接触角测量方法、接触角测量装置、生物体补缀部件检查装置、程序以及存储介质

摘要

本发明提更为准确地测量试料曲面的接触角。接触角测量方法是测量被提供到试料曲面(104)的液滴(2)与试料曲面(104)的接触角(γ)的方法。该方法包含：表观接触角计算步骤，其使用被提供到试料曲面(104)的液滴(2)以及试料曲面(104)的摄影图像来计算液滴(2)的表观接触角(α)；倾斜角计算步骤，其使用摄影图像，来计算液滴(2)与试料曲面(104)的接触部的在外周缘部(2a)的试料曲面(104)的倾斜角(β)；和接触角计算步骤，其通过使用倾斜角(β)来校正表观接触角(α)，从而计算接触角(γ)。

说明书

技术领域

本发明涉及接触角测量方法、接触角测量装置、生物体补缀部件检查装置、程序以 及存储介质。

背景技术

已知用于测量被提供到试料表面的液滴的接触角的接触角测量法(例如，参照专 利文献1)。专利文献1所述的接触角测量方法是根据试料表面(3)、气体环境、被配置在试料 表面(3)上并具有曲面(7)、对称轴(ASy-ASy)以及规定的体积(VI)的液滴(5)来求出接触角 的方法。该接触角测量方法具有步骤(a)～(d)。步骤(a)基于液滴(5)的表面(7)的反射 特性、被摄体相对于均已知的光学测量系统的光轴(A-A)的位置以及被摄体相对于试料表 面(3)的位置、和被配置在光轴(A-A)上或者附近的液滴(5)的对称轴(ASy-ASy)，来对被摄 体进行成像。步骤(b)对被摄体的像与液滴(5)的对称轴(ASy-ASy)之间的距离进行测量。步 骤(c)根据测量距离来求出液滴(5)的曲面半径。步骤(d)根据曲面半径来求出接触角

在先技术文献

专利文献

专利文献1：日本专利第5265388号说明书(权利要求1)

发明内容

发明要解决的课题

接触角测量方法存在被用于测量人工髋关节的部件等表面的亲水性(润湿性)的 情况。人工髋关节具有：股骨头和形成有凹陷的衬垫(liner)，股骨头嵌入到衬垫。并且，股 骨头与衬垫滑动接触。在该结构中，存在以耐磨损性提高为目的，而在衬垫形成涂层的情 况。在该情况下，在衬垫的制造时，为了检查衬垫的涂层是否能发挥所希望的性能，优选检 查涂层的润湿性。在该润湿性的检查中，使用接触角测量方法。也就是说，测量被提供到涂 层的表面的液滴与涂层的接触角，基于该接触角，来判断润湿性。

衬垫的凹陷面是曲面形状，在接触角测量法中，测量被提供到该曲面的液滴的接 触角。但是，在专利文献1中，由图2以及附录1的式子可知，没有考虑试料表面是曲面的情 况。也就是说，在专利文献1所述的结构中，由于未进行试料表面是曲面的情况下的校正，因 此存在无法准确地测量试料表面是曲面的情况下的接触角的担忧。

本发明鉴于上述实际情况而提出，其目的在于，提供一种能够更准确地测量试料 曲面的接触角的接触角测量方法、接触角测量装置、生物体补缀部件检查装置、程序以及存 储介质。

用于解决课题的手段

(1)用于实现上述目的的本发明所涉及的接触角测量方法是测量被提供到试料曲 面的液滴与所述试料曲面的接触角γ(真正的接触角)的接触角测量方法，包含：表观接触 角计算步骤，使用被提供到所述试料曲面的所述液滴以及所述试料曲面的摄影图像来计算 所述液滴的表观接触角α；倾斜角计算步骤，使用所述摄影图像，来计算所述液滴与所述试 料曲面的接触部处的外周缘部的所述试料曲面的倾斜角β；和接触角计算步骤，使用所述倾 斜角β来校正所述表观接触角α，从而计算所述接触角γ。

根据该结构，表观接触角通过试料曲面的倾斜角而被校正。也就是说，计算出考虑 了试料曲面的形状的真正的接触角。由此，接触角测量方法能够更准确地测量试料曲面的 接触角。

(2)优选地，所述表观接触角α是包含所述外周缘部的任意一点处的所述液滴的外 表面的切线且与所述外表面相接的平面、与包含所述外周缘部的平面所成的角度。

根据这种结构，以液滴的外周缘部为基准的角度被设定为表观接触角。

(3)优选地，所述倾斜角β是包含所述外周缘部的任意一点处的所述试料曲面的切 线且与所述试料曲面相接的平面、与包含所述外周缘部的平面所成的角度。

根据这种结构，以液滴的外周缘部为基准的角度被设定为倾斜角。

(4)优选地，作为所述表观接触角计算步骤之前的步骤，包含：使用所述外周缘部 的曲率半径C、所述液滴的体积V0以及所述试料曲面的曲率半径Rb来计算所述液滴的外表 面的曲率半径Ra的步骤，所述表观接触角计算步骤中使用所述曲率半径Ra以及所述曲率半 径C来计算所述表观接触角α。

根据该结构，关于被提供到不平坦的试料曲面的液滴，根据摄影图像来直接测量 液滴的外表面的曲率半径Ra较为困难。与此相对地，比较容易根据例如摄影图像来测量液 滴的外周缘部的曲率半径C。此外，通过测量例如从喷嘴出来的液滴，比较容易测量液滴的 体积V0。此外，根据试料的设计数据等，比较容易得到试料曲面的曲率半径Rb。因此，使用作 为比较容易得到的数据的外周缘部的曲率半径C、液滴的体积V0和试料曲面的曲率半径Rb， 能够容易地计算出液滴的外表面的曲率半径Ra。然后，通过将例如外表面的曲率半径Ra以 及外周缘部的曲率半径C应用于三角函数，从而能够计算出表观接触角α。

