黄金中的气孔以及摆轮游丝

今天，我们将聚焦于焦点区域，让细节呈现出高分辨率。

计算机断层扫描（CT）的高分辨率是通过极小的焦斑、更高的放大倍率以及具有非常精确旋转轴的精密对准系统来实现的。但这又让我们回到了一个问题：如何根据被扫描对象及其材质选择合适的kV等级。

即使不要求最高分辨率，重金属对CT而言也是极具挑战性的。在极端情况下，钨或金等重金属会迅速吸收225 kV的辐射。使用2毫米厚的铜作为射束硬化滤波器时，仅需半毫米厚的钨或金，就能使90%的辐射被主要吸收并散射。 当采用450 kV电压和3 mm Sn滤片时，达到90%吸收率的厚度发生了显著变化，从7 mm降至3.5 mm。铁、铜和镍等3d金属虽然稍易处理，但受被检体直径的限制，检测难度也会迅速增加。因此，450 kVMesoFocus 将为极具挑战性的重金属检测提供极具灵活性的解决方案。

细节识别能力

对细节的检测能力通常通过二维图像中的直线或三维图像中的墙壁来展示。这类细节即使远低于空间分辨率也能被检测到，因为随着与其方向垂直方向的模糊程度增加，这些细节才会逐渐消失。

对于多孔结构而言，当CT分辨率接近极限时，细节识别能力 会逐渐消失，因为三维图像的模糊会导致孔隙的对比度迅速减弱，而在噪声较大的图像中这种减弱更为明显。此时，本应清晰可见的细节会呈现为均匀的物质。当我们将分辨率调整为与焦斑大小相同时，这一现象尤为明显。

根据 ASTM E2698 标准以及更简单的计算，焦斑越小，放大倍率就越高。经验表明，实际放大倍率通常可以比公式推荐的值略高一些，但这通常是因为焦斑或其轮廓往往比规定值更锐利。

通常情况下，放大倍率可能过低，以致接近探测器的分辨率。为了获得尽可能高的分辨率，这种设置可能是最优的；但放大倍率也可能过高。如果放大倍率过高，锐度和分辨率又会再次出现不希望看到的下降。

因此，最佳放大倍率也会限制计算机断层扫描（CT）中的等体素大小。这再次凸显了微焦点系统的局限性，因为该系统中的体素尺寸往往大于可能出现的病灶。

黄金中的孔隙率

观察这款手表从表壳到表带的焊接接头（表耳）时，可以发现一个很好的例子。不知何故，表耳上出现了许多气孔。

以名义上的 350 µm 焦斑为例，建议采用约 2 倍的放大倍率。

根据标称值，其分辨率应大致与微焦点CT相当。但直接对比表明，即使是MesoFocus 的450 µm焦斑，其成像效果也比HP11的700 W、400 µm焦斑更为清晰。

图1显示了对感兴趣区域的裁剪图。横截面的方向与表盘平行。图中除了表耳外，还显示了表链的一部分。为了展示体素大小的影响，我关闭了横截面视图的插值模式。

图1：450 kV、焦斑直径为350 µm的CT图像MesoFocus

由于该图像的分辨率约为 110 µm 或 4.5 lp/mm，且体素大小为 75 µm，因此图像中出现了一些孔隙。

将焦斑尺寸调整为250 µm后，图像细节会更加丰富。将焦斑尺寸调整为250 µm会使放大倍率从2倍增加到2.5倍，并将体素大小从75 µm减小到56 µm。未经插值的横截面图像细节更为细腻，预期空间分辨率从103 µm提高到85 µm（6 lp/mm）。 此时，我们达到了航空航天应用中ASTM E2002 D10标准对分辨率的要求。在焊接区域，较大的气孔现在可以以更高的对比度被观察到，较小的气孔也变得可见。此外，在表带机构中，弹簧现在也能更清晰地单独辨认，而且与图1中灰蒙蒙的景象不同，固定表耳笔的可动螺栓也清晰可见。

图2：450 kV系统下焦斑直径为250 µm的CT图像MesoFocus

凭借最小（标称60 µm）的焦斑，可实现显著更高的分辨率和放大倍率。5.7倍的放大倍率和25 µm的体素尺寸如此精细，以至于未经插值的横断面图像已无法与通常的插值图像区分开来。

这里揭示了一些细节，这些细节在前两次CT扫描中甚至无法察觉。许多小孔分布在较大孔洞之间及周围。

图3：450 kV系统采用60 µm焦斑的CT图像MesoFocus

此外，我还对60 µm焦斑扫描结果与前文展示的第一部分的微焦点CT图像进行了逐帧对比。在此，横截面与焊接平面对齐。

图4：400 µm 450 kV微聚焦（左）与60 µm 450 kVMesoFocus （右）的对比

摆轮

“比一根头发还细，却蕴藏着巨大的力量。”

这是对优质尼瓦罗克斯（“不变形、不氧化”）发条的描述，该发条负责驱动时钟的走时。

这根弹簧是另一个很好的例子，它展示了分辨率的提高，以及当细节尺寸小于空间分辨率时，这些细节是如何显现出来的。

将350 µm和250 µm的CT扫描图并排比较，可以发现图像清晰度有所提高，但在分辨摆轮中心的游丝方面并未取得实质性改进。

图5：450 kV 焦斑的拼接图，左半部分为250 µm，右半部分为350 µmMesoFocus

当焦斑尺寸缩小至最小的60 µm时，这种情况发生了明显变化。此时，卷绕整齐的螺旋弹簧以及其被夹紧处的间隙都清晰可见。将CT体积的横截面图与微聚焦二维图像进行叠加后，可以发现尼瓦罗克斯弹簧的实际厚度甚至比重建图像中显示的还要薄。因此，可以推断弹簧的厚度低于空间分辨率。

图6：450 kV 系统采用60 µm焦斑的CT图像MesoFocus

图7：配备µ-focus 2D插件的450 kVMesoFocus 的60 µm焦斑CT拼接图

对于非常细微的裂纹，预计其可识别性也会有类似的提高，但这类裂纹的深度通常远大于宽度。

在下一篇博客文章中，我们将重点介绍一个中型增材制造铜样件。