Projekt: X-Ray

Veröffentlicht von Joe-C (jch) am Jan 14 2010
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Im Normalfall, kann man auf dem Leuchtschirm das durchstrahlte Objekt sehen.
Da ich aber nicht nur etwas betrachten, sondern auch Bilder davon machen möchte, habe ich mich zur Installation einer Webcam entschlossen. Außerdem habe ich damit die Möglichkeit, mich weiter außerhalb des Strahlenbereichs zu befinden.

Die Mitgelieferte Kamera lieferte leider nur unscharfe Bilder, außerdem war sie so weit vom Leuchtschirm entfernt, dass dadurch noch mehr ungenutzte Fläche entstand. Wenn die Kamera dichter an den Leuchtschirm gebracht wurde, vergrößerte sich die Unschärfe des Bildes.

Digicamaufnahme (Referenz)

Auflösung: 1280x1024

Neue Kamera

Um bestmögliche Ergebnisse zu erzielen, wurde zuerst der Leuchtschirm mit einer normalen Digitalkamera fotografiert, um ein entsprechendes Referenzbild zu erhalten. Aufgrund der Schärfe des Leuchtschirms, habe ich ein einfaches Autofocusbild mit 3648x2736 (10 Megapixel) aufgenommen.
Da das Fluoroskop ein gewisses Rauschen auf dem Leuchtschirm zeigt, wurde die Referenzaufnahme dadurch etwas verschlechtert.

Ausgehend vom Referenzbild, habe ich nach einigen versuchen, die Auflösung von 1280x1024 (1,3 Megapixel) für ideal befunden.

Nachdem mit dem Referenzbild der Zustand festgehalten wurde, welcher erreicht werden sollte, ging es an das Befestigen der auserwählten Webcam. Ich habe mich für eine Logitech Quickcam 7500 entschieden.

Meine Entscheidungsgründe waren:

  • Sensor mit echten 1,3 Megapixel
    Viele andere arbeiten mit Interpolation
  • Focus wird seitlich eingestellt
    Damit kann der Focus der Kamera verändert werden, während sie bereits fest mit dem Gehäuse verbunden ist.
  • USB 2.0
    Ich musste bei einer USB 1.1 Kamera feststellen, dass größere Bilder zu einem erheblichen "ruckeln" führen. Die Quickcam 7500 hat bei einer Auflösung von 1280x1024 immer noch eine Bildwiederholung von 7,5hz (was im Normalfall ausreicht).
  • schnelle Lichtreaktion
    Sie hat sich recht flink auf die richtige Helligkeit eingestellt. Einige andere, sind da deutlich langsamer und man kann dabei zusehen, wie die Helligkeit nachgeregelt wird.

Die Kamera wurde direkt mit einem Reparaturkleber (Verarbeitungszeit 1 Min) an einer Klopapierrolle befestigt, welche sich als geeigneter Abstandshalter herausstellte. Nur eine der Seiten blieb frei, da sich an dieser Stelle das Focusierrad befindet. Die Anschlussleitung wurde im inneren des Gehäuses verlegt.

Mit der Webcam, wurde auch eine UV-LED mit eingebaut, welche direkt auf den Leuchtschirm zeigt. Ich hab sie eingebaut, um die Webcam zu testen. Schließlich kann ja mal das Bild einfrieren oder Ähnliches. Da ist es immer hilfreich, wenn man die Reaktion der Webcam testen kann, ohne das Röntgengerät zu starten.

Einbau und Test der neuen Webcam
Auflösung: 1600x1200

Webcamtest bei inaktivem Röntgen
Auflösung: 1600x1200

 
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Nachdem die montierte Webcam ihren festen Platz hatte und richtig fokussiert war, habe ich ein Testbild aufgenommen. Dabei habe ich über die Software lediglich Average (auf 10x eingestellt) Aktiviert, um dass Rauschen zu unterdrücken.

