x射线数据采集系统

x射线数据采集系统（精选7篇）

x射线数据采集系统 篇1

0 引言

德国物理学家伦琴发现X射线至今已有一百多年历史。这期间X射线设备迅速发展, 放射条件日臻完善, 放射技术日新月异。特别是近几年来, 随着计算机、图像处理及相关技术的发展, 数字成像技术得到了前所未有的发展。数字成像技术内容广泛, 技术炯然, 原理各异, 这些成像技术有一个共同的特点, 即以计算机为基础, 使图像信息数字化, 我们可以尽可能地对其实施图像信息后处理, 这使医学影像技术发生了巨大的变化。

X射线数字成像技术使用的探测器主要包括平板探测器和影像增强器两种设备。平板探测器可以将X射线信息直接数字化, 不存在任何的中间过程, 数字图像不仅可以方便地将图像显示在监示器上, 而且可以进行各种各样的图像后处理。但因平板探测器价格昂贵, 目前常规的X射线数字成像大部分还是使用影像增强器, 其价格比使用平板探测器低廉, 而且便于对老式的X射线机进行数字化升级。

本文主要讨论在使用影像增强器的诊断设备中, 数字化X射线图像采集系统的设计。

1 系统硬件组成

本系统主要由泰雷兹12寸影像增强器 (TH59432) 、CCD摄像机 (TH8740-012) 、计算机、图像采集卡 (Matrox Meteor-II/Digital) 组成。

系统工作原理如图1所示:来自球管的X射线信号通过患者, 被影像增强器转换为亮度很高的可见光图像, 通过摄像机转换成电信号, 经过数字化处理后输出高达每秒30帧, 分辨率为1000×1000的数字视频信号, 再通过计算机采集及处理后用传送到监视器, 显示出人体各部位的组织结构图像。

系统中的TH8740-012摄像机是专门设计用于医疗图像链中X射线影像增强器的CCD摄像机。它针对透视和数字放射成像进行了优化, 噪声低、动态范围宽。它还包括了一个处理控制单元 (PCU) , 能提供实时透视状态下的高清图像处理功能。它可以同时输出的模拟视频信号和12位数字视频信号, 可以通过屏幕显示 (OSD) 和RS232串口来实现简单的设置和灵活的图像处理。

TH8740-012的主要参数如下: (1) 可输出高达30逐行帧/秒, 1000×1000像素的12位数字视频信号; (2) 连续, 脉冲, 点片下的内部或外部同步; (3) 递归滤波器、末帧图像保持、伽玛校正、阴影校正、边缘增强、水平和垂直图像反转、圆消隐等图像处理功能; (4) LVDS接口, 输出15路并行的成对差分信号。

Matrox Meteor-II/Digital是Matrox MeteorⅡ高性能低价格系列采集卡中的一款。它可以用RS-422或LVDS差分信号标准, 采集黑白/分量RGB, 面阵/线阵信号。Matrox Meteor-Ⅱ/Digital将功能强大的函数扩展性能集成到了采集卡上, 可以构建功能强大, 价格低廉, 基于PC的图像系统。

其主要特点如下: (1) PCI或PC/104-Plus格式视频采集卡; (2) 采集数字面阵/线阵信号, 包括多抽头配置; (3) 32-bit宽RS-422或LVDS接口; (4) 采样率RS-422下达到25MHz, LVDS下达到40MHz; (5) 可配置LUT (4个256×8-bit或2个4K×16-bit) ; (6) 触发输入, 时钟输出; (7) PCI总线主模式32-bit/33 MHz; (8) 实时传输到系统或显卡; (9) 扩展板上缓存, 确保采集; (10) 支持packed or planar传输彩色或多路黑白数据流; (11) RS-232串口; (12) 软件包括Matrox Imaging Library (MIL) , Active MIL, MIL-Lite, Active MIL-Lite和Matrox Inspector; (13) 支持MicrosoftWindows NT4.0, Windows2000和WindowsXP和QNX2。

2 软件设计

系统编程语言使用VS2005的VC++/CLR, 需安装Microsoft.NET Framework 2.0及以上版本。数据库使用Micro Soft SQL Server 2000, 用于病历及定位图像的管理。软件开发包采用Matrox Active MIL 8组件, 可以完成数字化X线图像的实时显示、单帧采集、序列采集 (可以程序设置:采集时间长短、采集帧数、时间间隔等参数) 、畸变校正处理、分析、存档等功能。

Active MIL是以Matrox Imaging Library (MIL) 为基础, 所构建的一系列Active X控件, 是一套与硬件平台无直接关联的开发工具, 可供开发者在VB和VC中快速地进行应用程序的开发。Active MIL除了能完成图像采集、显示、绘图、标注等基本功能外, 还包括许多图像前处理和分析功能, 比如测量、BLOB分析、校正、文字识别 (OCR) 、几何图形对比、条码读取与识别、统计分析、控件滤波、几何转换等功能。

系统由于使用了Active X控件, 所以很大程度上降低了程序设计的难度, 缩短了软件开发周期, 提高了应用系统的稳定性。

Active MIL应用程序的结构如图2所示。即每个Active MIL应用程序只有一个应用控件, 但可以有多个系统控件, 每个系统控件下也可以有许多图像、采集卡、显示及图像处理控件。