(5)使用下述式(a)、(b)、(c)来计算所述外表面的曲率半径Ra，

(a)Va＝(4π/3)Ra³-(π/3){(Ra²-C²)^(1/2)+Ra}²{3Ra-(Ra²-C²)^(1/2)-Ra}

(b)Vb＝(4π/3)Rb³-(π/3){(Rb²-C²)^(1/2)+Rb}²{3Rb-(Rb²-C²)^(1/2)-Rb}

(c)V0＝Va+Vb(在试料曲面是凹部的情况下)或者V0＝Va-Vb(在试料曲面是凸部 的情况下)

其中，Va：由包含所述外周缘部的平面与所述液滴的外表面围起的第1区域的体 积，Vb：由包含所述外周缘部的平面与所述试料曲面围起的第2区域的体积。

根据该结构，能够使用计算球的一部分的体积的式(a)来计算第1区域的体积Va。 此外，能够使用计算球的一部分的体积的式(b)来计算第2区域的体积Vb。然后，能够根据液 滴的体积V0、第1区域的体积Va和第2区域的体积Vb的关系式(c)，来计算曲率半径Ra。

(6)优选地，所述倾斜角计算步骤中使用所述外周缘部的曲率半径C以及所述试料 曲面的曲率半径Rb来计算所述倾斜角β。

根据该结构，能够根据例如摄影图像，比较容易地测量液滴的外周缘部的曲率半 径C。此外，根据试料的设计数据等，比较容易得到试料曲面的曲率半径Rb。因此，能够容易 地计算倾斜角。

(7)更优选地，所述外周缘部的所述曲率半径C是使用所述摄影图像而被计算的。

根据该结构，能够容易地从液滴的外部识别外周缘部。因此，能够基于摄影图像， 容易地计算出外周缘部的曲率半径。

(8)优选地，所述试料曲面是具有规定的曲率半径Rb的凹状的曲面，所述接触角计 算步骤中，将所述表观接触角α与所述倾斜角β相加得到的值计算为所述接触角γ。

根据该结构，能够计算出凹状的试料曲面处的真正的接触角。此外，凹状的试料曲 面内的液滴被试料包围，难以从试料的侧方视觉地测量接触角。但是，在这样的情况下，也 能够准确地计算试料曲面的真正的接触角。

(9)优选地，所述试料曲面是具有规定的曲率半径Rb的凸状的曲面，所述接触角计 算步骤中，将从所述表观接触角α减去所述倾斜角β得到的值计算为所述接触角γ。

根据该结构，能够计算出凸状的试料曲面处的真正的接触角。

(10)优选地，所述液滴的体积V0被设定为0.5μ升～3.0μ升。

根据该结构，通过将液滴的体积设定为0.5μ升以上，能够减少例如液滴从喷嘴滴 下时的残留在喷嘴的液体量。由此，能够充分减小从喷嘴提供的液滴的体积中残留在该喷 嘴的液滴的体积的比例。因此，能够充分减小残留在喷嘴的液滴对于试料曲面的液滴的影 响，能够更准确地进行使用了液滴的接触角的计算。此外，通过将液滴的体积设定为3.0μ升 以下，从而下落到试料曲面的液滴的体积不会过大。因此，能够减小试料曲面上液滴所受到 的重力的影响。其结果，能够将液滴的外表面实质地处理为正球的一部分，能够更准确地进 行使用了液滴的接触角的计算。

(11)用于实现上述目的的本发明所涉及的接触角测量装置测量被提供到试料曲 面的液滴与所述试料曲面的接触角γ，其包含：表观接触角计算部，使用被提供到所述试料 曲面的所述液滴以及所述试料曲面的摄影图像来计算所述液滴的表观接触角α；倾斜角计 算部，使用所述摄影图像，来计算所述液滴与所述试料曲面的接触部处的外周缘部的所述 试料曲面的倾斜角β；和接触角计算部，使用所述倾斜角β来校正所述表观接触角α，从而计 算所述接触角γ。

根据该结构，通过试料曲面的倾斜角来校正表观接触角。也就是说，计算出考虑了 试料曲面的形状的真正的接触角。由此，接触角测量装置能够更准确地测量试料曲面处的 接触角。

(12)用于实现上述目的的本发明所涉及的生物体补缀部件检查装置具备：所述接 触角测量装置；和检查部，其使用通过所述接触角测量装置而被测量出的所述接触角γ，来 检测作为所述试料曲面的生物体补缀部件的曲面的润湿性。

根据该结构，通过试料曲面的倾斜角来校正表观接触角。也就是说，计算出考虑了 试料曲面的形状的真正的接触角。由此，生物体补缀部件检查装置能够更能准确地测量试 料曲面处的接触角。

(13)用于实现上述目的的本发明所涉及的程序是测量被提供到试料曲面的液滴 与所述试料曲面的接触角γ的程序，该程序使计算机执行如下步骤：表观接触角计算步骤， 使用被提供到所述试料曲面的所述液滴以及所述试料曲面的摄影图像来计算所述液滴的 表观接触角α；倾斜角计算步骤，使用所述摄影图像，计算所述液滴与所述试料曲面的接触 部处的外周缘部的所述试料曲面的倾斜角β；和接触角计算步骤，使用所述倾斜角β来校正 所述表观接触角α，从而计算所述接触角γ。

根据该结构，通过试料曲面的倾斜角来校正表观接触角。也就是说，计算出考虑了 试料曲面的形状的真正的接触角。由此，能够实现能够更准确地测量试料曲面处的接触角 的程序。

(14)用于实现上述目的的本发明所涉及的存储介质存储程序，并能够通过计算机 来读取，所述程序是测量被提供到试料曲面的液滴与所述试料曲面的接触角γ的程序，该 程序使计算机执行如下步骤：表观接触角计算步骤，使用被提供到所述试料曲面的所述液 滴以及所述试料曲面的摄影图像来计算所述液滴的表观接触角α；倾斜角计算步骤，使用所 述摄影图像，来计算所述液滴与所述试料曲面的接触部处的外周缘部的所述试料曲面的倾 斜角β；和接触角计算步骤，使用所述倾斜角β来校正所述表观接触角α，从而计算所述接触 角γ。

