基于MARS系统的X射线能谱K-edge特性CT成像技术

针对传统的X射线CT系统因采用积分探测器难于鉴别材质的关键技术问题,基于MARS系统的X射线能谱CT,开展了X射线能谱K-edge特性的CT成像技术研究。通过对单一材质和混(复)合材质组成的物理模型的多个X射线能量段进行CT断层扫描,获得了材质的K-edge特性曲线,以此重建出了材质的CT图像。借助材质K-edge特性的CT断层图像,可以进行材质的鉴别分析或进行更多的材质认知信息的分析研究。与传统的X射线CT技术相比较,它可以提供更为丰富的X射线衰减信息。

利用X射线K吸收边成像法测量碘离子在岩石中的孔隙扩散系数

污染物质在岩层孔隙水中的扩散过程决定了污染物质在地下水与岩层之间迁移的速率,并进而影响其在环境中的迁移-转化过程。利用碘离子作为示踪剂,通过X射线成像法可以获得碘离子在岩石中随扩散距离和时间变化的扩散曲线,进而通过人工拟合获得孔隙扩散系数(Dp)以及孔隙度(φ)等重要参数,这是研究污染元素扩散行为的基础。但是在X射线成像过程中,岩石本底对X射线的吸收也会对示踪剂碘离子的成像造成干扰。本文使用X射线能谱CT利用X射线K吸收边成像法,在碘的K吸收边(33keV)两侧的能量区域(27~32keV和34~39keV)对样品进行成像,有效地减少了岩石背景干扰,获得碘离子的扩散曲线,并通过软件利用近似公式对扩散曲线进行拟合获得了灰岩中碘离子的孔隙扩散系数。在实验过程中,本文还通过改进扩散装置,对低浓度端溶液采用连续接收的方法,避免了管路中溶液死体积的影响。通过实验获得碘离子的岩石孔隙扩散系数Dp=(1.12±0.22)×10^(−11)m^(2)/s,并计算得到岩石孔隙度φ=0.02。此实验结果与文献中灰岩孔隙度范围(0.005~0.042)相符合。通过本次工作,验证了应用改进的扩散装置和X射线K吸收边成像方法测量碘离子在岩石中的孔隙扩散系数的可行性。

基于MARS系统的彩色CT图像重建

针对传统的X射线CT系统因采用积分探测器难于区分材质细微差别的关键技术问题,基于MARS X射线能谱CT系统,开展了彩色CT成像技术研究。研究结果表明,对被碘溶液腐蚀的橡胶管和注射有新型造影剂(金纳米微粒)的小老鼠进行多个X射线能量段的CT断层扫描,提取和量化不同能量范围橡胶管投影数据和小老鼠的CT图像,重建出橡胶管彩色投影图像和小老鼠胸腔彩色CT图像,展现了橡胶管内部复杂结构及金纳米微粒主要集中于小老鼠胸腔上部血管的信息,显示了X射线能谱CT刻画物质信息的细微差别能力和呈现物质不同组成成分的能力。