CT機X射線管用旋轉陽極靶材市場研究與預測

高麗娜

（西安外事學院 工學院，陜西 西安 710077）

CT（Computerized Tomography）——計算機斷層成像，是一種在不破壞物體結構的前提下，根據物體周邊所獲取的某種物理量（如波速、X線光強、電子束強等）的投影數據，運用一定的數學方法，通過計算機處理，重建物體特定層面上的二維圖像以及依據一系列上述二維圖像構成三維圖像的技術[1]。CT最引人注目的應用是在醫學診斷領域，其理論研究及設備制造技術在相當程度上與醫學科學有關。從1971年Hounsfielld發明頭顱CT至今，CT技術進展神速，不斷更新換代，至今已開發出第五代產品，第一、二代產品已被淘汰，CT技術如今已推廣到世界各國，成為不可缺少的常規診斷的主要手段之一。

X射線管是CT機的關鍵核心器件之一，同時是CT機需要定期更換的易損件，據報道1只X線管的平均壽命是曝光4萬次，如果是滿負載運行，最多只能使用1年[2]。據資料統計50%以上的X射線管的損壞是由于陽極靶的失效引起的[3]。目前國內現有服役的CT機其易損件的更換幾乎都是進口的，由于國外不單獨更換靶材，所以由陽極靶材的失效而引起的X射線管的失效，最終只能更換整個X線管，而更換一只X射線管需要幾十萬元人民幣。因此，占有CT機X射線管用旋轉陽極的市場份額具有巨大經濟效益。目前，我國的CT機X射線管用旋轉陽極靶材仍是個薄弱環節，為此開發CT機用旋轉陽極靶材具備廣闊的市場前景。以此為導向開展技術調研作出此產品的市場研究和預測報告具有十分重要的現實意義。

1 工作原理及其失效分析

CT機性能的好壞，很大程度上取決于X射線管的質量，陽極靶是X射線管至關重要的部件，它直接影響X射線發射強度及管子的使用壽命。下面就CT機X射線管用旋轉陽極靶材的工作原理及其失效形式進行簡單的介紹。

1.1 X射線管的組成及其結構

圖1為旋轉陽極式X射線管結構簡圖。如圖1所示，X線管主要由陽極、陰極和真空管殼等部分組成。陰極由燈絲和圍繞燈絲的集射罩所組成，起著發射電子和聚焦電子的作用；陽極由承受從陰極發射的電子沖擊的靶材（陽極靶）和導熱系數高的空心銅轉子構成；管殼是用來支撐陰陽兩極和保持真空度的硬質玻璃作成。

圖1 旋轉陽極式X射線管結構簡圖Fig.1 Structure diagram of X-ray tube with rotary anode targe

1.2 陽極靶材工作原理

CT機中X線管陽極靶材質量的好壞、能否長期穩定地工作是影響CT機壽命的關鍵因素之一，也是高質量X線管國產化的主要難點。X線管工作時，陽極靶受高能電子束的轟擊而發射X射線。但是，能量的轉換率非常低，大概只有2%左右，約98%以上的能量轉變為熱能，而且熱量主要集中在陽極上。這個熱量分布在轉動著的具有一定傾斜角度的靶面上，形成一個圓環狀的受熱面積。陽極靶在真空環境中，交變熱負荷的使用條件下，散熱主要依靠熱輻射。熱輻射的效率是比較低的，在連續負載時，整個靶體溫度可以升得很高。據報道X線管工作時的環境溫度在1 300℃以上，其局部溫度可高達2 600℃。因此，CT機旋轉陽極靶材一般采用熔點高、原子序數高、蒸汽壓低的金屬鎢作為靶面材料[4]，同時，陽極靶材采用旋轉式。與固定陽極靶相比，旋轉靶能承受更高的熱負荷。當電子束轟擊時，通過高速旋轉靶盤，靶的表面作為焦點區域的部分總是處于冷卻狀態，并且通過旋轉也可以更快速地散發熱量而冷卻。

1.3 陽極靶材的失效形式

但是，由于X射線管是間斷式工作，時冷時熱，靶面材料容易產生龜裂，而鎢具有切口敏感效應，容易導致裂紋的擴展、加深，從基體上剝離，損壞X射線管。此外，裂紋擴展加深后，會使基體材料暴露在電子束轟擊下而產生不需要的波長的X射線，混雜在所需波長的X射線之中。因此，對于必須使用某一特定波長的X射線情況來說，必須進行過濾，從而降低了X射線管的效率。正常使用情況下，陽極靶材曝射萬次后X射線輸出要下降50%以上，并且還會發生焦點擴大和散焦，使成像質量下降，導致CT機性能惡化而無法正常使用。另外CT機在使用中還有一些偶然損壞事件，如管子靶面撕脫，工作面非正常灼傷等必須立即更換。目前CT機普遍使用的玻殼管，在更換燈絲和靶面后可重新使用，可以在很大程度上降低更換X射線管的成本。

