一種基于pet/ct的巖石裂紋細(xì)觀結(jié)構(gòu)檢測(cè)系統(tǒng)及檢測(cè)方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種基于PET/CT的巖石裂紋細(xì)觀結(jié)構(gòu)檢測(cè)系統(tǒng)，包括：示蹤劑注入裝置、三軸壓力加載裝置和PET/CT機(jī)，所述示蹤劑注入裝置，用于將示蹤劑注入試樣內(nèi)直至其內(nèi)部飽和；所述三軸加載裝置，用于對(duì)上述內(nèi)部飽和的試樣進(jìn)行加載，使其產(chǎn)生裂紋，還用于通過(guò)進(jìn)一步加載使該試樣被完全破壞；所述PET/CT機(jī)，用于實(shí)時(shí)采集所述試樣加載過(guò)程中的示蹤劑圖像和CT圖像，并對(duì)所述示蹤劑圖像和CT圖像進(jìn)行圖像融合，得到圖像融合后的PET/CT圖像。本發(fā)明還提供一種基于PET/CT的巖石裂紋細(xì)觀結(jié)構(gòu)檢測(cè)方法。本發(fā)明提高了巖石掃描圖像的分辨率，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)巖石裂紋細(xì)觀結(jié)構(gòu)進(jìn)行準(zhǔn)確識(shí)別和定量表征。
【專利說(shuō)明】
一種基于PET/CT的巖石裂紋細(xì)觀結(jié)構(gòu)檢測(cè)系統(tǒng)及檢測(cè)方法
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本發(fā)明涉及一種基于PET/CT的巖石裂紋細(xì)觀結(jié)構(gòu)檢測(cè)系統(tǒng)及檢測(cè)方法。
【背景技術(shù)】
[0002]近幾年來(lái)，PET/CT技術(shù)將正電子發(fā)射斷層顯像技術(shù)(PET)與CT技術(shù)融為一體，PET成像采用正電子示蹤劑，由PET獲得的靶區(qū)內(nèi)部分子信息，提供靶區(qū)斷層示蹤劑分布圖像，而CT精確定位；同時(shí)進(jìn)行PET顯像和CT顯像，并由工作站將兩種圖像融合到一起，以達(dá)到更好的鑒別和定位效果，相對(duì)傳統(tǒng)的分析方法具有靈敏、準(zhǔn)確、特異及定位精確等特點(diǎn)，受到了醫(yī)學(xué)界的公認(rèn)和廣泛關(guān)注。
[0003]巖石CT掃描研究中發(fā)現(xiàn)(見(jiàn)圖1)，在宏觀裂紋出現(xiàn)之前，由于周圍間隙現(xiàn)象，圖像中裂紋部位的CT數(shù)比理論值(1000)高得多，而附近礦物的CT值受裂紋影響其CT數(shù)比理論值(2000左右)低得多，造成巖石基質(zhì)和微裂紋的CT掃描圖像差異很小，嚴(yán)重制約了CT掃描圖像的分辨率，尚難以準(zhǔn)確識(shí)別和定量獲得巖石變形破裂過(guò)程中的裂紋細(xì)觀結(jié)構(gòu)特征。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明所要解決的技術(shù)問(wèn)題是提供一種基于PET/CT的巖石裂紋細(xì)觀結(jié)構(gòu)檢測(cè)系統(tǒng)及檢測(cè)方法，從而提高巖石掃描圖像的分辨率，實(shí)現(xiàn)對(duì)巖石裂紋細(xì)觀結(jié)構(gòu)進(jìn)行準(zhǔn)確識(shí)別和定量表征。
[0005]本發(fā)明解決上述技術(shù)問(wèn)題的技術(shù)方案如下:一種基于PET/CT的巖石裂紋細(xì)觀結(jié)構(gòu)檢測(cè)方法，包括以下步驟:
[0006]S1、向試樣中注入示蹤劑，直至試樣內(nèi)部飽和；
[0007]S2、對(duì)所述試樣進(jìn)行加載，使試樣產(chǎn)生裂紋直至被完全破壞，實(shí)時(shí)采集加載過(guò)程中試樣的示蹤劑圖像和CT圖像；
[0008]S3、對(duì)所述示蹤劑圖像和CT圖像進(jìn)行圖像融合，獲得融合后的PET/CT圖像。
