金とヒゲゼンマイに含まれる多孔質物質

このブログでは、焦点位置に着目し、高解像度を実現するためのポイントをご紹介します。

コンピュータ断層撮影（CT）の高解像度は、非常に小さな焦点位置、高倍率、そして非常に正確な回転軸を持つ整列されたシステムによって得られます。しかし、ここで、被写体とその素材に適したKVクラスがあるかどうかという問題に立ち戻ることになります。

最高の解像度を求めなくとも、重金属はCTにとって非常に難しいものです。極端な話、タングステンや金のような重金属は225kVの放射線をすぐに吸収してしまいます。2mmのCuをビームハードニングフィルターとして使用した場合、タングステンや金の厚みはわずか半mmで十分であり、放射線の90％は主に吸収され、また散乱されるようになります。450kV、3mmSnフィルターでは、90％吸収の厚さが7分の1の3.5mmと劇的に変化しました。鉄、銅、ニッケルなどの3d金属は少し扱いやすいのですが、対象物の直径が大きいので、これもすぐに難しくなります。したがって、450 kV メゾフォーカス は、非常に困難な重金属に対して完璧に柔軟なソリューションを提供することになります。

全体の検出性能

細部を検出する能力は、2D画像の直線や3Dの壁でよく発揮されます。このような細部は、その方向に対して垂直な方向の非鮮鋭度によってのみゆっくりと消えていくため、空間分解能のはるか下で検出することが可能です。
 
空隙の場合、3次元のぼかしによって空隙のコントラストが速く消え、ノイズの多い画像ではさらに速く消えるため、CTでのディテール検出性は解像度付近で失われてしまうのです。すると、シャープに見えるはずのディテールが、まるで均質な物質のように見えてしまうのです。それは、焦点距離で解像度を変えたときに、特によくわかります。
 
ASTM E2698だけでなく、より単純な計算でも、焦点距離を小さくすれば高倍率になります。しかし、これは通常、焦点位置やそのプロファイルが規定よりも鋭利であることが多いためです。
 
通常、倍率が低すぎると、検出器の解像度が低下してしまいます。可能な限り最大の解像度を得るために最適である場合もあれば、倍率が高すぎる場合もあります。高すぎると、シャープネスや解像度の好ましくない劣化が再び発生します。
 
そのため、CT（コンピュータ断層撮影）では、最適な倍率が等ボクセルの大きさを制限することにもなります。そのため、ミニフォーカス方式では、ボクセルサイズが表示値より大きくなることが多く、ミニフォーカス方式の限界が改めて示されました。

金の多孔質

腕時計は、腕時計からブレスレットへのハンダ付けの接続部分（ラグ）を見ると、良い例が見られます。そして、なぜかラグにも多くの多孔質が見られます。
公称350μmの焦点距離から、倍率は2倍程度を推奨しています。
 
公称値からすると、ミニフォーカスCTとほぼ同等の解像度になるはずです。しかし、直接比較してみると、メソフォーカスの450 µm焦点でも、HP11の700 W 400 µm焦点よりも鮮明な結果を達成できることがわかります。
 
図1は、関心領域への切り出しです。断面の向きは、時計の文字盤に平行です。ラグの横にはブレスレットの一部も写っています。ボクセルサイズの影響を示すために、断面図の補間モードをオフにしました。

図1: 450 kV メゾフォーカスの350 µm焦点スポットによるCT

この解像度は約110μm、4.5lp/mmで、ボクセルサイズは75μmですが、画像にはいくつかの空隙が見られます。
 
焦点距離を250μmに変更すると、さらに詳細な画像が得られます。250μmに変更すると、倍率が2から2.5に上がり、ボクセルサイズが75μmから56μmに小さくなりました。非挿入断面図は微妙になり、予想される空間分解能は103 µmから85 µm（6lp/mm）に増加します。ここで、航空宇宙アプリケーションのASTM E2002 D10解像度要件に入り。はんだ付け部では、大きな孔がより高いコントラストで見えるようになり、小さな孔も見えるようになりました。
また、ブレスレットメカニズムでは、スプリングも分離して見えるようになり、図1ではグレーの一色だったのが、ラグペンを保持する可動ボルトが見えるようになりました。

図2：450 kV メゾフォーカスの250 µm焦点スポットによるCT

最小の焦点距離60μmで大幅な高解像度・高倍率を実現しました。5.7倍の倍率と25μmのボクセルサイズは、非補間断面図と通常の補間断面図の区別がつかないほど精細なものです。
 
ここでは、他の2つのCTスキャンでは推測すらできなかった詳細が浮かび上がってきます。大きな孔の間や周囲に小さな孔がたくさんあります。

図3：450 kVメソフォーカスの60 µm焦点スポットによるCT

さらに、60μm焦点スポットスキャンと、先に紹介した最初の部品のミニフォーカスCTを1枚ずつ比較するように配置しました。こちらは、断面をはんだ面に合わせたものです。

図4：400μm 450kV ミニフォーカス（左）と60μm 450kV メゾフォーカス（右）の比較

バランス調整用ホイール

"髪の毛より細いのに、パワーがある"
 
これは、時計のビートをつかさどる微細なニバロックス（「変質しない、酸化しない」）スプリングの説明です。
このゼンマイも、解像度の向上と、解像度を下回ると細部がどのように見えるかを示す良い例として登場しました。
350μmと250μmのCTスキャンを並べてみると、シャープさは増していますが、テンプの中心にあるゼンマイの解像度はあまり向上していません。

図5：450kV メゾフォーカスの焦点距離250μm（左半分）、350μm（右半分）のモンタージュ写真

それが、最小の60μmの焦点距離で目に見えて変わるのです。よく巻かれた渦巻き状のスプリングは、クランプされている隙間と同様に、はっきりと見えるようになりました。CTボリュームの断面図とマイクロフォーカス2D画像を追加でモンタージュすると、Nivaroxスプリングは再構成で見えるよりもさらに薄いことがわかります。したがって、スプリングの厚さは空間分解能以下であることが予想されます。

図6：450 kV MesoFocusの60 µm焦点スポットによるCT

図7：450 kV メゾフォーカスとμ-focus 2Dインサートのモンタージュ60μmフォーカルスポットCT

非常に微細なクラックについても、同様の認識性の向上が期待できますが、これらは通常、幅よりもはるかに深いものです。
次回のブログでは、中型の添加剤製造銅サンプルについて見ていきたいと思います。