Micro-CT 原理及应用
1. Micro-CT简介
Micro-CT（micro computed tomography，微计算机断层扫描技术），也称为显微CT、微焦点CT或者微型CT。它是采用了与普通临床CT不同的微焦点X线球管，对活体小动物或多种硬组织和相关软组织进行扫描成像分析的技术，它的分辨率高达几微米，仅次于同步加速X线成像设备水平，具有良好的“显微”作用，扫描层厚可达10 μm。该技术是一种非破坏性的3D成像技术，可以在不破坏样本的情况下清楚了解样本的内部显微结构。它与普通临床的CT最大的差别在于分辨率极高，可以达到微米（μm）级别，目前国内一家自主研发Micro-CT的公司已经将分辨率提高到0.5 μm，具有良好的“显微”作用。Micro-CT可用于医学、药学、生物、考古、材料、电子、地质学等领域的研究。
通过Micro-CT技术，可以动态分析活体动物内相关组织的形态特征，并在对样本扫描的基础上，进行组织三维重建、骨形态学分析等，同时可通过软件进行3D图像高级处理、力学分析等相关分析。
2. Micro-CT成像原理
Micro-CT成像原理是采用微焦点X线球管对小动物各个部位的层面进行扫描投射，由探测器接受透过该层面的X射线，转变为可见光后，由光电转换器转变为电信号，再经模拟/数字转换器转为数字信号，输入计算机进行成像。成像的整体思路如下：
当X-射线透过样本时，样本的各个部位对X-射线的吸收率不同。X-射线源发射X-射线，穿透样本，最终在X-射线检测器上成像。对样本进行180 °以上的不同角度成像，由舜百生物所使用的Micro-CT机器可以对样本进行360 °以上的不同角度成像。采用锥形束不仅能够获得真正各向同性的容积图像，提高空间分辨率，提高射线利用率，而且在采集相同3D图像时速度远远快于扇形束。通过计算机软件，将每个角度的图像进行重构，还原成在电脑中可分析的3D图像。通过软件：观察样本内部的各个截面的信息；对样本感兴趣部分进行2D和3D分析；还可以制作直观的3D动画等。
3. Micro-CT技术的发展历程
1895 年，Wilhelm C. Roentgen 发现了 X 射线，并为夫人拍下了世界上第一张 X 片 —— 戴戒指的手掌照片。
1967 年，Godfrey N. Hounsfield 发明了第一台 CT 设备，能够从多个角度摄片，采集被摄物体的三维信息，在不破坏物体的情况下观察其内部结构。
1970 年代，医院开始使用CT 诊断疾病。
1980年代，由于普通CT无法满足科学研究对分辨率的苛刻要求，学术界开始研发显微CT，即Micro-CT。与临床CT 普遍采用的扇形X 线束（Fan Beam）不同的是，Micro-CT 通常采用锥形X 线束（Cone Beam）。采用锥形束不仅能够获得真正各向同性的容积图像，提高空间分辨率和射线利用率，而且在采集相同 3D 图像时速度远远快于扇形束CT。
数十年来，这一伟大技术已经广泛应用于各种领域，例如医学（组织器官、生理代谢过程成像）、药学（药效检测、新药开发）、材料学（新材料的开发）、工业（各种器件的质检和探伤）、农业（木材和种子的质检和分析）、工程（建筑材料内部孔隙度、连通度和渗透性分析）、珠宝（真伪识别和最佳切割方案设计）、考古（化石的结构和成分分析）等领域。
最为人们所熟知的 CT 是应用于临床检查的医学 CT，第一幅 CT 图片显示的就是头颅影像。
经过 40 多年的发展，Hounsfield 发明的速度极慢的平移式笔形束CT 已经发展成为种类繁多的CT 家族，例如螺旋 CT、64 排容积 CT、定量 CT。
4. Micro-CT功能、结构及应用对象
（1）Micro-CT 能够提供的两类基本信息：
几何信息和结构信息。前者包括样品的尺寸、体积和各点的空间坐标，后者包括样品的衰减值、密度和多孔性等材料学信息。除此之外，SCANCO 的有限元分析功能，还能够提供受检材料的弹性模量、泊松比等力学参数，分析样品的应力应变情况，进行非破坏性的力学测试。
（2）Micro-CT 的两种基本结构
样品静止，X 线球管和探测器运动：这种结构和临床螺旋CT 一致，球管绕样品旋转。扫描速度快，射线剂量小，空间分辨率较低，多用于活体动物扫描。
样品运动，X 线球管和探测器固定：样品在球管和探测器之间自旋，并可做上下和前后移动。扫描速度较慢，射线剂量大，空间分辨率高，多用于离体标本扫描。
（3）MicroCT 的两类应用对象
活体（in vivo）：研究对象通常为小鼠、大鼠或兔等活体小动物，将其麻醉或固定后扫描。可以实现生理代谢功能的纵向研究，显著减少动物试验所需的动物数量。和医学临床 CT 类似，活体小动物 MicroCT 也能够进行呼吸门控和增强扫描（采用造影剂）。
离体（in vitro）：研究对象通常为离体标本（例如骨骼、牙齿）或各种材质的样品，分析内部结构和力学特性。也可以使用凝固型造影剂灌注活体动物，对心血管系统、泌尿系统或消化系统进行精细成像。关于这块舜百生物做的比较好些，图像分辨率高。
5. Micro-CT 的主要应用领域
（1）骨骼
骨骼是 Micro-CT 最主要应用领域之一，其中骨小梁是主要研究对象。骨松质和骨皮质的变化与骨质疏松、骨折、骨关节炎、局部缺血和遗传疾病等病症有关。目前，Micro-CT 技术在很大程度上取代了破坏性的组织形态计量学方法。
2）牙齿及牙周组织
能够从 3D 整体结构出发，对根管形态改变、龋齿破坏、牙组织密度变化、牙槽骨结构和力学特性的变化等情况进行研究。
（3）生物材料
例如， 分析体外制备仿生材料支架的孔隙率、强度等参数，优化支架设计；扫描需要置换的组织样品，获取三维图像后输出为 STL 文件进行快速成形（CAD/CAM），等等。
（4）疾病机制研究
例如，研究不同基因或信号通路对骨骼的数量或质量的影响，疾病状态对骨骼发育/修复的影响，评价高脂血症对心脏瓣膜钙化的影响，细胞因子对骨折后组织修复时血管生长的影响，等等。
（5）新药开发
例如，研究新的骨质疏松药物及疗效评价，Micro-CT 已经成为一种重要的临床前检测技术。
（6）电子材料
半导体材料和结构等。
（7）地质学研究
地质分布、砖石等。
（8）木材、纸、植物种子等研究
（9）其它
微型器件的质检和探伤，建筑材料内部孔隙度、连通度和渗透性分析，珠宝的真伪识别和最佳切割方案设计，以及化石结构分析等。医疗器械材料（如心脏支架、脑血管支架等）；其他材料（如水泥材料、纤维材料等）
