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X射线齿科全景数字化成像系统是当今放射医疗科学研究应用的热点,有助于实现齿科全景成像的计算机处理和远程通讯。本课题组致力于自主研发一套直接数字化全景成像系统,以便对医院现有的传统胶片式齿科全景成像系统的数字化升级。为了实现齿科全景数字化成像系统对移动物体成像的要求,本设计采用了具有高灵敏度的TDI-CCD作为光电耦合器。
基于TDI-CCD齿科全景数字化成像系统的硬件部分,其关键功能是在CPLD的控制下,将X射线信号经过光电耦合器(CCD)先转化为模拟的电信号,经过降噪处理后,将模拟信号由模数转换器(A/D)转换为数字信号,并通过USB2.0接口高速实时地传输至上位机中进行存储,以供后续的图像显示、处理等操作。本论文的主要内容包括TDI-CCD驱动电路模块、相关双采样模块和基于USB2.0的数据采集模块的设计。
在TDI-CCD驱动电路模块中,设计了驱动电路的PCB印制电路,并利用开关电源和各种稳压模块设计了供电电源,为驱动电路和TDI-CCD供电。实验证明,TDI-CCD在一定强度X射线照射和没有X射线照射两种情况下输出不同的信号,证明了电源电路和驱动电路设计的正确性。
在相关双采样模块中,根据TDI-CCD输出信号噪声的特点,选用相关双采样芯片,设计了相关双采样电路。使用VerilogHDL语言设计了芯片的控制时序并进行了仿真。通过相关双采样实验,证明了电路和时序设计的正确性。
在基于LISB2.0的数据采集模块的硬件设计中,针对TDI-CCD输出的两路信号,选用高速双核的A/D转换器设计了模数转换电路,并采用先入先出存储器(FIFO芯片)对数据进行缓存,并通过USB2.0接口将数据实时的传输至上位机中。在基于USB2.0的数据采集模块的软件设计中,为了实现对A/D转换和数据存贮的控制,设计了基于CPLD的时序控制脉冲。在QuartusⅡ软件中对设计的A/D转换时钟信号、FIFO写时钟信号和FIFO写使能信号进行仿真,结果均达到设计要求。同时,还设计了USB2.0接口的固件程序和上位机应用程序,实现了基于USB2.0接口的数据传输功能。数据采集试验结果表明,在时序控制脉冲的控制下,基于USB2.0的数据采集电路能够实现对双路信号的准确的A/D转换,并将信号暂存进FIFO中,然后利用USB2.0接口传输数据至上位机,并最终将数据保存为.txt文件。实验中FIFO存储器未出现装满的情况,数据采集系统能够实现实时的数据采集。
各个模块均达到了设计要求,为后续的基于TDI-CCD齿科全景数字化成像系统的搭建做了必要的准备。