目录
- 执行摘要：市场发展轨迹与关键驱动因素
- 技术概述：扩展X射线衍射断层扫描的原理
- 竞争格局：领先的创新者和战略联盟
- 市场规模及预测，2025-2029
- 主要应用领域：材料科学、能源和制药
- 最新突破：硬件和软件创新
- 监管与标准环境：合规性与行业指导方针
- 新兴趋势：自动化、人工智能集成和高通量分析
- 地区洞察：北美、欧洲、亚太及其他地区
- 未来展望：机遇、挑战与专家预测
- 来源与参考文献
执行摘要：市场发展轨迹与关键驱动因素
扩展X射线衍射断层扫描（XDT）正在成为先进材料特征表征和非破坏性结构分析领域的一项变革性技术。到2025年，XDT的市场发展轨迹被能源储存、先进制造、制药和文化遗产保护等领域的快速采用所定义。主要驱动力是XDT能够在复杂和异质样品中生成晶体结构的三维图，提供传统X射线成像或标准断层扫描无法获得的洞察。
同步辐射和实验室基础X射线源的全球扩展加快了XDT的商业和研究应用。领先的制造商如布鲁克公司和理化仪器公司推出了能够提供更高空间分辨率和更快数据采集的仪器，支持学术和工业应用。最近在主要同步辐射设施如欧洲同步辐射中心（ESRF）和钻石光源的基础设施投资进一步提升了XDT的能力，使高通量、高精度实验对全球用户更加可及。
到2025年及以后，市场的主要驱动因素包括电子产品的小型化趋势、下一代电池材料的复杂性，以及对制药固相分析更具体的需求，以优化药物配方。例如，电池制造商利用XDT分析充放电循环中阴极材料晶体相的演变，这一过程对提高电池的寿命和安全性至关重要（布鲁克公司）。在制药领域，XDT使得药片中多晶型分布的绘制成为可能，这直接影响药物的有效性和监管合规性（理化仪器公司）。
展望未来，扩展XDT的发展受到探测器技术和数据处理算法持续发展的影响。预计这些领域的创新将减少采集时间并扩大可分析样本类型的范围，进一步拓宽该方法的工业适用性。仪器制造商与大型研究设施之间的合作预计将带来新的用户友好型平台，适用于研究和常规质量控制。随着这些技术的成熟，XDT正处于显著增长的有利位置，正从小众研究工具转变为多个高价值行业的主流解决方案。
技术概述：扩展X射线衍射断层扫描的原理
扩展X射线衍射断层扫描（XDT）代表了复杂材料非破坏性三维（3D）表征的一项变革性进步。通过将传统的X射线断层扫描与基于衍射的技术结合，XDT使异质样本中的晶体结构可以实现空间分辨的映射——这一能力对材料科学、地质学、电池研究和生物医学应用至关重要。到2025年，该技术正在快速完善，驱动因素是同步辐射源、探测器技术和计算重建算法的改善。
XDT的原理是收集样品在X射线束中旋转和平移时的衍射图案。与基于吸收或相位对比的标准断层扫描不同，XDT将每个体素与其独特的衍射特征相联系，提供关于相成分、晶体取向、应变和缺陷的局部信息。这使得XDT在分析多晶材料、复合结构和嵌入包含物的样品方面不可或缺。
近期的进展得益于更亮且更相干的同步辐射光源的出现。像欧洲同步辐射设施和先进光子源等设施使得以空前的速度和分辨率获取高质量衍射数据成为可能。来自DECTRIS有限公司和X射线成像欧洲有限公司的尖端探测器如今提供高动态范围、快速读取和低噪音——这是在扩展断层扫描中解析微弱衍射信号的关键参数。
到2025年，该领域正在专注于扩大XDT的可接样本尺寸并减少扫描时间，以实现常规高通量分析。来自FERMI等专业供应商的自动化样本处理和机器人平台正在打入束线，简化工业和学术用户的工作流程。同时，特别是在迭代重建和基于机器学习的相位识别中的算法改进，正在被纳入数据处理流程，如钻石光源等机构所开发。
展望未来几年，扩展XDT的前景非常乐观。全球范围内同步辐射设施的持续升级，例如ESRF-EBS项目，预计将进一步增强空间分辨率和通量。商业化努力正在展开，仪器制造商正在探索桌面和实验室规模的解决方案，以使XDT能够超越大型设施更广泛的可及性。随着计算能力和实时重建算法的发展，XDT有望成为先进材料表征中的常规工具，对质量控制、故障分析和下一代功能材料的发展产生广泛影响。