在VS 2005的开发环境中设计Active MIL应用程序 (见图3) , 首先在工具箱中添加Active MIL控件, 然后在窗体设计器中拖入需要的Active MIL控件, 再在每个Active MIL控件的属性页中设置好组件的属性, 确保属性页Error栏没有错误, 最后在源程序中对Active MIL控件编程实现需要的功能。

(1) 本系统中使用的Active MIL控件定义如下:

Active MIL::Ax MApplication^ax MApplication1;//应用控件

Active MIL::Ax MSystem^ax MSystem1;//系统控件

Active MIL::Ax MDigitizer^ax MDigitizer1;//采集卡控件

Active MIL::Ax MDisplay^ax MDisplay1;//主显示控件

Active MIL::Ax MImage^ax MImage Grab;//采集图像控件

Active MIL::Ax MImage^ax MImage Save;//保存图像控件

Active MIL::Ax MImage^ax MImage Display;//显示图像控件

Active MIL::Ax MImage^ax MImage Print;//打印图像控件

Active MIL::Calibration::Ax MCalibration^ax MCalibration1;//校正控件

Active MIL::Calibration::Ax MCalibration^ax MImage Processing1;//图像处理控件

(2) 初始化代码如下:

this->ax MImage Grab->Maximum Pixel Value=4095;//设置采集12位数字信号

ax MImage Grab->Size X=1000;//图像大小为1000×1000

ax MImage Grab->Size Y=1000;

ax MDigitizer1->Image=this->ax MImage Grab;//采集的影像存入ax MImage Grab控件

ax MImage Processing1->Source1=this->ax MImage Display;//图像处理控件输入图像

ax MImage Processing1->Destination1=this->ax MImage Save;//图像处理控件输出图像

ax MDisplay1->Free () ;//释放控件资源

//初始化主显示控件的LUT表属性

ax MDisplay1->LUT->Size=4096;

ax MDisplay1->LUT->Data Type=Matrox::Active MIL::LUTData Type Constants::lut Unsigned;

ax MDisplay1->LUT->Data Depth=8;//显示8位灰度图像

ax MDisplay1->LUT->Maximum Pixel Value=255;

ax MDisplay1->LUT->Number Of Bands=1;

ax MDisplay1->Allocate () ;//分配控件资源

ax MDisplay1->Image=this->ax MImageDisplay;//指定显示ax MImage Display的图像

(3) 实时显示代码如下:

ax MDigitizer1->Grab Continuous () ;

timer3->Start () ;//启动定时器, 每秒30次, 用于显示30FPS的实时图像,

//定时器timer3中的代码

ax MImage Display->Copy (ax MImage Grab) ;

(4) 单帧采集代码如下:

ax MDigitizer1->Halt () ;

timer3->Stop () ;

this->ax MDigitizer1->Grab () ;

ax MImage Display->Copy (ax MImage Grab) ;

this->ax MImage Processing1->LUTMap (1) ;

this->ax MImage Save->Save (picname) ;//采集图像存盘

(5) 序列采集代码如下:

ax MDigitizer1->Halt () ;

timer3->Stop () ;//停止实时显示

timer2->Start () ;//启动序列采集定时器, 每次定时采集一帧图像, 采集间隔时间在界面中设置

//定时器timer2中的代码

this->ax MDigitizer1->Halt () ;

this->ax MDigitizer1->Grab () ;

ax MImage Display->Copy (ax MImage Grab) ;

this->ax MImage Processing1->LUTMap (1) ;

this->ax MImage Save->Save (picname) ;//采集图像存盘

3 结束语

本文介绍的数字化X射线图像采集系统已在医院临床中实际使用, 经用户反映系统运行稳定可靠, 图像清晰、操作方便, 实现了系统的设计目标。

参考文献

[1]王瑞玉, 刘爱武.医用数字胃肠X射线机原理构造和维修[M].北京:中国医药科技出版社, 2005.

[2]高守传, 姚领田.Visual C++实践与提高~数字图像处理与工程应用篇[M].北京:中国铁道工业出版社, 2006.

[3]陈瑜, 叶玉堂, 罗颖, 等.手动PCB外观检查机的图像采集与拼接[J].电子设计工程, 2011, 19 (4) :120-123.

[4]王爽, 胡炳棵, 刘彩芳, 等.基于Matrox Meteor-II/Digital的图像采集系统研究[J].电子设计工程, 2012, 20 (3) :71-74.

x射线安全检查仪图像采集控制盒 篇2

安检信息管理系统中, 信息的采集涉及值机过程和随身安检过程, 采集的信息包括旅客姓名、身份证号、航班号、座位号、行李的外观、行李x射线安全检查仪图像、旅客的值机过程、旅客正面图像、旅客的随身物品外观、随身物品x射线安全检查仪图像、旅客的随身安检过程等信息, 同时, 将采集的信息与旅客进行统一打包, 按安全检查流程进行处理。其中最关键的采集信息是x射线安全检查仪图像的采集, 这是判断旅客是否携带违禁物品的关键, 也是整个民航安全管理的核心。

获取x射线安全检查仪图像的方式, 目前的技术实施手段主要有两种, 一为与x射线安全检查仪生产厂家做系统接口, 二为采用通用的VGA视频采集卡进行图像抓屏。在第一种方式中, 获取的x射线安全检查仪图像质量好, 但厂家的接口费用高, 同时由于目前国内航站楼均使用多种品牌的x射线安全检查仪, 而且安全检查仪的型号、版本多, 造成系统接口多, 实施困难, 尤其对将来的系统扩展不方便。第二种方式中, 采用通用VGA视频采集卡进行图像截屏, 该方式的最大优势是不受限于x射线安全检查仪厂家, 系统费用低且实施方便。随着现在VGA视频采集卡的采集分辨率不断提高, 其采集的图像质量已与x射线安全检查仪厂家的相差不大。因而在安检信息管理系统中, 采用VGA视频采集卡直接抓屏的模式得到了大量的应用。但在实际的应用过程中, 何时采集安全检查仪的图像, 确保采集图像是一副完整的图像, 则是十分关键的问题。

