行业｜CT球管那点事儿！

　　前言

　　球管又称X线管或管球，其作用是产生X射线，是X线发生装置的核心部件。而CT球管不仅是CT设备中产生X射线的关键部件，是CT设备的信号源载体，还是CT设备的“高值耗材”。CT球管技术壁垒较高，全球能独立生产的厂商屈指可数。今天，小编就来聊聊CT球管的那点事儿。

　　一、CT球管，意料之外情理之中的抗疫物资

　　由于核酸检测有较高的“假阴性率”、过长的周期和比较大的检测量等不足；影像检查具有及时、准确、快捷、阳性率高、肺部病变范围与临床症状密切相关等优势；新冠疫情爆发后有专家提出将CT与核酸检测试剂并用，更有利于诊断新冠患者和控制疫情。《新型冠状病毒感染的肺炎诊疗方案(试行第五版)》开始将CT影像结果作为湖北省临床诊断病例的诊断标准(限湖北省内)。一时之间，CT名声大噪。移动CT、车载CT、方舱CT等纷纷上了“战场”。

　　中国医学装备协会发布的《新冠肺炎疫情防治急需医学装备目录（第三批）》将“CT球管”也列为了抗疫物资。这不仅因为CT球管是CT生产配套的关键配件，新建方舱医院、雷神医院和火神山医院都需要大量与国产CT整机配套的球管。还因为CT球管价值高，很少医院会有备用管储备。随着医院的CT诊断量骤增，CT球管会因消耗而出现损坏，导致停机。而与低值耗材或“集成组装”类设备不同，CT球管无法在短时间内突击生产。原材料供应和工艺过程导致CT球管生产制造周期较长，CT球管的短缺会严重影响CT设备的及时供应和正常运行。

　　二、CT球管的发展历程

　　CT球管和一般X线机上使用的球管结构基本相同，也有固定阳极球管和旋转阳极球管两种。（目前广泛采用的是旋转阳极球管。）1895年，德国物理学家伦琴在试验冷阴极管时发现了X射线。他当时使用的球管被称为“克鲁克斯管（Crookes）”，是含有两个电极（阳极和阴极）和少量气体的密封玻璃管。克鲁克斯管接通高压后，管内气体电离，电子经加速后撞击靶面产生X射线。克鲁斯管的管电流和管电压不能分别调节，且功率小、寿命短、X射线质量不稳定。

克鲁克斯管

　　1896年，穆勒（C.H.F.Muller）发明了世界上第一个具有实际使用意义的X线管，这是一只非常简单并且没有明确焦点对焦的球管。灯丝通电后，X线在整个底部发射，接收到的图像非常模糊。同年，穆勒发明出第一个具有焦点的X线球管，又被称为穆勒球管。这种球管通过阴极置一个凹镜把X线汇聚于一点，两端通上电流后，阴极发射出电子流撞击阳极，产生X线。

穆勒球管

　　1913年，柯立芝（Coolidge）发明了高真空热阴极固定阳极球管（stationary anode X-ray tube），又被称为柯立芝管。这种球管管内真空度高，电子由热阴极发射，并由加在阳极和阴极两端的高压电压加速撞击阳极靶面产生X射线。柯立芝管只需要改变阴极工作温度就能调节管电流的大小。此外，柯立芝管的管电流和管电压可以分别调节。1923年，双焦点固定阳极球管研制成功，使一只球管同时具有两种不同焦点尺寸和功率特性。由于固定阳极球管的阳极靶是固定不动的，高速电子流轰击阳极靶的固定位置，具有功率小、焦点大的特性。目前，固定阳极球管仅用在低功率移动式X线机或牙科X线机中。

柯立芝管

　　1927年成功研制出了旋转阳极球管（rotating anode X-ray tube）。高速运动的电子束由偏离球管中心轴线的阴极射出，轰击到转动的靶面上。由于高速运动的电子束轰击靶面所产生的热量，被均匀地分布在转动的圆环面上，承受电子束轰击的面积因阳极旋转而大大增加（实际焦点和空间位置不变），热量分布面积大大增加。由于旋转阳极球管具有功率大、焦点小的特点，问世后便得到了迅速发展。20世纪60年代，旋转阳极转速达到了9000r/min。20世纪70年代出现了金属外壳旋转阳极球管。

