航空发动机密闭内腔高分辨率成像的非对称锥束检测方法

1.本发明涉及正电子发射断层成像装置领域和图像重建领域，尤其涉及一种航空发动机密闭内腔高分辨率成像的非对称锥束检测方法。


背景技术：

2.正电子发射断层成像(positron emission tomography, pet)，是利用正电子湮灭时所产生的高能γ光子对物体内部状态进行成像刻画的技术。正电子湮灭产生的γ光子对具有稳定的方向和能量特性，不受电场、磁场、温度等外界环境变化的影响，能穿透密度较大的金属及其它材料，这使得pet技术在工业无损检测方面呈现出独特的优势。利用正电子的湮灭现象，正电子湮灭技术已经成为研究金属、半导体、高温超导体、高聚物等材料物质结构(材料表面及内部缺陷)和电子状态(电子动量分布)的无损伤探测分析手段。正电子湮灭无损检测技术由于其穿透力强、可用工质作为探测源及三维成像等特点，一旦解决其在工业无损检测中的高分辨成像问题，前景将十分广阔。
3.随着航空推进技术、化工技术、核工业技术、计算技术和电子计算机应用技术的发展，越来越多的新技术应用于工业无损检测，因此对无损检测技术提出了越来越高的要求，pet用于航空工业无损检测时，由于受探测器固有分辨率较低的影响，以及γ光子的特性，航空发动机内腔环境复杂，密闭内腔成像时分辨率较低。航空发动机密闭内腔的高分辨率成像对我国航空工业的发展有着极大的帮助，可以为我国航空发动机密闭内腔检测提供一种高效的手段。


