顯微CT的介紹及其和 X-Ray、掃描電鏡、超聲檢測的區別

在日常生活中，我們熟悉的CT大多出現在醫院，醫生通過它來判斷身體內部的健康狀況。可是你知道嗎？這項技術早已“走出醫院”，進入了科研和工業檢測領域，并且分辨率提升到了微米甚至亞微米級，能揭示各種材料、生命科學和文物的內部奧秘。這就是顯微CT。

本篇文章我們帶大家全面認識顯微CT，它與 X-ray 設備、掃描電鏡和超聲檢測有何不同，又能在哪些領域發揮作用。

PART.01  顯微CT的誕生與發展
1895年，德國物理學家威廉·康拉德·倫琴（Wilhelm Conrad Röntgen）在研究陰極射線時，意外發現了一種能夠穿透人體和物體的新型射線。他用妻子的手做了第一張X光片，從此揭開了醫學與材料檢測“透視時代”的序幕。倫琴也因此獲得了首屆諾貝爾物理學獎。

倫琴夫人手的 X 射線照片，攝于 1895 年 12 月 22 日

此后一個多世紀，X 射線成像不斷發展，從早期的平面投影，到后來出現的計算機斷層掃描（CT），實現了對人體和物體內部的三維重建。傳統CT多用于醫學診斷，而在科研和工業檢測中，人們需要更高的分辨率、更精細的結構觀察，于是“顯微CT”（Micro-CT）應運而生。

PART.02  顯微CT的成像原理
顯微 CT 技術利用 X 射線照射樣品，通過探測器記錄透射的 X 射線強度分布，再利用計算機算法重構出樣品的三維內部結構。其獨特之處在于能夠在非破壞的情況下，提供高分辨率和全方位的三維圖像。
 

醫用CT
射線源和探測器繞人體旋轉


顯微CT
射線源和探測器不動，樣品臺旋轉

顯微 CT 技術可以無損地提供詳細的材料三維內部信息，包括：
1 結構信息：如直徑、體積、表面積、圓度、連通性、空間分布......
2 密度信息：如空腔孔隙、元素輕重、成分分布......
3 三維模型：如有限元分析、3D 打印......

PART.03  顯微CT的應用
顯微 CT 技術因其非破壞性、超高分辨率和三維成像能力，成為科學研究和工業應用不可或缺的工具。目前已經廣泛應用于骨科、農業、考古、3D打印、制藥、材料科學、地質、食品科學、電子半導體、鋰電、汽車制造、航空航天等行業。以下結果均使用 Neoscan 高分辨顯微 CT 進行觀測成像。
 

小鼠骨骼		植物根系
咖啡螟漿果甲蟲		日本星型有孔蟲砂
3D打印		藥片
高分子材料		頁巖
鋰電池		多層陶瓷電容MLCC
15寸筆記本電腦		汽車水泵殼體鋁壓鑄件

PART.04  顯微CT 與 X-Ray 的區別
很多人會把顯微CT和常見的 X-Ray 設備混為一談，實際上兩者雖然都利用 X 射線原理，但成像方式和應用場景差別很大。

X-Ray和顯微CT的區別（圖片來源網絡）

成像方式不同：

• X-Ray設備：通過一次曝光獲得二維投影圖像，類似一張黑白照片，物體內部不同密度區域會在圖像上疊加。
• 顯微CT：樣品在X射線源和探測器之間旋轉，系統采集成百上千張投影圖像，經過計算機斷層重建，生成樣品的三維結構。

信息維度不同：

• X-Ray設備：只能看到“疊加后的陰影”，難以分辨前后層次。
• 顯微CT：可以像“切片”一樣逐層觀察，獲得清晰的內部三維模型。

分辨率與適用范圍不同：

• X-Ray設備：成像速度快、范圍大，適合工業無損檢測中快速發現大缺陷，比如焊點是否空洞、零件是否有裂紋。
• 顯微CT：分辨率更高，可達微米甚至亞微米級，能夠解析材料內部的微孔、纖維、組織細節，更適合科研、精密制造和結構分析。

PART.05  顯微CT與掃描電鏡的區別
顯微CT和掃描電鏡都是微觀研究的重要工具，但兩者關注的方向完全不同。

掃描電鏡利用電子束掃描樣品表面，分辨率極高，可達納米級，能呈現清晰的表面形貌與晶粒細節。但它只能看到表層，無法揭示內部信息，而且樣品通常需要導電處理或噴金。

掃描電子顯微鏡成像原理圖

顯微CT則依靠 X 射線穿透成像，能夠展示樣品的三維內部結構，尤其適合研究材料的孔隙網絡、裂紋走向以及多相分布。它的分辨率雖然低于電鏡，但能看到電鏡無法觸及的“深處”。

兩者常常結合使用：先用顯微CT發現內部缺陷，再切片配合電鏡分析細節。

使用Neoscan 顯微CT先定位IC樣品通孔位置

樣品經離子研磨處理后放入飛納電鏡觀察細節

PART.06  顯微CT 與 超聲檢測的區別
超聲檢測依靠聲波在材料中傳播時的反射來判斷缺陷位置，常用于大型構件的無損檢測。它的優點是穿透深度大，能在厚壁材料中發現裂紋，但分辨率較低，結果更多依賴信號解釋，難以直觀展示缺陷形態。

超聲檢測成像原理圖（圖片來源于網絡）

顯微CT使用 X 射線而非聲波，分辨率更高，成像結果是清晰的三維影像。它特別適合中小型樣品的精細結構研究，可以直觀地看到裂紋走向、孔隙分布及材料界面。

PART.07  總結
因此，顯微CT可以與其他檢測手段配合使用，形成互補優勢。通過這種多技術組合，科研人員和工程師能夠在不同尺度上獲得全面的樣品信息：顯微CT無損三維內部結構成像，電鏡補充高分辨表面細節，X-Ray 和超聲檢測實現快速預篩選和整體評估，從而實現更精確、更高效的檢測與分析。