科学家对植物各组织深入进行科研时，遇到了新的疑难问题。例如研究植物种子时，很难无损探索种子内部结构的变化。目前上使用的很多研究种子的先进技术大多是利用荧光法研究种子活力或其萌发率，这些方法能够高通量地达到某些研究目的，但始终无法得知种皮内部的结构和动态变化过程。再如，人们研究植物根系时，会遇到很多困难。传统的洗根扫描法确实能够清晰地将根系展现在人们眼前，但却破坏了其原有的状态；微根窗法能够解决原位测量的问题，但却不能探索土壤内部的根系分布；因此如何能够原位观测土壤中的根系变化成了阻挠广大科研工作者的难题。即便是有一种方法能够探测到土壤中的根系变化，那土壤是否会对根系的研究产生干扰？此外，如果人们需要研究植物茎杆，是否存在一种无损的方法探索其内部结构？如何研究种植于花盆中的根茎如马铃薯、番薯等以及生长于土壤中的花生种子？

为解决这些难题，德国先进研究所Frauhofner推出了专门用于植物研究的实验室CT三维断层扫描成像系统，可对植物组织、果实、种子及土壤中的根系进行三维成像分析，无需专业的图像处理知识，可获取形态学以及内部性状信息。

实验室CT断层扫描系统的工作程序是这样的：它根据植物不同组织对X线的吸收与透过率的不同，应用灵敏度较高的仪器对植物进行测量，然后将测量所获取的数据输入计算机，计算机对数据进行处理后，就可摄下检测区域植物组织的断面或立体图像，发现任何部位的细小变化。

植物CT成像系统广泛应用于植物对植物根系、茎杆的内部结构变化的研究。可以无损地探索盆栽中不同植物的根系变化，也可以测量茎杆的3D结构。

Fraunhofer植物计算机断层扫描系统采用微焦点X射线成像原理进行较高分辨率三维成像，可以在不破坏样品（无需染色、无需切片）的情况下，获得高精度三维图像，显示样品内部详尽的三维信息，并进行结构、密度的定量分析，适用于观察植物化石样品结构和植物活体组织的细胞结构，近年来被广泛应用于结构学、组织学、生物学特别是古生物学等研究领域，例如花、果实、种子、根系等研究。

Fraunhofer研究院是较先进的应用技术研究院，很多工业技术都源自于该研究所。Fraunhofer专门成立的植物表型CT研究组致力于CT技术应用在植物的表型研究上。与传统医学CT不同，植物CT研究需要少有算法和软件等，Fraunhofer研究院在该研究领域位于较前沿。

近年来，Fraunhofer团队一直致力于将计算机断层扫描技术应用于植物表型研究领域，特别是专注于植物结构高分辨率无损检测。其中一个研究方向为研究外在胁迫因素对植物微观结构的影响，研究方向有木质部结构如何对胁迫，如干旱做出反应。在干旱环境下，一些植物不再为叶片或整个枝条提供水分。研究另外一个方向是不同植物基因品系的内部微观结构特征。

Fraunhofer开发出了便携式、台式、落地式以及高通量等多个系列专门针对植物表型研究开发的计算机断层扫描系统。

便携式植物断层扫描仪

应用于对植物种子、小型果实内部结构变化的研究。可以无损地探索不同植物种子腔体、胚和胚乳的变化，测量种子内部的三维结构和小型果实的内部变化，设备小巧便携，操作简单，具有中分辨率和高分辨率两种选择。

实验室植物断层扫描成像系统

广泛应用于植物对植物根系、茎杆的内部结构变化的研究。可以无损地探索盆栽中不同植物的根系变化，也可以测量茎杆等植物器官的3D结构。 

该实验CT断层扫描系统对硬件要求较高，采用了Fraunhofer 开发的Volex 软件系统，标准3D CT扫描程序供线上线下数据库的构建，自动修正减少环状伪影、预估旋转中心，另外采用Fraunhofer VolumePlayer (VP)来进行应用于2D、3D灰度值图像数据（8-Bit, 16-Bit 和 32-Bit ）的分析和可视化。提供客户需要的结构模块和可扩展模块。提到的标准配置有：可视化数据层，利用直方图、本地统计、手动图像、灰度值分布、查询表、测量工具等手动图像分析，体积数据作为图像序列生成，视角连接，处理8-bit, 16-bit和浮点值，实时处理3D数据生成三维显示，不同的显示方法，图像叠加，红蓝眼镜可视3D图像。数据分析：重建的体积是在测量后手动的进行分析，分析软件由Fraunhofer VolumePlayer的插件进行，测量结果是被分离的根系系统，客户可以付费增加新的分析。

北京博普特科技有限公司作为计算机断层扫描表型成像系统的中国总代理，全面负责其系列产品在中国的市场推广和销售。

近年来，德国Fraunhofer发表了大量利用植物断层扫描CT进行植物表型研究的文章，着重于研究植物结构生理表型。

种子表型计算机断层扫描文章

较先进的应用研究院Fraunhofer研究院的EZRT研究所科研人员，较近刚刚发表了题为Drought and heat stress tolerance screening in wheat using computed tomography的论文，研究使用计算机断层扫描系统对麦穗进行了断层扫描研究，可对种子结构例如种子变形等进行预测和测量，文章发表在Plant Methods上。

Drought and heat stress tolerance screening in wheat using computed tomography

Jessica Schmidt1, Joelle Claussen2*,Norbert Wörlein2, Anja Eggert2, Delphine Fleury1,3, Trevor Garnett1and Stefan Gerth2

植物断层扫描CT发表根系研究论文

较先进的应用研究院Fraunhofer研究院的EZRT研究所科研人员，发表了题为Direct comparison of MRI and X-ray CT technologies for 3D imaging of root systems in soil: Potential and challenges for root trait quantification的论文，研究使用计算机断层扫描系统对根系进行了断层扫描研究，并与MRI测量方法进行比较，文章发表在Plant Methods上，研究结论是2种技术在利用适合监测发芽的根发育的小直径花盆研究时，效果相同。要研究特定根结构或细根渐进直径，CT优势较有优势， 因其空间分辨率较高。对大型直径花盆而言，MRI 比CT可提供较多的根系区，很可能是由于MRI能取得较强的根系与土壤对比。CT配合MRI可以取得互补信息，2个模块组合提供了一系列额外可能性，例如在不同土壤结构或不同土壤湿度下分析根系统性状。

Direct comparison of MRI and X-ray CT technologies for 3D imaging of root systems in soil: potential and challenges for root trait quantification

Ralf Metzner1*†, Anja Eggert2†, Dagmar van Dusschoten1, Daniel Pflugfelder1, Stefan Gerth2, Ulrich Schurr1, Norman Uhlmann2  and Siegfried Jahnke1