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偶与吃货
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休普若斯

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嵌入式开放型数控系统研究摘 要 在构建的开放式数控系统中,把μC/OS-Ⅱ实时操作系统移植到MCS-51上,在其内核上创建自己的任务,开发出实时运动控制系统。该数控系统具有通信和网络功能。将该系统用在模拟加工平台上,验证了系统的可行性。关键词 开放式数控 μC/OS-Ⅱ 实时操作系统1 开放式数控开放式数控是数控技术的发展趋势。前几年国内外对于PC-based开放式数控讨论较多,并取得了一定成果。最近一段时间,由于嵌入式技术的发展,采用嵌入式实时操作系统的开放式数控逐渐引起业界的关注。其主要原因是基于PC技术的数控系统在实时性方面有其先天不足之处。而这一方面嵌入式技术刚好发挥了它的优势,逐渐显示出其强大的生命力。目前采用嵌入式技术的开放型数控研究主要是指包含实时操作系统的控制器。本文研究的是关于采用μC/OS-Ⅱ实时内核的数控系统的软、硬件结构以及实验系统开发。和PC技术无关。2 基本体系结构和工作原理硬件结构以Windows 78E58(51系列)为核心,扩展了RAM,显示、键盘接口8279,MAX232串口,8255并口以及RTL 8019 AS网络芯片。去步进电机输出直接由78E58进行。如图1所示。W inbond 78E58内核32kB的FlashROM,包含μC/OS-Ⅱ实时内核在内的系统软件(即实时操作系统)约25kB左右。覆盖了该实验系统的全部数控功能,包括输入、译码、插补、伺服输出、显示、通讯等功能。图1中8279主要用于管理自行设计的小键盘和LED显示器。零件加工程序可以从小键盘输入。也可以从MAX232串行口输入。并口8255主要用于机床I/O信号的输入、输出以及调试时使用。8019AS是网络接口芯片,使得本嵌入式系统能和采用TCP/IP协议的以太网连接,实现上网功能。78E58中包含一个精简的TCP/IP协议栈。实时时钟是嵌入式系统的一个显著特征,μC/OS-Ⅱ要求时钟周期为10~100ms,刚好符合数控系统工作周期的需要。本实验系统采用10ms的工作周期,复杂系统可以适当增大。μC/OS-Ⅱ是一个源代码公开的实时占先式内核,它可以管理64个任务,有8个留给系统,用户可以使用56个任务,每个任务的优先级必须是不同的(对于数控系统而言这56个任务已绰绰有余)。GB/T 18759·1-2002开放式数控系统国家标准中,开放程度分为三个层次。其中第二层次为“控制装置在明确固定的拓扑结构下允许替换、增加NC核心中的特定模块以满足用户的特殊要求”。只要在μC/OS-Ⅱ开放式内核下“挂”上不同功能的任务,比如译码、插补、输出等模块就可以基本达到第二层次的要求,实现开放式数控的目标。3 开放式数控的软件实现3·1 软件接口整个软件系统以μC/OS-Ⅱ作为平台,并在创建的各个任务中调用相应的应用软件模块,结合实时中断服务程序,共同完成系统功能。为了实现开放式数控系统的模块化,提高应用软件模块的互换性和可移植性,给各应用软件模块定义了相应的程序接口。只要软件接口一致的应用软件模块则可以替代和互换。下面是插补程序的部分接口定义(C语言),其中包括插补数据的数据结构和一些相关的函数接口。3·2 任务实现整个软件除了μC/OS-Ⅱ以外,建立了9个任务外加一个系统初始化例程。9个任务分别是。9个任务被分配在一个前后台结构中,前台程序是实时性较强的任务,包括插补任务,监控任务,机床信号输入/输出任务。