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CT球管的前世今生!

原标题:CT球管的前世今生!

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本文来源:器械之家

作为CT设备的信号源,球管是CT设备中最值钱的核心部件之一,它的性能直接影响了CT的图像质量及使用寿命。自1896年,德国C.H.F.Muller发明了世界上第一个具有实际使用意义的X线球管后,人们对于球管技术上的改进就从未停止……

前奏

X射线的发现

探究球管的发展历史,还得从伦琴发现X射线说起:1895年,德国人伦琴在试验阴极射线管时发现了X射线。

伦琴实验室

伦琴用过的阴极射线管

这一偶然发现使伦琴感到兴奋,他把其它的研究工作搁置下来,专心致志地研究X射线的性质。经过几周的紧张工作,他发现了下例事实:

(1)X射线除了能引起氰亚铂酸钡发荧光外,还能引起许多其它化学制品发荧光。

(2)X射线能穿透许多普通光所不能穿透的物质;特别是能直接穿过肌肉但却不能透过骨胳,伦琴把手放在阴极射线管和荧光屏之间,就能在荧光屏上看到他的手骨。

(3)X射线沿直线运行,与带电粒子不同,X射线不会因磁场的作用而发生偏移。

伦琴和世界上第一张X光照片

伦琴发现X射线的消息公布后,几乎所有的欧洲实验室都立即用X射线管来进行试验和拍照。

几个星期之后,X射线已开始被医学家利用。医生应用X射线准确地显示了人体的骨骼,这是物理学的新发现在医学中最迅速的应用。

为纪念伦琴对物理学的贡献,后人也称X射线为伦琴射线,并以伦琴的名字作为X射线等的照射量单位。1901年,伦琴因发现X射线获得了首个诺贝尔物理学奖。

前世

球管的发明

在Walter教授的大力帮助下,德国人C.H.F.Muller于1896年2月初,发明了世界上第一个具有实际使用意义的X线球管,这是一只非常简单并且没有明确焦点对焦的球管。

世界上第一个没有焦点的X线球管

灯丝通电后,X线在整个底部发射,由于这个原因,接收到的图像非常模糊。同一年,C.H.F.Muller为Walter教授和Voller教授发明出第一个具有焦点的X线球管。这种球管通过阴极置一个凹镜把X线汇聚于一点,这个具有里程碑的发明大大地增加了照片的清晰度和缩短了曝光时间。

第一个具有明确焦点的球馆

这只改进后的球管,X线从一块被放置成和阴极斜对称的特制的铂金片上放射出来,阴极如同凸镜形状。当管子两端通上电流后,阴极发射出电子流撞击铂金片,即今天我们常说的阳极,于是便产生X线。这种形状结构的球管由于有了一个重要的小焦点,因此具有比以前更加清晰的图像。

历史上的经典球管:

1901年,这种球管阳极靶采用白金制作,与阴极发出的电子流呈45度角对称。

1907年,这是一个具有自动再发生功能的球管,阴极得到了加强。

这是一个具有旋转阳极的球管

具有一个水冷系统的球管

具有一个水自动蒸发装置的球管,这是放射治疗中最后也是效果最大的一种离子球管

早期的球管由于玻璃管内总是有残留气体,在通电加热时,X线球管难以启动,且由于真空度不高导致球管工作短,寿命不长。19世纪初,美国通用电子研究所的物理学家威廉·柯立兹设计发明了真空球管,利用灯丝通电发出电子流而产生X线,真空球管比以前的球管更加精确、稳定和牢固,能得到更好的图象效果。

威廉·柯立兹

经过长期的实践试验后,1913年,他的球管被引入医学领域,并应用于临床。目前,放射医学所用的X线球管基本都是在威廉·柯立兹所设计的球管的基础上改进的。

今生

CT球管发展现状

科学技术的进步促进了现代医疗的发展,CT作为广泛应用于临床检查的影像诊断设备,已由过去的常规摄影到现在的脑部扫描、心血管造影,经历了从单层到螺旋多层的发展。

球管作为X线源,其重要性可想而知,多层螺旋CT连续不间断扫描,X线剂量大,因而要求CT球管有更高的热容量。热容量的提高要求球管材料,旋转阳极的结构不断的改进和提高。小(微)焦点、大容量、高频高压及其稳定性、高速旋转阳极(噪声小)、灯丝发射一致性等成为球管的发展方向。

目前多层螺旋CT球管的标准配置已达到6-7MHU,并且由于材料及工艺的改进散热率己接近1MHU/min。

近年来发明了用液体金属作为润滑剂的螺旋沟纹中空阳极柄,有效的延长了球管的寿命,并可保证连续扫描试图像质量稳定清晰。也有厂家尝试将多球管及飞焦点技术应用到CT机上……

