Micro CT机械系统设计开题报告

 2022-09-20 10:05:54

1. 研究目的与意义

MicroCT能够在不破坏样品的情况下,对骨骼、牙齿和各种材料器件进行高分辨率X线成像,获取样品内部详尽的三维结构图像信息,分辨率高达几个微米,远远高于临床CT,仅次于同步加速X线成像设备的水平,具有良好的显微作用。骨骼是MicroCT最主要的应用领域之一,其中骨小梁又是主要研究对象。对于牙齿和牙周组织,MicroCT能够从3D整体结构出发,对根管形态改变,龋齿破坏,牙组织密度变化,牙槽结构和力学特性的变化等情况进行研究。MicroCT在生物医学,MEMS、微电子器件设计、制造、封装质量检测和产品质量分析、故障诊断以及微型器件的质检和探伤,建筑材料内部孔隙度、连通度和渗透性分析,珠宝的真伪识别和最佳切割方案设计,以及化石结构分析等地质学、材料科学研究中都具有良好的应用前景。

2. 课题关键问题和重难点

MicroCT机械系统,要求能够设计并精确控制X射线成像单元的运动、载物台的运动,使得系统可以根据需求精确运作,以满足CT成像的条件。本课题要求针对系统的机械运动单元进行机电一体化合计,包括直线运动及旋转运动的闭环控制,不同方位机械角度调整设计,机壳的X射线屏蔽防护设计等。从MicroCT的原理可知,MicroCT由焦点X射线源,载物台和X射线探测器三个部件构成,根据三个部件的相对位置关系,可以将MicroCT设计为两种基本结构:立式结构和机架式结构。本文需要考虑选用哪种结构已获得更稳定,可用,便捷的机械系统。

在确定射线源跟探测器后,系统分辨率由系统的放大倍率决定。而要改变放大倍率,载物台应有水平方向运动自由度(X)。

不同样本具有不同的高度,需要观察的高度部分也不是固定不变的,因此需要调整载物台的高度。如果物体长度超过系统的视野范围,则需要分段扫描,分段重建获得整个物体的扫描图样。这时需要载物台的上下运动,所以竖直方向需要自由度(Y)

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3. 国内外研究现状(文献综述)

自从1895年伦琴发现X射线以来,X射线成像技术已经成为医学成像领域的基本方法之一。在早期成像中,系统记录和显示的都是模拟信号,要求严格的曝光强度。另外,对所记录的图像也很难作进一步的处理。随着科学技术特别是计算机技术的迅速发展,新的数字成像模式已经出现如计算机X射线断层扫描摄影术、超声波像、放射性核医学成像等。

X射线成像技术的数字化在医学影像领域尤为重要,现代的数字X射线成像采用大动态范围的数据采集系统,克服了胶片系统的局限性,是传统模拟系统不能比拟的。

MicroCT又称显微CT,是一种无伤的三维成像技术,该技术能够在不破坏样品的前提下,借由计算机观察到样品内部的结构。它采用类似医用CT的原理,但它的体积分辨率比医用CT的分辨率高了百万倍。MicroCT是继电子显微镜之后,新一代微观分析用的实验室仪器,它的特点是:对观测物体不需作任何预处理,便可以剖视内部结构。并能够提供两类基本信息:几何信息和结构信息。前者包括样品的尺寸、体积和各点的空间坐标;后者包括样品的X射线衰减值、密度和多孔性等材料学信息。

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4. 研究方案

根据分析,考虑设计三自由度的机械运动系统,分别为:竖直平移水平平移和旋转。三个自由度方向运动分别由三个步进电机驱动,步进电机由单片机控制,单片机通过串口和PC机通讯。

对安装平台的各零件进行分析,零件所需材料,材料的性能特点,零件结构用途,零件用途设计。

设计安装平台的尺寸,一边设计一边记录数据,并使用CAD软件绘制零件的二维图。

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5. 工作计划

第1周完成英文翻译,提交英文翻译给指导老师批阅。英文翻译经指导老师批阅合格并确认后,

译文和原文均上传至毕业设计管理系统。译文封面用标准模板。

第2周查阅文献资料,撰写开题报告。

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