[發(fā)明專利]基于光子計數能譜CT的含能材料等效原子序數測量方法

在審

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• 申請日: 2020-10-19
• 公開（公告）號: CN112304987A
• 公開（公告）日: 2021-02-02
• 發(fā)明（設計）人: 黃魁東;楊亞飛
• 申請（專利權）人: 西北工業(yè)大學
• 主分類號: G01N23/046
• 分類號: G01N23/046;G01T1/36
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

本發(fā)明提供一種基于光子計數能譜CT的含能材料等效原子序數測量方法。該方法只需利用光子計數能譜CT對待測樣品和3種已知材料的標定物進行CT掃描重建，進而由低、高能量區(qū)間CT圖像的相對比值圖像擬合出等效原子序數與相對比值的關系曲線，利用該關系曲線即可進一步計算得到待測樣品和標定物的等效原子序數圖像。該方法不依賴于光子計數能譜CT的專業(yè)知識，實施簡便，具有很好的魯棒性和通用性，可以大大降低現有方法的設備要求和算法復雜度。

技術領域

本發(fā)明涉及一種基于光子計數能譜CT的含能材料等效原子序數測量方法，屬于工業(yè)CT無損檢測技術領域。

背景技術

計算機斷層成像(Computed Tomography,CT)在醫(yī)學診斷及工業(yè)無損檢測中有著廣泛的應用。CT圖像可看作是材料的線性衰減系數分布，該系數取決于X射線能量和材料特性(質量密度和等效原子序數)。在實際應用中，X射線管產生的光子能譜很寬(這與傳統CT理論中X射線源只能發(fā)出特定能量光子的假設相違背)，積分型探測器對整個能譜的光子進行積分，導致質量密度和等效原子序數均不相同的材料在給定的能譜下可能表現為相同的線性衰減系數，這最終導致傳統CT無法有效完成材質的識別。以含能材料檢測為例，在實際生產中可以經常發(fā)現含能材料樣品中含有高線性衰減系數的雜質，其衰減值遠高于正常含能材料，甚至高于金屬鋁。從CT理論分析，高線性衰減系數雜質可能是由于含能材料高聚集造成的(等效原子序數與其他接近，密度遠高于正常含能材料)，或是由于實際生產過程中混入了高原子序數的雜質。由于傳統CT無法有效獲得的質量密度和等效原子序數，因此很難判斷該類雜質的組成并針對雜質成分改進生產工藝。

作為傳統CT的補充，雙能CT和能譜CT利用不同能譜的X射線對物體進行CT掃描。結合雙能CT和多能CT分解算法，可以獲得被掃描物體的有效原子序數和電子密度的分布。但實際應用中上述方法存在能譜測量困難，參考材料標定過程復雜，且可能放大噪聲等缺點。據此基于同步輻射以氧氣為標準元素的迭代方法被提出，但是該技術設備要求高，難以滿足實際需要。后續(xù)基于光子計數探測器的標定方法相繼被提出，但上述方法必須設置很窄的能量區(qū)間(0.5keV或1keV)，嚴重降低了光子計數探測器有效能量區(qū)間內接收的光子數，導致CT掃描十分耗時。此外，待測材料的原子序數精度仍可能受重建誤差、探測器響應準確性、散射效應等因素影響。

現有的技術缺點主要包括：

(1)雙能CT和能譜CT存在能譜測量困難、算法復雜度高、參考材料標定過程復雜，且可能放大噪聲等問題。

(2)基于迭代的同步輻射測量方法設備要求高，難以廣泛應用。

(3)基于光子計數探測器的標定的方法掃描效率低，難以滿足工業(yè)需要，且精度易受重建誤差、探測器響應準確性、散射效應等因素影響。

綜上所述，現有的技術方法存在算法復雜、設備要求高、掃描效率低等問題，難以滿足實際含能材料生成中的高效檢測需求。

發(fā)明內容

為提高實際含能材料生成中等效原子序數的識別精度，并降低設備要求和算法復雜度，本發(fā)明提供一種基于光子計數能譜CT的等效原子序數測量方法。

本發(fā)明解決其技術問題所采用的技術方案包括以下步驟：

步驟1：獲取3個材質組成已知的標定物的等效原子序數Z_k,eff，k為標定物序號；

步驟2：利用光子計數能譜CT，將待測樣品和3個標定物同時進行CT掃描，并重建低能區(qū)CT圖像S_L(x,y)和高能區(qū)CT圖像S_H(x,y)；

步驟3：將S_L(x,y)除以S_H(x,y)，得到待測樣品和標定物的相對比值圖像S_R(x,y)；