为什么球管这么难？-器械之心

医学影像设备中的核心部件球管一直以来都很难，一直以来受国外垄断。即便球管发展已超过百年依然存在许多问题，如寿命不定、价格很贵、渠道有限，研发不易、生产困难、新品销售受阻。

那么为什么球管就这么难搞定呢？我将从几个角度为大家阐述，藉以让医务工作者、工程人员、相关专业的学生、政府监管者了解必要的情况。

一、因为球管涉及的原理多

X射线源，即球管，我们知道其是高速电子撞击大原子而产生的轫致辐射，并利用其中的有效X射线来穿透人体。但，这种撞击机理的持续探究、有效控制、高效利用一直在进行，涉及到大大小小几十种基础理论、原理定律，需要雄厚的理论功底。

也许你会大吃一惊，真有这么炫酷么？是的。感兴趣的同志不妨阅读清华大学刚出版的«现代诊断X射线源：技术、制造、可靠性»(Modern Diagnostic X-Ray Sources: Technology, Manufacturing, Reliability，作者Rolf Behling(罗尔夫·贝林)，飞利浦球管专家)，其详细说明了涉及到的物理、光电、力学、热力学、量子力学等理论不胜之数，公式及表格一列又一列。比如，轫致辐射机理、量子动力学、泡利原理、波尔理论。

国内球管企业若有志于攻克球管这个难关，就必须从基础理论开始，要有穷究一切的勇气，要有耐心去消化并吸收，坐得住板凳，耐得住寂寞，下决心搞定这多原理。

二、因为球管涉及的材料特殊

球管的所有组件，都是特殊的材料，没有哪一件是普通组件。

比如灯丝，要能忍受2200-2500℃高温，能高效发射电子，要能在高温下保持必要的机械强度、能忍受40G的离心力、能忍受离子轰击不坏，形状最好小一点、寿命最好长一点、高温下挥发最好小一点、离子吸附最好不影响电子发射，要满足以上种种。普通钨丝是做不到的，必须要特别设计，必须要添加特殊原料，必须要表面特别沉积特殊物质，总之一根小小的钨丝就得用心设计，好生锻造，丝毫不普通。

而阳极涉及的更多，比如靶面就有钨、钼、铑、铼，还需要焊接石墨层增加热容量，不同条件下使用靶面材料也不一样。阳极的轴承是球管的最难啃的骨头，是球管里面的卡脖子工程。

比如，滚珠轴承表面润滑需要镀铅或者银，还需要这些镀层在高温高速下最大程度下减少挥发，但是不管如何，滚珠轴承是有限寿命的；液态轴承是未来趋势，但是材料镓、铟、锡就够了吗？不，还是需要再研发，需要找更好的液态金属。

其他如管芯用的玻璃、管套用的固定保护及X线屏蔽金属、X窗挡片、陶瓷管用的陶瓷都是特别材料，需要特别制造。

三、因为球管制造工艺复杂

上面重点提及的灯丝，需要牢固焊接在灯丝罩的柱子上，需要氩弧焊。金属管芯主体与两侧的玻璃部分需要特别钎焊，液态轴承需要特别的激光刻录上人字形的纹路，让液态金属在20微米的空间下、在纹路的指引下起到零摩擦的轴承作用。

管芯在组装前需要长时间的排气，先常温排空气，再让管芯在准使用条件下阳极加温到1200℃排除吸附气体和离子，等待高温稳定排气几十小时后再掐管，并保持一定真空度，理想真空是10-7帕斯卡。

此外，由于管芯在使用时真空会下降，阳极在组装、排气、掐管时都需要在特殊环境下、特别条件下按照特殊流程严格完成，马虎一点就是残次品。比如，管芯组件要防尘、防油污、保持绝对清洁，一个手指印就足以毁掉一个球管。

对于医疗行业来说，高精度和高稳定性就是门槛，哪怕相差一丝一毫都不行，毕竟差以毫厘谬以千里。

四、因为球管使用条件恶劣

通常球管的功率为20-100kW，以100kW为例球管，其有效功率仅为万分之一，约10W，即仅百分之一的能量转化为X射线、仅约百分之一的X射线能被有效探测到，100kW中的99.99%都变成了热量。相当于球管是在自身产生巨大热量的“热炉”内工作，对球管的任何组件都百害而无一益的，所以战胜高温、排出热量是球管的重点。

