科技進步加速醫療發展,CT(Computed Tomography)即計算機X線斷層攝影機,掃描時間短,圖像清晰,應用于多種疾病的檢查,是臨床檢查常用的醫學影像檢查技術。疫情期間,鑒于CT檢查及時準確、快捷方便、清晰成像的特點,胸部CT檢查成為篩查、診療利器。
CT機由X線體層掃描裝置和計算機系統構成,前者主要由產生X線束的發生器和球管,以及接收和檢測X線的探測器組成;后者主要包括數據采集系統、中央處理系統、磁帶機、操作臺等。CT用X線束對檢查部位一定厚度的層面進行掃描,由探測器接受透過的X線,轉變為可見光后,經光電轉換器變為電信號,再經模擬/數字轉換器轉為數字信號,輸入到計算機中進行數據處理圖像重建,構成CT圖像。
CT球管作為CT設備的核心部件之一,屬于高值耗材,具有較高的技術壁壘,其性能好壞直接影響到CT檢查的檢查效果、使用壽命。CT球管技術難度高,涉及多個科學領域,工藝復雜,制作成本高昂。在復雜的CT設備中,CT球管隨著曝光次數的增加,更易損傷、發生故障。伴隨著科技的發展、臨床需求的多樣化,CT設備的研發不斷更迭,螺旋CT、寬錐CT、雙源CT、雙能量CT等等,這也對CT球管提出了更高水平的要求。一方面球管性能需滿足CT成像的高速、高功率、高清晰度和低劑量的要求,另一方面要求球管的壽命要更長、成本要更低。
CT球管實際上是一個高度真空的陰極射線二極管,可以產生X射線。陰極是發射電子的燈絲,陽極是接受電子轟擊的靶材。由12V電流供于陰極燈絲加熱,并產生自由電子云集,這時向陰陽兩極加40-150KV高壓電時,電勢差陡然增大,在高壓強電場驅動下,處于活躍狀態的自由電子束,由陰極高速撞擊陽極鉬基鎢靶,并發生能量轉換,約1%的電能形成了X線,由窗口發射;99%則轉換為熱能,由散熱系統散發。
這就意味著CT球管需要具有較高的熱容量,一般,熱容量越高,能承載的熱量越多,可連續曝光使用的時間越長,相應的球管的使用壽命越長。熱容量的提高對于球管材料、陽極旋轉結構等的要求也就越高。陽極靶材的散熱率也要高,高散熱率可以有效延長掃描時間,但是隨著陽極轉速越來越高,越來越接近物理極限,繼續提高轉速難度很大;另一方面,轉速提高,意味著電子束在某一點停留的時間越短,靶盤承受的熱量也就是功率越大,但是軸承部分面臨更大挑戰,產生的熱量更高,磨損加劇,而且還會增加噪音。
CT檢查具有輻射性,不同部位輻射量不一樣。照射劑量、時間、距離影響輻射量。被檢查者與CT設備的距離無法調整,但是可以減少CT檢查時射線照射的劑量和時間。CT掃描速度越快,接觸輻射的時間越短;使用射線劑量越低,輻射越少。
早前,國內CT市場被飛利浦、西門子、GE等國外品牌壟斷。珠海瑞能醫療首次實現CT球管國產化,實現“中國造”的歷史性突破。國家政策加碼,國產企業紛紛發力,中電科十二所、上海聯影、昆山醫源等新銳企業各有所長,漸漸打開了國產CT球管的新局面。
國內外企業多元化競爭,加速了CT球管的多點研發,成果顯著。電子束控球管,加入了電子束過濾技術,能夠有效地過濾掉對CT成像不起作用的低能量電子束,降低射線的輻射劑量;液體軸承球管,以液態金屬為主的液態軸承取代以鋼珠為核心的軸承,零磨損、零震動,且能提供高散熱率;將陽極抽冷技術添加到CT球管中,使得陽極冷卻率和產熱率幾乎相等,球管可以及時冷卻;金屬陶瓷CT球管,增加了球管的外殼強度,提升了球管真空度……新興技術如雨后春筍般涌現,為CT球管的研發帶來了新鮮血液,注入新動力。
我國分級診療制度落地實施,基層醫療市場對CT的需求增大,CT球管需求隨之加大;且CT球管需要根據使用情況定期更換,價格高昂,屬于高值耗材,市場廣闊。目前國內市場依賴進口,國產化程度亟待提高,CT球管大有可為。
參考資料:
CT球管基礎知識
陳漢英,王偉,劉經科,等.CT設備球管選擇淺析[J].中國新醫藥,2004, 3(8):2.
劉俊松,呂文昌.CT(X線)球管的原理、使用和養護[J].中國醫療器械信息,2005, 11(5):3.