今生

国际市场

西门子医疗

西门子宣布造出利用Straton高能层子技术制造出号称“无热容量”的电子束控球管。电子束控金属球管与传统的X线管不同,阳极和阴极一起固定在旋转轴上,直接浸泡在绝缘油中,球管工作时,不再是阳极旋转,而是在马达的带动下整个球管在旋转,由于阳极的背面直接靠在管壁上故极易散热,冷却油通过进出循环直接将热量带走。偏转线圈的作用是使电子束达到阳极适当的位置,轰击靶面而产生X线。在偏转线圈上加上信号,即可以达到改变焦点位置的作用,以得到飞焦点的目的。

Straton电子束控球管

Straton电子束控球管是首个可支持每转0.37秒机架旋转速度的X射线球管,即使在心率较高时也能清晰地显示心脏最细微的组织,且不会产生运动伪影。西门子将其应用于世界第一台基于快速40成像技术(Speed40)64层的SomatomSensation 64 CT机上,该CT系统旋转一周仅需0.37秒时间,曾创造了CT速度的新记录。

GE

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。

飞利浦

飞利浦在2001年收购了X射线和CT部件公司Dunlee,并在2017年6月,关闭了位于其位于伊利诺斯州奥罗拉的发电机,管件和组件(GTC)工厂,将业务转移到飞利浦在德国汉堡现有的工厂,主要为X光产品OEM市场提供服务。

2018年2月20日,飞利浦正式宣布将其在伊利诺伊州奥罗拉的制造工厂出售给美国医疗设备和医疗服务解决方案公司Chronos Imaging,其主要业务包括第三方计算机断层扫描(CT)替代管和相关资产。作为交易的一部分,Chronos影像公司将继续为飞利浦生产第三方CT替代管,并将继续通过Dunlee品牌进行销售。

瓦里安

瓦里安于2016年5月宣布剥离其影像组件业务,新公司命名为Varex,主要制造X射线管,平板探测器和高压连接器等成像元件以及成像软件和专用加速器。Varex还延长了与东芝医疗系统公司的多年合作关系,重新制定了CT球管三年定价协议,预计CT球管销售额将在3.45亿美元至3.85亿美元之间。

今生

国内市场

相比较而言,国内影像设备虽然在近十年来发展迅速,特别是CT制造厂商已从五年前只有“东软”一家,到现在井喷式发展近十家以上,但因为国内没有能够制造CT用球管的企业,国内CT制造商大多选择如瓦里安、当立等极少数几个生产替代球管的企业的产品,很多情况下球管的价格和质量受制于人,如何解决CT核心部件国产化及关键技术突破成为迫切需要攻克的难题。

虽然屡屡有雄心的民营企业挑战该领域,但结果都不尽如人意:1998年,杭州电子管首次试水失败后,杭州英赛特、广州艾珂斯相继进入球管国产化的研究道路,但结果同样不甚理想。2005年,民营企业珠海瑞能(RCAN)又一次扛起CT球管国产化大旗,潜心整合国内CT球管资源,专注于CT球管国产化自主研发制造。

十二五”期间,国家层面开始陆续关注到CT核心部件的研发扶持,中电集团十二所和昆山国力分别先后通过承担国家十二五“重大科技专项”和“工业强基工程”项目的机会跨界进入CT球管研发领域;进入“十三五”后,国家层面再次加码了对核心部件的研发扶持力度,特别是《中国制造2025》更是把CT球管作为高性能医疗器械中的核心部件放在发展的首要位置,在如此重大利好政策鼓舞下,上海联影、东软医疗、明峰医疗等CT整机制造商也谋机而动, CT球管国产化在中国呈现了前所未有的热度。

目前,珠海瑞能医疗是国内首家也是目前独家实现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。珠海瑞能用了十年时间完成了国外五十年的发展历程,结束了我国无国产CT球管的历史,并实现出口南美和北欧。

视频:中国CT球管"炼成"记!

珠海瑞能发展史

2005年 珠海瑞能真空电子有限公司成立

2006年 首家提出”拯救维修增寿增值”方案,独创球管研发模式

2013年 国内首家完成3.5M金属陶瓷管和4.0M玻璃CT管注册,创造中国CT球管历史性突破

2014年 首次出口南美和北欧

2015年 首家列入国家火炬计划;通过国家科技成果鉴定

引入首轮战略投资者

2016年 瑞能CT球管首次上市发布,标志中国品牌CT球管向垄断寡头宣战,开启中国高端CT球管时代!建立新的研发中心及制造产业化基地

2017年 瑞能与VAREX、DUNLEE共同亮相北美放射学会(RSNA)的国际舞台

编者按:纵观国际CT市场,70年来一直是GPSC几家寡头垄断,走的是自主研发、差异化竞合发展之路;而我国CT市场发展伊始即呈井喷式,走的是仿创集成、同质化竞争发展之路。然而,CT核心部件的关键技术才是最大“命门”,核心技术受制于人是最大的隐患。一个国产CT整机企业即便规模再大、市值再高,如果核心元器件严重依赖外国,供应链的“命门”掌握在别人手里,那就好比在别人的墙基上砌房子,再大再漂亮也可能经不起风雨,甚至会不堪一击。中国要成为CT制造大国,要走的路还很长~

中国CT球管是怎么"炼成"的!(视频)

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