其余为后台任务,零件加工程序输入任务主要是从键盘输入加工程序,放在存储器中。串行通信是从外部输入零件加工程序。网络任务是和局域网交换信息。显示放在空闲任务之中。系统初始化在启动时只运行一次,以启动多任务OSStart()结束,见图2为实现各个任务之间的通信以及数据共享,μC/OS-Ⅱ提供了三种方法:信号量、邮箱和消息队列。下面以信号量为例说明任务间通信的方法。用户任务形式如下:这样,任务就是一个无限循环的C语言函数。函数中任务通过OSSemPend()函数等待相应信号量的到来,触发任务的执行;并利用系统延时函数OSTimeDly()延时。如图2所示,系统初始化完成的工作为μC/OS-Ⅱ初始化,创建信号量,创建任务,接口初始化等。在启动多任务OSStart();后,就处于μC/OS-Ⅱ的调度下运行。首先,在键盘命令没有下达之前,系统处于等待状态,各用户任务都在等待信号量的到来。在此期间,系统执行的是优先级最低的任务OSTask Idle,进行一些显示等工作。实时中断定时发生,只是没有键盘命令,只进行一些例外监控等,不会出现插补等加工状态。一等加工的键盘命令按下,经过键盘解析任务KeyAnalyse Task对任务的解析,向译码任务Trans-late Task发出信号量,进入译码过程,译码任务从存储器中取出零件加工程序进行编译处理,同时给插补程序发出信号量,等到实时中断发生后,插补任务接收到信号量后,即开始插补加工。本次实验系统采用步进电机伺服系统,一边插补,一边就向外输出。译码任务在没有遇见M02、M30之前,则不断进行编译,一直到零件加工程序结束。零件加工程序输入任务InputTask是在非加工状态下运行的,下达键盘命令后经KeyAnalyse Task任务解析,向输入任务InputTask发出信号量。InputTask在获得信号量后,即开始从键盘输入零件加工程序至存储器。串行通信和网络通信亦设计成非加工状态下执行。在以太网网络通信的硬件设计上,采用了RTL8019AS,它是一款10Mbps的以太网网卡控制芯片,大量应用于PC机的ISA接口以太网网卡中。虽然如今计算机网卡市场中的主流产品已经是PCI接口的10M/100M自适应的以太网网卡了,但是,RTL8019AS的生产线仍然没有停止。因为RTL8019AS支持8位数据总线,在跳线工作方式下可以非常方便地连接单片机,所以在嵌入式系统领域中仍然有很大的应用价值。图3为硬件连接图。除了硬件连接外,在软件上要编写相应的驱动程序。内容有芯片初始化、发送以太帧数据包和接收以太帧数据包三种。4 开放式数控的实现和验证按照前面提出的系统体系结构,我们搭建了一个小型的开放式数控实验台。在图1的基础上,通过P1口接一个X-Y实验工作台。通过键盘输入一段零件加工程序,在按下起按钮后,进行译码、插补、伺服输出。工作台的X、Y轴由二台步进电机驱动,插补算法采用最常用的逐点比较法,演示的结果达到了预期的效果。证明了开放式数控系统控制思想的正确性。5 结束语基于μC/OS-Ⅱ的开放式数控系统工作台稳定可靠,且开放性强,虽然就目前只是初步实现了数控系统的基本功能,但可以随时根据需要,利用嵌入式系统的软硬件资源进行功能扩展,方便二次开发,以满足不同的功能要求。是实现开放式数控和“个性化”CNC的一个有效途径。参 考 文 献[ 1 ]谭峰,等.基于μC/OS-Ⅱ的开放式数控系统研究.机械与电子,2004, 12.[ 2 ]李诚人,等.嵌入式系统及单片机应用.北京:清华大学出版社,2005.[ 3 ]谭峰,等.基于以太网的嵌入式数控系统的研究开发.西北工业大学硕士论文, 2005, 3.[ 4 ]李诚人,等.现代机电控制系统.西安:西北工业大学出版社, 1999.[ 5 ] GB/T 18759. 1-2002,开放式数控系统标准第一部分:总则.

