牙科口内数字成像系统设计

0 引言

    传统的 X 射线成像胶片虽然有较好的成像质量，但所需 X 射线剂量较高，对人体伤害较大，且成像后的胶片需要经过化学药水冲洗，过程相对复杂，故障率高，耗费时间较长，在一定程度上造成使用不便。更为严重的是，废弃的显、定影药水，甚至胶片冲洗用水中均含有重金属银和化学物质，会严重污染环境。面对全球越来越严格的环保要求，人们开始设计一种新的免冲洗的成像设备———牙科口内数字成像系统。

    本文介绍一种基于 E2V 某型 X 射线 CCD 的数字牙片成像系统^{［1 －3］}。该系统能够在短时间内快速成像，成像清晰度好。且由于数据直接传输至 PC机，便于处理和保存。同时可与患者信息链接，建立数字化病历库。数字成像系统需要的曝光时间仅仅为一般胶片的 1/2—2/3，可使操作人员接受的照剂量下降一个数量级，且降低了 X 线机的负荷，相对地延长了机器的使用寿命，故障率降低，维修费用也相应降低。

1 系统的总体框架和工作原理

    整个系统主要分为四个模块: 电源转换模块，·整个系统主要分为四个模块: 电源转换模块，CCD 模拟驱动模块，模拟信号量化模块，FPGA 核心控制模块和数据上传模块，系统总体框架如图 1所示。

    其中 FPGA 实现的主要功能有: CCD 驱动时序的送出，对 ADC 的逻辑控制及对 CCD 信号量化后的缓存，控制 USB2． 0 进行数据上传。

    系统的工作原理为: 系统电源连接后，只有USB2． 0 模块工作。可由 PC 机软件通过 USB 发送命令控制整个系统上电。系统上电后，首先由 FPGA 完成对 ADC 的初始化配置。ADC 配置完毕，FPGA 送出 CCD 驱动时序，并等待 X 射线检测电路送回的有效信号。当系统检测到 CCD 有 X 射线照射时，等待CCD 积分完全后，FPGA 控制所有逻辑读出 CCD 内的有效数据，并传送至PC机。一场图像传送完毕，系统将再次等待检测 X 射线。

2 硬件电路设计

2． 1 电源转换

    电源转换模块是将 USB2． 0 的 5V 电源，用升压或降压模块，分别转换为 CCD 驱动逻辑所需的 15V，12V，9V，－ 9V，5V，－ 5V，3V，－ 3V，提供给 CCD 模拟时序驱动模块。

2． 2 CCD 模拟驱动模块

    CCD 模拟驱动模块又包括时序驱动电路，X 射线检测电路和 CCD 检测电路。

2． 2． 1 CCD 简介^［5］

    本系统采用的 CCD 是英国 E2V － 某型 X 射线图像传感器。该型 CCD 具有如下特点:

    * 全帧型 CCD。

    * 像元尺寸 25um x 25um，Binning 条件下为50um x 50um。

    * 有 效 像 元 阵 列 1200x800，Binning 条 件 下为 600x400。