[发明专利]一种X射线衰减器设计方法和应用以及利用该方法设计的带有衰减器的CT装置

说明书

技术领域

本发明属于检测仪器设备技术领域，尤其是一种用于CT成像的X射线衰减器设计方法与应用，该方法设计的衰减器可应用于类旋转体工件的X射线CT成像检测中或DR检测中。

背景技术

岩心是油气田勘探开采中最重要的基础地质资料之一。在油气田勘探开采的研究领域中，利用X射线CT成像技术可获取高空间分辨率的全岩心三维宏观结构图像和岩心局部的显微结构图像，并结合钻井、测井、地质分析化验等多方面的地质资料，综合进行数字岩心建模和分析，对油气田勘探开发具有重要意义。

采集岩心CT数据时，X射线流强足够大时才能有效穿透岩心物体中心部分，但由于探测器单元计数动态范围的限制，当穿透岩心中心部分射线有较高信噪比的计数时，探测器未被岩心遮挡的探测器单元或相应于岩心边缘的探测器单元将会出现计数过载现象。为避免探测器计数过载，需要一种X射线衰减器放置在射线源前端或探测器前端，其作用是调节到达探测器各单元的射线流强，使其在探测器单元计数动态范围之内，即既使透过岩心中心部分的射线有有效计数，又使各个探测器单元不出现计数过载。然而，各探测器单元相应的衰减器厚度不同时，会导致各探测器单元相应的等效X射线谱发生改变，进而引起CT图像的CT值发生畸变。

如何设计衰减器，使其既能调节到达各探测器单元的射线在其计数动态范围之内，又不会引起明显的图像CT值畸变，是X射线CT成像设备中面临的主要问题之一。

通过检索，尚未发现基于X射线光子多能属性相关的专利公开文献。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的不足之处，提供一种基于被测物体属性、X射线属性、滤波片属性以及CT设备参数的衰减器设计方法，既能调节到达各探测器单元射线在其计数动态范围之内，又不会引起明显的CT值畸变，降低对CT探测器的动态范围的要求。

为了实现上述目的，本发明所采用的技术方案如下：

一种X射线衰减器设计方法，步骤如下：

⑴根据被测物体属性，选择与被测物体X射线吸收系数接近的等效材料；

⑵根据被测物体等效材料属性、X射线属性、滤波片属性以及CT设备参数，建立被测物体等效材料厚度与衰减器厚度的映射关系；

⑶根据步骤⑵建立的映射关系和X射线沿不同方向穿过被测物体等效材料的厚度分布，得到衰减器的厚度分布；

⑷根据步骤⑶得到的衰减器厚度分布加工制作衰减器。

而且，具体步骤如下：

⑴忽略散射影响，CT成像数学模型如下：

其中，x表示固定坐标系中的点，μ_s(E)表示被测物体等效材料对能量为E的光子的线性衰减系数分布，μ_a(E)表示衰减器单位长度对能量E的光子的线性衰减系数，r为射线到达探测器单元所透过的衰减器的厚度，S(E)代表归一化的能谱，其中E_min和E_max分别表示光子能量的最小值和最大值，I(t,r)代表射线穿过等效材料厚度t和衰减器厚度r时的投影数据；

如上所述，在相同条件下，X射线穿过被测物体厚度t₀时的投影数据I₀与穿过某种均匀材料厚度t₀时的投影数据相等或接近，则该材料可视为被测物体的等效材料，具体接近程度视具体情况而定；

⑵射线穿过被测物体等效材料的厚度为t₁时，选取的单色能量为E₀，假设射线穿过厚度为r％的衰减器时，满足多色投影值与单色投影值相等，即:

求解该积分方程得到衰减器厚度关于被测物体等效材料厚度的函数映射关系r％(t)；其中衰减器的作用使等效能谱S(E)exp(-μ_a(E)r)发生变化，r越大，相同厚度被测物体对应的多能投影数据越小；通常E₀越大，μ_s(E₀)的取值越小；若使方程(B)成立，需要的衰减器厚度就越大，从而E₀能够调节衰减器的厚度范围；而衰减器的厚度范围影响着探测器计数的动态范围；

⑶针对不同的探测器单元，射线穿过岩心的厚度不同，其对应的衰减器厚度也不一样，从而根据上述函数关系得到不同射线对应的衰减器厚度分布；

⑷根据该厚度分布得到衰减器的三维结构模型，然后进行加工制作。

而且，所述步骤⑵中衰减器的材料选择不依赖于被测物体的材料属性。