[发明专利]基于光子计数能谱CT的含能材料等效原子序数测量方法

说明书

本发明提供一种基于光子计数能谱CT的含能材料等效原子序数测量方法。该方法只需利用光子计数能谱CT对待测样品和3种已知材料的标定物进行CT扫描重建，进而由低、高能量区间CT图像的相对比值图像拟合出等效原子序数与相对比值的关系曲线，利用该关系曲线即可进一步计算得到待测样品和标定物的等效原子序数图像。该方法不依赖于光子计数能谱CT的专业知识，实施简便，具有很好的鲁棒性和通用性，可以大大降低现有方法的设备要求和算法复杂度。

技术领域

本发明涉及一种基于光子计数能谱CT的含能材料等效原子序数测量方法，属于工业CT无损检测技术领域。

背景技术

计算机断层成像(Computed Tomography,CT)在医学诊断及工业无损检测中有着广泛的应用。CT图像可看作是材料的线性衰减系数分布，该系数取决于X射线能量和材料特性(质量密度和等效原子序数)。在实际应用中，X射线管产生的光子能谱很宽(这与传统CT理论中X射线源只能发出特定能量光子的假设相违背)，积分型探测器对整个能谱的光子进行积分，导致质量密度和等效原子序数均不相同的材料在给定的能谱下可能表现为相同的线性衰减系数，这最终导致传统CT无法有效完成材质的识别。以含能材料检测为例，在实际生产中可以经常发现含能材料样品中含有高线性衰减系数的杂质，其衰减值远高于正常含能材料，甚至高于金属铝。从CT理论分析，高线性衰减系数杂质可能是由于含能材料高聚集造成的(等效原子序数与其他接近，密度远高于正常含能材料)，或是由于实际生产过程中混入了高原子序数的杂质。由于传统CT无法有效获得的质量密度和等效原子序数，因此很难判断该类杂质的组成并针对杂质成分改进生产工艺。

作为传统CT的补充，双能CT和能谱CT利用不同能谱的X射线对物体进行CT扫描。结合双能CT和多能CT分解算法，可以获得被扫描物体的有效原子序数和电子密度的分布。但实际应用中上述方法存在能谱测量困难，参考材料标定过程复杂，且可能放大噪声等缺点。据此基于同步辐射以氧气为标准元素的迭代方法被提出，但是该技术设备要求高，难以满足实际需要。后续基于光子计数探测器的标定方法相继被提出，但上述方法必须设置很窄的能量区间(0.5keV或1keV)，严重降低了光子计数探测器有效能量区间内接收的光子数，导致CT扫描十分耗时。此外，待测材料的原子序数精度仍可能受重建误差、探测器响应准确性、散射效应等因素影响。

现有的技术缺点主要包括：

(1)双能CT和能谱CT存在能谱测量困难、算法复杂度高、参考材料标定过程复杂，且可能放大噪声等问题。

(2)基于迭代的同步辐射测量方法设备要求高，难以广泛应用。

(3)基于光子计数探测器的标定的方法扫描效率低，难以满足工业需要，且精度易受重建误差、探测器响应准确性、散射效应等因素影响。

综上所述，现有的技术方法存在算法复杂、设备要求高、扫描效率低等问题，难以满足实际含能材料生成中的高效检测需求。

发明内容

为提高实际含能材料生成中等效原子序数的识别精度，并降低设备要求和算法复杂度，本发明提供一种基于光子计数能谱CT的等效原子序数测量方法。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案包括以下步骤：

步骤1：获取3个材质组成已知的标定物的等效原子序数Z_k,eff，k为标定物序号；

步骤2：利用光子计数能谱CT，将待测样品和3个标定物同时进行CT扫描，并重建低能区CT图像S_L(x,y)和高能区CT图像S_H(x,y)；

步骤3：将S_L(x,y)除以S_H(x,y)，得到待测样品和标定物的相对比值图像S_R(x,y)；