ミニフォーカスシステムの不鮮明度を見るためには、特に450kVで実現できる限界といえるのではないでしょうか。

"We shall see what we shall see." (W. Röntgen 1896)

私たちは何を見ようとしているのだろうか（ヴィルヘルム・コンラート・レントゲン　1896）

2021年のこの春、待望の450kVメゾフォーカス管が誕生し、画像からこれまでの不鮮明さが一気に消えました。信頼性の高い450kVメゾフォーカスを搭載したCT（コンピュータ断層撮影）システムでは、これまでマイクロフォーカスシステムでしか実現できなかったレベルでも、通常よりもはるかに少ないエネルギーで、最大35μmの解像度を実現することができます。

このブログでは、非常に説得力のある実験結果をご紹介するとともに、450kVのクローズド光源による将来の可能性についてもご紹介します。

メゾフォーカス（MesoFocus）

X線技術において、ギリシャ語で「中間」を意味する「メゾ」は、ミニフォーカスとマイクロフォーカスの中間に位置する焦点サイズの放射線源を表します。焦点サイズが50 µm以下のメゾフォーカス光源は、これまでマイクロフォーカス管しか使用できなかったアプリケーションをサポートします。

コメット・エックスレイ (Comet x-ray)のメゾフォーカス技術は、2021年に大きな注目を集めました。225kVのバリアントは、高解像度と高い安定性が要求される多くのアプリケーションを非常に確実にサポートし、メンテナンスフリーのアットラインおよびインラインNDTにも対応しています。

メゾフォーカスX線管は以下を兼ね備えています：

• ポイントを押さえた高解像度
• パラメータを設定するだけのシンプルな操作性
• 迅速な運用準備
• 極めて高い信頼性と可用性
• 最小限のメンテナンス

225kVでもう終わりですか？

重金属や厚さのある素材の場合は、より高いkVクラス（320、450、600kV）への切り替えが必要です。密閉管では、信頼性が高く、シンプルで、メンテナンスの手間がかからず、かつ高解像度への解決策は今のところありません。[1]

長年にわたり、航空宇宙や積層造形などの多くの業界では、実験室から製造現場に至るまで、DRやCT用途で高解像度かつ堅牢な450kVのソリューションが求められてきました。高解像度と細かな認識性に加えて、迅速な準備、高い電圧安定性、メンテナンスフリー、使いやすさ、特別な管球のノウハウがなくても使用できることなど、他の要件も常に求められています。

450kVのメゾフォーカスでは、その解決策が手の届くところにあるだけでなく、私たちの研究室で既に使用されています。225kVメゾフォーカスと同様に、当社は新しい450kV管を最初に導入し、DRやCTのX線源を詳細に評価し、他のソリューションと比較しました。225kVとは異なり、450kVのメゾフォーカスでは、3つの焦点（1W/µm）の代わりに5つの焦点（450、350、250、100、60µm（またはW））があります。

一例

450kVのHP11ミニフォーカスX線源は、約400µmの焦点を持ちます。解像度、効率、データ量のバランスがとれたピクセルサイズ150 µmの大型検出器では、約100～120 µm、4.5～5 lp/mmの空間分解能が得られます。CTシステムでこの解像度を得るためには、約2の倍率を選択します。重金属で作られたあるいは重金属に囲まれた小さな物体は、このようにして少しずつしか画像化されません。

特別なアプリケーションを選ぶのではなく、まずは微細な構造を持つわかりやすい物体を取り上げ、450kVで今日と明日では解像度がどう変わるかを示したいと思います。

視界を遮るスイスの精巧なメカニック

スイスの技術革新に合わせて、最初の例ではスイス製の精密機械の腕時計を選びました。ケースとブレスレットに14K（585）ゴールドを使用しているため、CTの負荷が高く、マルチマテリアルCTには450kVが適しています。

図1：腕時計の写真を高解像度でスキャンしたもの

現時点では、450-HP11の小さな焦点を選ぶと、粗い腕時計の構造の一部しか見えません。詳細な情報が得られないため、機械的な機能や相互作用、個々の要素のつながりを認識することは困難であり、不可能です。

図2：時計を開けても問題なく見える腕時計

図3のミニフォーカスCTよりも、はるかに高い解像度でメカニックを見ることができます。腕時計のケースとメカニックには、異なる素材が混在していることが分かります。

この腕時計は、ミニフォーカス管を使ったCTスキャンでは、私たちが普段で見慣れているような解像度が得られないことを示している完璧な例です。例えば、板バネはほとんどリングとしてしか認識できませんし、他の層ではギアホイールが互いに融合しています。(図3-左）

それが450kVの領域になると一変します。60μmの焦点では、このようなメカニックや小さな金のはんだ付けの孔を閉管した状態でCTスキャンすることは、もはや不可能ではありません。 (図4-右）

この例では、ブレが大幅に減少し、素材の表面がシャープに浮かび上がっています。小さなビスのネジ山も板バネと同じようにはっきりと見えていますが、これはほんの一部です。また、CTの鋭さを高めることで、詳細に他のレイヤーに再構成され、ゴーストとして発生する可能性を低減しています。

[1] 450kVのような高いkVクラスでは、検出器は2D領域でより優れた解像度を提供でき、100µm（D10複線IQI）よりも優れた要件を満たすことができます。

次のブログでは、同じスキャンで金色のはんだ接合部の多孔質を見て、焦点スポットの選択によって詳細な検出がどのように変化するかを観察します。このシリーズの後半では、厚さ100mmの円盤状の銅の物体と、内部の粗さを分析できる積層造形の例を紹介します。