A modular, scalable detector acquisition system for medical X-ray applications

Abstract

Bu çalışma, dijital X-ray detektörleri için yeni bir veri edinim sisteminin tasarımını içerir. Güncel X-ray detektörleri sabit okuma alanında karşımıza çıkmakta veya veri edinimi için boyuta özel bağlantı sistemleri gerektirmektedir. Çalışma bünyesinde sunulan iSAM adlı sensör modülü, birbirine eklenerek karanlık alan bırakmadan genişleyebilmekte ve tek uçtan veri edinimi sunmaktadr. iSAM sensör modülünün gerçekleştirilmesi için, donanımsal tasarım ve programlama çalışmaları yapılmıştır. Donanımsal tasarım kapsamında, CMOS çizgi sensörlerini, gerekli analog dijital dönüşüm devrelerini ve veri iletim hatlarını içeren bir devre kartı tasarlanmış ve dizilmiltir. Programlama tarafına, modüllerden veri edinimini gerçekleştirmek için bir FPGA geliştirmesi yapılmıştır. Bu şekilde birden çok sensörün eş zamanlı okunması mümkün kılınmıştır. Son olarak FPGA içerisinde bulunan hafızalara ulaşıp görüntü verilerini bilgisayara USB seri bağlantısı üzerinden aktarması amacıyla, bir mikroişlemci programı geliştirilmiştir. Çalışmaların sonucu olarak, CMOS çizgi sensörlerin X-ray uygulamalarında kullanılabilirliği ve önerilen tasarımın donanımsal çalışabilirliği gösterilmiştir. Sistemin mevcut uygulamalara katılabilmesi için, donanımsal tasarımda iyileştirilmeler, yazılım ve donanımsal programlamadaki geliştirmeler, prototip üretimi ve daha büyük boyutta görüntüleyicilerin entegrasyonu gibi konularda çalışmalar gereklidir.

This thesis project proposes an innovative acquisition system for line scanning X-ray detectors. Current linear X-ray detectors are either offered as fixed size or requiring cabling or grid systems. The new design aims to overcome these issues by offering iSAM, a sensor module where multiple modules attach to each other to extend the imaging area without leaving dark regions. Another feature is the ability to read the sensors from a single port, without a need for new cabling. The design of iSAM is conducted as hardware development and programming. In terms of hardware development, a printed board containing CMOS line sensors, digitalization circuitry and data lines is designed and manufactured. On the programming side, an FPGA design is developed to drive the sensor modules and collect the image data in a parallel concept. A microprocessor program finally, reads the memory blocks within the FPGA, and transfers the image data to the computer via a USB serial connection. The studies within this project showed that the usage of CMOS line sensors, combined with adequate scintillators on X-ray applications is feasible, and the hardware design of the acquisition system is operable. Significant work remains (harware design improvements, hardware/software programming, prototype development with larger arrays and advanced testing) to employ this innovative sensor design approach for the real life applications.