[0009]本發(fā)明的有益效果是，先將示蹤劑(一般是正電示蹤劑)加壓注入到巖石中，當(dāng)對(duì)試樣加載使試樣內(nèi)部產(chǎn)生裂紋時(shí)，示蹤劑在液壓作用下進(jìn)入裂紋中，借助PET機(jī)對(duì)裂紋中示蹤劑釋放的正電子進(jìn)行掃描，獲得裂紋局部區(qū)域圖像，采用CT機(jī)X射線衰減對(duì)PET圖像進(jìn)行精確定位和融合，可大大縮短數(shù)據(jù)采集時(shí)間，并克服周圍間隙現(xiàn)象，提高圖像分辨率，實(shí)現(xiàn)對(duì)巖石裂紋細(xì)觀結(jié)構(gòu)進(jìn)行準(zhǔn)確識(shí)別和定量表征，深入研究控制圍巖變形破裂宏觀行為的細(xì)觀機(jī)理，對(duì)于巖石力學(xué)與工程學(xué)科的發(fā)展也將起到積極的推動(dòng)作用，對(duì)我國(guó)重大巖土工程的設(shè)計(jì)、建設(shè)及其對(duì)環(huán)境影響具有重大的科學(xué)意義和價(jià)值。
[0010]在上述技術(shù)方案的基礎(chǔ)上，本發(fā)明還可以做如下改進(jìn)。
[0011]進(jìn)一步，所述步驟SI中，通過(guò)高精度計(jì)量栗以增加滲透壓的方式將示蹤劑注入所述試樣中。
[0012]所述示蹤劑經(jīng)過(guò)稀釋后注入試樣中。
[0013]步驟S2中所述實(shí)時(shí)采集是指，以一定頻率連續(xù)拍攝試樣的示蹤劑圖和CT圖。
[0014]采用上述進(jìn)一步的有益效果是，高精度計(jì)量栗可以精確控制示蹤劑的注入壓力和注入示蹤劑的總量，稀釋后的示蹤劑可以降低其黏度，便于滲入細(xì)小縫隙之中，當(dāng)示蹤劑過(guò)于濃稠時(shí)，會(huì)導(dǎo)致圖像模糊。連續(xù)拍攝示蹤劑圖和CT圖，最終可得到多組圖像融合后的PET/CT圖組，通過(guò)這些圖組即可了解巖石在三軸壓縮破壞過(guò)程中的裂紋細(xì)觀結(jié)構(gòu)的演化規(guī)律。
[0015]為解決上述技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明還提供一種基于PET/CT的巖石裂紋細(xì)觀結(jié)構(gòu)檢測(cè)系統(tǒng)，包括:示蹤劑注入裝置、三軸壓力加載裝置和PET/CT機(jī)，
[0016]所述示蹤劑注入裝置，用于將示蹤劑注入試樣內(nèi)直至其內(nèi)部飽和；
[0017]所述三軸壓力加載裝置，用于對(duì)上述內(nèi)部飽和的試樣進(jìn)行加載，使其產(chǎn)生裂紋，還用于通過(guò)進(jìn)一步加載使該試樣被完全破壞；
[0018]所述PET/CT機(jī)，用于實(shí)時(shí)采集所述試樣加載過(guò)程中的示蹤劑圖像和CT圖像，并對(duì)所述示蹤劑圖像和CT圖像進(jìn)行圖像融合，得到圖像融合后的PET/CT圖像。
[0019]所述示蹤劑注入裝置包括用于調(diào)節(jié)示蹤劑注入壓力和注入流量的高精度閉環(huán)伺服計(jì)量栗。
[0020]所述三軸壓力加載裝置包括高精度三軸壓力伺服栗、壓力實(shí)驗(yàn)艙和三軸壓力室，所述高精度三軸壓力伺服栗用于對(duì)試樣進(jìn)行加載，所述壓力實(shí)驗(yàn)艙用于穿透X射線和正電子射線，保證示蹤劑圖像和CT圖像的分辨率，所述三軸壓力室用于固定試樣，確保加載過(guò)程中試樣與PET/CT機(jī)的相對(duì)位置不變。
[0021 ]所述壓力實(shí)驗(yàn)艙采用PEEK玻纖增強(qiáng)材料制成。
[0022]本技術(shù)方案的有益效果是，通過(guò)三軸壓力室確保加載過(guò)程中試樣與PET/CT機(jī)的相對(duì)位置不變，才能對(duì)多張PET/CT圖進(jìn)行分析，得出巖石在三軸壓縮破壞過(guò)程中的裂紋細(xì)觀結(jié)構(gòu)的演化規(guī)律。采用易穿透正電子/X射線的PEEK玻纖增強(qiáng)材料研制壓力實(shí)驗(yàn)倉(cāng)，既能保證結(jié)構(gòu)安全性，又克服了傳統(tǒng)重金屬壓力實(shí)驗(yàn)倉(cāng)吸收正電子/X射線的缺點(diǎn)，提高PET/CT機(jī)掃描成像精度。
【附圖說(shuō)明】
[0023]圖1為本發(fā)明一種基于PET/CT的巖石裂紋細(xì)觀結(jié)構(gòu)檢測(cè)方法的步驟流程圖；