根据该结构，通过试料曲面的倾斜角来校正表观接触角。也就是说，计算出考虑了 试料曲面的形状的真正的接触角。由此，能够更准确地测量出试料曲面处的接触角。

发明效果

根据本发明，能够更准确地测量试料曲面处的接触角。

附图说明

图1是本发明的一实施方式所涉及的生物体补缀部件检查装置以及试料的示意性 的侧视图。

图2是将试料以及液滴放大表示的截面图。

图3是将滴下部放大表示的侧视图。

图4是用于说明体积Va、Vb的示意图。

图5是用于说明接触角测量装置中的处理流程的一个例子的流程图。

图6是用于说明图5的步骤S7的液滴的外表面的曲率半径计算的流程的流程图。

图7是将本发明的变形例的试料以及液滴放大表示的截面图。

具体实施方式

以下，参照附图来说明具体实施方式。另外，本发明能够广泛应用为接触角测量方 法、接触角测量装置、生物体补缀部件检查装置、程序以及存储介质。

图1是本发明的一实施方式所涉及的生物体补缀部件检查装置1以及试料100的示 意性的侧视图。图2是将试料100以及液滴2放大表示的截面图。

参照图1以及图2，生物体补缀部件检查装置1构成为检查由生物体补缀部件构成 的试料100。

生物体补缀部件检查装置1具有：接触角测量装置3和检查部4。

接触角测量装置3构成为测量针对试料100的液滴2的接触角γ。

试料100例如是作为被用于人工髋关节的生物体补缀部件的衬垫。试料100是被设 置在患者的臼盖的凹陷状的部件。试料100构成为能够与被固定于患者的大腿骨的竖管的 前端的股骨头滑动接触。试料100是被实际设置于患者的体内的衬垫，被设置于患者的衬垫 整体作为试料100，通过接触角测量装置3而被测量接触角γ。在本实施方式中，接触角测量 装置3在不使用对患者的健康有负面影响的物质的基础上，测量试料100的接触角γ。

在本实施方式中，试料100是形成为杯状的、具有凹陷的大致半球状的部件。试料 100的直径被设定为例如35mm～65mm左右。

试料100具有：母材101和高分子层102。作为母材101的材料，能够示例合成树脂、 金属材料以及陶瓷材料的至少一个。作为合成树脂，能够示例超高分子量聚乙烯(以下，也 称为UHMWPE。)。UHMWPE在高分子材料中也是耐磨损性、耐变形性等机械特性优良，适用为母 材101。作为母材101，也可以使用对UHMWPE进行了交联处理而成的交联(crosslink)聚乙 烯。

如前面所述，母材101形成为杯状，并形成有凹陷部103。凹陷部103形成为凹弯曲 状，在本实施方式中，形成为半球状。在凹陷部103的内侧面形成高分子层102。

高分子层102被设置为薄膜(涂层)，与母材101一体地形成。高分子层102的厚度是 几nm～几百μm左右。高分子层102形成在凹陷部103的内侧面的整个区域。高分子层102的表 面具有曲面形状，在本实施方式中，形成为半球状。高分子层102的表面构成试料曲面104。 试料曲面104形成为具有规定的曲率半径Rb的凹陷状的半球状。该曲率半径Rb是在试料100 的设计时规定的值。也就是说，试料曲面104是具有规定的曲率半径Rb的凹陷状的曲面。在 本实施方式中，高分子层102例如通过在使具有磷酸胆碱基的单体溶液与凹陷部103接触的 状态下，向该溶液照射紫外线而形成。

接下来，说明接触角测量装置3的更具体的结构。

如前面所述，接触角测量装置3构成为测量被提供到试料曲面104的液滴2与试料 曲面104的接触角γ。液滴2例如是透明的水。另外，液滴2在试料曲面104上，是能够与试料 曲面104视觉地识别出的结构即可，也可以是透明的水以外的液体。

接触角γ是指关于试料曲面104的平面L1与关于液滴2的平面L2所成的角度(朝向 液滴2内部的一侧的角度)。接触角γ是与液滴2的外周缘部2a相关联地被规定的。外周缘部 2a是指从上方来观察试料100以及液滴2的情况下的液滴2的外周缘部，在本实施方式中是 线、即圆。外周缘部2a是液滴2与试料曲面104的接触部处的液滴2的外周缘部。

平面L1是包含外周缘部2a的任意一点处的试料曲面104的切线并且与试料曲面 104相接的平面。平面L1包含多条外周缘部2a的任意一点处的试料曲面104的切线。此外，平 面L2是包含外周缘部2a的任意一点处的液滴2的外表面2b的切线并且与外表面2b相接的平 面。平面L2包含多条外周缘部2a的任意一点处的外表面2b的切线。

接触角测量装置3拍摄试料100以及液滴2，使用通过该拍摄而得到的画摄影图像， 计算接触角γ。

接触角测量装置3具有：底座5、滴下部6、摄影部7和图像处理部8。

底座5是载置试料100的座。在底座5的上方配置滴下部6。

图3是将滴下部6放大表示的侧视图。参照图1～图3，滴下部6是为了向试料曲面 104提供液滴2而被设置的。滴下部6具有喷嘴9，使具有规定的体积V0的液滴2从该喷嘴9向 试料曲面104下落。滴下部6构成为能够准确地设定从喷嘴9下落的液滴2的容量。在本实施 方式中，从滴下部6滴下并附着于试料曲面104的液滴2的体积V0被设定在0.5μ升～3.0μ升 的范围。

在液滴2的体积V0小于0.5μ升的情况下，在液滴2从喷嘴9下落时，残留在喷嘴9的 液滴2的体积的比例变大。因此，由滴下部6设定的液滴2的体积V0与实际上附着于试料曲面 104的液滴2的体积V0的误差变大。