技术实现要素：

4.针对背景技术中提出的问题，本发明旨在提供一种航空发动机密闭内腔高分辨率成像的非对称锥束检测方法。
5.为解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案为：一种航空发动机密闭内腔高分辨率成像的非对称锥束检测方法，包括以下步骤:步骤1：制备具有放射性的核素，使核素与航空煤油充分混合；步骤2：将混合后的放射性的核素与航空煤油注入航空发动机密闭内腔中；步骤3：灌注放射性的核素与航空煤油混合物后的航空发动机安装固定在正电子发射断层扫描仪内部的固定检测台上；正电子发射断层扫描仪内的固定检测台上的外周设有旋转筒以及驱动旋转筒转动的旋转动力装置，正电子发射断层扫描仪的γ光子探测装置包括旋转筒内壁上沿轴向设置的若干排呈圆弧形布置的γ光子探测晶体组成的第一探测器阵列以及旋转筒内壁上正对第一探测器阵列的相同排数的呈圆弧形布置的γ光子探测晶体组成的第二探测器阵列；第一探测器阵列的γ光子探测晶体对应的圆心角为30-90
°
;第二探测器阵列的γ光子探测晶体对应的圆心角较第一探测器阵列的γ光子探测晶体对应的圆心角度数大8-10
°
；且第一探测器阵列的直径是第二探测器阵列的1.3-1.6倍；步骤4：启动旋转筒以及正电子发射断层扫描仪，旋转中的第一探测器阵列和第二
探测器阵列对核素标记后的航空煤油混合物在航空发动机密闭内腔中发生湮灭产生的γ光子对进行实时的任意角度的数据采集；步骤5：对第一探测器阵列和第二探测器阵列探测到的γ光子扇形束数据进行三维图像重建，得到航空发动机密闭内腔的高分辨率成像。
6.作为一种优选的方案，所述步骤1中，所述放射性核素为
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cu，在搅拌机中使放射性核素与航空煤油充分混合均匀。
7.作为一种优选的方案，所述步骤5中对采集到的γ光子扇形束数据基于滤波反投影算法重建三维图像。
8.作为一种优选的方案，所述步骤5中对任意角度采集到的扇形束数据基于滤波反投影算法重建图像，在二维平面，投影线可以表示为：其中，θ为投影角度，l为投影距离；图像函数f(x,y)在投影方向上的投影为：对投影数据进行扇形束滤波反投影时，由傅里叶变换得到r(ω)，之后乘以滤波函数h(ω)，做傅里叶反变换，得到重建图像f
′
(x,y)；重建图像公式为：其中，ω为滤波函数频率，r(ω)为投影函数的傅里叶变换函数，h(ω)为滤波函数。
9.本发明的有益效果是：由于采用将灌注放射性的核素与航空煤油混合物后的航空发动机安装固定在正电子发射断层扫描仪内部的固定检测台上；在正电子发射断层扫描仪内的固定检测台上的外周设有旋转筒以及驱动旋转筒转动的旋转动力装置，正电子发射断层扫描仪的γ光子探测装置包括旋转筒内壁上沿轴向设置的若干排呈圆弧形布置的γ光子探测晶体组成的第一探测器阵列以及旋转筒内壁上正对第一探测器阵列的相同排数的呈圆弧形布置的γ光子探测晶体组成的第二探测器阵列；第一探测器阵列的γ光子探测晶体对应的圆心角为30-90
°
;第二探测器阵列的γ光子探测晶体对应的圆心角较第一探测器阵列的γ光子探测晶体对应的圆心角度数大8-10
°
；且第一探测器阵列的直径是第二探测器阵列的1.3-1.6倍；旋转中的第一探测器阵列和第二探测器阵列对核素标记后的航空煤油混合物在航空发动机密闭内腔中发生湮灭产生的γ光子对进行实时的任意角度的数据采集；对第一探测器阵列和第二探测器阵列探测到的γ光子扇形束数据进行三维图像重建，得到航空发动机密闭内腔的高分辨率成像。
10.本发明专利提供了一种在不改变pet探测器固有分辨率的情况下，增加高分辨旋转探测器阵列，形成一种非对称锥束成像系统，该系统可以让成像系统对pet探测器的固有分辨率依赖性变小，所述非对称锥束成像系统分辨率与探测器阵列宽度和被测物到探测器阵列距离有关，探测器阵列宽度和被测物到探测器阵列距离越小，成像系统分辨率越高。
附图说明
11.图1是本发明的主视结构示意图。
12.图中：1第二探测器阵列，2固定检测台，3第一探测器阵列。
具体实施方式
13.下面结合附图，详细描述本发明的具体实施方案。
14.如图1所示，一种航空发动机密闭内腔高分辨率成像的非对称锥束检测方法，包括以下步骤:步骤1：制备具有放射性的核素
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cu，在搅拌机中使放射性核素与航空煤油充分混合均匀；步骤2：将混合后的放射性的核素与航空煤油注入航空发动机密闭内腔中；步骤3：灌注放射性的核素与航空煤油混合物后的航空发动机安装固定在正电子发射断层扫描仪内部的固定检测台上；正电子发射断层扫描仪内的固定检测台上的外周设有旋转筒以及驱动旋转筒转动的旋转动力装置，正电子发射断层扫描仪的γ光子探测装置包括旋转筒内壁上沿轴向设置的若干排呈圆弧形布置的γ光子探测晶体组成的第一探测器阵列以及旋转筒内壁上正对第一探测器阵列的相同排数的呈圆弧形布置的γ光子探测晶体组成的第二探测器阵列；第一探测器阵列的γ光子探测晶体对应的圆心角为30-90
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;第二探测器阵列的γ光子探测晶体对应的圆心角较第一探测器阵列的γ光子探测晶体对应的圆心角度数大8-10
°
；且第一探测器阵列的直径是第二探测器阵列的1.3-1.6倍；步骤4：启动旋转筒以及正电子发射断层扫描仪，旋转中的第一探测器阵列和第二探测器阵列对核素标记后的航空煤油混合物在航空发动机密闭内腔中发生湮灭产生的γ光子对进行实时的任意角度的数据采集；步骤5：对第一探测器阵列和第二探测器阵列探测到的γ光子扇形束数据基于滤波反投影算法进行三维图像重建，得到航空发动机密闭内腔的高分辨率成像；具体如下：在二维平面，投影线可以表示为：其中，θ为投影角度，l为投影距离；图像函数f(x,y)在投影方向上的投影为：对投影数据进行扇形束滤波反投影时，由傅里叶变换得到r(ω)，之后乘以滤波函数h(ω)，做傅里叶反变换，得到重建图像f
′
(x,y)；重建图像公式为：其中，ω为滤波函数频率，r(ω)为投影函数的傅里叶变换函数，h(ω)为滤波函数。
15.本成像系统中，第一探测器阵列中的探测晶体与第二探测器阵列中所有探测晶体之间的响应线形成扇形束状；第一探测器阵列中的探测晶体宽度记为w1，第二探测器阵列
中的探测晶体宽度记为w2，被测物体到探测器阵列的距离分别记为d1和d2，则扇形束的放大系数。
16.本成像系统的图像分辨率是探测器阵列宽度与被测物到探测器阵列距离的函数其中，rs是包括正电子范围效应的有效源尺寸。
17.本发明专利的方法是基于现有探测器固有分辨率的基础上，增加非对称锥束旋转探测晶体，来提高成像分辨率，在固有分辨率基础上进一步提高分辨率。
18.上述的实施例仅例示性说明本发明创造的原理及其功效，以及部分运用的实施例，而非用于限制本发明；应当指出，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明创造构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。