[0024]圖2為一種基于PET/CT的巖石裂紋細(xì)觀結(jié)構(gòu)檢測(cè)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖；
[0025]圖3為巖石細(xì)觀結(jié)構(gòu)的PET/CT圖像與常規(guī)CT圖像的對(duì)比圖。
【具體實(shí)施方式】
[0026]以下結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明的原理和特征進(jìn)行描述，所舉實(shí)例只用于解釋本發(fā)明，并非用于限定本發(fā)明的范圍。
[0027]一種基于PET/CT的巖石裂紋細(xì)觀結(jié)構(gòu)檢測(cè)方法，包括以下步驟:
[0028]S1、向試樣中注入示蹤劑，直至試樣內(nèi)部飽和；
[0029]S2、對(duì)所述試樣進(jìn)行加載，使試樣產(chǎn)生裂紋直至被完全破壞，實(shí)時(shí)采集加載過(guò)程中試樣的示蹤劑圖像和CT圖像；
[0030]S3、對(duì)所述示蹤劑圖像和CT圖像進(jìn)行圖像融合，獲得融合后的PET/CT圖像。
[0031]所述步驟SI中，通過(guò)高精度計(jì)量栗以增加滲透壓的方式將示蹤劑注入所述試樣中。
[0032]所述示蹤劑經(jīng)過(guò)稀釋后注入試樣中。
[0033]對(duì)目前常用的醫(yī)學(xué)用示蹤劑進(jìn)行篩選，對(duì)具有不同流動(dòng)孔喉半徑、裂紋開(kāi)度的多種類型巖石進(jìn)行示蹤劑壓力彌散試驗(yàn)，對(duì)選擇合適的顯像示蹤劑;研制高精度閉環(huán)伺服計(jì)量栗，向放置在三軸壓力室中的巖石內(nèi)部注入顯像示蹤劑，從而能夠使應(yīng)力作用下的裂紋被顯像示蹤劑飽和，并精確控制注入的壓力和流量，反演獲得裂紋體積變化。
[0034]步驟S2中所述實(shí)時(shí)采集是指，以一定頻率連續(xù)拍攝試樣的示蹤劑圖和CT圖。
[0035]一種基于PET/CT的巖石裂紋細(xì)觀結(jié)構(gòu)檢測(cè)系統(tǒng)，包括:示蹤劑注入裝置3、三軸壓力加載裝置I和PET/CT機(jī)2，
[0036]所述示蹤劑注入裝置，用于將示蹤劑注入試樣內(nèi)直至其內(nèi)部飽和；
[0037]所述三軸壓力加載裝置，用于對(duì)上述內(nèi)部飽和的試樣進(jìn)行加載，使其產(chǎn)生裂紋，還用于通過(guò)進(jìn)一步加載使該試樣被完全破壞；
[0038]所述PET/CT機(jī)，用于實(shí)時(shí)采集所述試樣加載過(guò)程中的示蹤劑圖像和CT圖像，并對(duì)所述示蹤劑圖像和CT圖像進(jìn)行圖像融合，得到圖像融合后的PET/CT圖像。
[0039]所述示蹤劑注入裝置包括用于調(diào)節(jié)示蹤劑注入壓力和注入流量的高精度閉環(huán)伺服計(jì)量栗。
[0040]所述三軸壓力加載裝置包括高精度三軸壓力伺服栗、壓力實(shí)驗(yàn)艙和三軸壓力室，所述高精度三軸壓力伺服栗用于對(duì)試樣進(jìn)行加載，所述壓力實(shí)驗(yàn)艙用于穿透X射線和正電子射線，保證示蹤劑圖像和CT圖像的分辨率，所述三軸壓力室用于固定試樣，確保加載過(guò)程中試樣與PET/CT機(jī)的相對(duì)位置不變。
[0041 ]所述壓力實(shí)驗(yàn)艙采用PEEK玻纖增強(qiáng)材料制成。
[0042]設(shè)計(jì)一體式三軸壓力加載裝置，解決目前三軸壓力室尺寸大的問(wèn)題，并且將壓力實(shí)驗(yàn)艙和軸向壓力實(shí)驗(yàn)倉(cāng)通過(guò)法蘭固定，形成一體式的三壓力加載裝置，達(dá)到小型化的要求，滿足易穿透正電子/X射線、可加載三軸應(yīng)力、可安放于PET/CT機(jī)定位床上等要求。
[0043]采用有機(jī)玻璃研制一種外基準(zhǔn)框架，保證PET和CT掃描獲得準(zhǔn)確的空間對(duì)位;采用PET探測(cè)正電子核素在巖石內(nèi)部的裂紋分布情況，獲得裂紋局部區(qū)域的位置、形狀;然后采用CT掃描進(jìn)行空間定位，融合PET圖像，綜合應(yīng)用統(tǒng)計(jì)學(xué)方法和圖像融合精度分析方法，對(duì)裂紋的細(xì)觀結(jié)構(gòu)進(jìn)行定量分析和表征，實(shí)時(shí)獲得三軸應(yīng)力條件下裂紋細(xì)觀結(jié)構(gòu)的演化規(guī)律。