另一方面，在液滴2的体积V0超过3.0μ升的情况下，下落到试料曲面104的液滴2的 体积V0变得过大。因此，试料曲面104上的液滴2受到的重力的影响变大。其结果，试料曲面 104上的液滴2的外表面2b从被视为具有单一的曲率半径的形状的形状偏离，测量液滴2的 后述的曲率半径C时的测量误差变大。另外，液滴2的体积V0的上限更优选为2.0μ升。

参照图1以及图2，通过摄影部7来拍摄从滴下部6下落到试料曲面104的液滴2以及 试料曲面104。摄影部7是为了从试料100的上方拍摄液滴2以及试料曲面104而被设定的。摄 影部7例如是CCD(ChargeCoupledDevice，电荷耦合器件)照相机。摄影部7被与滴下部6相 邻配置，构成为能够拍摄刚刚从喷嘴9下落的液滴2。

摄影部7的透镜被配置在液滴2的上方，朝向液滴2的顶点2c。通过摄影部7而得到 的俯视图像包含：圆状的液滴2和平坦状的试料曲面104。摄影部7将通过拍摄液滴2以及试 料曲面104而得到的摄影图像的图像数据输出到图像处理部8。

图像处理部8构成为基于拍摄液滴2以及试料曲面104而得到的图像数据等，计算 接触角γ。图像处理部8是本发明的“表观接触角计算部”的一个例子，是“倾斜角计算部”的 一个例子，是“接触角计算部”的一个例子。图像处理部8是具有CPU(CentralProcessing Unit，中央处理单元)、RAM(RandomAccessMemory，随机存储器)以及ROM(ReadOnly Memory，只读存储器)等的计算机。

接下来，说明用于在图像处理部8计算接触角γ的原理(计算式)等。

在接触角γ的计算时，首先，计算关于液滴2以及试料100的体积Va、Vb。体积Va是 作为由包含外周缘部2a的平面P0(在本实施方式中为水平面)和液滴2的外表面2b(液滴2中 露出在试料曲面104上的部分的面)围起的区域的第1区域11的体积。体积Vb是作为由平面 P0和试料曲面104围起的区域的第2区域12的体积。

图4是用于说明体积Va、Vb的示意图。参照图2以及图4，第1区域11的体积Va是作为 曲率半径为Ra的球Sa的一部分的第1区域11的体积。这里，在将从球Sa的中心到第1区域11 的距离设为ha’的情况下，距离ha’＜曲率半径Ra。

这里，在设为ha＝ha’+Ra的情况下，球Sa中除了第1区域11以外的区域即第3区域 13的体积V3被表示为通过对球Sa的一部分进行积分而得到的下式(1)。

V3＝πha×(3C²+ha²)/6…(1)

其中，C：液滴2的外周缘部2a的曲率半径。该曲率半径C被表示为下式(2)。

C＝{ha(2Ra-ha)}^(1/2)…(2)

通过上述(1)、(2)式，

V3＝πha²×(3Ra-ha)/3…(3)

因此，第1区域11的体积Va为球Sa的体积减去第3区域13的体积V3得到的值。也就 是说，

Va＝(4π/3)Ra³-(π/3)ha²×(3Ra-ha)…(4)

第2区域12的体积Vb是作为曲率半径为Rb的球Sb的一部分的第2区域12的体积。这 里，在将从球Sb的中心到第2区域12的距离设为hb’的情况下，距离hb’＜曲率半径Rb。

这里，在设为hb＝hb’+Rb的情况下，第2区域12的体积Vb与上述同样地，为球Sb的 体积减去第4区域14的体积V4得到的值。也就是说，第2区域12的体积Vb被表示为下式。

Vb＝(4π/3)Rb³-(π/3)hb²×(3Rb-hb)…(5)

然后，根据勾股定理，下述式的关系成立。

Ra²＝C²+ha’²…(6)

因此，ha’＝(Ra²-C²)^(1/2)…(7)

此外，ha＝ha’+Ra…(8)

与上述(6)～(8)式同样地，

Rb²＝C²+hb’²…(9)

因此，hb’＝(Rb²-C²)^(1/2)…(10)

此外，hb＝hb’+Rb…(11)

由上可以导出下述式(12)、(13)。

Va＝(4π/3)Ra³-(π/3){(Ra²-C²)^(1/2)+Ra}²{3Ra-(Ra²-C²)^(1/2)-Ra}…(12)

Vb＝(4π/3)Rb³-(π/3){(Rb²-C²)^(1/2)+Rb}²{3Rb-(Rb²-C²)^(1/2)-Rb}…(13)

此外，第1区域11以及第2区域12由液滴2形成。也就是说，第1区域11的体积Va与第 2区域12的体积Vb之和是液滴2的体积V0，若表示为式子，则为V0＝Va+Vb…(14)。

另外，式(12)、(13)、(14)分别是本发明的「式(a)、(b)、(c)」的一个例子。

参照图1以及图2，图像处理部8能够根据通过摄影部7而得到的摄影图像(俯视图 像)来测量外周缘部2a的曲率半径C。此外，图像处理部8能够根据试料100的设计数据等来 得到试料曲面104的曲率半径Rb。此外，图像处理部8能够根据拍摄刚刚从喷嘴9下落的液滴 2而得到的图像的数据来测量(计算)液滴2的体积V0。也就是说，图像处理部8能够使用作为 既知的值的曲率半径C、曲率半径Rb以及液滴2的体积V0，根据式(12)～(14)，来计算第1区 域11的曲率半径Ra。

