使用仿真的分析式X射线校准、重建和索引的方法和系统技术方案

用于x射线CT系统的矿物表征方法包括生成样本的一个或更多个体积数据集，并基于仿真通过对数据集进行校正来识别样本中的相。这可以用于多色x射线仿真以及高度受控和良好规模化的分析重建的实施方式，以将已知成分的材料索引为重建灰度强度。该技术的应用示例是在地球科学样本的矿物表征领域，在该领域中，单个样本可以由许多未知分布的单个矿物相组成。此外，还涉及用于数据校正和校准的工作流程，使得最小化采集相关的不确定性，并且最大化重建强度鲁棒性。当某些已知透射的材料位于每个投影的视野中以创建参考路径时，就可以实现这一点。点。点。

【技术实现步骤摘要】
使用仿真的分析式X射线校准、重建和索引的方法和系统


[0001]本专利技术涉及地球科学样本的矿物表征领域，具体涉及使用仿真的分析式X射线校准、重建和索引的方法和系统。

技术介绍

[0002]已使用各种成像模式来以二维(two dimensional,2D)和三维(three dimensional,3D)方式识别和可视化岩石中的矿物含量和分布。例如，这些成像模式可以分析来自开采作业的岩石样本，以确定在石油和天然气产业中勘探和生产作业的孔隙度和矿物组成，或者确定采矿行业的粉碎统计数据。
[0003]在典型作业中，这些成像模式创建图像数据集，如3D体积或2D图像。然后，利用图像分析技术以从体积和图像推断出颗粒特性和矿物含量。
[0004]无损成像系统包括x射线计算机断层扫描(computed tomography,CT)显微镜和扫描电子显微镜(Scanning Electron Microscopy,SEM)系统。这些系统提供可视化样本中的诸如孔隙、有机物和矿物等特征的能力。
[0005]X射线CT显微镜系统用x射线照射样本，通常，范围在1到几百keV之间。在多个角度处收集2D投影图像，并根据投影重建样本的3D体积。虽然CT强度与矿物密度相关，但在没有先前知识的情况下，无法在X射线CT显微镜系统上直接识别矿物组成。
[0006]目前的一种成像分析技术通过分析从x射线成像系统生成的样本的体积图像数据集来创建样本的3D矿物图。然后，确定样本的总矿物含量，并计算x射线衰减系数以用于确定矿物。该技术然后通过识别图像中与所计算的x射线衰减系数对应的特性灰度级别来分割灰度3D图像。
[0007]另一种成像分析技术采用3D x射线断层扫描体积图像数据集的多相分割。处理3D x射线断层扫描体积以获得标准化的强度灰度图像，标准化的强度灰度图像然后被分割为至少3个相。分割步骤包括计算标准化强度图像的中值/平均滤波梯度图像，根据中值/平均滤波梯度图像和标准化强度图像创建密度与梯度图，将密度与梯度图划分为区域，并且使用定义区域的阈值对标准化的灰度图像进行分割以生成分割后的图像。然后，计算所分割相的体积分数和空间分布，并将体积分数和空间分布与目标值进行比较。