通过对x射线安全检查仪成像的原理分析, 采集图像的关键是如何与x射线安全检查仪保持同步, 即实时监测安全检查仪的变化, 将获取的安全检查仪状态反馈给图像采集工作站, 由采集工作站的应用软件接受到安全检查仪的变化状态后控制图像采集卡的适时图像采集。

2. x射线安全检查仪图像控制盒的采集过程

针对以上的x射线安全检查仪图像采集思路, 我们需要一个与安全检查仪保持同步的图像采集控制盒, 将实时监测到的安全检查仪变化状态转换成数字/文本信号, 通过RS232串口发送给图像采集工作站机。由采集工作站的应用软件对数字/文本信号进行分析, 进而控制图像采集卡的动作, 保证图像采集工作站所采集的截屏图像为x射线安全检查仪最新刷新的完整图像, 确保图像信息的准确性和完整性。

控制盒的连接示意图如下:

图像采集控制盒的主要功能有:

1) 检查自身的工作状态, 保持与图像采集工作站的实时通讯;

2) 实时与图像采集工作站的通讯;

3) 实时监测安全检查仪的工作状态, 将获取的安全检查仪变化状态转化为数字/文本信号并反馈图像采集工作站, 同时检查采集工作站反馈的信号。

根据控制盒的工作流程, 其与pc应用软件、安全检查仪的时序图如下:

1) 开机时的自检和双方通讯

●PC应用软件启动后, Open Com后立即给控制盒发送“STA”信号, 控制盒收到信息后, 0.8秒内给PC发送“ACK”, 表示通讯正常, 否则PC应用软件认为控制盒存在故障, 此时Close Com, 过5秒后重新尝试Open Com, 并循环以上通讯。

●控制盒自启动后, 立即向PC应用软件发送“STA”, PC收到信息后, 0.8秒内反馈“ACK”给控制盒, 表示通讯正常, 否则控制盒认为自启动失败, 立即重启, 如此循环3次后停止。

2) 按钮事件

按下按钮, 控制盒向PC应用软件发送字符信息“AB”, PC收到控制信息后:

●0.8秒内给控制盒反馈“ACK”, 表示收到信息, 否则控制盒认为与PC的通讯已中断, 立即自动重启复位。

●PC当收到“AB”信息并反馈“ACK”后, 开始实现业务逻辑 (抓图) 后, 向控制盒发送“OK”信息, 控制盒收到信息后, 0.8秒内反馈“ACK”给PC, 并实现按钮亮闭合 (闪一下按钮上的灯) , 否则PC应用软件认为控制盒存在故障, 此时Close Com, 过5秒后重新尝试Open Com, 并循环以上通讯。

3) 安全检查仪过包事件

安全检查仪过包完成时, 控制盒向PC应用软件发送字符信息“Y”, PC收到控制盒信息后:

●0.8秒内给控制盒反馈“ACK”, 表示收到信息, 否则控制盒认为与PC的通讯已中断, 立即自动重启复位。

●PC当收到“Y”信息并反馈“ACK”后, 开始实现业务逻辑 (抓图) 。安全检查仪正在过包时, 控制盒向PC应用软件发送字符信息“N”, PC收到控制盒信息后:

●0.8秒内给控制盒反馈“ACK”, 表示收到信息, 否则控制盒认为与PC的通讯已中断, 立即自动重启复位。

●PC当收到“N”信息并反馈“ACK”后, 开始实现业务逻辑 (准备抓图) 。

针对上述要求, 我们采用pic16F874单片机加串口的解决方案。Pic16F874单片机具有内置4k的程序存储器, 满足方案要求, 调试方便, 串口芯片采用max232c, 整机供电方式采用安全检查仪12V电源加内部7805稳压。

3. 结语

不断演变的X射线检测系统 篇3

即食餐饮 (无论是包装好的饭菜还是冷冻食品) 的兴起满足了不同人群的需要, 但生产商压实的饭菜包含多种密度的食品, 导致X射线成像比较“乱”, 从而给污染物的识别技术带来新的挑战, 这也对检测污染物的图像分析软件提出了更高要求。对于成像“杂乱”的密度不均匀产品而言, X射线材质甄别 (MDX) 技术尤其有用, 是解决此问题的优选方案。MDX技术最初用于安全部门, 能够通过化学成分来确定材料, 并能检测和剔除以前无法检测的无机污染物, 比如玻璃碎片、石块、橡胶和某些塑料。新的产品检测系统采用MDX双能算法。以前, 在难度较大的产品应用中, X射线或任何其它常规手段均无法检测出产品中的异物。如今, MDX双能算法可显著提高污染物检测效果。

