医疗技术展探秘移动医学影像：核心零部件-器械之心

医学影像在医疗器械占比居首，为医疗器械行业中技术壁垒最高细分市场。根据目的不同，医学影像设备可分为诊断影像设备及治疗影像设备；诊断影像设备根据信号的不同大致可分为磁共振成像（MR）设备、 X 射线计算机断层扫描成像（CT）设备、X 射线成像（XR）设备、分子影像（MI）设备、超声（US）设备等。

100多年以来，医疗技术展Medtec China 2023了解到X射线管产生X射线的方式大同小异，影像设备大多因此“块头大”。直到，碳纳米管冷阴极球管的出现，不需要高温产生高能电子束，就能产生X射线，才有了像圆圈一样的CT和小巧的移动DR。

传统X射线管存在的问题

我们首先来了解一下X射线管的基本工作原理。这是一张X射线管的简化结构图，它由以下几个主要部分组成：

（1）高压电源：提供数十至数百千伏直流电压加速电子，并向电子枪提供低压加热电流

（2）电子枪：连接阴极（负极），通常通过加热钨丝来发射电子（热阴极），也有不通过加热的方式发射电子（冷阴极）

（3）金属靶：连接阳极（正极），一般材料是能耐高温的钨，连上导热性强的铜块（固定靶）或钼棒（转动靶，如图所示）

（4）真空管：密封玻璃管，为电子束和电子枪/金属靶维持真空环境

（5）防护套：屏蔽除底部出射窗口可以射出的X射线，并提供向外界散热和电绝缘（比如内部充满不导电的油将热量循环排出）

医学影像的革命始于X光。自115年前发现X射线起，在医学领域的应用始终是医学家探索的课题，其中医学影像的应用，更是X光大展拳脚的舞台所在。1895年伦琴发现了X射线，开创了一个充满新机遇的世界。但从那时到现在，X射线管产生X射线的方式基本上没有太大改变。

这些X射线管使用像老式白炽灯泡一样的加热灯丝在真空管内产生电子来产生 X 射线。

这些真空管通常采用熔点高、绝缘强度大、膨胀系数小的硼硅硬质玻璃制成。

阴极发射的高速电子流轰击金属阳极，99%的电子动能准换为热量，1%的能量转换为X射线。

由于释放的大都数能量都是热量，X射线管会变得非常热，需要在阳极安装一个电机使其旋转，防止金属靶熔化。此外，X射线管通常会采用油浴，帮助吸收热量。

在需要实时流查看的 X 射线系统中，热量成为一个更大的问题，例如导管室和荧光检查单元中的血管造影成像系统DSA，或者在极短时间内创建数百张图像的 CT 扫描仪。

球管的结构和冷却系统需要从管道和周围系统组件中带走热量，这是这些系统如此沉重的原因之一，并且通常需要工程师或建筑师参与管道供水、引入暖通空调以及在建造新房间之前查看天花板或地板负载。

碳纳米管冷阴极球管的优势

碳纳米管（Carbonnanotube，CNTs）是一种典型的一维纳米材料，是材料科学领域多年的研究热点之一。碳纳米管是晶形碳的一种同位素异形体，从结构上为蜂巢状的一维纳米空心管，其中C-C原子以sp2杂化构成共价键。根据碳纳米管的管壁数，可分为单壁碳纳米管（SWCNT）和多壁碳纳米管（MWCNT），而根据碳纳米管的结构特征又可分为扶手椅形、锯齿形和螺旋型三种，其中螺旋型碳纳米管具有手性，而锯齿形和扶手椅型碳纳米管没有手性。

近年来，金属陶瓷以其抗震性强、工作稳定、使用寿命长、重量轻等特性，替代玻璃管成为了X射线管的“新宠”，是目前CT球管的主流材质。

2002年，美国北卡罗来纳大学的华裔科学家卢健平团队，为X射线源找到了一种新的材质，碳纳米管。

用碳纳米管制成的“场发射阴极射线管”来发射高能电子，不需要高温产生高能电子束，就能产生X射线。在室温条件下，一薄层碳纳米管就能产生高能电子束，一接通电源即可发射X射线，没有金属丝的预热过程。

