日常生活の中で、私たちがよく知っているCTの多くは病院に現れて、医者はそれを通じて体の内部の健康状態を判断します。でも知ってる？この技術はすでに「病院を出る」ようになり、科学研究と工業検査の分野に入り、解像度はミクロンからサブミクロン級に上昇し、各種材料、生命科学、文化財の内部奥義を明らかにすることができる。これが顕微CTです。

この記事では、X-rayデバイス、走査型電子顕微鏡、超音波検出とどのように異なり、どのような分野で機能するかを全面的に認識するために、顕微鏡CTを紹介します。

PART.01顕微CTの誕生と発展

1895年、ドイツの物理学者ウィリアム・コンラッド・レントゲン（Wilhelm Conrad Rèntgen）は陰極線を研究していたところ、意外にも人体と物体を貫通する新しい放射線を発見した。妻の手で最初のレントゲン写真を作り、医学と材料検査の「透視時代」の幕を開けた。レントゲンもこれで第1回ノーベル物理学賞を受賞した。

レントゲン夫人の手によるX線写真。1895年12月22日撮影

その後1世紀以上、X線イメージングは発展し続け、初期の平面投影から、後に現れたコンピュータ断層スキャン（CT）まで、人体と物体内部の3次元再建を実現した。伝統的なCTは医学診断に用いられることが多いが、科学研究と工業検査では、より高い解像度、より精細な構造観察が必要とされ、「顕微CT」（Micro-CT）が誕生した。

第02部顕微CTのイメージング原理

顕微CT技術はX線を用いてサンプルを照射し、検出器を通じて透過したX線強度分布を記録し、コンピュータアルゴリズムを再利用してサンプルの3次元内部構造を再構築した。そのユニークな点は、非破壊的な場合に高解像度と3次元画像を提供できることです。

顕微CT技術は、以下のような詳細な材料の3次元内部情報を損失なく提供することができる：

1構造情報：例えば、直径、体積、表面積、円度、連通性、空間分布である......

2密度情報：例えば空洞の空孔、元素の軽量、成分分布である......

33 Dモデル:有限要素解析、3 D印刷などが挙げる......

PART.03顕微CTの応用

顕微CT技術はその非破壊性、超高解像度、三次元イメージング能力のため、科学研究と工業応用のツールとなっている。現在、骨科、農業、考古学、3 Dプリント、製薬、材料科学、地質、食品科学、電子半導体、リチウム電気、自動車製造、航空宇宙などの業界に広く応用されている。以下の結果はいずれもNeoscan高分解能顕微鏡CTを用いて観測イメージングを行った。

PART.04顕微CTとX−Rayの違い

顕微CTと一般的なX-Rayデバイスを混同する人が多いが、実際には両者ともX線原理を利用しているが、撮像方式と応用シーンは大きく異なる。

X-Rayと顕微CTの違い（画像ソースネットワーク）

撮像方式が異なる：

• X-Rayデバイス：1回の露光で2次元投影画像を取得し、白黒写真のように、物体内部の異なる密度領域が画像に重畳されます。

• 顕微CT：試料はX線源と検出器の間で回転し、システムは何百枚もの投影画像を収集し、コンピュータ断層再建を経て、試料の三次元構造を生成した。

情報次元が異なる：

• X-Rayデバイス：「重ねた影」しか見えず、前後の階層を見分けるのが難しい。

• 顕微CT：「スライス」のように層ごとに観察することができ、明確な内部3次元モデルを得ることができる。

解像度と適用範囲が異なる：

• X-Ray設備：イメージング速度が速く、範囲が広く、工業の非破壊検査中に迅速に大きな欠陥を発見することに適して、例えば溶接点が空洞であるかどうか、部品に亀裂があるかどうか。

• 顕微CT：解像度がより高く、ミクロン乃至サブミクロン級に達することができ、材料内部のミクロ孔、繊維、組織の詳細を解析することができ、より科学研究、精密製造と構造分析に適している。

PART.05顕微CTと走査電子顕微鏡の違い

顕微CTと走査電子顕微鏡はいずれもミクロ研究の重要なツールであるが、両者の注目する方向は異なる。

走査電子顕微鏡は電子ビームを利用してサンプル表面を走査し、分解能は非常に高く、ナノメートル級に達することができ、明確な表面形態と結晶粒の詳細を示すことができる。しかし、それは表層しか見えず、内部情報を開示することはできず、サンプルは通常導電処理または金噴霧を必要とする。

走査電子顕微鏡イメージングの原理図

顕微CTはX線透過イメージングによって、試料の三次元内部構造を展示することができ、特に材料の孔ネットワーク、亀裂の行方及び多相分布の研究に適している。その解像度は電子顕微鏡より低いが、電子顕微鏡では触れられない「奥」が見える。

両者はよく組み合わせて使用する：まず顕微CTで内部欠陥を発見し、それからスライスして電子顕微鏡に合わせて詳細を分析する。

Neoscan顕微CTを用いてICサンプルの貫通孔位置を先に位置決めする

サンプルをイオン研磨処理した後、飛納電子顕微鏡に入れて詳細を観察した

PART.06顕微CTと超音波検出の違い

超音波検出は材料中を音波が伝播する際の反射によって欠陥位置を判断し、大型部材の非破壊検出によく用いられる。その利点は貫通深さが大きく、厚肉材料に亀裂を発見できるが、分解能が低く、結果は信号解釈により多く依存し、欠陥形態を直感的に示すことが難しいことである。

超音波検出イメージングの原理図（画像はネットワークから）

顕微CTは音波ではなくX線を使用し、解像度が高く、結像結果は鮮明な3次元映像である。それは特に中小型サンプルの微細構造研究に適しており、亀裂の方向、細孔分布及び材料界面を直感的に見ることができる。

PART.07まとめ

そのため、顕微CTは他の検出手段と組み合わせて使用することができ、相補的な優位性を形成することができる。このような多技術の組み合わせにより、科学研究者とエンジニアは異なる尺度で全面的なサンプル情報を得ることができる：顕微CT非破壊三次元内部構造イメージング、電子顕微鏡は高分解表面の詳細を補充し、X-Rayと超音波検査は迅速な事前スクリーニングと全体評価を実現し、それによってより正確で、より効率的な検査と分析を実現する。