目前, 市场上初露头角的是另一种不同形状的创新包装。为了成功吸引消费者对产品的关注, 食品生产商需不断推出新式和创新型包装设计, 比如特殊形状的食品容器和特殊纹理的玻璃瓶。这些创意设计旨在让消费者感受不同的包装。然而, 这些变化也给食品生产商带来了挑战。生产商不得不调整以前校准、用于扫描标准类型包装的检测设备, 以便能够准确地分析用于非典型包装形式的新形状、尺寸和材料。应用了最新技术的X射线检测设备可同时进行广泛的在线质量检测, 如检查灌装量、质量测量和检查缺件, 以在分量超限时提醒生产商, 从而避免浪费。以前, 玻璃罐、瓶子和复合材料容器等直立容器的底部是检测盲点。如今, 采用不同光束几何形状的检测设备可从多个角度照射产品, 从而轻松检查这些容器的底部。

生产商经常遇到一个类似的问题:在检测容器内的金属污染物时, 锡罐或箔袋中的产品会影响检测工艺。箔或金属包装食品中的金属或外来污染物无法通过传统金属检测设备检测出来。然而, 随着X射线检测技术的发展, 这个问题已得到解决, 现在金属薄膜或箔包装对检测水平已没有显著影响。

此外, 由于中国是全球最大的食品出口国之一, 因此中国生产商迫切需要遵守国际食品安全法规和全球公认的食品安全标准。食品法规以及大型零售商的要求已经成为业内提高X射线检测技术的动力。虽然不存在关于使用X射线检测指南的法律规定, 但生产商仍应建立可靠、可以完整记录产品的检测程序。危害分析与关键控制点 (HACCP) 管理体系通过分析和控制生物、化学、物理危害来处理食品检测。生产商将HACCP管理体系贯穿于食品生产的各个阶段和制备工艺 (包括检测、包装和分销) 。

x射线数据采集系统 篇4

探测器制造商使用已经规范化的测量方法对平板探测器进行测试得到了其相对优越的理想DQE数值并提供给了系统厂商, 成为系统厂商描述其系统的成像质量的重要指标, 显然这样的做法并不客观。因为, 在探测器每单位曝光条件下, DQE定量测量图像的质量, 但是其中并不包括临床上所使用成像系统的一些重要参数的影响。由于散射辐射的存在影响着临床图像的质量, 防散射滤线栅通常用于影响图像的衰减性能, 而焦点大小的限制则主要导致图像模糊。IEC62220-1系列标准已经转化成为中国医药行业标准, DQE方法是用来消除或者降低以上这些因素, 以使结果可以用来反映图像探测器的基本性能。因此DQE的测量方法主要描述的是探测器工程或者理论上的技术参数, 由于其有限的临床适用性, 还不能代表整个成像系统的基本性能。为了解决这个难题, 我们正努力扩展DQE相关概念的研究, 更多地考虑除探测器以外的相关参数。

1.测试工具及试验方法

a) 医用数字化X射线成像系统;

b) MTF测试体模、衰减铝、准直筒、X射线剂量仪;

c) DQE测试软件 (依据YY/T 0590.1-2005标准方法编写) ;

d) 测试布局如图1。

2.具体参数信息

像素矩阵:3320*3408, 像素尺寸:0.125mm, 图像格式:原始数据, 辐射质量RQA5, SID:1.5m

图像CF测试信息:

1) 70kv, 25mA, 100mS, 21mmAl, 2.163uGy;

2) 70kv, 40mA, 100mS, 21mmAl, 3.489uGy;

3) 70kv, 80mA, 100mS, 21mmAl, 7.035uGy;

4) 70kv, 125mA, 100mS, 21mmAl, 11.00uGy;

5) 70kv, 160mA, 100mS, 21mmAl, 14.09uGy;

6) 70kv, 200mA, 100mS, 21mmAl, 17.60uGy;

7) 70kv, 250mA, 100mS, 21mmAl, 21.87uGy;

MTF及NPS测试条件均为:70kv 125mA100mS。

3.测试结果

MTF&SDQE结果见表1。

测量结果显示:被测系统具有良好的线性, 像素值和曝光剂量成线性比例关系, R2为0.99991。DQE值比我们所预料的理想系统 (或平板探测器制造商声称的) 要低10%或±0.1。SDQE值在接近于0频率时的范围在10%左右。结果证明了散射、焦点模糊和栅格衰减对系统具有很大的影响, 同时这些因素对SDQE值测量的影响能降低实际的信噪比 (SNR) , 实际的信噪比是指成像系统在临床使用设定的实际利用的曝光值。

在X射线机和乳腺机系统中, 图像质量测量的主要目的是描述成像系统的基本性能。这些年来, 人们研究了很多技术用于图像质量的测量。这些检测技术可以定量准确且可重复性地评价成像探测器的信号和噪声的性能, 并且呈现在人们普遍公认的DQE尺度测量的技术上。然而, 过去一些测量方法主要集中于探测器本身的测量, 而忽视了影响图像质量的五个成像系统的关键参数:采集形状, 散射分数, 滤线栅, 放大器和焦点模糊。可见, SDQE更加有意义的评价系性能。

通过本次试验, SDQE与平板探测器的DQE存在着一定的距离。平板探测器的DQE值也是理想的100%SDQE值。这就说明, 我们在既提高射线成像系统的图像质量又降低患者的辐射剂量的技术研究上提供了具体的空间。最大的改善点可以通过使用扫描槽获取图像的方式降低散射, 这种方式也可能实现更多空气间隙的有效应用。空气间隙的使用需要提高射线源至影像接受面 (患者) 的距离, 增加探测器的尺寸, 降低焦点的大小同时增加球管热容量的能力。系统自身降低焦点尺寸的大小能够在高频率系统响应时提高SDQE的大小。这种改善方式也可以更好地设计滤线栅的结构, 从而减低X射线的主要衰减性能。