自从2002年碳纳米管出现后，全球的影像厂商都开始了探索之路。Nanox像圆圈一样的CT就是采用的碳纳米管冷阴极，此外，Micro-X和锐珂的移动DR等也都是采用的碳纳米管冷阴极。

用碳纳米管制成的“场发射阴极射线管”来发射高能电子，存在以下优势：

无须利用高温产生高能电子束
寿命长，且很稳定
高电流，最大发射极电流130mA，可持续2秒
可以让X射线成像设备体积更小，重量更轻

碳纳米冷阴极球管代表性厂家

（一）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。

2019年RSNA上，Varex imaging展出了采用纳米技术的新型多射线束弯曲阵列球管。

（二）Micro－X

Micro-X是一家领先的X射线设备制造商和供应商，专注于全球医疗和安全市场。Micro-X的研究促成了电子 X 射线管的开发。

Micro-X拥有多项碳纳米管冷阴极球管专利，能确保产品比传统 X 射线设备更轻、更小、更便携，彻底改变了 X 射线技术在全球各行业的潜在用途和应用。

Micro-X 的技术得到了一支由高技能科学家、工程师、生产技术人员和管理人员组成的团队的支持，能确保为每一位客户提供世界一流的解决方案。

Micro-X凭借拥有的多项碳纳米管冷阴极专利开发了一种轻型移动式CT，也称为“环形扫描器”。这种“环形CT”采用了多源X射线发射源，目标是安装在救护车上，成像效果可与传统CT相媲美。

医疗技术展Medtec China 2023着眼有源医疗装备，开辟Medtec高端医疗设备设计与制造服务专区，涵盖电子部件、电机&传动控制，芯片传感，连接器线束，电源电机和光学组件等展品。本届展会力邀近120家高端有源医疗装备设计制造资源供应商参展，助力国产高端医疗装备创新突破。

（三）广州市昊志影像科技有限公司

广州市昊志影像科技有限公司是昊志控股有限公司旗下子公司之一，成立于2018年2月，从事新一代碳纳米管冷阴极X射线成像部件的研发与生产，开发一系列拥有完全自主知识产权的DR检测系统、工业CT以及医疗D R和CT设备。

昊志影像官网目前有5款碳纳米管冷阴极微焦点X射线源产品，工作电压分别为90kV、110kV、130kV、150kV和165kV，实现冷启动、脉冲发射、高速成像等功能，具备低功耗和低辐射剂量等特点，可广泛应用于X-ray、工业CT、安检等X影像设备中，未来还将拓展到医疗DR和医疗CT等应用领域。

（四）新鸿电子有限公司

新鸿电子源于清华大学，是一家致力于X射线技术研发及成像应用的高科技企业，2015年落户江苏常州金坛经济开发区，经过数年的持续攻关和改进，新鸿电子实现了碳纳米冷阴极分布式X射线源从研发、试制、小批量生产到量产，跻身世界先进X射线源技术生产商行列，新鸿电子也是目前世界上唯一一家能够大规模生产这类X射线源的企业。

新鸿电子官网目前有6款基于纳米材料场致发射技术开发的大、中、小型分布式X射线管。其中，MED1101是新鸿电子针对移动医疗诊断领域开发的小型X射线管。其最大阳极电压为110kV，最大阳极电流为50mA。基于纳米材料场致发射冷阴极技术和脉冲工作特性，相对于传统热阴极射线管，MED1101管可在相同峰值剂量率的情况下，大幅降低整管功耗水平。MED1101管可通过聚焦系统调整X射线焦点尺寸，能够适应不同应用场景下移动医疗诊断系统的要求，并可根据客户需求进行定制化设计和开发。

（五）深圳傲镭智能科技有限公司

深圳傲镭智能科技有限公司成立于2019年7月，在“加拿大硅谷”滑铁卢设有研发中心，杭州傲镭智能科技有限公司成立于2020年8月，是傲镭科技的全资子公司，全面负责傲镭科技的产品研发、生产、售后服务等业务。

傲镭科技致力于提供具有原创突破性的碳纳米管冷阴极CNT-X射线源产品、智能检测设备及无损检测解决方案。核心技术源自于公司创始人、加拿大工程院院士姚智伟教授近二十年科研成果的产业化转化，傲镭科技拥有相关核心技术的全部知识产权。

文章来源：思宇MedTech