金の多孔性とテンプのバネ

今日は、焦点となる部分に焦点を当て、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、高い倍率、そして非常に正確な回転軸を備えた適切に調整されたシステムによって実現されます。しかし、そうなると、被写体とその構成材料に適したkVクラスを選択するという問題に戻ってきます。

最高解像度を求めなくても、重金属はCTにとって非常に厄介な被写体です。極端な場合、タングステンや金などの重金属は225kVの放射線を急速に吸収します。2mmの銅をビーム硬化フィルターとして使用した場合、わずか0.5mmのタングステンまたは金で、放射線の90%が主に吸収および散乱されます。450kVと3mmのスズフィルターを使用した場合、90%吸収厚は7倍から3.5mmへと劇的に変化しました。鉄、銅、ニッケルなどの3次元金属は扱いやすいものの、被写体の直径が大きいため、すぐに難しくなります。したがって、450kVではMesoFocus 非常に扱いが難しい重金属に対しても、極めて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、2D画像における直線や3D画像における壁などでよく実証されます。こうした細部は、空間解像度をはるかに下回る解像度でも検出可能です。なぜなら、これらの細部は、その向きに垂直な方向の解像度が低下するにつれて徐々にしか消えないからです。

多孔性の場合、ディテール検出能 CT画像では、解像度付近で3次元のぼやけによって毛穴のコントラストが急速に低下し、ノイズの多い画像ではさらに急速に低下するため、鮮明さが失われます。その結果、本来鮮明に見えるはずのディテールが均質な物質のように見えてしまいます。これは、焦点スポットサイズによって解像度を変更すると特に顕著に現れます。

ASTM E2698規格およびより簡単な計算によれば、焦点スポットが小さいほど高い倍率が得られます。経験上、計算式で推奨される倍率よりも少し高い倍率が得られることはよくありますが、これは通常、焦点スポットまたはその形状が規定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解像度に近づいてしまいます。最適な倍率は可能な限り最大の解像度を得ることですが、倍率が高すぎると、シャープネスと解像度の望ましくない劣化が生じます。

したがって、最適な倍率は、コンピュータ断層撮影（CT）における等ボクセルサイズも制限します。これは、ミニフォーカスシステムの限界を改めて示しています。なぜなら、ミニフォーカスシステムでは、ボクセルが発生可能な適応よりも大きくなることが多いからです。

金の多孔性

この腕時計は、時計本体とブレスレットをはんだ付けで接続する部分（ラグ）を見ると、良い例を示している。何らかの理由で、ラグ部分に多くの気孔が生じている。

公称焦点距離350µmから始めると、倍率は約2倍が推奨されます。

公称値によれば、解像度はミニフォーカスCTの解像度とほぼ同等になるはずです。しかし、直接比較すると、450 µmの焦点でも、 MesoFocus HP11の700W、400µmの焦点よりもシャープな結果を実現します。

図1は、関心領域を切り出した画像です。断面の向きは時計の文字盤と平行です。ラグの横にはブレスレットの一部も表示されています。ボクセルサイズの影響を示すため、断面表示の補間モードをオフにしました。

図1：450kV、焦点スポット径350µmのCT画像MesoFocus

解像度が約110 µm（4.5 lp/mm）、ボクセルサイズが75 µmの場合、画像にはいくつかの多孔性が見られる。

焦点スポットを 250 µm に変更すると、もう少し詳細になります。250 µm に変更すると、倍率が 2 から 2.5 に増加し、ボクセルサイズが 75 µm から 56 µm に減少します。補間されていない断面ビューはより鮮明になり、期待される空間分解能は 103 µm から 85 µm (6 lp/mm) に増加します。ここで、航空宇宙用途の ASTM E2002 D10 解像度要件を満たします。はんだ付け領域では、より大きな孔がより高いコントラストで見えるようになり、より小さな孔も見えるようになります。また、ブレスレット機構では、バネが個別に見やすくなり、図 1 の灰色のオン 灰色ではなく、ラグ ペンを保持する可動ボルトが見えるようになります。

図2：450kV、焦点スポット径250µmのCT画像MesoFocus

最小焦点サイズである公称60µmを用いることで、はるかに高い解像度と倍率を実現できます。5.7倍の倍率と25µmのボクセルサイズは非常に微細であるため、補間されていない断面図と通常の補間された断面図を区別することはもはや不可能です。

ここでは、他の2つのCTスキャンでは想像もできなかったような詳細が明らかになる。大きな毛穴の間や周囲に、多数の小さな毛穴が存在する。

図3：450kV、焦点スポット60µmのCT画像MesoFocus

さらに、60μmの焦点スポットスキャンと、先に示しておいた第1部のミニフォーカスCTを1対1で比較した。ここでは、断面ははんだ付け面に合わせている。

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

バランスホイール

「人間の髪の毛よりも細いが、とてつもないパワーを持っている。」

これは、時計の振動を担う、ニバロックス（「変化せず、酸化しない」）という特殊なゼンマイの説明です。

泉は、解像度の向上と、サイズが空間解像度よりも小さい場合に細部がどのように見えるかを示す、もう一つの良い例となった。

350μmと250μmのCTスキャン画像を並べて比較すると、鮮明度は向上しているものの、テンプ中心部のバネを解像する上で実質的な改善は見られない。

図5：450 kVにおける焦点スポット250 µm（左半分）および350 µm（右半分）のモンタージュMesoFocus

焦点スポットを最小の60 µmにすると、その変化は目に見えて明らかになります。よく巻かれたらせん状のバネがはっきりと見えるようになり、それが固定されている隙間も確認できます。CTボリュームの断面図とマイクロフォーカス2D画像を重ね合わせた追加画像では、ニバロックスバネは再構成画像で見るよりもさらに薄いことがわかります。したがって、バネの厚さは空間分解能以下であると予想されます。

図6：450kV、焦点スポット60µmのCT画像MesoFocus

図7：450kVの60µm焦点スポットCTのモンタージュMesoFocus µ-focus 2Dインサート付き

非常に細い亀裂についても同様の認識性の向上が期待できるが、これらは通常、幅よりも深さの方がはるかに大きい。

次回のブログ記事では、中型の積層造形銅サンプルについて見ていきたいと思います。