[发明专利]一种基于PET-CT和DAS的多物理场成像方法与系统

说明书

本发明提供了一种基于PET‑CT和DAS的多物理场成像方法和系统，成像方法包括：在待测非金属样品表面缠绕分布式光纤声波传感器，放置于压力装置内；加载三轴压力；制备示踪剂流体；将示踪剂流体泵入待测非金属样品中；采集待测非金属样品内部结构的PET图像和CT图像；同时，进行待测非金属样品内部声发射事件的实时监测；将获得的PET图像和CT图像进行融合，获得PET/CT图像；进行声发射事件的定位，获取内部损伤部位产生的时间与空间位置；以及分析应力加载下待测非金属样品内部流固耦合作用的机理。本发明的基于PET‑CT和DAS的多物理场成像方法与系统能够准确、可靠地对材料内部流固耦合过程进行成像。

技术领域

本发明涉及图像数据处理或产生技术领域，具体地属于利用PET-CT技术进行图像分析，尤其是一种基于PET-CT和DAS的多物理场成像方法与系统。本发明的多物理场成像方法与系统结合了PET-CT和DAS，而DAS利用光纤中的后向瑞利散射（RBS）来定位和恢复光纤上的任意位置处机械振动信息（振幅、相位和频率），因此它也属于机械振动的测量技术领域，具体地，是应用对辐射敏感的装置例如光学装置来测量机械振动。

背景技术

在自然界和很多实际工程中都广泛存在着流固耦合问题，例如地下水抽取或者油气藏开采引起的地表沉降问题，水库蓄水引起的大坝稳定性问题，核废料地下存储的扩散污染问题，二氧化碳地质封存的泄露问题，非常规油气水力压裂开发、增强型地热水力压裂开发、盐矿开采、废水回注这一系列施工及其诱发地震等问题。

研究流固耦合作用的关键是研究在流体作用下，介质材料内部结构与状态发生改变的过程。不透明介质材料的无损探测技术在工业领域具有广泛的应用。主动源超声层析成像和声发射层析成像都是监测材料内部结构与状态变化的有效手段。小尺度实验室内模拟材料在不同力学情景下的实验是目前研究各类材料流固耦合效应最直接与最常用的方式，在这类实验中可以按照不同实验情境灵活地设置力学条件，同时还便于开展多物理场监测工作，获取多参数物理量的监测数据，有助于开展材料流固耦合效应的全面分析。

通常情况下，待研究的实验对象多为不透明的非金属材料，人们无法用肉眼直接地观测实验过程中材料内部结构和状态所发生的变化。传统的室内主动源超声层析成像或者声发射层析成像监测多采用在待测样品表面布设监测探头间接监测实验过程中待测样品内部结构的变化，通过反演计算间接获得材料内部流固耦合作用下损伤源的产生情况。通常情况下，所用实验样品尺度较小，而反演算法本身计算精度的误差会严重影响计算结果的可靠性，影响材料内部流固耦合现象的准确描述，这是目前实验成像方法的不足之处。

PET-CT技术是一种融合正电子发射断层成像（PET）与CT成像的核医学监测方法。PET成像利用具有放射性的正电子核素示踪剂获得待测样品内部分子信息，提供样本内部示踪剂分布图象。CT成像基于待测样本内部密度不同的各部分对于X射线吸收程度差异，直接对材料内部结构进行成像。将PET成像结果与CT成像结果相融合，可以获得更高精度与高分辨率的成像效果。目前，PET/CT技术已不仅仅局限于医学影像领域的应用，也可以应用于材料内部结构的高精度成像。

分布式光纤声波传感（Distributed Acoustic Sensing，DAS）技术是伴随光纤通信技术发展而迅速发展起来的新型声波传感技术。它的原理是利用光纤中的后向瑞利散射（RBS）来定位和恢复光纤上的任意位置处机械振动信息（振幅、相位和频率），并且可以检测并定位发生在光纤上任意位置处的应变信号，并线性地获得应变信号波形。光纤具有本征安全、抗电磁干扰、耐恶劣环境等优势，应用领域很广。基于相位敏感光频域反射计（）作为一种具有较高空间分辨率（厘米级）的分布式光纤声波传感器，有助于监测与定位材料内部流体作用下损伤源的产生与发展。

发明内容

本发明的目的在于至少部分地克服现有技术的缺陷，提供一种基于PET-CT和DAS的多物理场成像方法和一种基于PET-CT和DAS的多物理场成像系统。

本发明的目的还在于提供一种基于PET-CT和DAS的多物理场成像方法与系统，能够直接对材料内部流固耦合过程进行成像。