并且，关于液滴2的平面L2与包含外周缘部2a的平面P0所成的角度(朝向液滴2的 顶点2c的一侧的角度)是针对第1区域11的接触角，被规定为液滴2的表观接触角α。

此外，关于试料曲面104的平面L1与平面P0所成的角度是与第2区域12相关的接触 角，被规定为试料曲面104的倾斜角β。

根据图4可知，关于表观接触角α以及倾斜角β，下述式的关系成立。

sin(α)＝C/Ra…(15)

sin(β)＝C/Rb…(16)

也就是说，下述式的关系成立。

α＝arcsin(C/Ra)…(17)

β＝arcsin(C/Rb)…(18)

因此，接触角γ成为下述式。

γ＝α+β＝arcsin(C/Ra)+arcsin(C/Rb)…(19)

图5是用于说明接触角测量装置3中的处理流程的一个例子的流程图。另外，以下， 在说明接触角测量装置3中的处理流程时，也适当参照图5以外的图。

接触角测量装置3从未图示的存储器读取并执行以下所示的流程图的各步骤。该 程序能够从外部进行安装。该被安装的程序例如以保存(存储)于存储介质500(参照图1)的 状态进行流通。作为该存储介质500，能够示例有DVD(DigitalVersatileDisc，数字通用 光盘)、CD-ROM等。

接触角测量装置3的图像处理部8首先读取试料曲面104的曲率半径Rb的值(步骤 S1)。具体来讲，例如，接触角测量装置3的操作人员通过操作接触角测量装置3所具备的未 图示的操作部等，来将曲率半径Rb的值提供给图像处理部8。

接下来，滴下部6将规定的体积V0的液滴2提供给试料曲面104(步骤S2)。接下来， 图像处理部8使用拍摄喷嘴9的摄影图像来计算从滴下部6提供的液滴2的体积V0(步骤S3)。 在该情况下，图像处理部8通过在拍摄喷嘴9的摄影图像中，对从喷嘴9的前端出来的液滴2 适当地进行积分等，来计算液滴2的体积V0。

接下来，摄影部7拍摄试料曲面104上的液滴2以及试料曲面104，将通过该拍摄而 得到的数据提供给图像处理部8(步骤S4)。

图像处理部8使用被提供的图像数据，计算试料曲面104上的液滴2的曲率半径C (俯视下的外周缘部2a的曲率半径)(步骤S5)。由此，图像处理部8获取到了试料曲面104的 曲率半径Rb和液滴2的曲率半径C。然后，图像处理部8基于式(13)，计算第2区域12的体积Vb (步骤S6)。

接下来，图像处理部8使用作为通过上述步骤而得到的数据的试料曲面104的曲率 半径Rb、液滴2的体积V0、液滴2的曲率半径C以及第2区域12的体积Vb，来计算液滴2的外表 面2b的曲率半径Ra(步骤S7)。

计算曲率半径Ra的步骤(步骤S7)是在计算表观接触角α的步骤(步骤S9)之前执行 的步骤。在该步骤S7中，使用外周缘部2a的曲率半径C、液滴2的体积V0和试料曲面104的曲 率半径Rb，来计算曲率半径Ra。步骤S7的处理的详细内容后面进行叙述。

接下来，图像处理部8判断在步骤S7中进行曲率半径Ra的计算时是否进行了错误 判断(步骤S8)。图像处理部8在未进行错误判断的情况下(步骤S8中为否)，计算表观接触角 α(步骤S9)。具体来讲，图像处理部8通过将上述步骤中得到的液滴2的外表面2b的曲率半径 Ra和液滴2的外周缘部2a的曲率半径C代入到式(17)，来计算表观接触角α。也就是说，图像 处理部8使用被提供到试料曲面104的液滴2以及试料曲面104的摄影图像来计算表观接触 角α。该步骤S9是本发明的“表观接触角计算步骤”的一个例子。

接下来，图像处理部8计算倾斜角β(步骤S10)。具体来讲，图像处理部8通过将上述 步骤中得到的试料曲面104的曲率半径Rb和液滴2的外周缘部2a的曲率半径C代入到式 (18)，来计算倾斜角β。也就是说，图像处理部8使用上述摄影图像，来计算外周缘部2a处的 试料曲面104的倾斜角β。该步骤S10是本发明的“倾斜角计算步骤”的一个例子。

接下来，图像处理部8使用式(19)来计算接触角γ(步骤S11)。具体来讲，图像处理 部8通过将上述步骤中得到的表观接触角α与倾斜角β相加，来计算接触角γ(＝α+β)。也就 是说，图像处理部8使用倾斜角β来校正表观接触角α。该步骤S11是本发明的“接触角计算步 骤”的一个例子。

接下来，图像处理部8将确定接触角γ的数据输出到接触角测量装置3的未图示的 显示部(步骤S12)。其结果，上述的显示部显示接触角γ。

另一方面，在步骤S8中，在进行了错误判断的情况下(步骤S8中为是)，将表示进行 错误判断的数据输出到显示部(步骤S13)。由此，在显示部显示产生了测量错误。

接下来，说明液滴2的外表面2b的曲率半径Ra的计算(步骤S7)的一个例子。

图6是用于说明图5的步骤S7中的曲率半径Ra的计算流程的流程图。在步骤S7的处 理中，图像处理部8首先设定初始值(步骤T1)。

具体来讲，图像处理部8在理论上，作为接触角γ最大时的曲率半径Ra，设定Ra_ max＝C(α＝90°)。此外，图像处理部8在实际上，作为接触角γ最小时的曲率半径Ra，设定 Ra_min＝10C(α＝约5.7°)。此外，图像处理部8将计数器i的初始值设定为零。

接下来，图像处理部8将计数器i加1(步骤T2)。也就是说，进行计数器i＝i+1的处 理。

接下来，图像处理部8设定作为假定的曲率半径Ra的假定半径Ra_c(步骤T3)。具体 来讲，图像处理部8计算以下式所表示的假定半径Ra_c。

Ra_c＝(Ra_max+Ra_min)/2…(20)

