一种基于pet/ct的岩石裂纹细观结构检测系统及检测方法
【专利摘要】本发明涉及一种基于PET/CT的岩石裂纹细观结构检测系统，包括：示踪剂注入装置、三轴压力加载装置和PET/CT机，所述示踪剂注入装置，用于将示踪剂注入试样内直至其内部饱和；所述三轴加载装置，用于对上述内部饱和的试样进行加载，使其产生裂纹，还用于通过进一步加载使该试样被完全破坏；所述PET/CT机，用于实时采集所述试样加载过程中的示踪剂图像和CT图像，并对所述示踪剂图像和CT图像进行图像融合，得到图像融合后的PET/CT图像。本发明还提供一种基于PET/CT的岩石裂纹细观结构检测方法。本发明提高了岩石扫描图像的分辨率，从而实现对岩石裂纹细观结构进行准确识别和定量表征。
【专利说明】
一种基于PET/CT的岩石裂纹细观结构检测系统及检测方法
技术领域
[0001]本发明涉及一种基于PET/CT的岩石裂纹细观结构检测系统及检测方法。
【背景技术】
[0002]近几年来，PET/CT技术将正电子发射断层显像技术(PET)与CT技术融为一体，PET成像采用正电子示踪剂，由PET获得的靶区内部分子信息，提供靶区断层示踪剂分布图像，而CT精确定位；同时进行PET显像和CT显像，并由工作站将两种图像融合到一起，以达到更好的鉴别和定位效果，相对传统的分析方法具有灵敏、准确、特异及定位精确等特点，受到了医学界的公认和广泛关注。
[0003]岩石CT扫描研究中发现(见图1)，在宏观裂纹出现之前，由于周围间隙现象，图像中裂纹部位的CT数比理论值(1000)高得多，而附近矿物的CT值受裂纹影响其CT数比理论值(2000左右)低得多，造成岩石基质和微裂纹的CT扫描图像差异很小，严重制约了CT扫描图像的分辨率，尚难以准确识别和定量获得岩石变形破裂过程中的裂纹细观结构特征。
【发明内容】
[0004]本发明所要解决的技术问题是提供一种基于PET/CT的岩石裂纹细观结构检测系统及检测方法，从而提高岩石扫描图像的分辨率，实现对岩石裂纹细观结构进行准确识别和定量表征。
[0005]本发明解决上述技术问题的技术方案如下:一种基于PET/CT的岩石裂纹细观结构检测方法，包括以下步骤:
[0006]S1、向试样中注入示踪剂，直至试样内部饱和；
[0007]S2、对所述试样进行加载，使试样产生裂纹直至被完全破坏，实时采集加载过程中试样的示踪剂图像和CT图像；
[0008]S3、对所述示踪剂图像和CT图像进行图像融合，获得融合后的PET/CT图像。
[0009]本发明的有益效果是，先将示踪剂(一般是正电示踪剂)加压注入到岩石中，当对试样加载使试样内部产生裂纹时，示踪剂在液压作用下进入裂纹中，借助PET机对裂纹中示踪剂释放的正电子进行扫描，获得裂纹局部区域图像，采用CT机X射线衰减对PET图像进行精确定位和融合，可大大缩短数据采集时间，并克服周围间隙现象，提高图像分辨率，实现对岩石裂纹细观结构进行准确识别和定量表征，深入研究控制围岩变形破裂宏观行为的细观机理，对于岩石力学与工程学科的发展也将起到积极的推动作用，对我国重大岩土工程的设计、建设及其对环境影响具有重大的科学意义和价值。
[0010]在上述技术方案的基础上，本发明还可以做如下改进。
[0011]进一步，所述步骤SI中，通过高精度计量栗以增加渗透压的方式将示踪剂注入所述试样中。
[0012]所述示踪剂经过稀释后注入试样中。
[0013]步骤S2中所述实时采集是指，以一定频率连续拍摄试样的示踪剂图和CT图。
[0014]采用上述进一步的有益效果是，高精度计量栗可以精确控制示踪剂的注入压力和注入示踪剂的总量，稀释后的示踪剂可以降低其黏度，便于渗入细小缝隙之中，当示踪剂过于浓稠时，会导致图像模糊。连续拍摄示踪剂图和CT图，最终可得到多组图像融合后的PET/CT图组，通过这些图组即可了解岩石在三轴压缩破坏过程中的裂纹细观结构的演化规律。
