苏州医疗器械展Medtec China 近日一直在转载分享关注CT球管的只是要点，因此本文承接之前的文章，CT球管作为CT设备的核心部件之一，属于高值耗材，具有较高的技术壁垒，其性能好坏直接影响到CT检查的检查效果、使用寿命。CT球管技术难度高，涉及多个科学领域，工艺复杂，制作成本高昂。在复杂的CT设备中，CT球管随着曝光次数的增加，更易损伤、发生故障。伴随着科技的发展、临床需求的多样化，CT设备的研发不断更迭，螺旋CT、宽锥CT、双源CT、双能量CT等等，这也对CT球管提出了更高水平的要求。一方面球管性能需满足CT成像的高速、高功率、高清晰度和低剂量的要求，另一方面要求球管的寿命要更长、成本要更低。

CT球管实际上是一个高度真空的阴极射线二极管，可以产生X射线。阴极是发射电子的灯丝，阳极是接受电子轰击的靶材。由12V电流供于阴极灯丝加热，并产生自由电子云集，这时向阴阳两极加40-150KV高压电时，电势差陡然增大，在高压强电场驱动下，处于活跃状态的自由电子束，由阴极高速撞击阳极钼基钨靶，并发生能量转换，约1%的电能形成了X线，由窗口发射;99%则转换为热能，由散热系统散发。 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。

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。

苏州医疗器械展Medtec China中亮相的医用部件包括：针类麻醉针管、美容针&牙科冲洗等管类、多股导丝、栓塞弹簧圈、心脏瓣架、镍钛记忆合金医用管材、穿刺针针管&针芯、心脏管&海波管、超声刀内外套管、激光雕花针管、贵金属材料（铂钨线、铂铱线）、不锈钢编织丝、镍钛双向驱动丝、电缆或钢丝绳、氧化锆、超声刀弹簧等。 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。

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球管的技术

01

金属陶瓷管

从上篇可知，限制球管负荷能力的因素之一是灯丝的最高”安全”温度，该温度不仅与灯丝的熔点有关，也与钨丝的蒸发程度有关。 因此，为防止灯丝在高温下的氧化升华，管芯要求抽真空，但玻璃管材料的密封性能有限，钨丝蒸发不仅能使灯丝变细，影响管电流；更会导致管芯玻璃壳内表面上形成薄薄的钨层。高速电子流再次轰击阳极时，薄钨层容易导致管芯打火而导致玻璃管的真空度下降，继而可能损坏管芯。

金属陶瓷球管是用金属外壳代替玻璃外壳，一来，加大外壳强度；二来，金属的真空密封性能更好，打个比方，类似于玻璃内胆热水瓶和金属内胆保温瓶的保温效果差异。金属壳接地可以捕获杂散电子，能有效避免打火及裂纹产生。同时，用陶瓷作电极支座，可以提高绝缘性能。因此，金属管不仅有更长的寿命，还可将灯丝加热到较高温度，以提高球管的负荷。

02

液态金属轴承

从上篇我们知道，传统的CT球管的阳极基本上都是机械滚珠轴承的，负责支撑转子以及传导阳极靶热，如下图。为提高阳极靶的散热率，阳极转速越来越快。但有两个问题：
1）一万转的滚珠轴承，已接近物理极限，很难再提高；
2）转速越快，轴承部分产生的热量越来越高，噪音也跟着增加，轴承的磨损也随之加剧。因此，很多球管故障并不是灯丝断了，而是阳极卡死，或者转速不达标，导致无法曝光。

怎么办呢？

液态金属轴承出现了！

液态金属，一般指的是常温下是液体的低熔点合金。大家第一个想到液态金属肯定是水银，但是水银毒性太强，不能用。因此，液态金属一般是镓、铟或锡的合金。

液态金属轴承是在转子和轴承之间缝隙填充液态金属，取代钢珠，从滚动轴承变成滑动轴承。两个特点导致其秒杀滚珠轴承：
1）高散热率。液态金属的导热率可达100W/m·K级别，很好，但这不是最重要的。与机械轴承通过仅仅滚珠支撑转子和轴承不同，液态金属能够紧密地填充转子和轴承之间缝隙，增加热传导面积，实现360度全方位散热，热传导率可达滚轴轴承的1000倍。
2）零磨损零震动。阳极转动时，由于没有金属表面的接触，噪音、摩擦、振动及热量都比传动的滚珠轴承少很多。液态金属滑动轴承几乎无摩擦式工作，理论上，液态金属轴承的寿命应该是无限长的；实际上，液态金属轴承的使用寿命也可达到滚珠轴承的数倍。

犀利点评：液态金属轴承应该算这些年最最最非常牛X的球管技术了，可以说是革命性的。

为了写此文，专门查了相关专利，西门子和飞利浦最早使用了该技术，西门子应该更早一些，1996年就申请了专利，然后2001年的飞利浦，2011的GE。我国优秀的影像设备厂家联影和CT球管生产商珠海锐能也申请了相关专利。液态金属轴承技术的普及会大大提高球管的平均寿命。

为什么说是平均寿命呢？

举个众所周知的栗子，某品牌(不说坏话)的机械承轴球管寿命很少超过40万秒，有时20万秒就熄火了，运气差一年两三个是正常的。而该品牌的液态金属轴承球管，寿命能达到60-80万秒，运气好能上100万秒。据了解，确实发生100万+的情况。

100万秒对该公司的球管来说，应该很好了，反正我是惊呆了，必须点赞。(客观的说，无论从临床使用还是工程师角度，该品牌CT都是不错的，唯独球管是其阿喀琉斯之踵）

但是，对飞利浦的液态金属轴承球管来说，100万秒最多刚及格。以经典的飞利浦MRC800为例，该球管的寿命通常在200万秒左右，300、400万并不是梦！

目前国内外企业多元化竞争，加速了CT球管的多点研发，成果显著。电子束控球管，加入了电子束过滤技术，能够有效地过滤掉对CT成像不起作用的低能量电子束，降低射线的辐射剂量;液体轴承球管，以液态金属为主的液态轴承取代以钢珠为核心的轴承，零磨损、零震动，且能提供高散热率;将阳极抽冷技术添加到CT球管中，使得阳极冷却率和产热率几乎相等，球管可以及时冷却;金属陶瓷CT球管，增加了球管的外壳强度，提升了球管真空度……新兴技术如雨后春笋般涌现，为CT球管的研发带来了新鲜血液，注入新动力。

我国分级诊疗制度落地实施，基层医疗市场对CT的需求增大，CT球管需求随之加大;且CT球管需要根据使用情况定期更换，价格高昂，属于高值耗材，市场广阔。目前国内市场依赖进口，国产化程度亟待提高，CT球管大有可为。

来源：医工研习社