　　旋转阳极球管

　　2003年，西门子推出了straton电子束控球管。straton电子束控球管采用阳极直接冷却的设计，与传统的CT球管相比，可以释放多达10倍的热量。快速的冷却意味着可以安装更小的阳极，因此设备重量更轻，进一步提高了机械稳定性，同时实现更高的旋转速度。此外，straton电子束控球管还拥有“飞焦点”技术，可以多角度记录每次扫描的每个投影，提高采样率，大幅改善图像的清晰度。

straton电子束控球管

　　2013年，GE推出了第一支名为Performix Plus的液体轴承球管，并在2015年推出了新的Performix 40 Plus液体轴承球管，用于Revolution EVO CT。液体轴承球管在实现快速转速，提供高质量图像的同时，不仅降低旋转时的噪音，更重要地是延长了球管的使用寿命。

　　三、CT球管主要的独立制造商

　　国外

　　1、Dunlee

　　1998年，Dunlee率先开辟了CT球管替代市场，生产出业界第一款1.0 MHU CT替换球管。如今，Dunlee生产的CT替代球管已经覆盖了GE、飞利浦、西门子、佳能等各大厂商的产品。2001年，Dunlee被飞利浦公司收购。收购Dunlee后，飞利浦每年生产的球管超过12,000支。2018年，Dunlee与AllParts Medical合作，通过为期一周的课程，为Dunlee在中国的三家新经销商提供专业培训，内容包括如何安装DA200Ultra、DA200 P40和Reevo240G球管。

　　2、Varex imaging

　　20世纪30年代，Jack McCullough和Bill Eitel 创立了Eimac Products公司，Eimac公司很快以其高品质、大功率的X射线管组件而誉满业界。1941年，收到军方的大批订单后，Eimac公司将生产基地迁至美国犹他州。二战后期，Eimac公司开始拓展新的X射线管组件种类，将包括适用于雷达应用的阴极射线管组件和微波X射线管组件纳入产品线。1965年，Eimac公司与瓦里安医疗系统公司合并。

　　2012年，瓦里安公司设立了Varex imaging的前身——影像部件事业部(ICB)，向客户提供涵盖X射线管组件、数字平板探测器、工业安防解决方案在内的多种产品。2016年5月，瓦里安公司宣布，其影像部件业务将被独立分拆出来，原因是影像业务和肿瘤业务有着不同的发展路径。2017年1月拆分完成，Varex imaging 公司正式诞生，并在美国纳斯达克上市。目前，Varex imaging 的业务主要分为医疗产品和工业产品两大板块，其中，医疗业务占总营收的80%，包括八大类产品：OEM X射线球管、替换X射线球管、平板探测器、医疗软件、医用高压连接器、准直仪、平板探测器保护套、自动曝光控制传感器。

　　3、IAE

　　IAE成立于1950年，位于意大利的米兰。IAE创立之初主要生产大功率电子阀。1965年，IAE利用高真空和特殊金属的先进技术开始生产X线球管，并从1973年起专心致力于医用X线和CT球管的研发与生产，目前已成为欧洲最大的单一医用球管专业生产商。2002年，IAE在意大利科尔马诺市建成新的生产基地，生产能力得到进一步提高。目前，IAE的产品范围几乎覆盖所有医用X线设备：移动X线机、C型臂、数字X线机、DR、乳腺机X线机、CT等，可以替代Varian、Dunlee、GE、西门子、飞利浦、岛津、日立、东芝等品牌X线机和CT设备球管，在欧洲占有绝对市场优势。

　　4、Richardson Healthcare

　　Richardson Electronics是一家全球制造和分销公司，成立于1947年，在全球范围提供影像球管、替换部件和CT服务培训。2019财年销售总额1.67亿美元。Richardson Electronics公司的业务主要包括三个领域：电源和微波技术集团、Canvys、医疗。其中，医疗业务主要包括：诊断性影像替换部件；CT服务培训和技术支持；CT和MRI的各类替换管件。

　　2014年8月，Richardson Healthcare宣布进军X线球管制造领域。同时，该公司还任命了Dunlee的前总裁Pat Fitzgerald为执行副总裁兼总经理。2015年6月，Richardson Electronics收购了IMES公司。IMES公司为全球主要CT和MRI厂商提供可信赖的、节省成本的解决方案。此次收购使 Richardson Healthcare能够提供具有成本效益的诊断成像替换部件和技术支持。Richardson Healthcare还推出了P3 Advantage计划，这一计划与零部件供应协议相关，让医院和ISO客户在更换CT球管时享有优先权。