竞争格局：领先的创新者和战略联盟
扩展X射线衍射断层扫描（XDT）的竞争格局正在快速演变，学术机构、科学仪器制造商和技术创新者正在加大力度推进这一尖端成像模式。XDT是一种能够在异质材料中实现晶体结构的三维映射的技术，因其在材料科学、地质学、制药和能源储存研究中的关键应用而获得了势头。在2025年及未来几年，该领域正见证重大创新、战略伙伴关系和基础设施投资，从而塑造市场的发展方向。
仪器制造商处于先进XDT系统商业化的前沿。作为全球分析仪器的领导者，布鲁克公司继续扩展其X射线衍射（XRD）产品组合，推出优化用于断层数据采集和三维晶体分析的系统。他们在探测器灵敏度和数据处理算法方面的近期增强，使更高的通量和改进的空间分辨率成为可能，将布鲁克定位为实验室基础XDT解决方案的关键参与者。
另一家 notable 公司，理化仪器公司，在模块化X射线源和自动化测角仪方面进行了投资，推动了XDT能力与多用途衍射平台的整合。理化的与领先研究大学的合作，导致了专注于高速成像和原位研究的联合开发计划，突显了学术-行业联盟对驱动下一代XDT仪器发展重要性的关键。
在基础设施方面，大规模的同步辐射设施是推动XDT研究的关键。法国的欧洲同步辐射中心（ESRF）和英国的钻石光源均已部署最先进的束线，以支持扩展X射线衍射断层扫描实验。这些设施经常与工业利益相关者和大学联盟合作，以开发新颖的扫描协议和数据分析流程，促进快速的技术扩散的合作生态系统。
战略联盟也愈发显著。近期的合作关系，如马尔文分析公司与制药制造商之间，旨在利用XDT进行药物配方的非破坏性分析，强调了这一技术的跨行业吸引力。此外，硬件制造商与软件开发者之间的合资企业正在解决大数据管理和机器学习驱动的解释挑战，随着XDT数据集复杂性的增加，这成为一个关键领域。
展望2025年及以后，XDT领域预计将加速制造商、研究设施和最终用户之间的合作。源技术、探测器设计和计算框架的进步可能会导致更广泛的应用和新应用领域的出现，增强扩展X射线衍射断层扫描的竞争性与创新动力。
市场规模及预测，2025-2029
扩展X射线衍射断层扫描（XDT）的全球市场预计在2025至2029年期间将显著增长，推动因素包括在先进材料分析、制药和地球科学领域的日益采用。XDT能够提供来自异质样本的三维、空间分辨的晶体信息，推动其融入研究和工业工作流。到2025年，采用仍主要集中在高端研究机构和专业工业R&D中，但预计持续的技术改善和对其的更大认知将扩大其市场覆盖。
主要制造商和供应商，如布鲁克公司和理化仪器公司，报告称对能够进行断层成像的先进X射线衍射系统的咨询和安装有所增加。这些供应商正在积极开发下一代XDT平台，具有更高的探测器灵敏度、更快的采集速度和先进的数据重建算法，预计在整个预测期间推出商业发布。
当前，市场需求在材料科学和制药研究基础设施方面投资显著的地区最为强劲，例如北美、欧洲和亚太部分地区。例如，这些地区的国家研究设施和先进制造中心正在将XDT用于从电池研究到固态药物配方等应用中。牛津仪器公司突出显示了X射线衍射技术在制药质量控制和材料开发中的日益应用，这些趋势预计将进一步推动对先进断层解决方案的需求。
预计在2025至2029年期间，XDT市场将受益于实验室X射线源和高通量自动化的持续进步，这降低了超越同步辐射环境的采用门槛。一些制造商正在投资开发面向中型工业和学术实验室的紧凑型、用户友好的XDT系统。这些创新预计将加速市场扩张，全球XDT行业预计可实现高个位数的强劲复合年增长率（CAGR）。