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小花肚子饿

医学影像诊断学是医学影像学中的一门重要学科,而医学影像学是临床医学的一个重要分支。下面是我为大家整理的医学影像技术专业 毕业 论文,供大家参考。

《 高职影像专业医学影像物理学的教学探讨 》

摘 要: 根据课程特点、学生现状,我们重视教师素质培养,理清教材层次与学生的关系,运用丰富的 教学 方法 ,变抽象的论述为理论联系实际的形象化教学,提高了医学影像物理学课程的教学质量。

关键词: 高职 医学 影像物理学 教学探讨

近十几年来,大型医学影像设备的迅速发展,极大地提高了诊断治疗水平。随着社会对医学影像专业人才的需要愈加迫切,国内众多本科医学院校都设置了医学影像专业。而随着我国社区医疗的发展,填报高等职业技术学院医学影像专业的学生人数不断增加。以湖北职业技术学院为例,影像专业学生录取人数由每年一个班提高到两至三个班。不论各院校侧重培养高学历医学影像临床诊断专业人才,还是侧重培养高学历医学影像工程技术人才,在专业课程设置过程中,都强调了开设医学影像物理学基础(以下简称影像物理学)这门课程的重要性和必要性。有些本科院校还在临床医学专业开始开设影像物理学为选修课程,目的就是让临床医师具备医学影像的基础理论知识,为将来后续专业课程――医学影像诊断学或医学影像学的开设提供必要的理论基础。

1.高职医学院校影像专业课程设置现状

以湖北职业技术学院为例,高职医学院校影像专业现在招收高中文科和理科学生及中职生。在课程开设上,只在大学一年级开设医学电子学基础这一门理工科课程,相关高等数学知识缺乏,学生的数理基础比较薄弱。医学影像物理学基础是一门交叉学科,又是一门非常重要的专业基础课。教学目的是让学生掌握医学成像理论的物理学基本原理、规律;了解医学成像的物理理论知识;为深刻理解成像过程,评价图像,以及读识图像、挖掘图像蕴藏的生物信息奠定基础。这就需要一定的高等数学、核物理学、量子物理、超声波物理等许多知识来做铺垫。当然更多需要成像技术的相关基础知识。面对这些必要的知识,影像专业高职生在有限的时间、有限的学时里是完成不了的,这是事实。其实,影像物理学是伴随影像专业的建立而诞生的一门新课程,在国内存在尚不足十年。因此,从教材到教学,各校都处于摸索前进的阶段。如何让高职生在无基础的前提下有效学习该门课程,我将自己在几年教学过程中的教学体会写出来,与大家共同探讨。

2.提高教师的专业素质,必须树立专业思想

由于缺乏相关师资力量,目前各院校影像物理学的教学任务大都由物理学教研室的教师承担。但是,物理学和影像物理学两门课程的专业性质差别很大,前者为理科基础课,后者为专业基础课。从事影像物理学教学的教师必须具备一定的医学专业知识,具备较高的专业素质,教学必须树立专业思想,才能将物理学知识和影像学知识有机结合起来,增强学生的学习兴趣,提高该课程的教学质量。因此,授课教师应加强自身专业素质,利用临床进修的机会学习影像知识和实际技术,尽力做好教学工作。

3.教学过程中必须恰当把握知识的深度

影像物理学是先期开设影像专业院校的教学工作者在教学过程中逐步完善而建立的。它是将高等数学知识、物理学知识、成像理论,计算机技术等知识应用于超声成像技术、X-CT成像技术、同位素成像技术、磁共振成像技术中的一门交叉学科。知识的起点很高,学生学习起来有一定的难度,在教学过程中应恰当把握教材知识的深度,讲解需深入浅出,通俗易懂。比如超声场的描述部分,涉及较多的高等数学知识,在教学过程中应注意引导学生注重理解场的分布性质、描述场的量的物理意义,等等,尽量避免学生由于数学知识少而降低对该课程的理解和学习兴趣。磁共振部分,学生需要具备一定的原子核物理、量子力学知识才能准确理解核自旋的能级、跃迁等概念和现象。在教学中应注意搜集一些资料,尽量用较通俗的、经典的、宏观假说进行解释,增强学生对微观世界的感性认识。

4.注意把握影像物理学原理与成像技术、影像设备学有关知识的权重关系

X-CT成像、超声成像、同位素成像、磁共振成像每一部分都有两项主要内容:物理基本原理和成像基本原理。在教学过程中应把主要精力放在讲解物理学基本原理上,这是毫无疑问的,这也是物理专业毕业的教师最容易做到的,但学生的学习兴趣往往集中在成像原理上,对涉及的成像技术、成像设备等知识更表现出浓厚兴趣。虽然成像技术和成像设备在后期专业课程的实践教学中会详细讲解,在这里我们对这部分做简要的介绍,以收到良好的教学效果。这些年来,我校历届学生都表现出对影像物理的极大学习兴趣。这与我们的教学方法有一定的关系。