[0015]为解决上述技术问题，本发明还提供一种基于PET/CT的岩石裂纹细观结构检测系统，包括:示踪剂注入装置、三轴压力加载装置和PET/CT机，
[0016]所述示踪剂注入装置，用于将示踪剂注入试样内直至其内部饱和；
[0017]所述三轴压力加载装置，用于对上述内部饱和的试样进行加载，使其产生裂纹，还用于通过进一步加载使该试样被完全破坏；
[0018]所述PET/CT机，用于实时采集所述试样加载过程中的示踪剂图像和CT图像，并对所述示踪剂图像和CT图像进行图像融合，得到图像融合后的PET/CT图像。
[0019]所述示踪剂注入装置包括用于调节示踪剂注入压力和注入流量的高精度闭环伺服计量栗。
[0020]所述三轴压力加载装置包括高精度三轴压力伺服栗、压力实验舱和三轴压力室，所述高精度三轴压力伺服栗用于对试样进行加载，所述压力实验舱用于穿透X射线和正电子射线，保证示踪剂图像和CT图像的分辨率，所述三轴压力室用于固定试样，确保加载过程中试样与PET/CT机的相对位置不变。
[0021 ]所述压力实验舱采用PEEK玻纤增强材料制成。
[0022]本技术方案的有益效果是，通过三轴压力室确保加载过程中试样与PET/CT机的相对位置不变，才能对多张PET/CT图进行分析，得出岩石在三轴压缩破坏过程中的裂纹细观结构的演化规律。采用易穿透正电子/X射线的PEEK玻纤增强材料研制压力实验仓，既能保证结构安全性，又克服了传统重金属压力实验仓吸收正电子/X射线的缺点，提高PET/CT机扫描成像精度。
【附图说明】
[0023]图1为本发明一种基于PET/CT的岩石裂纹细观结构检测方法的步骤流程图；
[0024]图2为一种基于PET/CT的岩石裂纹细观结构检测系统结构图；
[0025]图3为岩石细观结构的PET/CT图像与常规CT图像的对比图。
【具体实施方式】
[0026]以下结合附图对本发明的原理和特征进行描述，所举实例只用于解释本发明，并非用于限定本发明的范围。
[0027]一种基于PET/CT的岩石裂纹细观结构检测方法，包括以下步骤:
[0028]S1、向试样中注入示踪剂，直至试样内部饱和；
[0029]S2、对所述试样进行加载，使试样产生裂纹直至被完全破坏，实时采集加载过程中试样的示踪剂图像和CT图像；
[0030]S3、对所述示踪剂图像和CT图像进行图像融合，获得融合后的PET/CT图像。
[0031]所述步骤SI中，通过高精度计量栗以增加渗透压的方式将示踪剂注入所述试样中。
[0032]所述示踪剂经过稀释后注入试样中。
[0033]对目前常用的医学用示踪剂进行筛选，对具有不同流动孔喉半径、裂纹开度的多种类型岩石进行示踪剂压力弥散试验，对选择合适的显像示踪剂;研制高精度闭环伺服计量栗，向放置在三轴压力室中的岩石内部注入显像示踪剂，从而能够使应力作用下的裂纹被显像示踪剂饱和，并精确控制注入的压力和流量，反演获得裂纹体积变化。
[0034]步骤S2中所述实时采集是指，以一定频率连续拍摄试样的示踪剂图和CT图。
[0035]一种基于PET/CT的岩石裂纹细观结构检测系统，包括:示踪剂注入装置3、三轴压力加载装置I和PET/CT机2，
[0036]所述示踪剂注入装置，用于将示踪剂注入试样内直至其内部饱和；
[0037]所述三轴压力加载装置，用于对上述内部饱和的试样进行加载，使其产生裂纹，还用于通过进一步加载使该试样被完全破坏；
[0038]所述PET/CT机，用于实时采集所述试样加载过程中的示踪剂图像和CT图像，并对所述示踪剂图像和CT图像进行图像融合，得到图像融合后的PET/CT图像。
[0039]所述示踪剂注入装置包括用于调节示踪剂注入压力和注入流量的高精度闭环伺服计量栗。
