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CT球管和X光管生产的前世今生!

2020-10-10

作为CT球管设备的信号源,球管是CT设备中值钱的中心部件之一,它的性能直接影响了CT的图像质量及运用寿命。自1896年,德国C.H.F.Muller创造了世界上第一个个具有实践运用意义的X线球管后,人们关于球管技术上的改良就从未中止……


前奏


X射线的发现


探求球管的开展历史,还得从伦琴发现X射线说起:1895年,德国人伦琴在实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


这一偶尔发现使伦琴感到兴奋,他把其它的研讨工作放置下来,聚精会神地研讨X射线的性质。经过几周的慌张工作,他发现了下例事实:


(1)X光管生产除了能惹起氰亚铂酸钡发荧光外,还能惹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射线沿直线运转,与带电粒子不同,X射线不会因磁场的作用而发作偏移。



伦琴和世界上第一张X光照片


伦琴发现X射线的音讯发布后,简直一切的欧洲实验室都立刻用X射线管来停止实验和拍照。


几个星期之后,X射线管组件已开端被医学家应用。医生应用X射线精确地显现了人体的骨骼,这是物理学的新发如今医学中疾速的应用。


为留念伦琴对物理学的奉献,后人也称X射线为伦琴射线,并以伦琴的名字作为X射线等的映照量单位。1901年,伦琴因发现X射线取得了首个诺贝尔物理学奖。


前世


球管的创造


在Walter教授的鼎力协助下,德国人C.H.F.Muller于1896年2月初,创造了世界上第一个具有实践运用意义的X线球管,这是一只十分简单并且没有明白焦点对焦的球管。



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,由于这个缘由,接纳到的图像十分含糊。同一年,C.H.F.Muller为Walter教授和Voller教授创造出第一个具有焦点的X光管生产。这种球管经过阴极置一个凹镜把X线会聚于一点,这个具有里程碑的创造大大地增加了照片的明晰度和缩短了曝光时间。



第一个具有明白焦点的球馆


这只改良后的球管,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,阴极好像凸镜外形。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。这种外形构造的球管由于有了一个重要的小焦点,因而具有比以前愈加明晰的图像。


历史上的经典球管:



1901年,这种球管阳极靶采用白金制造,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作功用的球管,阴极得到了增强。



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安装的球管,这是放射治疗中后也是效果大的一种离子球管


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,且由于真空度不高招致球管工作短,寿命不长。19世纪初,美国通用电子研讨所的物理学家威廉·柯立兹设计创造了真空球管,应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愈加准确、稳定和结实,能得到更好的图象效果。



威廉·柯立兹


经过长期的理论实验后,1913年,他的球管被引入医学范畴,并应用于临床。目前,放射医学所用的X线球管根本都是在威廉·柯立兹所设计的球管的根底上改良的。


今生


CT球管开展现状


科学技术的进步促进了现代医疗的开展,CT作为普遍应用于临床检查的影像诊断设备,已由过去的常规摄影到如今的脑部扫描、心血管造影,阅历了从单层到螺旋多层的开展。

球管作为X线源,其重要性不可思议,多层螺旋CT连续不连续扫描,X线剂量大,因此请求CT球管有更高的热容量。热容量的进步请求球管资料,旋转阳极的构造不时的改良和进步。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)、灯丝发射分歧性等成为球管的开展方向。


目前多层螺旋CT球管的规范配置已到达6-7MHU,并且由于资料及工艺的改良散热率己接近1MHU/min。

近年来创造了用液体金属作为光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明晰。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


西门子宣布造出应用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,阳极和阴极一同固定在旋转轴上,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,由于阳极的反面直接靠在管壁上故极易散热,冷却油经过进出循环直接将热量带走。偏转线圈的作用是使电子束到达阳极恰当的位置,轰击靶面而产生X线。在偏转线圈上加上信号,即能够到达改动焦点位置的作用,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,即便在心率较高时也能明晰地显现心脏细微的组织,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,曾发明了CT速度的新记载。


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。液体轴承球管在完成快速转速,提供高质量图像的同时,不只降低旋转时的噪音,更重要地是延长了球管的运用寿命。


飞利浦


飞利浦在2001年收买了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市场提供效劳。


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卖给美国医疗设备和医疗效劳处理计划公司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。作为买卖的一局部,Chronos影像公司将继续为飞利浦消费第三方CT替代管,并将继续经过Dunlee品牌停止销售。


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,平板探测器和高压衔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协作关系,重新制定了CT球管三年定价协议,估计CT球管销售额将在3.45亿美圆至3.85亿美圆之间。


今生

国内市场

相比拟而言,国内影像设备固然在近十年来开展疾速,特别是CT制造厂商已从五年前只要“东软”一家,到如今井喷式开展近十家以上,但由于国内没有可以制造CT用球管的企业,国内CT制造商大多选择如瓦里安、当立等极少数几个消费替代球管的企业的产品,很多状况下球管的价钱和质量受制于人,如何处理CT中心部件国产化及关键技术打破成为迫切需求攻克的难题。


固然屡屡有雄心的民营企业应战该范畴,但结果都不尽如人意:1998年,杭州电子管初次试水失败后,杭州英赛特、广州艾珂斯相继进入球管国产化的研讨道路,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,国度层面开端陆续关注到CT中心部件的研发扶持,中电集团十二所和昆山国力分别先后经过承当国度十二五“严重科技专项”和“工业强基工程”项目的时机跨界进入CT球管研发范畴;进入“十三五”后,国度层面再次加码了对中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中心部件放在开展的首要位置,在如此严重利好政策鼓舞下,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很高的热度。


目前,珠海瑞能医疗是国内首家也是目前完成CT球管国产化的高新技术企业。自2013年初次完成自主学问产权的国产CT球管注册上市以来,珠海瑞能目前已完成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开展进程,完毕了我国无国产CT球管的历史,并完成出口南美和北欧。

珠海瑞能开展史


2005年 珠海瑞能真空电子有限公司成立

2006年 首家提出”解救维修增寿增值”计划,首创球管研发形式

2013年 国内首家完成3.5M金属陶瓷管和4.0M玻璃CT管注册,发明中国CT球管和X光管生产历史性打破

2014年 初次出口南美和北欧

2015年 首家列入国度火炬方案;经过国度科技成果审定

引入首轮战略投资者

2016年 瑞能CT球管初次上市发布,标志中国品牌CT球管向垄断寡头宣战,开启中国高端CT球管时期!树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年来不断是GPSC几家寡头垄断,走的是自主研发、差别化竞合开展之路;而我国CT市场开展伊始即呈井喷式,走的是仿创集成、同质化竞争开展之路。但是,CT中心部件的关键技术才是大“命门”,中心技术受制于人是大的隐患。一个国产CT整机企业即使范围再大、市值再高,假如中心元器件严重依赖外国,供给链的“命门”控制在他人手里,那就好比在他人的墙基上砌房子,再大再漂亮也可能经不起风雨,以至会摧枯拉朽。中国要成为CT制造大国,要走的路还很长~