5.注意提高学生对知识的感性认识

影像物理学各部分知识都是比较抽象的,学生普遍觉得难懂难学。因此,通过各种手段提高学生对知识的感性认识,能对学生的学习起到事半功倍的帮助作用。在教学过程中,我们将陀螺进动实验给学生做演示,讲解原子核中核子的自旋与自旋磁矩的相关知识;借助于声波的传播与反射知识对超声测量实验进行详细讲解;分配一定的学时带领学生到附属医院相关科室参观学习。邀请超声,CT临床诊断教师和技术教师给学生当场讲解仪器的原理、操作方法,以及诊断等,使学生对课堂上学到的知识有一个感性认识,加深理解,收到了很好的效果。

6.实现教材的多层次、立体化

由于该课程属于应用型的知识,学起来难度更大,我们进行了教材的多层次、立体化尝试。课程是教材的基础,教材是课程的载体,教材中要融入现代化的教学技术,实现多样化、配套和协调化。我们的做法是:文字教材与现代多媒体手段紧密结合。

教材体系包括:(1)传统的纸质教材《医学影像物理学》(人民卫生出版社出版);(2)教师授课用的独创的电子教案,其中配以大量的自制和临床实拍图片和自己研发的动画,并提出学生思考的问题;(3)辅助学生自学和研究的学习软件,如《CT与磁共振成像原理》CAI课件(人民卫生电子音像出版社公开出版发行,被列入“十一五”国家重点电子出版物);(4)网页形式课件2部。初步形成了多形态、多用途、多层次的教学资源和多种以教学服务为目的的结构性配套教学出版物的集合。

总之,影像物理学是一门新课,只有不断摸索,不断 总结 经验 ,逐步改进教学方法和手段,才能增强教学效果。通过几年来的努力,一方面学生看到了现在所学的就是将来所用的,提高了学习基础课的兴趣,另一方面学生培养了学习能力,同时对后续课程“医学影像诊断学”的学习奠定了基础。

参考文献:

[1]侯淑莲,李石玉,马新超等.关于医药学院校物理课程的思考[J].大学物理,2005,24,(5):53-56.

[2]包尚联,唐孝威.医学物理研究进展[J].自然科学进展,2006,16,(1):7-13.

[3]童家明,刘成玉,周晓彬等.普通高等学校医药类专业物理理论课教学现状调查[J].大学物理,2005,24,(7):55-59.

[4]侯淑莲.CT与磁共振成像原理[M/CD].北京:人民卫生电子音像出版社,2007.

《 刍议影像融合推动医学影像领域发展 》

内容摘要:科技的进步不仅是带动了工商业的发展,同时也推动了医学发展,计算机技术被广泛用于影像医学中。现在医学上的各种检查仪器越来越精密,功能更加完善,图像信息的存储和传输为医学的研究和诊断提供了更好的依据。医学影像的融合就是影像信息的融合,是借助计算机技术辅助诊断病情的。医学影像的融合是医学影像学新的发展方向,本文对医学影像的融合进行分析,探讨影像融合对医学影像发展的影响和作用。

关键词:医学影像 影像融合 诊断

一、影像融合

医学影像融合其实就是利用计算机技术,将影像信息进行融合。其中包括将图像信息进行数字化处理,再进行数据协同和匹配,得到一个新的影像信息来获得对病情更好的观测,以计算机为辅助手段,使诊断更加准确、具象。

影像融合的发展趋势

影像融合的趋势

医学影像学是近年来发展的比较快的临床学科之一,其中的超声、放射等早就被应用到医学的诊断上,但是,面对不同病人的各种症状,单一的影像检查已经不足以作为诊断的依据。因此,影像融合越来越成为医学中的焦点,人们更希望通过多重的影像检查、比较和分析,使检查结果更准确,更好的辅助临床疾病的治疗。影响融合的发展提高了医学诊断的综合水平,对于推动影像学的发展有重要的意义。而且,医学影像的融合不仅可以对诊断锦上添花,还可以为治疗提供帮助。例如:X线、超声、聚焦和磁共振结合在一起进行治疗。影响融合的发展是势在必行的,而且将推动医学影像学的更新与发展。

