100多年以來,X射線管產生X射線的方式大同小異,影像設備大多因此“塊頭大”。直到,碳納米管冷陰極球管的出現,不需要高溫產生高能電子束,就能產生X射線,才有了像圓圈一樣的CT和小巧的移動DR。
1、傳統X射線管存在的問題
1895年倫琴發現了X射線,開創了一個充滿新機遇的世界。但從那時到現在,X射線管產生X射線的方式基本上沒有太大改變。
這些X射線管使用像老式白熾燈泡一樣的加熱燈絲在真空管內產生電子來產生 X 射線。
這些真空管通常采用熔點高、絕緣強度大、膨脹系數小的硼硅硬質玻璃制成。
陰極發射的高速電子流轟擊金屬陽極,99%的電子動能準換為熱量,1%的能量轉換為X射線。
由于釋放的大都數能量都是熱量,X射線管會變得非常熱,需要在陽極安裝一個電機使其旋轉,防止金屬靶熔化。此外,X射線管通常會采用油浴,幫助吸收熱量。
在需要實時流查看的 X 射線系統中,熱量成為一個更大的問題,例如導管室和熒光檢查單元中的血管造影成像系統DSA,或者在極短時間內創建數百張圖像的 CT 掃描儀。
球管的結構和冷卻系統需要從管道和周圍系統組件中帶走熱量,這是這些系統如此沉重的原因之一,并且通常需要工程師或建筑師參與管道供水、引入暖通空調以及在建造新房間之前查看天花板或地板負載。
2、碳納米管冷陰極球管的優勢
近年來,金屬陶瓷以其抗震性強、工作穩定、使用壽命長、重量輕等特性,替代玻璃管成為了X射線管的“新寵”,是目前CT球管的主流材質。
2002年,美國北卡羅來納大學的華裔科學家盧健平團隊,為X射線源找到了一種新的材質,碳納米管。
用碳納米管制成的“場發射陰極射線管”來發射高能電子,不需要高溫產生高能電子束,就能產生X射線。在室溫條件下,一薄層碳納米管就能產生高能電子束,一接通電源即可發射X射線,沒有金屬絲的預熱過程。
自從2002年碳納米管出現后,全球的影像廠商都開始了探索之路。Nanox像圓圈一樣的CT就是采用的碳納米管冷陰極,此外,Micro-X和銳珂的移動DR等也都是采用的碳納米管冷陰極。
用碳納米管制成的“場發射陰極射線管”來發射高能電子,存在以下優勢:
無須利用高溫產生高能電子束
壽命長,且很穩定
高電流,最大發射極電流130mA,可持續2秒
可以讓X射線成像設備體積更小,重量更輕
3、碳納米冷陰極球管代表性廠家
(一)Varex imaging
20世紀30年代,Jack McCullough和Bill Eitel 創立了Eimac Products公司,Eimac公司很快以其高品質、大功率的X射線管組件而譽滿業界。1941年,收到軍方的大批訂單后,Eimac公司將生產基地遷至美國猶他州。二戰后期,Eimac公司開始拓展新的X射線管組件種類,將包括適用于雷達應用的陰極射線管組件和微波X射線管組件納入產品線。1965年,Eimac公司與瓦里安醫療系統公司合并。
2012年,瓦里安公司設立了Varex imaging的前身——影像部件事業部(ICB),向客戶提供涵蓋X射線管組件、數字平板探測器、工業安防解決方案在內的多種產品。2016年5月,瓦里安公司宣布,其影像部件業務將被獨立分拆出來,原因是影像業務和腫瘤業務有著不同的發展路徑。
2017年1月拆分完成,Varex imaging 公司正式誕生,并在美國納斯達克上市。目前,Varex imaging 的業務主要分為醫療產品和工業產品兩大板塊,其中,醫療業務占總營收的80%,包括八大類產品:OEM X射線球管、替換X射線球管、平板探測器、醫療軟件、醫用高壓連接器、準直儀、平板探測器保護套、自動曝光控制傳感器。
2019年RSNA上,Varex imaging展出了采用納米技術的新型多射線束彎曲陣列球管。
(二)Micro-X

Micro-X是一家領先的X射線設備制造商和供應商,專注于全球醫療和安全市場。Micro-X的研究促成了電子 X 射線管的開發。
Micro-X擁有多項碳納米管冷陰極球管專利,能確保產品比傳統 X 射線設備更輕、更小、更便攜,徹底改變了 X 射線技術在全球各行業的潛在用途和應用。
Micro-X 的技術得到了一支由高技能科學家、工程師、生產技術人員和管理人員組成的團隊的支持,能確保為每一位客戶提供世界一流的解決方案。

Micro-X憑借擁有的多項碳納米管冷陰極專利開發了一種輕型移動式CT,也稱為“環形掃描器”。這種“環形CT”采用了多源X射線發射源,目標是安裝在救護車上,成像效果可與傳統CT相媲美。
(三)廣州市昊志影像科技有限公司
廣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,從事新一代碳納米管冷陰極X射線成像部件的研發與生產,開發一系列擁有完全自主知識產權的DR檢測系統、工業CT以及醫療D R和CT設備。

昊志影像官網目前有5款碳納米管冷陰極微焦點X射線源產品,工作電壓分別為90kV、110kV、130kV、150kV和165kV,實現冷啟動、脈沖發射、高速成像等功能,具備低功耗和低輻射劑量等特點,可廣泛應用于X-ray、工業CT、安檢等X影像設備中,未來還將拓展到醫療DR和醫療CT等應用領域。
(四)新鴻電子有限公司
新鴻電子源于清華大學,是一家致力于X射線技術研發及成像應用的高科技企業,2015年落戶江蘇常州金壇經濟開發區,經過數年的持續攻關和改進,新鴻電子實現了碳納米冷陰極分布式X射線源從研發、試制、小批量生產到量產,躋身世界先進X射線源技術生產商行列,新鴻電子也是目前世界上唯一一家能夠大規模生產這類X射線源的企業。

新鴻電子官網目前有6款基于納米材料場致發射技術開發的大、中、小型分布式X射線管。其中,MED1101是新鴻電子針對移動醫療診斷領域開發的小型X射線管。其最大陽極電壓為110kV,最大陽極電流為50mA。基于納米材料場致發射冷陰極技術和脈沖工作特性,相對于傳統熱陰極射線管,MED1101管可在相同峰值劑量率的情況下,大幅降低整管功耗水平。MED1101管可通過聚焦系統調整X射線焦點尺寸,能夠適應不同應用場景下移動醫療診斷系統的要求,并可根據客戶需求進行定制化設計和開發。
(五)深圳傲鐳智能科技有限公司
深圳傲鐳智能科技有限公司成立于2019年7月,在“加拿大硅谷”滑鐵盧設有研發中心,杭州傲鐳智能科技有限公司成立于2020年8月,是傲鐳科技的全資子公司,全面負責傲鐳科技的產品研發、生產、售后服務等業務。
傲鐳科技致力于提供具有原創突破性的碳納米管冷陰極CNT-X射線源產品、智能檢測設備及無損檢測解決方案。核心技術源自于公司創始人、加拿大工程院院士姚智偉教授近二十年科研成果的產業化轉化,傲鐳科技擁有相關核心技術的全部知識產權。
傲鐳科技官網目前有3款碳納米管冷陰極球管,可廣泛應用于醫療醫檢、消費電子、智能制造、安全安檢、新能源、軌道交通、電網電力、航空航天、食品安全、石油化工、材料分析、汽車工業、海洋裝備、核工業、國防工業等領域。