展望未来，市场前景乐观，因为跨学科应用，如功能材料的原位研究、文化遗产保护和能源材料，将持续推动需求。仪器制造商与研究联盟之间的战略合作，如布鲁克公司与领先学术机构之间的合作，预计将进一步推动市场增长和技术创新，持续到2029年。
主要应用领域：材料科学、能源和制药
扩展X射线衍射断层扫描（XRD-CT）正在迅速确立自己作为多个高影响力领域的变革性技术，特别是材料科学、能源和制药。其核心优势在于能够从复杂、异质样本中提供空间分辨的晶体和相信息——这些能力在先进材料开发和过程优化中日益重要。
在材料科学中，XRD-CT正在加速下一代合金、陶瓷和功能复合材料的设计与特征表征。诸如欧洲同步辐射设施（ESRF）和钻石光源的设施已经将XRD-CT集成到其束线上，使研究人员能够绘制晶体相的3D分布，跟踪在原位条件下的相变，以及实时研究应力腐蚀和晶粒生长等现象。到2025年，XRD-CT扩展到更大样品和时间分辨研究的趋势将会成为关键，得到探测器技术与快速数据处理算法的支持。
在能源领域，XRD-CT在电池研发、燃料电池优化和催化剂评估方面发挥着关键作用。例如，位于保罗·谢尔博士研究所的研究人员利用XRD-CT可视化工作电池中的锂分布和降解，为提高循环寿命和安全性提供了必要的见解。这一技术还通过揭示工作中微观结构的变化，支持更高效的催化剂和固态电解质的开发。展望未来，期望同步辐射设施与工业合作伙伴的合作将加剧，重点关注operando研究——在实际条件下捕获动态过程。
在制药行业中，XRD-CT正在革命性地改变药物配方和药片的分析。通过提供非破坏性的高分辨率主动成分分布与多晶型的分析，XRD-CT增强了质量控制，支持更加有效和靶向的药物递送系统的开发。诸如美尔龙X射线系统和赛默飞科技等公司提供先进的XRD-CT仪器，满足药物研发和制造的严格要求。
展望2025年及不久的将来，预计XRD-CT将实现更广泛的民主化，更多紧凑型实验室系统将进入市场，自动化程度提高，将进一步简化工作流程。与计算机断层扫描（CT）和X射线荧光（XRF）等互补技术结合，预计将提供更丰富的多模态数据集，推进这些高影响力领域的创新。
最新突破：硬件和软件创新
在过去一年中，扩展X射线衍射断层扫描（XDT）在硬件和软件方面取得了显著进展，预计这一创新将持续至2020年代中期。这些突破在材料科学、地球科学和制药领域显著提高了分辨率、速度和可及性，支持学术和工业应用。
在硬件方面，制造商推出了次世代探测器和X射线源，显著改善了数据采集速率和空间分辨率。2025年初，布鲁克公司宣布将混合光子计数探测器集成到其XDT平台中，允许更快速、低噪声的测量。这些探测器与微聚焦X射线源结合，允许在扩展样品中实现亚微米分辨率，开辟了非破坏性3D结构分析的新可能性。
束线设施也为该领域的动力做出了贡献。例如，欧洲同步辐射设施（ESRF）已升级其束线，提供更高的光强和改进的聚焦光学，实际上缩短了扫描时间并增加了XDT实验的通量。这些进展使得以空前的时间和空间分辨率进行动态过程研究和原位实验成为可能。
软件的创新同样具有变革性。利用人工智能和深度学习的增强重建算法正在自动化数据处理流程，并提升稀疏或噪声数据集的图像质量。赛默飞科技在2024年末发布了更新的X射线衍射断层扫描分析软件，结合了基于机器学习的去噪和分割，快速解读复杂多相样品。
可及性和用户友好性也成为重点。2025年，由理化仪器公司推出的交钥匙桌面XDT系统设计用于常规实验室使用，提供自动对齐和校准流程，减少了对专业操作员的需求。这些发展预计将加速在应用研究和质量控制环境中的采用。
展望未来，硬件小型化、实时数据分析与基于云的协作平台的结合将可能定义XDT技术的下一阶段。领先行业参与者正在投资于能够进行多模态成像的综合系统，其中XDT数据与互补技术相结合，以实现全面的样本表征。这些趋势预计将在未来几年内扩展XDT在各个科学和工业领域的影响力。
监管与标准环境：合规性与行业指导方针
