金およびテンプルのヒゲゼンマイの巣（ポロシティ）

本日は焦点に焦点を当て、細部まで高解像度で捉えます。

コンピュータ断層撮影（CT）における高解像度は、非常に小さな焦点、より高い倍率、そして回転軸の精度が非常に高い、適切にアライメントされたシステムによって実現されます。しかし、そこで対象物とその材質に適したkVクラスを選ぶという問題に戻ります。

最高解像度が求められない場合でも、重金属のCT検査は非常に困難です。極端な例では、タングステンや金のような重金属は225 kVの放射線を急速に吸収します。2 mmのCuをビーム硬化フィルターとして使用する場合、タングステンまたは金はわずか0.5 mmあれば放射線の90%が主に吸収および散乱されます。450 kVおよび3 mmのSnフィルターを使用すると、90%吸収厚さは7倍から3.5 mmへと劇的に変化します。鉄、銅、ニッケルなどの第4周期遷移金属（3d金属）の扱いは比較的容易ですが、対象物の直径が大きい場合は同様にすぐ困難になります。そのため、450 kV MesoFocusは、非常に困難な重金属の検査に向けて、完全に柔軟なソリューションを提供します。

ディテール検出能

細部を検出する能力は、多くの場合、2D画像では直線、3Dでは壁面を使用して示されます。このような細部は、配向に対する垂直方向の不鮮明さによってゆっくりとしか消失しないため、空間分解能をはるかに下回るサイズでも検出可能です。

気孔の場合、三次元のボケによって気孔のコントラストが急激に低下し、ノイズの多い画像ではさらに急速に低下するため、CTにおけるディテール検出能は分解能の限界付近で失われます。その結果、本来はシャープに見えるべきディテールが均質な材料のように見えてしまいます。これは、焦点サイズによって分解能を変更すると特に明確に確認できます。

ASTM E2698およびより単純な計算によると、焦点サイズが小さいほど、より高い倍率が可能になります。経験上、推奨値よりも常に少し高めの倍率に設定できることが示されていますが、これは通常、焦点やそのプロファイルが記載値よりもシャープであるためです。

通常、倍率が低すぎると、検出器の分解能に近づいてしまうことがあります。最大可能な分解能を得るためには最適な倍率にすることが重要ですが、倍率が高すぎる場合もあります。倍率が高すぎると、シャープネスや分解能の望ましくない劣化が再び発生します。

したがって、最適な倍率は、コンピュータ断層撮影（CT）におけるアイソボクセルサイズをも制限します。これは、ミニフォーカスシステムではボクセルサイズが発生しうる指示模様よりも大きいことが多いため、同システムの限界を再び示しています。

金に含まれる気孔

腕時計の事例として、時計本体からブレスレットへと続くハンダ付け部（ラグ）を見ると興味深いことがわかります。何らかの理由で、ラグには多くの気孔が発生します。

公称350 µmの焦点から始めて、約2倍の倍率が推奨されます。

公称値によると、分解能はミニフォーカスCTの分解能と同程度になるはずです。しかし、直接比較すると、MesoFocusの450 µmの焦点でさえ、HP11の700 W・400 µmの焦点よりもシャープな結果が得られることがわかります。

図1は、関心領域の切り抜きを示しています。断面の配向は時計の文字盤と平行です。ラグのほか、ブレスレットの一部も示されています。ボクセルサイズの影響を示すために、断面ビューの補間モードをオフにしました。

図1：450 kV MesoFocusの350 µm焦点によるCT

約110 µm（4.5 lp/mm）の分解能と75 µmのボクセルサイズにより、画像にはいくつかの気孔が示されています。

250 µmの焦点に変更すると、詳細がより明確になります。250 µmへの変更により、倍率が2倍から2.5倍に増加し、ボクセルサイズが75 µmから56 µmに縮小します。非補間断面ビューがより微細になり、期待される空間分解能が103 µmから85 µm（6 lp/mm）に向上します。ここでは、航空宇宙用途のASTM E2002 D10分解能要件を満たしています。ハンダ付け領域では、より大きな気孔がより高いコントラストで確認できるようになり、より小さな気孔も視認できるようになります。また、ブレスレットの機構においても、スプリングがより明瞭に分離して見えるようになり、図1のグレーがかった表示ではなく、ラグピンを保持する可動ボルトを確認することができます。

図2：450 kV MesoFocusの250 µm焦点によるCT

最小かつ公称60 µmの焦点を使用することで、大幅に高い分解能と倍率を達成できます。5.7倍の倍率と25 µmのボクセルサイズは非常に高精細であり、非補間断面ビューは通常の補間ビューと見分けがつかなくなります。

ここでは、他の2つのCTスキャンではまったく推測できなかった細部が明らかになります。大きめの気孔の間や周囲には、多くの小さな気孔が存在しています。

図3：450 kV MesoFocusの60 µm焦点によるCT

さらに、60 µm焦点のスキャンと、第1部で前述したミニフォーカスCTのスキャンを1対1で比較しました。ここでは、断面がハンダ付け面に合致するように調整されています。

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

バランスホイール

「髪の毛よりも細く、しかし圧倒的なパワーを秘めています。」

これは、時計の刻みを生み出す精巧なニヴァロックス（「変形せず、酸化しない」の意）製ヒゲゼンマイの説明です。

このゼンマイは、解像度が向上した際に、空間分解能以下のサイズを持つディテールがどのように現れるかを示す好例となりました。

350 µmと250 µmのCTスキャンを並べて比較すると、シャープネスは向上していますが、テンプの中央にあるヒゲゼンマイの解像度には実質的な改善が見られません。

図5：450 kV MesoFocusのモンタージュ画像。250 µm（左半分）および350 µm（右半分）の焦点

最小の60 µm焦点では、その違いが目に見えて明らかになります。きれいに巻かれた渦巻状のゼンマイだけでなく、固定されている隙間までがはっきりと見えるのです。CTボリュームの断面像とマイクロフォーカス2D画像を組み合わせたモンタージュ画像を見ると、ニヴァロックス製ゼンマイが再構成画像で見えるよりもさらに細いことがわかります。したがって、ゼンマイの厚さは空間分解能を下回っていると推測されます。

図6：450 kV MesoFocusによる60 µm焦点のCT像

図7：450 kV MesoFocusによる60 µm焦点CTとマイクロフォーカス2Dインサートのモンタージュ画像

非常に微細な亀裂についても同様の視認性向上が期待できますが、こうした亀裂は通常、幅よりも深さがはるかに大きくなります。

次回のブログ記事では、中サイズの付加製造（AM）銅サンプルを取り上げます。