摘要：目的:量子探测效率 (DQE) 是描述数字X射线平板探测器的图像质量和剂量利用效率的综合指标。在以往的研究和实践中, 我们所做的努力是研发了一种实验性的统一方法来测定平板探测器的量子探测效率, 包括IEC62220-1系列标准。然而, 评价数字X射线成像系统的DQE才更有实际临床意义。本论文通过对系统DQE (SDQE) 的测试, 比较SDQE与其描述的平板探测器DQE的差异, 讨论了数值差异的原因以及提高SDQE的方法。

x射线数据采集系统 篇5

强力运送带(钢绳芯输送带)是带式运送机导向和载运的主要组成部分,在煤矿行业中获得普遍应用。煤矿运送带可否稳定可靠、高效地运行直接关系到矿方的安全生产。煤矿企业的重组发展,对生产自动化集成的要求越来越高,钢绳运送带的荷载量增大,检修停机时间缩短。若运送带突发撕裂等事故而未及时发现,引起整条输送带断裂,极有可能出现重大安全事故。因此,保持强力运送带完好状况的在线检测是煤矿生产中的重要环节[1]。

为确保强力运送带安全可靠工作,有必要采用一种方法检测输送带内钢丝绳芯在运行过程中的状态变化,保证煤炭较重、空气潮湿等环境下,避免强力输送带发生事故。强力运送带检修强度降低、节省能耗和工时,使用寿命延长。采用X射线探测方法、数字视频处理算法,能实现远程实时检测运送带图像,检测出钢丝绳芯接头拉伸、锈蚀、断裂等故障问题,提供及时的报警信息。因此,在避免事故发生、保证人员安全、减少经济损失方面效果显著。

1 X射线成像系统原理

X射线是具有波粒二象性的一种电磁波,是人类眼睛不可观测的射线。它具有透视物体的能力,但对于不同的物质的穿透能力而有差别,其穿透率随被照距离及厚薄度而变化,满足一定的衰减定律。若射线强度为J0,透过输送带射线强度为Jx,则衰减公式为。其中,μ为衰减系数;x为被检测物体的厚度。可见物体厚度x越小、衰减系数μ越小,透过输送带的射线穿透力就越强[2]。

用于检测的输送带内部钢丝绳衰减系数μ比胶带层大,透过的射线强度Jx相对较小,在图像上显示较暗亮度,而胶带层则亮度较大。在线检测出钢丝绳芯接头有拉伸、断裂时,缺陷部位在图像上体现出来的光量是不同的,通过图像灰度技术分析,并与正常的运送带进行比较,判断其损坏程度。

2 系统组成及工作原理

基于X光的强力运送带检测系统主要包含以下几部分,X射线源、X光探测卡(DH卡Detector Head)、图像采集卡(SP板Signal Processing)、数据转换传输板、Ethernet通信系统和上位机(PC)等,其系统组成如图1所示。

2.1 硬件结构介绍

(1)X射线源。X射线源(发生器)供电采用220 VAC,主要部件为X发光器和控制器,光源发生器又称管头,控制器预留有以太网通讯口,可通过环网交换机直接连接上位PC机,实现远程收发控制射线发生器的启停,检测过压、过流、超温等数据,从而达到保护设备正常工作的目的[3]。

(2)探测器。该系统选用。XDAS-V3系列探测器模块,SENS-TECH的探测系统主要包括探头(DH)、信号处理板(SP)、接口适配器。

X光探测卡是在线检测穿透强力输送带的核心部件,为一个线阵探测器阵列,由多块DH板首尾相连而成,DH板上布有硅光二极管阵列和闪烁晶体以实现不可见光到可见光和可见光到电信号的转换;每块DH板有64个通道,即每块包含64个像素,像素宽度为1.6 mm,0.2 ms<T<10 ms(T为积分时间),为了满足能一次性检测到输送带全部截面以及图像采集速度等要求,可根据输送带宽度采用多块DH板和多块SP板[4,5,6,7]。

图像采集卡(SP),实现模拟量信号采集,模拟量信号再A/D转换为数字信号。

转换传输板由FPGA模块、电源模块、SDRAM存储器和FLASH存储器、串口等外围模块组成,保证数据的高速传输,可通过以太网接口与PC机直接进行通讯。

2.2 系统工作原理

探测器和X射线源固定在运送带的支架上,被检测运送带以一定速度相对切割移动,探测器逐行采集穿透物体的X射线。探测器先将其信息转换为可见光,可见光转换为电信号,电信号与敏感元件吸收的单元X射线能量的模拟量信号电流成正比。采用A/D转换为数字信号,并送人FPGA中进行滤波和平均化处理后,将数据传输给嵌入式芯片,嵌入式芯片处理完成后通过以太网或光纤传输给上位机。上位机采用开放的系统应用软件,运用模式识别算法对比提取是损伤状况、接头序号和位置判断等情况,若遇隐患,提早预警。而且,以太网通讯的可靠性、实时性,可实现多台检测系统设备的联机协同控制,硬件系统组成结构图(图2)。