扩展X射线衍射断层扫描（XDT）已成为材料科学、制药和地球科学领域非破坏性高分辨率结构分析的重要工具。随着XDT的采用加速，2025年的监管和标准环境特征是增加正式化和协调，以确保全球市场的安全性、数据完整性和互操作性。
到2025年，涉及XDT的监管框架主要来源于更广泛的X射线和分析仪器标准。国际标准化组织（ISO）和国际电工委员会（IEC）继续更新核心标准，如ISO 22221（X射线设备——安全性和性能的一般要求）和IEC 60601-1（医疗电气设备——基础安全的一般要求）。这些框架在涉及XDT系统的采购和验证过程中越来越被提及，尤其是在制药和医疗设备行业。
此外，美国食品药品监督管理局（FDA）和欧洲药品管理局（EMA）期望遵循优良实验室规范（GLP）和优良生产规范（GMP）指导方针，特别是在药物开发和质量控制中涉及XDT的分析。在2024-2025年，这些指导方针的更新强调了原始数据的可追溯性、校准协议以及分析工作流程的文档记录，直接影响XDT数据的采集和管理方式。
行业财团，包括国际衍射数据中心（ICDD），越来越多地参与为衍射断层扫描输出标准化数据格式和元数据要求。在2025年，ICDD扩展了其粉末衍射文件（PDF）数据库架构，以容纳复杂的断层数据集，从而帮助监管提交和同行审查。同时，领先的仪器制造商如布鲁克公司和理化仪器公司正与标准机构合作，使仪器软件与新兴的合规要求对齐，包括安全审计轨迹和标准化出口协议。
展望未来，未来几年可能会出现特定于XDT的规范，特别是在采用扩展到临床诊断和先进制造时。ISO和IEC的持续倡议预计将最终形成针对衍射断层扫描的新指导，重点关注系统验证、辐射安全和质量保证。利益相关者应预期更严格的合规评估程序和日益强调互操作性，随着跨平台数据交换对协作研究和监管提交变得至关重要。
新兴趋势：自动化、人工智能集成和高通量分析
扩展X射线衍射断层扫描（XDT）正在迅速发展成为一种高分辨率、非破坏性三维成像晶体结构的关键技术，尤其是应用于材料科学、地质学和制药领域。到2025年，关键趋势正在交汇，以转变XDT，尤其是自动化、人工智能（AI）和高通量工作流程的集成，旨在提高数据采集和解释的速度和精度。
自动化使XDT实验中的一致性和重复性得以提高。欧洲同步辐射设施（ESRF）等同步辐射设施的领先者已实施机器人样本更换器和自动对齐系统，便于快速、无人值守的样本批处理。这大大减少了人为干预和实验停机时间，这在多学科研究流程中样本数量增加时至关重要。
同时，基于AI的算法正在取得重大进展，特别是在复杂衍射数据集的重建与分析中。例如，位于保罗·谢尔博士研究所（PSI）正在测试用于相位恢复和伪影校正的深度学习模型，显著加快了断层图像重建，并提高了定量相映射的可靠性。此外，AI还被用于异常检测和实时实验反馈，允许对扫描参数进行动态调整，更有效地利用束时间。
高通量分析是另一个新兴特征。在钻石光源等机构，已采用并行数据采集和基于云的数据处理流程，以处理扩展XDT实验中生成的大量数据。这些解决方案支持大规模研究——例如在可行的时间框架内筛选数百种药物配方或地质岩心样品。标准化、公开访问的数据格式和协作平台的发展进一步促进了无缝数据共享和多地点研究协调。
展望未来几年，预计XDT系统中自动化与AI的集成将更加紧密，伴随着次世代同步辐射升级（如ESRF-EBS、Diamond-II）的推出。这些设施将提供更高的光子通量和改进的探测器技术，进一步提升通量和空间分辨率。预计技术提供商与研究机构之间的合作将加速，诸如安东帕尔和布鲁克等公司将贡献先进的X射线光学、探测器和软件解决方案。综合来看，这些发展预计将在未来几年内扩展扩展X射线衍射断层扫描的实际影响。
地区洞察：北美、欧洲、亚太及其他地区
扩展X射线衍射断层扫描（XDT）在全球关键地区快速发展，北美、欧洲和亚太地区正在成为创新中心。到2025年，这些地区正在利用XDT对复杂材料进行三维非破坏性晶体相映射的独特能力，尤其是针对制药、能源材料和先进制造。