Average

Ist im Prinzip nur ein Mitteln, der verwendeten Werte. Man muss sich das so vorstellen, dass die Bilder immer übereinander gelegt werden und ihre Pixelwerte aufeinander addiert werden. Das ganze wird dann noch durch die Anzahl der verwendeten Bilder geteilt. Ab einer gewissen Menge an Bildern, wird beim hinzufügen eines neuen, dass letzte ganz hinten wieder entfernt, um einen durchschnitt einer begrenzten Menge an Bildern zu erreichen (in meinem Fall 10).
Würde ich das Average auf 7,5 stellen, würde meine Kamera mit einer Bildwiederholung von 7,5 Frames, jede Sekunde einen vollen Bilddurchlauf haben.

Sinn des Ganzen: Das betrachtete Objekt zeichnet sich immer gleich auf den Bildern, das Rauschen hingegen tritt eher willkürlich auf. Durch das Mitteln der Bilder, gleichen sich die zufälligen Leuchtpartikel des Rauschens auf und man erhält ein klares Bild.

Vergleich: Average
Stufe: 1 | 2 | 5 | 10
Auflösungen: alle 740x508
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Der Vergleich weiter unten zeigt, dass die verwendete Webcam zufriedenstellende Ergebnisse liefert.

Testbild (Avr: x10)
Auflösung: 1280x1024

Vergleich: Visuell | Ref | Neu
Auflösung: 1644x816

 
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Neben dem Einbau der Webcam, wurde das Gehäuse gleich mit modifiziert.
Zustand vorher: Gestartet wird das Röntgengerät über einen Taster. Nach ungefähr 3 Sec. erschien das Bild auf dem Leuchtschirm. Für die Stromversorgung, wurde das externe Netzteil über ein langes Kabel mit dem Gerät verbunden. Die Stärke der Strahlung, konnte direkt an dem Netzteil eingestellt werden.
Da im normalen Betrieb, eine Hand den Auslösetaster festhielt und die andere das zu betrachtende Objekt, konnte während der Betrachtung nicht die Stärke der Strahlung geändert werden.
Zustand jetzt: Ich habe den Taster (funktionierte als Wechsler) gegen ein Relais getauscht, welches mit der Betriebsspannung des Röntgengerätes versorgt wurde.
Damit, kann das Gerät durch das Einfache verbinden von 2 Adern aktiviert werden. Da diese Aktivierung später vom PC und über Optokoppler geschehen soll, wurde das Relais um eine Freilaufdiode erweitert.

Neue Anschlüsse

Auflösung: 1600x1200

Die Anschlüsse sind über einen 9 Poligen Sub-D (wie bei RS-232) nach außen geführt. Neben den 2 Pins zum Aktivieren, wird noch die Betriebsspannung, die Anschlüsse für die UV-LED und die 2 Leitungen für die Reglung der Strahlstärke mitgeliefert.
Das Netzteil ist mit dem Gehäuse verschraubt worden und der Stromanschluss ist nun intern verbunden, wodurch der bisherige Stromanschluss (links im Bild) seine Wirkung verliert. Der USB Anschluss ist für die Webcam und der Schiebewiederstand ist zum einstellen der Röngenleistung.

Was nun mit dem Überflüssigen alten Stromanschluss wird, werde ich später mal sehen...


 Steuerungssoftware

Die Software ist in C# geschrieben und steuert einen µC (Picaxe 18M2) über den Seriellen Anschluss.

Man kann inzwischen sogar Entfernungen messen. Dafür muss man wissen, wie weit das Objekt vom Detektor entfernt ist, da der Strahl Kegelförmig verläuft. Je weiter man vom Detektor weg ist (und je näher man somit der Strahlenröhre kommt) desto größer wird das Objekt. Die Entfernung wird über die Menge an Pixeln zwischen 2 Punkten berechnet. Dafür wird der "Satz des Pythagoras" benutzt.