3 系统图像处理软件

通过实验累积及调研分析后,研发上位机应用系统软件,该系统软件的可视化图像处理可以清晰、完整的检测运送带的任意位置。开发的系统应用软件能实现以下功能(图3)。

(1)软件启动后,能够管理设备电源,做到工作时使设备通电;不工作时,将X光源发生器、线阵检测器等电源关闭,以延长设备的使用寿命。

(2)为了获取良好的采集图像质量,可通过软件调节射线源管电流、管电压等参数以及探测器相关参数。

(3)对探测器采集传输进来的图像数据能够实时显示,对多条输送带实时检测。

(4)能够存储实时检测的输送带视频用于后续图像分析,同时也可投入钢丝绳断绳、接头抽动和带面损伤的检测算法,实时地发现故障并报警。

(5)存储的视频和图像包含输送带名称、检测时间、故障类型、故障位置等信息,对存储的图像进行人工分析后,能添加备注信息,并把这些信息存入数据库,以报表形式呈现给用户查看和打印。

(6)对视频数据、图像数据、数据库备份等数据能进行管理操作[8,9,10,11,12,13,14,15]。

4 系统检测结果及分析

采用VS2010和My SQL设计开发应用软件。单击“启动”按钮,系统开始录像,把采集的图像写入视频流,直到用户点击“停止”为止。检测完成后,系统会自动生成报表(图4),并存储在系统自定义的存储目录下的Report子母录,文件名称为检测时间字符串。主运输送带在线检测结果显示:距1接头94.105 m,断绳长度77.76 cm(图5)。

5 结语

x射线数据采集系统 篇6

随着科学技术的进步, 来自各种先进设备所勘察出的数据类型和规模日益复杂, 等待处理的数据量和数据种类越来越多, 如何合理有效的处理这些数据成为当前社会关注的重点, 在处理中从各种海量的数据信息中提取其本质规律, 形成若干可视化和识别模式的数据。而科学计算可视化是通过计算机图形技术和图像处理技术综合应用, 将数据在科学计算所得出的计算结果转换成图形和图像的形式显现在屏幕上, 并进行交互处理。在可视化数据处理中涉及到计算机图形学、图像处理技术、计算机辅助设计和计算机视觉等相关领域。

2 三维重建

三维重建是指对三维物体建立适合计算机表示和数据处理的数学模型, 是通过将数据信息合理的在计算机环境之中进行处理, 并且能够在计算机中分析其原有本质。三维重建技术在当前被广泛的应用在各个生产领域之中, 是建立表达客观世界的虚拟化实现的关键技术。和处理的数学模型, 是在计算机环境下对其进行处理、操作和分析其性质的基础, 也是在计算机中建立表达客观世界的虚拟现实的关键技术。

3 X射线中的三维重建技术

现代医学随着科学技术的不断发展与进步, 诊断方法也得到了极大的丰富, 放射诊疗在目前的医学科学中是一个重要的环节和诊疗方法, 对许多疾病的断定和诊治都有着不可忽视的作用。X射线价差是放射诊断中的重要环节, 更是放射诊疗的基础。长期以来, 在医学治疗中, X射线是放射诊断中的主要技术方式, 然而在实际应用中由于受到多个因素的制约, 医生只能够凭借经验根据所得到的图像估计它们的大小、形状进行诊断, 这就为医生治疗带来了极大的困难。科学计算可视化是借助于计算机技术发展起来的一种新型的技术方式, 是为了将科学计算的能够直观的以图形和图像的形式在计算机显示器中显示出来, 是利用计算机图形学和图像处理技术形成的交叉学科和理论技术方法。医学领域的三维X射线图像的重建与可视化是科学计算可视化技术发展的高级阶段, 更是应用的主要方式。

3.1 基于CT图像的三维重建

x射线计算机断层扫描成像技术于1972年由英国EMI公司的G.N.Hounsfield开发成功, 现在简称为CT技术。一束x射线穿过欲成像人体的某个断层后投射至探测器, x射线和探测器围绕人体旋转进行多角度的测量。所得测量的数据结果由计算机进行处理, 通过相应的投影图像重建算法可以得出断层的二维CT图像。目前的CT技术已经发展到采用扇形或锥形的x射线束, 可实现多层同时扫描, 减少扫描时间。通过CT技术所得的序列断层图像包含的信息量大, 而且在空间上是有规律的排列, 所以目前对医学x射线图像三维重建的研究工作大多数是建立在序列断层二维图像的基础上。基于序列断层二维图像的三维重建大体上有两类方法, 一类为基于二维轮廓线的三维形体重建技术, 另一类为基于体素法实现三维重建。

为了能够采集到在三维空间中规则分布的数据, 就需要间距较小且均匀的断层数据。有时为了满足要求, 在断层之间还要进行层间插值运算。直接体绘制的三维重建过程首先需要从各个体素的灰度值计算出它的阻光度和法线方向;然后利用光照模型合成各个体素的亮度值;接着为了得到类似人眼的观察效果, 要计算出每一个体素对像平面的贡献, 这一过程可以采用顺序投影算法得到最终的成像。

3.2 基于二维轮廓线的三维形体表面重建技术

对于从二维轮廓线恢复出三维形体表面形状的研究, 人们从20世纪70年代开始就进行了研究。一直以来, 在这方面不断有研究成果发表。早期由人工勾画出或计算机检测各个断层图像中目标的轮廓, 然后将这些轮廓线排列在一起表示目标物体的三维形状。为了进行表面重建, 可以采用小三角片多边形的小平面 (或曲面) 拟合相邻轮廓线之间的目标物体表面。如基于表面轮廓的Delaunay三角形方法, 或从轮廓出发的B样条插值重建算法, 都可以得到分片或整体光滑的表面。整个过程中需要解决好三个问题, 一是各断层图像中轮廓的对应问题;二是相邻轮廓间如何拟合;三是对于具有分叉等不规则形状形体的处理。