也就是说，假定半径Ra_c是Ra_max与Ra_min的平均值。

接下来，图像处理部8计算作为第1区域11的体积Va的假定值的假定体积Va_c(步 骤T4)。假定体积Va_c通过在所述式(12)的计算Va的式子中，将体积Va设为假定体积Va_c， 将半径Ra设为假定半径Ra_c而被计算出的。

接下来，图像处理部8计算作为液滴2的体积V0的假定值的假定体积V0_c(步骤 T5)。假定体积V0_c被表示为下式。

V0_c＝Va_c+Vb…(21)

接下来，图像处理部8计算根据摄影图像测量出的液滴2的实际体积V0与步骤T5中 计算出的假定体积V0_c的差ΔV0(步骤T6)。差ΔV0被表示为下式。

ΔV0＝V0-V0_c…(22)

接下来，图像处理部8判断ΔV0是否为零或者实质上是否为零(步骤T7)。也就是 说，图像处理部8判断基于假定半径Ra_c来计算出的假定体积V0_c是否与液滴2的实际的体 积V0实质上相等。也就是说，图像处理部8判断假定半径Ra_c是否与实际的半径Ra实质上相 等。

图像处理部8在例如-0.0000001＜差ΔV0＜0.0000001的情况下，判断为差ΔV0为 零或者实质上为零。另一方面，若差ΔV0在上述的范围外，则图像处理部8判断为差ΔV0不 为零并且也不实质上为零。

在差ΔV0为零或者实质上为零的情况下(步骤T7中为是)，图像处理部8将假定半 径Ra_c设定为半径Ra(步骤T8)。由此，计算曲率半径Ra。

另一方面，在差ΔV0不为零并且也不实质上为零的情况下(步骤T7中为否)，图像 处理部8判断计数器i的值(步骤T9)。在计数器i的值未达到规定的上限值imax(例如，imax ＝50)时(步骤T9中为否)，图像处理部8校正设定值Ra_max或者设定值Ra_min(步骤T10、 T11、T12)。

具体来讲，在差ΔV0为负值的情况下(步骤T10中为负)，也就是在假定体积V0_c比 实际的体积V0大的情况下，图像处理部8将Ra_max的值设定为之前的步骤T3中计算出的假 定半径Ra_c的值(步骤T11)。也就是说，图像处理部8进行用于使接下来的步骤T5中计算的 假定体积V0_c为更小的值的处理。

另一方面，在差ΔV为正值的情况下(步骤T10中为正)，也就是假定体积V0_c比实 际的体积V0小的情况下，图像处理部8将Ra_min的值设定为之前的步骤T3中计算出的假定 半径Ra_c的值(步骤T12)。也就是说，图像处理部8进行用于使接下来的步骤T5中计算的假 定体积V0_c为更大的值的处理。

图像处理部8在步骤T11中校正Ra_max的值或者在步骤T12中校正Ra_min的值后， 再次反复步骤T2～步骤T7的处理。

然后，在再次的步骤T7的处理中，在差ΔV0为零或者实质上为零的情况下(步骤T7 中为是)，图像处理部8将假定半径Ra_c设定为半径Ra(步骤T8)。

另一方面，在再次的步骤T7的处理中差ΔV0不为零且也不实质上为零的情况下 (步骤T7中为否)，图像处理部8判断计数器i的值(步骤T9)。在该情况下，图像处理部8反复 进行步骤步骤T2～T7的处理、步骤T9～T10的处理、步骤T11或者步骤T12的处理，直到ΔV0 的值为零或者实质上为零，或者计数器i的值达到规定的上限值imax为止。

另一方面，在步骤T9中，图像处理部8在判断为计数器i的值达到imax的情况下(步 骤T9中为是)，设定错误标志(步骤T13)。也就是说，图像处理部8判断为假定半径Ra_c的计 算未收敛。

参照图1以及图2，通过上述结构来计算出的接触角γ的值被输出到检查部4。

检查部4例如具有CPU、RAM以及ROM等。检查部4使用通过接触角测量装置3来测量 出的接触角γ，来检查试料曲面104的润湿性。具体来讲，检查部4在接触角γ为规定的阈值 以下的情况下，判断为接触角γ充分小，试料曲面104的润湿性是合格等级。

另一方面，检查部4在接触角γ超过上述阈值的情况下，判断为接触角γ大，试料 曲面104的润湿性是不合格等级。检查部4在未图示的显示部显示检查结果。

[程序]

本实施方式的生物体补缀部件检查装置1所涉及的程序是使计算机执行生物体补 缀部件检查装置1的处理的程序即可。通过将该程序安装于计算机并执行，从而能够实现本 实施方式中的生物体补缀部件检查装置1、接触角测量装置3和接触角测量方法。在该情况 下，计算机的CPU(CentralProcessingUnit)作为图像处理部8以及检查部4而起作用，进 行处理。另外，生物体补缀部件检查装置1可以如本实施方式这样，通过软件与硬件的配合 来实现，也可以通过硬件来实现。

如以上所说明的那样，根据本实施方式所涉及的生物体补缀部件检查装置1，图像 处理部8通过试料曲面104的倾斜角β来校正表观接触角α。也就是说，图像处理部8计算考虑 了试料曲面104的形状的真正的接触角γ。由此，生物体补缀部件检查装置1能够更准确地 测量试料曲面104处的接触角γ。

此外，根据生物体补缀部件检查装置1，表观接触角α是包含外周缘部2a的平面P0 与关于液滴2的平面L2所成的角度。根据这样的结构，以液滴2的外周缘部2a为基准的角度 被设定为表观接触角α。

此外，根据生物体补缀部件检查装置1，倾斜角β是包含外周缘部2a的平面P0与关 于试料曲面104的切线L1所成的角度。根据这样的结构，以液滴2的外周缘部2a为基准的角 度被设定为倾斜角β。