影像融合的必要性

1、医学技术的更新与发展需要影响融合

计算机技术被广泛应用于各个领域中,这也包括医学影像学。随着新技术的发展和实施,图像后期处理技术也需要不断的提高,影像的融合技术就是后处理技术的新发展。前后技术的同步才能更好的将影像学的好处发挥出来。

2、影像融合使检查更全面准确

影像学的检查手段是很多的,从B超到射线再到CT等,每项检查都是有针对性的,但是正因为这样又有一定的局限性。每项检查都有单一局限性,只能准确的体现一方面的数据值,不利于诊断病情。影像的融合弥补了这一缺陷。

3、临床诊断需要影像融合

一切的检查手段都是为了最终的临床治疗,影像诊断一样是为临床治疗服务的。影响的融合,集中了多项单一检查的优势,呈现的图像更清晰,更便于医生的判断,使诊断更清晰准确,也就能根据诊断提供更好的治疗方案,辅助临床治疗。

影响融合的方法和技术应用

首先是信息技术的融合。无论是什么样的诊断技术,最后要得到的都是这项技术所能诊断出来的信息。影像的融合首先要实施对信息的融合,图像数据的转换是理解是关键。而图像的转换时将不同检查设备检测的图像信息进行格式的转换和调整,使其更逼真的呈现出检测部位的状态,确保诊断的准确性。

其次是数字化技术的融合。建立图像数据库是比较直观和易于提取信息的。

还有就是计算机技术的应用,这几项技术的融合,使影像融合后的检查更加具体详细。

影像融合的方法:界标 配对 、表 面相 合法、空间力矩配对、交叉相关法。

四、 医学影像融合的临床价值

现代医学已经把用计算机技术对获取的影像信息进行处理的研究成果应用于临床医学的诊断,将各项检查结果通过计算机技术进行分析、处理,将影像融合重新现出清晰度高、高质量的影像。主要有以下几个方面的临床价值:

帮助临床诊断

影像融合后的图像将检查部位的结构和周边组织清楚地呈现出来,通过影像诊断,医生能够更加了解检测部位的组织形态是否发生病变以及病变的程度。很多疾病早期的病变都是不太明显了,一旦没被发现就可能会错过最佳的治疗时机。影像融合后的图像可以通过区域放大将组织的差异标注出来,便于观察和诊断,能够及时的发现病变,减少漏诊的情况。

有助于手术的治疗

影像融合的中,结合了图像重建和三维立体定向技术,这些技术的应用能够清晰的显示出病变部位及其周围组织的状况和空间状态,医生可以根据融合后的图像制定手术方案,并在手术实施过程中提供实时显示,也为术后的观察提供了方便。

有助于医学研究

影像的融合结合了多项检查的优势,提供的影像信息更全面清晰,病理特征更明显,是医学研究中非常有价值的影像学资料,为以后疾病的研究提供更好的依据。

结语:医学影像的融合就是将多项检查的优点,经过一系列计算机技术的融合和处理重新形成新的图像。医学影像的融合是医学影像技术发展的一次伟大的更新,它将各种各种技术综合运用到医学的检查和诊断上,推动了影像学的进一步发展。

参考文献

[1]王静云,李绍林;医学影像图像融合技术的新进展[J];第四军医大学学报;2004年20期

[2]李熙莹;黄镜荣;;图像融合技术研究及其在医学中的应用[A];大珩先生九十华诞文集暨中国光学学会2004年学术大会论文集[C];2004年

[3]吴疆;医学图像融合算法研究[D];西北工业大学;2006年

[4]张孝飞,王强,韦春荣,王至诚,张福北;医学图像融合技术研究综述[J];广西科学;2002年01期

[5]赵敏志;李钢;张仁斌;;图像融合技术现状[A];第六届全国信息获取与处理学术会 议论文 集(3)[C];2008年

[6]康晓东.计算机在医疗方面的最新应用.北京:电子工业出版社,1999,46-70.

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