3.3 基于数字减影图像的三维重建

目前基于x射线投影图像的三维重建研究主要集中血管的三维重建上。目前的研究内容主要有血管中轴线的检测和匹配, 血管截面的形状的重构, 也有学者提出使用计算机立体视觉算法进行血管的三维重建。一般基于数字摄影图像的三维重建依据获得的摄影设备空间几何坐标系来进行, 当空间几何关系难于直接获得时, 可利用定标器进行空间变换矩阵的求解。因此通过x射线摄影图像进行三维重建的研究难度较大, 现在所进行的研究仅集中于人体的某些部位。通过常规x射线摄影获得的正位和侧位的平片中提取有关的信息, 进行股骨的三维重建, 整个过程需要先验模型的支持。

3.4 基于x射线摄影图像的三维重建

从前述可知, 通过x射线摄影得到是一种投影图像, 它反映了所照射的物体在某个方向上的3D信息的重叠。要从2D投影图像进行三维重建, 需要至少两个方向上的投影图像, 而且所需重构的物体在三维结构上还不能过于复杂。同时为了能将目标物体从背景中分离出来, 图像必须具有一定的对比度。因此通过x射线摄影图像进行三维重建的研究难度较大, 现在所进行的研究仅集中于人体的某些部位。目前, 正在进行基于x射线平片图像的股骨三维重建的研究, 通过常规x射线摄影获得的正位和侧位的平片中提取有关的信息, 进行股骨的三维重建, 整个过程需要先验模型的支持。

结束语

从一组采样数据中重建物体的三维实体是人类观察和分析客观事物的重要手段。在当前医学领域的应用中断层数据和图像处理是一种常用的无损伤的数据采集方式。X射线在医疗中是通过2D投影技术逐步朝着3D技术进步, 通过X射线摄影图像进行三维重建研究难度较大, 在医学的应用中存在着诸多的难点, 结合科学技术发展方式综合探究和分析, 为当前医学治疗方式的提高和优化提供依据。由于科学计算可视化和医学X射线摄影技术的数字化发展, 在医疗中使得各个治疗措施和效果更佳的精确, 发展方向明确, 实用化程度高。

摘要：随着科学技术的不断进步, 各种先进的科学技术措施不断应用在当前各个行业生产和工作中。基于断层数据的三维重建是可视化技术应用和研究的主要内容, 在三维模型的分析、仿真应用中是利用可视化管理和研究的前提。本文通过可视化为背景, 阐述了X射线图像在图像处理和医学诊疗中的各个工作环节, 运用三维重建技术分析, 就断层数据处理中线形的拼接缺陷方法、制约三维重建技术的因素和影响使用价值的各个关键技术进行探究, 为三维重建技术在医学工作中的合理应用提供依据。

x射线数据采集系统 篇7

1 工作原理

X射线检测仪是利用X射线的穿透能力进行检测, 在工业上一般用于检测眼睛所看不到的物品内部情况或电路的短路等。X射线机发射X射线, X射线透过待检工件, 然后在图像探测器 (现在大多使用X-Ray图像增强器) 上形成一个放大的X射线图像。由于被检工件内部结构密度不同, 对X射线的阻挡能力也不一样, 因此X射线图像能清晰地展现被检样品内部的细微结构。之所以能形成放大的X射线图像, 是因为在X射线发生器对面有个数据接收器, 可自动地将接收到的辐射转换成电信号并传到扩张板中, 并在电脑中转换成特定的信号, 通过专用的软件将图像在显示器中显示出来, 这样就可以通过肉眼观测到检测物的内部结构, 而不用打开一个个检查。简而言之, X射线具有透视能力, 能检测不希望破坏结构又欲知内部缺陷的场所。

2 健康与安全

根据FDA和WHO (世界卫生组织) 的规定, 食品药品辐射是指让产品接触X射线等辐射源。辐射不会使药品具有放射性, 就像做过胸部X光透视的人也不会具有放射性一样。WHO在1997年进行的一项研究证实, 如果食品或者药品辐射量不超过10 k Gy (10 000 GRAY, GRAY是辐射吸收剂量的单位) , 则不会影响食品药品的安全或营养价值。FDA不会将低于1 kGy的剂量视为辐射过程。X射线辐射在制药、科研和产品检测应用中非常实用。梅特勒-托利多公司FluidCheK X射线系统不含铀等活性辐射源, 因而为操作人员提供了一个安全的工作环境。只要遵守安全原则, 任何人 (包括孕妇和青少年) 都可以操作这类设备。X射线检测系统中的X射线是用电产生的, 因而可以开关。这有别于铀之类的辐射源, 此类辐射源是以阿尔法、贝塔或伽玛射线形式自然发出辐射。只要将这些辐射源隔离起来就能确保安全。该X射线系统被归类为操作柜系统, X射线源始终安装在外壳内。并且该X射线系统符合“1999年电离辐射规定”以及美国标准1020.40 CFR等安全标准, 在每个人都遵守安全规程的前提下可确保所有人员和生产工人安全地操作设备。