此外，根据生物体补缀部件检查装置1，图像处理部8使用外周缘部2a的曲率半径 C、液滴2的体积V0以及试料曲面104的曲率半径Rb，来计算液滴2的外表面2b的曲率半径Ra (步骤S7)。然后，图像处理部8使用曲率半径Ra以及曲率半径C来计算表观接触角α(步骤 S9)。根据该结构，对于提供给不平坦的试料曲面104的凹陷部103的液滴2，难以根据摄影图 像来直接测量液滴2的外表面2b的曲率半径Ra。与此相对地，根据通过摄影部7而得到的摄 影图像(俯视图像)，比较容易测量出液滴2的外周缘部2a的曲率半径C。此外，通过根据摄影 图像来测量从喷嘴9出来的液滴2，从而比较容易测量出液滴2的体积V0。此外，根据试料100 的设计数据等，比较容易得到试料曲面104的曲率半径Rb。因此，使用作为比较容易得到的 数据的外周缘部2a的曲率半径C、液滴2的体积V0以及试料曲面104的曲率半径Rb，图像处理 部8能够容易计算出液滴2的外表面2b的曲率半径Ra。然后，图像处理部8通过将外表面2b的 曲率半径Ra以及外周缘部2a的曲率半径C应用于三角函数，从而能够计算出表观接触角α。

此外，根据生物体补缀部件检查装置1，使用式(12)、(13)、(14)来计算外表面2b的 曲率半径Ra。根据该结构，能够使用计算球Sa的一部分的体积的式(12)来计算第1区域11的 体积Va。此外，能够使用计算球Sb的一部分的体积的式(13)来计算第2区域12的体积Vb。然 后，能够根据液滴2的体积V0、第1区域11的体积Va和第2区域12的体积Vb的关系式(14)，来 计算曲率半径Ra。

此外，根据生物体补缀部件检查装置1，图像处理部8使用外周缘部2a的曲率半径C 以及试料曲面104的曲率半径Rb来计算倾斜角β(步骤S10)。根据该结构，根据通过摄影部7 而得到的摄影图像，比较容易测量出液滴2的外周缘部2a的曲率半径C。此外，根据试料100 的设计数据等，比较容易得到试料曲面104的曲率半径Rb。因此，图像处理部8能够容易计算 出倾斜角β。

此外，根据生物体补缀部件检查装置1，使用通过摄影部7而得到的摄影图像来计 算外周缘部2a的曲率半径C。根据该结构，能够容易地从液滴2的外部识别外周缘部2a。因 此，基于摄影图像，能够容易地计算出外周缘部2a的曲率半径C。

此外，根据生物体补缀部件检查装置1，试料曲面104是具有规定的曲率半径Rb的 凹陷状的曲面，图像处理部8将表观接触角α与倾斜角β相加得到的值计算为接触角γ(步骤 S11)。根据该结构，图像处理部8能够计算出凹陷状的试料曲面104的真正的接触角γ。此 外，凹陷状的试料曲面104内的液滴2被试料100包围，难以从试料100的侧方视觉地测量接 触角γ。但是，在这种情况下，图像处理部8也能够准确地计算出试料曲面104的真正的接触 角γ。

此外，根据生物体补缀部件检查装置1，液滴2的体积V0被设定为0.5μ升～3.0μ升。 这样，通过将液滴2的体积V0设定为0.5μ升以上，能够减少液滴2从喷嘴9滴下时残留在喷嘴 9的液体量。由此，能够充分减少从喷嘴9提供的液滴2的体积中残留在该喷嘴9的液体体积 的比例。因此，能够充分减小残留在喷嘴9的液体对于试料曲面104的液滴2的影响，能够更 准确地进行使用了液滴2的接触角γ的计算。此外，通过将液滴2的体积V0设定为3.0μ升以 下，从而下落到试料曲面104的液滴2的体积V0不会过大。因此，能够减小试料曲面104上的 液滴2所受到的重力的影响。其结果，能够将液滴2的外表面2b实质地处理为正球的一部分， 能够更准确地进行使用了液滴2的接触角γ的计算。

[变形例]

以上，说明了本发明的实施方式，但本发明并不局限于上述的实施方式，只要在权 利要求书中有所记载，就能够进行各种变更。例如，能够如下变更并实施。

(1)在上述的实施方式中，图像处理部8使用液滴2的外表面2b的曲率半径Ra和外 周缘部2a的曲率半径C来计算表观接触角α，使用试料曲面104的曲率半径Rb和曲率半径C来 计算倾斜角β。但是，也可以不如上述那样。图像处理部8也可以使用例如θ/2法来计算表观 接触角α和倾斜角β。

具体来讲，参照图2，平面L3与平面P0所成的角度α’是表观接触角α的1/2的大小， 即，α’＝α/2，其中，平面L3被配置为以外周缘部2a的任意一点处的外周缘部2a的切线为中 心来使平面P0旋转并通过顶点2c。因此，能够通过使该角度α’乘以2倍来计算表观接触角α。

此外，平面L4与平面P0所成的角度β’是倾斜角β的1/2的大小，即，β’＝β/2，其中， 平面L4被配置为以外周缘部2a的任意一点处的外周缘部2a的切线为中心来使平面P0旋转 并通过液滴2的底面的中心2d。因此，能够通过使该角度β’乘以2倍来计算倾斜角β。

(2)此外，在上述的实施方式中，以试料曲面104是凹陷状的曲面的方式为例进行 了说明。但是，也可以不如上述那样。例如，也可以如图7所示，针对凸状的试料曲面104A，计 算接触角γ。

另外，以下，主要说明与上述的实施方式的结构不同的点，在与上述实施方式同样 的结构，对附图付与同一符号并省略说明。

在该情况下，试料100A例如是人工髋关节的股骨头。试料100A是在埋设于患者的 大腿骨的远位部的竖管(未图示)的前端被固定的球状的部件。试料100A构成为与上述的试 料100(衬垫)的试料曲面104滑动接触。试料100A的试料曲面104A由与试料曲面104同样的 涂层构成。

