्क्रीन स्कैन के लिए विकल्प प्रदर्शित करती है, और फिर अधिग्रहण शुरू होने के बाद स्कैन की वर्तमान स्थिति।

सीटी या 3डी स्कैन के लिए नमूने की स्थिति के बाद, स्कैनर स्वचालित रूप से सभी छवियों को प्राप्त करने के लिए कैमरा, एलईडी और मोटर को नियंत्रित करता है। तब छवियों का उपयोग मैटलैब या फोटोस्कैन का उपयोग करके ऑब्जेक्ट के 3डी मॉडल के पुनर्निर्माण के लिए किया जाता है।

चरण 3: आपूर्ति सूची

इलेक्ट्रॉनिक्स:

• अरुडिनो नैनो
• स्टेपर मोटर (3.5V, 1A)
• एच-ब्रिज L9110
• 16x2 एलसीडी स्क्रीन
• 3X 10k पोटेंशियोमीटर
• 2X पुशबटन
• 220ohm रोकनेवाला
• 1kohm रोकनेवाला
• 12 वी 3 ए बिजली की आपूर्ति
• बक कन्वर्टर
• पावर जैक महिला
• पावर बैरल प्लग
• माइक्रो यूएसबी एक्सटेंशन केबल
• पावर स्विच
• पोटेंशियोमीटर नॉब्स
• पीसीबी गतिरोध
• प्रोटोटाइप बोर्ड
• वायर रैप वायर
• विद्युत टेप

कैमरा और लाइटिंग:

• एक कैमरा, मैंने Nikon D5000 dSLR का उपयोग किया है
• प्राइम लेंस (फोकल लंबाई = 50mm)
• ट्यूब विस्तारक
• अक्रोमैटिक डबलेट (फोकल लंबाई = 180 मिमी)
• शटर रिमोट
• पता योग्य एलईडी पट्टी
• यूटिलिटेक प्रो 1-लुमेन एलईडी पोर्टेबल लाइट
• विसरित प्रकाश के लिए कागज

प्रकाश बॉक्स:

• 2x 26cmx26cm इंच मोटी प्लाईवुड
• 2x 30cmx26cm इंच मोटी प्लाईवुड
• 1x 30cmx25cm ½ इंच मोटा प्लाईवुड
• 2x ½ इंच व्यास के डॉवेल रॉड्स
• 8x एल-आकार के पीवीसी जोड़ ½ इंच व्यास
• 8x टी-आकार के पीवीसी जोड़ ½ इंच व्यास
• 1x पीवीसी केप ½ इंच व्यास
• 4 फीट 1x2 पाइन
• पतली एल्यूमीनियम शीट
• ब्लैक पोस्टर बोर्ड
• नट और बोल्ट
• वसंत

उपकरण:

• सोल्डरिंग आयरन
• ऊर्जा छेदन यंत्र
• वायर रैप टूल
• Dremel
• आरा
• वायर कटर
• कैंची
• फीता

चरण 4: बॉक्स डिज़ाइन और 3D माउंट

एपिलॉग चैलेंज 9. में भव्य पुरस्कार