Ebenso eine Besonderheit: im Zoomfenster kann man den Autokontrast aktivieren, welcher von allen Pixeln im Zoombild den größten und kleinsten Wert findet und dazwischen einen Farbverlauf erstellt. So sieht man ein Zoomobjekt schön deutlich.

 

Der Kaufzustand

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Geliefert wurde ein ziemlich großer Koffer, welcher durch Schaumstoff, dass innere vor Stößen schützt.

Der Lieferumfang (erweitert durch den Vorbesitzer):

  • Fluoroskop
    Gehäuse im Fluroskop üblichen C-Arm Design aus Aluminium und weißen Kunststoff.
  • Schutzschild
    Eine Kunststoffscheibe mit Blei im Rand.
  • Verstellbares Netzteil
    mit Anschlussleitung versteht sich.
  • Bedienungsanleitung
    in Englisch.
  • Kalibrier oder Testzertifikate
    auf Chinesisch.
  • Digitalkamera Stabförmig
    Die hat leider einen Festen Focus und der passt nicht. Weshalb ich sie auch recht schnell als "unbrauchbar" für das Röntgengerät eingestuft hab.
  • Halterungsaufsatz für die Kamera
  • USB Videograbber
  • Treiber CD's
    Für die Stabkamera und den Videograbber
  • Diverse Anschlusskabel
    Für die Stabkamera und den Videograbber

portable X-Ray Device
Auflösung: 1600x1200

Röntgenröhre und Leuchtschirm
Auflösung: 1600x1057

 
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Zuletzt geändert am: Nov 28 2013 um 8:36 PM

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Fluoroskopie allgemein

In der Fluoroskopie geht es um ein Bildgebendes Verfahren, welches unter der Verwendung von Röntgenstrahlen (X-Ray), Gegenstände oder Personen durchstrahlt.
Dabei handelt es sich gewissermaßen um eine Erweiterung der normalen Röntgentechnologie.

  • Beim "normalen" Röntgen, wird durch eine Quelle (über ein Medium) eine Röntgenfolie bestrahlt, welche nach dem entwickeln das eigentliche Röntgenbild erzeugt.
  • Bei der Fluoroskopie hingegen, wird von einer Quelle (natürlich über ein Medium) auf einen Leuchtschirm gestrahlt. In diesem Verfahren, entsteht ein Live-Röntgenbild, was auch eine Aufnahme von Röntgenvideos ermöglicht.

Vor dem Leuchtschirm, kommt glaube ich noch eine Kristallschicht oder ein Metalloxid, was die Röntgenstrahlen erstmal in normale Lichtteilchen (Photonen) umwandelt, sicher bin ich mir da aber nicht...

Röntgenstrahlen

liegen auf dem Elektromagnetischen Spektrum, zwischen Gamma und UV-Strahlen, im sehr Kurzwelligen Bereich.
Diese Strahlen werden von der Beschaffenheit des Mediums, dass sie durchdringen abgeschwächt, so dass sich über das Maß an Abschwächung bestimmen lässt, durch wie viel (Volumen) oder wie dichtes Material (Zusammensetzung) gestrahlt wurde.

Röntgenstrahlen sind allerdings eine Form der "Ionisierenden Strahlung".Während normales Licht (welches Absorbiert wird) direkt in Wärmeenergie umgewandelt wird, kann Röntgenstrahlung bei seiner Absorption durch das Medium die Atome Ionisieren.
Genau dieses Verhalten, macht sich ein Geigerzähler zu nutzen, wo die Strahlung mit einem Gas reagiert. Allerdings können Ionisierte Atome zu ungewollten Bindungen führen oder bestehende Bindungen lösen.
Oder kurz: Röntgenstrahlung fördert Mutationen im Gewebe.


Ich werde mich selbst jedenfalls nur sehr wenig "durchleuchten". Ich hab zwar mal meine Knochen in der Hand gesehen, aber davon hab ich nicht wirklich viel. Mein Hauptinteresse gilt dem Röntgen von Gegenständen und Bastelprojekten.