[0040]所述三轴压力加载装置包括高精度三轴压力伺服栗、压力实验舱和三轴压力室，所述高精度三轴压力伺服栗用于对试样进行加载，所述压力实验舱用于穿透X射线和正电子射线，保证示踪剂图像和CT图像的分辨率，所述三轴压力室用于固定试样，确保加载过程中试样与PET/CT机的相对位置不变。
[0041 ]所述压力实验舱采用PEEK玻纤增强材料制成。
[0042]设计一体式三轴压力加载装置，解决目前三轴压力室尺寸大的问题，并且将压力实验舱和轴向压力实验仓通过法兰固定，形成一体式的三压力加载装置，达到小型化的要求，满足易穿透正电子/X射线、可加载三轴应力、可安放于PET/CT机定位床上等要求。
[0043]采用有机玻璃研制一种外基准框架，保证PET和CT扫描获得准确的空间对位;采用PET探测正电子核素在岩石内部的裂纹分布情况，获得裂纹局部区域的位置、形状;然后采用CT扫描进行空间定位，融合PET图像，综合应用统计学方法和图像融合精度分析方法，对裂纹的细观结构进行定量分析和表征，实时获得三轴应力条件下裂纹细观结构的演化规律。
[0044]以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
【主权项】
1.一种基于PET/CT的岩石裂纹细观结构检测方法，其特征在于，包括以下步骤: 51、向试样中注入示踪剂，直至试样内部饱和； 52、对所述试样进行加载，使试样产生裂纹直至被完全破坏，实时采集加载过程中试样的示踪剂图像和CT图像； 53、对所述示踪剂图像和CT图像进行图像融合，获得融合后的PET/CT图像。2.根据权利要求1所述一种基于PET/CT的岩石裂纹细观结构检测方法，其特征在于，所述步骤SI中，通过高精度计量栗以增加渗透压的方式将示踪剂注入所述试样中。3.根据权利要求1所述一种基于PET/CT的岩石裂纹细观结构检测方法，其特征在于，所述示踪剂经过稀释后注入试样中。4.根据权利要求1所述一种基于PET/CT的岩石裂纹细观结构检测方法，其特征在于，步骤S2中所述实时采集是指，以一定频率连续拍摄试样的示踪剂图和CT图。5.—种基于PET/CT的岩石裂纹细观结构检测系统，其特征在于，包括:示踪剂注入装置、三轴压力加载装置和PET/CT机， 所述示踪剂注入装置，用于将示踪剂注入试样内直至其内部饱和； 所述三轴压力加载装置，用于对上述内部饱和的试样进行加载，使其产生裂纹，还用于通过进一步加载使该试样被完全破坏； 所述PET/CT机，用于实时采集所述试样加载过程中的示踪剂图像和CT图像，并对所述示踪剂图像和CT图像进行图像融合，得到图像融合后的PET/CT图像。6.根据权利要求5所述一种基于PET/CT的岩石裂纹细观结构检测系统，其特征在于，所述示踪剂注入装置包括用于调节示踪剂注入压力和注入流量的高精度闭环伺服计量栗。7.根据权利要求5所述一种基于PET/CT的岩石裂纹细观结构检测系统，其特征在于，所述三轴压力加载装置包括高精度三轴压力伺服栗、压力实验舱和三轴压力室，所述高精度三轴压力伺服栗用于对试样进行加载，所述压力实验舱用于穿透X射线和正电子射线，保证示踪剂图像和CT图像的分辨率，所述三轴压力室用于固定试样，确保加载过程中试样与PET/CT机的相对位置不变。8.根据权利要求7所述一种基于PET/CT的岩石裂纹细观结构检测系统，其特征在于，所述压力实验舱采用PEEK玻纤增强材料制成。
【文档编号】G01N3/08GK105954104SQ201610481109
【公开日】2016年9月21日
【申请日】2016年6月26日
【发明人】胡大伟, 刘小岩, 魏天宇, 周辉, 张传庆, 杨凡杰, 卢景景, 朱勇, 张帆
【申请人】中国科学院武汉岩土力学研究所