再者，球管阳极转速一般在每分钟3000-12000转，高速旋转的管组件一起还在机架内以每秒3-4圈旋转，这意味着不仅阳子转子自身的离心力很强大，还要承受约40倍重力加速度(0.25s/r时)，一点点瑕疵就会立即可以毁掉球管。

此外，中国国内X光设备都是满负荷运行，病人一个接一个，机器得不到休整和喘息，外部工作环境也对机器很不友好，以上种种，导致球管使用寿命很短，某些医院的CT一年甚至需要更换数只球管。

五、因为球管研发和制造难

球管是典型的卡脖子工程，要攻克这个难关，必须多学科并举、多资金投入，长时间持续不断投入，最好研、产、学、用一起。

研发需要特殊的材料、特殊的工艺、特殊的设备、特殊的人才，这些都特别耗钱。我们需要优待人才，这个是我国之前有所忽视的。以玻璃管芯球管为例，需要的可不是简单的玻璃吹制工匠。

以上种种的核心其实就是人才，材料工艺更是缺发人才。没有人才，一切都是浮云。

六、因为球管量产难

因为历史及发展原因，各个时期、各个厂家、各种机型都研发有不同的球管，所以目前为止全球生产球管的就寥寥几家，部分还只是给自己用，从来不外卖。以CT球管为例，能OEM的有当立、万睿视、佳能等企业。

因为，一个品类从立项到成品的环节多、耗费资金大，重新设计部件，重新寻找原材料、重新加工、重新设计添加剂、重新设计工艺，重新开模、重新组建队伍、重新市场布局（如果外卖的话）。再加上，球管不像手机或家电等消费类电子，产量毕竟有限，制造经验和始终如一的工艺就显得更加难得。

此外，由于球管型号多，导致单个型号数量非常有限，比如任何型号CT的球管年需求量也几百、最多上千只，新加入企业即使成功量产了部分型号CT球管，其经济效益也不会好，如果没有强大且持续的资金支持，很容易陷入绝望。

七、因为市场监管难

现阶段，球管被市场监督部门查封的情况时有发生多，尽管国家鼓励解决卡脖子工程，但市场监管多、市场流程长，推广新品很有难度，特别是国产大容量球管更是举步维艰，加上不同监督者对法规条例的理解不一致，导致球管在市场端更加困难。

其实可以有解决方法，就是从有利于使用者、有利于节省国家医保资金的角度，参考美国FDA，由医院等使用部门决定是使用原厂球管还是兼容球管；并适当放开监管，逐步放开兼容性或者第三方小型、普通型的球管在医疗设备上的应用，比如低端CT球管、普通DSA用球管、普通DR球管、乳腺机X球管、牙科、骨密度用、中小C用组合球管的使用，鼓励和引导球管的标准化，为球管松绑，才能更好解决球管这个卡脖子工程。

八、因为替代难

如今，国家大力提倡解决卡脖子工程，行业前景也吸引资本看好并下场参与，国内也涌现昆山医源、无锡麦墨、科罗诺司、苏州思柯拉特、广东科纳森、北京智束、珠海瑞能、北京电科睿视等球管生产商。

从研发到量产，X光管、小容量CT球管的替代球管都严格按照国际标准，产品材料、工艺基本均引进国际一流生产线，中低端成品基本可以替代原厂球管。

比如，昆山医源表现比较突出的2150替代管也在100多个医院运行，总体比较放心。比如智束、思柯拉特、科纳森在很多医院用于替代西门子422球管，总体表现也比较稳定。

不过，更难的是大容量CT球管和栅控DSA球管，其技术更难、价格更贵，生产成本更高，售后占用资金比例更大，目前在我国仍属空白。以CT为例，我国CT总保有量约6万台，按照平均三年更换一只球管，每支球管平均50万元计算，合计球管年销售预计100亿人民币。

鼓励强强联合

战略上，球管就是一个“灯泡”，我们要藐视；战术上，球管的确是一个复杂点的X光灯泡，但我们要非常重视。在球管厂商建立初期，从球管替代业务切入是很聪明也很务实的选择，因为只需相对较少的投入便可切入这个赛道，可谓投资少、风险低、市场前景稳定。但，只做替代球管没有未来，球管制造商必须要打入OEM市场，不过这要承担市场不确定性带来的风险，没有一定经验和实力的球管厂商很难承担这一切。我们要鼓励有实力的球管制造商勇于进入OEM市场，也鼓励整机厂商和球管制造商深入合作、共同发展，这才是有效的、快速的、可持续的发展道路。。。