[0044]以上所述僅為本發(fā)明的較佳實(shí)施例，并不用以限制本發(fā)明，凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)，所作的任何修改、等同替換、改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種基于PET/CT的巖石裂紋細(xì)觀結(jié)構(gòu)檢測(cè)方法，其特征在于，包括以下步驟: 51、向試樣中注入示蹤劑，直至試樣內(nèi)部飽和； 52、對(duì)所述試樣進(jìn)行加載，使試樣產(chǎn)生裂紋直至被完全破壞，實(shí)時(shí)采集加載過(guò)程中試樣的示蹤劑圖像和CT圖像； 53、對(duì)所述示蹤劑圖像和CT圖像進(jìn)行圖像融合，獲得融合后的PET/CT圖像。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述一種基于PET/CT的巖石裂紋細(xì)觀結(jié)構(gòu)檢測(cè)方法，其特征在于，所述步驟SI中，通過(guò)高精度計(jì)量栗以增加滲透壓的方式將示蹤劑注入所述試樣中。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述一種基于PET/CT的巖石裂紋細(xì)觀結(jié)構(gòu)檢測(cè)方法，其特征在于，所述示蹤劑經(jīng)過(guò)稀釋后注入試樣中。4.根據(jù)權(quán)利要求1所述一種基于PET/CT的巖石裂紋細(xì)觀結(jié)構(gòu)檢測(cè)方法，其特征在于，步驟S2中所述實(shí)時(shí)采集是指，以一定頻率連續(xù)拍攝試樣的示蹤劑圖和CT圖。5.—種基于PET/CT的巖石裂紋細(xì)觀結(jié)構(gòu)檢測(cè)系統(tǒng)，其特征在于，包括:示蹤劑注入裝置、三軸壓力加載裝置和PET/CT機(jī)， 所述示蹤劑注入裝置，用于將示蹤劑注入試樣內(nèi)直至其內(nèi)部飽和； 所述三軸壓力加載裝置，用于對(duì)上述內(nèi)部飽和的試樣進(jìn)行加載，使其產(chǎn)生裂紋，還用于通過(guò)進(jìn)一步加載使該試樣被完全破壞； 所述PET/CT機(jī)，用于實(shí)時(shí)采集所述試樣加載過(guò)程中的示蹤劑圖像和CT圖像，并對(duì)所述示蹤劑圖像和CT圖像進(jìn)行圖像融合，得到圖像融合后的PET/CT圖像。6.根據(jù)權(quán)利要求5所述一種基于PET/CT的巖石裂紋細(xì)觀結(jié)構(gòu)檢測(cè)系統(tǒng)，其特征在于，所述示蹤劑注入裝置包括用于調(diào)節(jié)示蹤劑注入壓力和注入流量的高精度閉環(huán)伺服計(jì)量栗。7.根據(jù)權(quán)利要求5所述一種基于PET/CT的巖石裂紋細(xì)觀結(jié)構(gòu)檢測(cè)系統(tǒng)，其特征在于，所述三軸壓力加載裝置包括高精度三軸壓力伺服栗、壓力實(shí)驗(yàn)艙和三軸壓力室，所述高精度三軸壓力伺服栗用于對(duì)試樣進(jìn)行加載，所述壓力實(shí)驗(yàn)艙用于穿透X射線和正電子射線，保證示蹤劑圖像和CT圖像的分辨率，所述三軸壓力室用于固定試樣，確保加載過(guò)程中試樣與PET/CT機(jī)的相對(duì)位置不變。8.根據(jù)權(quán)利要求7所述一種基于PET/CT的巖石裂紋細(xì)觀結(jié)構(gòu)檢測(cè)系統(tǒng)，其特征在于，所述壓力實(shí)驗(yàn)艙采用PEEK玻纖增強(qiáng)材料制成。
【文檔編號(hào)】G01N3/08GK105954104SQ201610481109
【公開(kāi)日】2016年9月21日
【申請(qǐng)日】2016年6月26日
【發(fā)明人】胡大偉, 劉小巖, 魏天宇, 周輝, 張傳慶, 楊凡杰, 盧景景, 朱勇, 張帆
【申請(qǐng)人】中國(guó)科學(xué)院武漢巖土力學(xué)研究所