技术实现思路

[0008]当前的成像和材料(如矿物)分配技术存在局限性。使用x射线显微镜以3D方式来确定未知成分和分布中的材料或矿物特性具有挑战性。分析重建通常不是显微断层成像应用的重点。医学应用重建为通常使用内部标准定义的所谓的亨氏单位(hounsfield unit)，但显微断层成像更敏感。这意味着这些现有的应用更具挑战性。除此之外，长期以来，由于x射线重建中典型的高噪声级别，矿物组成分割已极具挑战性。
[0009]因此，x射线显微镜通常用于非分析式工作流程中，在非分析式工作流程中，样本内的组成材料是已知且预期的。这是因为将测量到的衰减转换为3D重建是复杂且难以预测
的，并且取决于一系列因素，包括目标状态、所选择的滤波器、样本成分和闪烁器/探测器响应。当颗粒簇包括平均原子序数非常接近的矿物时，问题变得更加复杂。此外，该技术可能将错误的矿物组成分配给图像内区域的边缘或边界上的体素/像素。
[0010]因此，本专利技术涉及协议和工作流程的开发，该协议和工作流程将多色x射线仿真与分析重建的高度控制和良好规模化实现相结合，以将已知成分的材料索引为重建后的灰度强度。此技术的应用示例是在地球科学样本的矿物表征领域，其中，单个样本可以由许多未知分布的单个矿物相组成。还涉及用于数据校正和校准的计算机实现的工作流程，使得最小化采集相关的不确定性，并且最大化重建后的强度鲁棒性。当某些已知透射的材料位于每个投影的视野中以创建参考路径时，可以实现这一点。
[0011]一般来说，根据一个方面，本专利技术以用于x射线CT系统的材料表征方法为特色。在某些实施方式中，材料是诸如来自采矿作业的矿物。该方法包括生成样本的一个或更多个体积数据集，并通过基于仿真对数据集进行校正来确定样本中的相。
[0012]优选地，仿真包括对已知成分、密度和厚度的材料何时存在于波束传播路径中以及它们何时不确定材料的标称透射进行评估。可以通过缩放来将标称透射转换为有效的重建灰度值，以给出有效的线性衰减系数。优选地使用波束硬化校正例程来进行缩放。
[0013]通常，仿真应包括对x射线传播通过样本的几何形状和/或x射线CT系统的响应进行仿真。
[0014]在当前示例中，对用于生成体数据集(如浮点数据)之前的投影进行校正。
[0015]现在将参考附图并在权利要求中指出本专利技术的上述和其他特征，包括各种新颖的结构细节和零件组合以及其他优点。将理解，体现本专利技术的特定方法和设备以图解的方式示出，而不是作为本专利技术的限制。本专利技术的原理和特征可以用于各种和众多实施例中，而不脱离本专利技术的范围。
附图说明
[0016]在附图中，附图标记指示不同视图中的相同部分。图纸不必按比例绘制，而是将重点放在说明本专利技术的原理上。图纸中：
[0017]图1是适用于本专利技术的x射线CT系统的示意图；
[0018]图2是示出用于改进后的重建的自动分割和样本拟合的过程的流程图；
[0019]图3A、图3B和图3C是使用不同例程来重建和处理的同一投影数据的二维直方图，其中，图3A是原始滤波反投影重建，图3B是使用非局部均值去噪滤波器进行滤波的反投影重建，以及图3C是使用基于深度学习的重建而重建的数据，图3D是2D直方图；
[0020]图4是示出识别相并且根据相的化学成分进行报告的过程的流程图；
[0021]图5是示出仿真设置的示意图；以及
[0022]图6A
‑
图6D显示了示出低梯度直方图的用户界面，低梯度直方图显示了与沿对数Y轴的5个独立相(从低密度到高密度的空气、塑料管、石英、方解石和黄铁矿)对应的五个峰。
具体实施方式
[0023]下面将参考附图更全面地描述本专利技术，附图中显示了本专利技术的示例性实施例。然而，本专利技术可以以多种不同的形式体现，并且不应被解释为限于本文所述的实施例；相反，
提供这些实施例使得本专利技术将是彻底且完整的，并且将向本领域技术人员充分传达本专利技术的范围。
[0024]如本文所用，术语“和/或”包括一个或更多个相关所列术语的任何和所有组合。此外，除非另有明确规定，否则单数形式和“一(a)”、“一(an)”以及“此(the)”条款也旨在包括复数形式。应进一步理解，术语“包括(includes)”、“包括(comprises)”、“包含(including)”和/或“包含(comprising)”在本说明书中使用时，指定所述特征、整数、步骤、操作、元件和/或部件的存在，但不排除一个或更多个其他特征、整数，步骤、操作，元件、部件和/或它们的组的存在或添加。此外，将理解，当一个元件(包括部件或子系统)被称为和/或显示为连接或耦接到另一个元件时，它可以直接连接或耦接到其他元件，也可以存在中间元件。...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种用于x射线CT系统的材料表征方法，包括：生成样本的一个或更多个体积数据集；以及基于仿真通过对数据集进行校正来识别所述样本中的相。2.根据权利要求1所述的方法，其中，所述仿真包括对已知成分、密度和厚度的材料何时存在于波束传播路径以及已知成分、密度和厚度的所述材料何时不确定标称透射进行评估。3.根据权利要求2所述的方法，其中，通过缩放将所述标称透射转换为有效的重建灰度值，以给出有效的线性衰减系数。4.根据权利要求2所述的方法，还包括：通过波束硬化校正例程进行缩放。5.根据前述任何权利要求所述的方法，其中，所述仿真包括对通过所述样本的几何形状的x射线传播进行仿真。6.根据权利要求5所述的方法，其中，所述仿真包括对所述x射线CT系统的响应进行仿真。7.根据前述任何权利要求所述的方法，还包括：对用于生成所述体积数据集之前的投影进行校正。8.根据权利要求7所述的方法，还包括：将所述投影校正为浮点数据。9.一种x射线显微镜CT系统，包括：产生x射线的源；样本架，用于在波束中保持和旋转样本；探测器，用于探测与所述样本相互作用后的波束；以...

【专利技术属性】
技术研发人员：马修，
申请(专利权)人：卡尔蔡司有限公司，
类型：发明
国别省市：