　　2018年5月，Richardson Healthcare在美国推出了第一个新品CT替代球管——ALTA750。这是佳能医疗(以前的东芝)CXB-750D/4A的替代产品，也被看作是Varex Imaging公司的MCS -078球管。2019年9月，Richardson Healthcare宣布ALTA750 球管获得CE认证。

　　5、Chronos imaging

　　2018年2月，美国Chronos Imaging公司以未披露的价格收购了飞利浦位于美国伊利诺伊州奥罗拉市的Dunlee球管工厂。根据协议，Chrono Imaging将为飞利浦生产第三方CT替代球管，仍以Dunlee品牌出售。Chronos Imaging总部位于美国伊利诺斯州奥罗拉市，隶属于Chronos集团，是一家非上市公司，主要从事诊断成像医疗设备和解决方案的开发、制造和销售。Chronos集团专注于可再生能源和医疗保健两个主要领域的投资，集团总部位于瑞士卢加诺，投资遍布美国、欧洲和亚洲。

　　国内

　　1、瑞能医疗

　　瑞能医疗是CT球管的全方位医疗解决方案提供者。公司筹建于2005年，总部位于广东珠海。瑞能医疗是国内首家实现CT球管国产化的高新技术企业。自2013年首次完成自主知识产权的国产CT球管注册上市以来，珠海瑞能目前已实现5.2M以下CT球管系列产品的国产化，且已有上百只国产CT球管在医院临床应用。

　　2、昆山医源医疗技术有限公司

　　昆山医源医疗技术有限公司于2014年初开始5 MHU国产高能医用CT球管的研制工作。2016年6月15日，公司与工信部签署了《医用5 MHU以上高能X射线管》强基工程项目，项目实施年限为三年。公司于2019年1月获得医疗器械注册证。2020年3月17日，昆山医源医疗技术有限公司生产的5.3 MHU CT球管入选了中国医学装备协会公布的第5批新冠肺炎疫情防治急需医学装备目录，并在疫情期间参与了多家医院紧急CT球管安装使用。

　　3、麦默真空技术无锡有限公司

　　麦默真空成立于2017年9月，是一家专注于X射线的创新型研发商，业务主要包括X光机用X射线管组件、CT管组件、第六代静态CT射线源模组等。其研发的多款医用诊断旋转阳极X射线管组件（CT球管）目前已获得医疗器械注册证。麦默真空研发的CT球管属于2类医疗耗材，拥有广大的市场前景与升级潜力。目前，麦默真空已通过NMPA认证，其重点产品RS350和RS500均获得医疗器械注册证和生产许可证，同时也通过了ISO13481和9001的体系认证，确保了产品的质量稳定。

　　四、CT球管未来的发展方向

　　扫描速度的不断加快、更宽体的探测器的发展和亚毫米的扫描层厚都要求更高的管电流输出量，才能保证扫描中每一束X线脉冲发生足够的mAs，以获得良好的图像质量，管电流输出量的提高又意味着产生热量的增加，所以需要更高的热容量或散热率，这些特点决定了CT球管的发展趋势。

　　总体来说，CT用球管设计有两种趋势：大功率高管电流输出球管和高散热率球管。此外，球管焦点的尺寸和形状也是直接影响图像质量的重要因素之一。亚毫米的探测器采集单元和达到0.3mm左右的各项同性分辨率，对球管焦点尺寸和形状提出了更高的要求。有些球管还采用了电子束滤过技术，可滤过无效的低能量电子束。这不仅减少了无效电子对阳极靶面的冲击和冲击产生的热量，延长球管的寿命，而且提高了X线质量，减少了受检者的辐射剂量，并进一步提高了图像质量。

　　结语

　　虽然目前国内有几家CT球管独立制造商，但和国际的差距依然不容小觑。经过这次疫情，相信大家对CT球管的研发和产业化会越来越重视，相信政府也会加强CT球管作为重要医疗战略物资的储备。

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　　作者 杨柳荣 | 编辑 杨柳荣 | 排版 Elsa