3 设备特性

该FluidChek的X射线系统是专门为用玻璃瓶或罐、金属罐、塑料瓶包装的液体检测而设计, 具有优良的精确度。其主要性能参数如表1所示。

4 优点

4.1 提高了灵敏度

因为污染物密度通常大于周围的液体, 因此高密度流体中污染物往往会沉到容器的底部, 因此FluidChek X射线系统将检测的重点放在了容器底部。只集中检测容器底部的优势在于X射线发生器可以更靠近产品, 缩短了X射线光束必须射入检测机的距离, 提高了X射线图像的质量以及检测的灵敏性和检出率, 从而确保产品具有很高的安全性。因此, 这项技术的应用改进了X射线成像检测水平, 提高了灵敏度, 优化了检测结果。

4.2 无与伦比的检测

对于内部底层凸起或拱形的玻璃和金属容器, 使用相互垂直的水平光源X射线检测系统通常难以检测其底部。由于拱形区域密度大于容器的其他区域并形成部分的X射线层叠影像, 因而可能会遮盖住污染物造成检测盲点。Fluid Chek X射线系统发出的X射线光束是以一定的角度检测容器底部, 进行相应的消除, 因此可避免传统检测盲点和隐藏区, 实现卓越的污染物检测性能。

4.3 品牌保护

FluidCheK X射线系统适合安装在生产线末端, 对最终产品进行检测, 以确保在生产或密封期间没有污染物进入产品内。该设备还装备了一种名为XTP的新软件技术, 适用于污染物检测。该软件对X射线图像中的各个像素进行分析, 即使产品出现再小的变化都能进行识别。它通过确保产品的安全性, 帮助企业符合国内外法规要求, 满足零售商要求以及HACCP等要求, 提升企业的形象, 维护品牌权威。

4.4 卓越的软件能力

(1) 新开发的XTP软件工具进行产品分析时有着最高的分辨率, 提供了卓越的检测水平;

(2) 完全自动化的设置, 确保生产正常运行时间不被干扰;

(3) 自适应滤波 (即容器外廓过滤器) , 动态地根据容器的不同进行容器外廓过滤, 以获得容器内部最佳的检测率和最小的失误率。

4.5 适合于审计/验证

(1) 可供质量追溯的全面统计报告;

(2) 断电后影像/统计自动保存, 确保相关数据将被保留;

(3) 内置的性能验证, 以确保最佳的性能不变;

(4) 所有报告下载到USB或通过网络无纸记录保存。

4.6 优越的卫生设计

(1) 领先于同行的卫生设计, 符合GMP认证要求, NSF和EHEDG的相关原则;

(2) 机器的所有部位都易清洗, 确保最短的停机时间和最佳的卫生保护, 防止病原微生物的生长;

(3) 高速“快门”设计确保只有产品通过检测点时FluidChek才发出射线, 减少射线排放量。

4.7 较好的弹性

(1) 具有最低的操作难度。最少的停机时间内能在不同的检测对象间快速转换, 获得最佳的设备操作性能;

(2) X射线扫描速度自动与检测带速同步, 保持一对一图像比例, 无需手动调整, 确保了最高的生产线正常运行时间, 检测效率高, 同时检出差错率低。

4.8 独特的X射线透明输送机 (图2)

Fluid CheK采用梅特勒-托利多获得专利的X射线板链式模块传输带。该传输带的设计及其材料的低X射线衰减性具有良好的传输性质, 但又不会降低检测的灵敏度。它适用于高速运行的玻璃容器罐生产线, 具有更小的间隙, 确保产品的顺畅传送, 而且更容易与现有的模块化输送机集成, 更容易剔除和转移有缺陷的包装。如果生产线上发生玻璃破碎, 可在几分钟内轻松拆卸传送带, 方便进行清洗或维护。

利用X射线透明金属板式输送带, 轻松检查容器, 无需倾斜容器, 也无需费力搬动容器, 取放产品轻松方便, 不会损坏标签包装。因此, FluidCheK执行的是一个完全的“非接触式”检查。这意味着, 无论产品何时通过机器都不会接触到它们, 这样可避免产品搬运问题和破坏包装标签。

5 结语

随着计算机技术的发展和普及, 现代工业已进入数字化时代。X射线无损检测作为一种新兴的无损检测方法正在被各个行业应用实践。梅特勒-托利多公司的数字化的FluidCheK X射线系统检测技术已非常成熟并已成功应用于国外多家制药企业。如Contract Pharmacal Corporation (CPC) , Pfizer LLC。因为其良好的检测灵敏度和可靠的精确度, 通过提供准确的质量控制, 可有效避免产品召回和客户投诉, 并能帮助生产商遵守HACCP、零售商要求, 以及危害分析与关键控制点 (HACCP) 规范。制药企业生产面向公众的药品, 肩负着重要的职责。为了确保产品的质量和安全性, 利用最先进的技术, 使用X射线检测系统已经是大势所趋。

摘要：以瑞士梅特勒-托利多 (METTLER TOLEDO) 公司的Fluid CheK X射线检测系统为例, 介绍目前X射线检测系统的最新技术动向。

关键词：X射线检测系统,设备特性,制药行业

参考文献

[1]美国梅特勒-托利多公司.www.mt.com

[2]美国梅特勒-托利多公司.www.mt.com/safelineus

[3]英国健康保护署.辐射安全.www.hpa.org.uk/radiat-ion

[4]食品标准局报告.www.food.gov.uk/news/newsarchi-ve/dec/r adi o

[5]FDA.www.fda.gov/cdrh/radhealth/

[6]世界卫生组织.www.who.int/foodsafety/publicati-ons/fs_management/irradiation/en/