试料曲面104A形成为具有规定的曲率半径Rb的球状。在该变形例中，试料曲面 104A是具有规定的曲率半径Rb的凸状的曲面。此外，液滴2的外表面2b具有规定的曲率半径 Ra。此外，外周缘部2a的曲率半径是曲率半径C。

接触角γ是关于试料曲面104A的平面L1A与关于液滴2的平面L2所成的角度。平面 L1A是包含外周缘部2a的任意一点处的试料曲面104A的切线并且与试料曲面104A相接的平 面。平面L1A包含多条外周缘部2a的任意一点处的试料曲面104A的切线。此外，平面L2是包 含外周缘部2a的任意一点处的液滴2的外表面2b的切线并且与外表面2b相接的平面。平面 L2包含多条外周缘部2a的任意一点处的外表面2b的切线。

图像处理部8基于拍摄液滴2以及试料曲面104A而得到的图像数据等，计算接触角 γ。

接下来，说明用于在图像处理部8中计算与试料曲面104A相关的接触角γ的原理 (计算式)等。

在接触角γ的计算时，首先，计算关于液滴2以及试料100A的体积Va、Vb。体积Va是 作为由包含外周缘部2a的平面P0(在本实施方式中为水平面)与液滴2的外表面2b(液滴2中 在试料曲面104上露出的部分的面)围起的区域的第1区域11的体积。体积Vb是作为由平面 P0与试料曲面104A围起的区域的第2区域12的体积。

该情况下计算第1区域11的体积Va的式子以及计算第2区域12的体积Vb的式子分 别与上述的式(12)以及式(13)相同。在该情况下，从第1区域11的体积Va减去第2区域12的 体积Vb所得到的值是液滴2的体积V0，若被表示为式子，则为V0＝Va-Vb…(23)。式(23)是本 发明的“式(c)”的一个例子。

这里，图像处理部8能够根据通过摄影部7而得到的摄影图像(俯视图像)来测量外 周缘部2a的曲率半径C。此外，图像处理部8能够根据试料100A的设计数据等来得到试料曲 面104A的曲率半径Rb。此外，图像处理部8能够根据拍摄刚刚从喷嘴9下落的液滴2而得到的 图像的数据来测量液滴2的体积V0。也就是说，图像处理部8能够使用作为既知的值的曲率 半径C、曲率半径Rb以及液滴2的体积V0，根据式(12)、(13)和(23)来计算第1区域11的曲率 半径Ra。

然后，关于液滴2的平面L2与包含外周缘部2a的平面P0所成的角度(朝向顶点2c的 一侧的角度)是针对第1区域11的接触角，被规定为液滴2的表观接触角α。

此外，在侧视下，关于试料曲面104A的平面L1A与平面P0所成的角度是针对第2区 域12的接触角，被规定为试料曲面104A的倾斜角β。

关于表观接触角α以及倾斜角β，上述式(15)、(16)的关系成立。

也就是说，在该变形例中，针对表观接触角α的上述式(17)成立，并且针对倾斜角β 的上述式(18)成立。并且，在本实施方式中，由图7可知，接触角γ＝α-β…(24)成立。

另外，关于接触角测量装置3中的试料100A的接触角γ的计算流程，除了V0＝Va- Vb(V0_c＝Va_c-Vb)这方面、和通过表观接触角α减去倾斜角β来计算接触角γ(＝α-β)这方 面以外，其他与图5以及图6所示的流程(步骤S1～S13、T1～T13)相同。因此，关于试料100A 的接触角γ的计算流程的详细说明省略。

如以上所说明的那样，若根据该变形例，试料曲面104A是具有规定的曲率半径Rb 的凸状的曲面，图像处理部8将从表观接触角α减去倾斜角β所得的值计算为接触角γ(α- β)。根据该结构，能够计算出凸状的试料曲面104A处的真正的接触角γ。

另外，在试料曲面104A的接触角γ的测量中，图像处理部8也可以使用例如θ/2法 来计算表观接触角α和倾斜角β。

具体来讲，参照图7，平面L3与平面P0所成的角度α’是表观接触角α的1/2的大小， 即，α’＝α/2，其中，平面L3被配置为以外周缘部2a的任意一点处的外周缘部2a的切线为中 心来使平面P0旋转并通过顶点2c。因此，能够通过使该角度α’乘以2倍来计算表观接触角α。

此外，平面L4与平面P0所成的角度β’是倾斜角β的1/2的大小，即，β’＝β/2，其中， 平面L4被配置为以外周缘部2a的任意一点处的外周缘部2a的切线为中心来使平面P0旋转 并通过液滴2的底面的中心2d。因此，能够通过使该角度β’乘以2倍来计算倾斜角β。

(3)另外，在上述的实施方式以及变形例中，作为生物体补缀部件，说明了人工髋 关节的衬垫以及股骨头的各自的接触角测量。但是，也可以不如上述那样。作为生物体补缀 部件，也可以检查人工膝关节的大腿骨植入体以及胫骨植入体。此外，也可以针对生物体补 缀部件以外的部件，使用本发明的接触角测量装置来检查接触角。

产业上的可利用性

本发明能够作为接触角测量方法、接触角测量装置、生物体补缀部件检查装置、程 序以及存储介质广泛应用。

符号说明

1生物体补缀部件检查装置

2液滴

2a外周缘部

2b液滴的外表面

3接触角测量装置

4检查部

8图像处理部(表观接触角计算部、倾斜角计算部、接触角计算部)

104、104A试料曲面

500存储介质

C外周缘部的曲率半径

L1、L1A与试料曲面相接的平面

L2与液滴的外表面相接的平面

P0包含外周缘部的平面

Ra液滴的外表面的曲率半径

Rb试料曲面的曲率半径

V0液滴的体积

Va由包含外周缘部的平面与液滴的外表面围起的第1区域的体积

Vb由包含外周缘部的平面与试料曲面围起的第2区域的体积

α表观接触角

β倾斜角

γ接触角