北美保持其领先地位，得益于对同步辐射和实验室规模X射线基础设施的投资。诸如布鲁克海文国家实验室和阿贡国家实验室等设施正扩展其同步辐射束线上的XDT能力，以实现更高的空间分辨率和更快的数据采集。与制药和电池制造商的合作正在加速，特别关注材料在实际条件下的原位和operando研究。北美的仪器制造商，如理化仪器公司，正在为工业和学术用户商业化交钥匙XDT系统，支持质量控制和研发应用日益增长的市场。
欧洲通过公共和私人部门的投资正经历强劲增长。法国的欧洲同步辐射设施（ESRF）和英国的钻石光源已显著升级束线以支持高通量XDT，自动化和人工智能驱动的数据分析提高了通量和可及性。包括布鲁克在内的欧洲公司正在推动实验室基础XDT仪器的创新，目标是制药和先进材料领域。欧盟的资金项目正在促进跨国研究，加速技术传播和方法标准化。
亚太正成为一个充满活力的地区，其中中国和日本正在引领XDT的大规模采用。上海同步辐射设施和日本的SPring-8正在扩大用户对XDT的访问，支持学术联盟和工业合作。亚太地区的制造商，如JEOL有限公司，正在将XDT模块整合到现有的X射线平台中，使该技术对该地区的研究实验室和生产环境更加可及。
展望：在接下来的几年中，全球XDT的采纳预计将加速，随着标准化、软件改善和系统成本减少而逐步扩大。预计将扩展到领先研究中心之外，进入更广泛的工业和临床应用，因为主要区域参与者的持续投资将继续推动技术进步和新应用案例的产生。
未来展望：机遇、挑战与专家预测
扩展X射线衍射断层扫描（XDT）预计在未来几年内将取得重要进展，这得益于X射线源技术、探测器分辨率和计算重建方法的改进。这些因素共同增强了XDT的空间和时间分辨率，使其在材料科学、地球科学和生物医学应用中越来越有价值。
到2025年，实验室和同步辐射基础的XDT系统预计会变得更加可接，以便于正在进行的硬件小型化和成本降低。主要制造商，如布鲁克公司与牛津仪器公司已宣布投资开发下一代专门针对基于衍射成像的X射线源和探测器。这些创新预计将促进更高通量和自动化工作流程，使复杂的多晶材料和在不同环境条件下的原位研究能够常规分析。
XDT的关键机遇在于其在能源材料、制药和生物组织中的应用。例如，电池电极和燃料电池材料的特征表征将从对晶体结构的非破坏性三维映射中受益，优化性能和彩的耐久性。在制药行业，XDT可用于监测对药物有效性至关重要的多晶型形式和相变，诸如理化仪器公司积极探索与行业和学术界的合作，以满足这些需求。
然而，仍然存在挑战，特别是在数据管理和计算需求方面。扩展XDT生成的高分辨率大数据集需要强大的分析流程和存储能力。领先的同步辐射设施，包括欧洲同步辐射设施（ESRF）和钻石光源，正在投资于人工智能（AI）和基于机器学习的重建算法，以加速图像处理和减少解释时间。这些努力还伴随着开发开源软件工具和标准化数据格式的倡议，旨在促进研究群体之间的合作和可重复性。
专家预测，到2020年代后期，扩展XDT将成为多模态成像平台的组成部分，与计算机断层扫描（CT）和X射线荧光等互补技术一起使用。此整合将为先进材料的结构、成分及功能提供全面的洞察。随着行业合作伙伴关系和公共投资的增长，预期该技术将从专业的研究设施过渡到更广泛的工业应用，像蔡司有限公司等组织正在计划在特定制造现场和研究医院的试点部署。
来源与参考文献
- 布鲁克公司
- 理化仪器公司
- 欧洲同步辐射设施（ESRF）
- 先进光子源
- DECTRIS有限公司
- XFAB
- 马尔文分析公司
- 牛津仪器公司
- 保罗·谢尔博士研究所
- 赛默飞科技
- 国际标准化组织（ISO）
- 欧洲药品管理局（EMA）
- 安东帕尔
- 布鲁克海文国家实验室
- JEOL有限公司
- 蔡司有限公司