2 CT機的巨大市場需求

2.1 CT機維修市場

據2011年10月15日，由中國醫學裝備協會、北京華通人商用信息公司共同在北京發布的 《中國CT市場發展分析報告》顯示，2001年底我國縣及縣以上醫院配置的CT數量達到了4 760臺，2008年底達到了9 109臺，2009年為10 101臺，截止到2010年CT機的保有量達到11242臺[5]。根據我國CT機的市場保有量，每只X射線管正常使用一年更換一次，按照50%的幾率來計算，每年的需維修、更換的旋轉陽極靶材需求量為5 621只。由此可見旋轉陽極靶材的維修更換量是一個巨大的市場，而且隨著CT機保有量的逐年增長，這一數據將會隨之增長。

2.2 CT機出口市場

1997年10月，中國第一臺可以投入臨床應用的全身CT機在中國醫療器械博覽會上展出、正式問世，當即引起國內外醫療市場的轟動。隨著國內CT機生產商的陸續加盟，我國已成為繼美國、德國、日本之后的世界第四大CT整機生產國和出口國。據中國醫藥保健品進出口商會統計，2009年我國CT機出口總量為1 466臺，每臺CT機至少需配置一只旋轉陽極X射線管（不含備份管），因此用于出口的旋轉陽極的年需求量超過1 466個。

2.3 巨大的潛在市場需求

我國人口基數龐大，醫院數量高居全球之首，從總體配置數量上來看，我國CT設備的配置總數量已經遠遠超過了大多數發達國家的水平，但是從人均水平來看，中國仍不能達到許多發達國家的配置水平。2006年，日本每百萬人口擁有CT機達98臺，澳大利亞為51臺，比利時為40臺。而在我國2001年每百萬人口擁有CT機僅有3.7臺，2006年增長至5.5臺，截止到2010年底達到8.6臺，雖然保持了較快的增長水平，但是與發達國家相比，擁有量仍偏低。

而且，從配置年份上分析，目前有45.6%的CT機購買于2004～2009年，37.4%的設備購買于 2000～2004年， 購買于2000年以前的設備占17%。由于CT機的使用年限為10～15年，因此，目前需要更新換代的CT機占總保有量的15%～17%。目前，我國三級醫院基本上都配備了CT機，有些三級醫院已完成CT機的更新換代；而國內僅38%的二級醫院配備了CT機；至于廣大一級醫院（尤其是鄉鎮衛生院），由于經費制約而較少配置CT機。但是，隨著國家對基層醫療衛生領域扶持力度的加大，后者有望成為近幾年醫療成像設備采購主力。因此，要達到發達國家每百萬人口的CT擁有量，我國對CT機還有很大的需求潛力。

綜上所述，2010年我國CT機市場對X射線管用旋轉陽極靶材的年需求量超過7 000只，這是一個相當大的數值，而且隨著CT機產業的進一步壯大，其數值將會在一段時間內保持穩定增長。因此只有高質量的旋轉陽極靶材實現國產化，不再依賴進口，才能從根本上解決X射線管的巨額維修、更換費用，從而降低我國民眾在體檢時支付的相當可觀的檢查費用。

3 我國CT機X射線管用陽極靶材產業現狀

靶材作為高速荷能粒子轟擊的目標材料，作為一種特殊材料在工業上有廣泛的應用。但目前的研究主要集中在半導體行業、表面工程領域以及微電子等方面，對于醫用X-射線靶材研究較少。旋轉陽極靶材作為CT機X射線管中重要的零部件主要依靠進口。目前我國CT機市場為少數幾家跨國公司所壟斷。據統計，2010年，通用醫療、西門子、飛利浦3家企業在我國CT機市場中所占份額合計達到70%[6]。目前，國內僅有少數一些廠家能夠生產純鎢旋轉靶、鎢/鉬復合靶、鎢/石墨復合靶等醫用X-射線靶材。但是其生產的鎢靶材的實際密度達不到鎢的理論密度，在受到高能電子束的轟擊時，產生X射線的效率不如進口鎢靶材高，在同樣強度的工作條件下，其壽命與國外進口靶材相比仍有一定差距。

4 開發國產CT機用旋轉陽極靶材的建議

廣泛開展具有自主知識產權的旋轉陽極靶材的研究，不僅能夠打破國外對此技術領域的壟斷，提高我國放射類醫療器械的綜合水平，同時能夠改善該領域長期受制于國外的被動局面。

4.1 充分整合現有資源，聯手開發

可整合相關研究領域研究所及高校的科研力量和國內現有的國產CT機生產企業的技術力量共同合作，進行自主研發，并通過成果孵化，最終形成高質量醫用X射線靶材的國產化。

4.2 加速引進專有技術人才

旋轉陽極X射線管工程專家中有不少華裔專家，他們擁有專業專有技術知識，對開發國產CT機X射線管旋轉陽極靶材會有促進作用。

5 結束語

隨著我國醫療改革的進一步推廣，X射線管在今后相當長一段時間內都會具有巨大的市場，旋轉陽極靶材的市場也必將更加廣闊。目前在我國，這部分市場非常薄弱，需要國家投入大量的資金以及科技力量來填補這一空白。

[1]高麗娜，陳文革.CT技術的應用發展及前景[J].CT理論與應用研究，2009，18（1）:99-109.GAO Li-na，CHEN Wen-ge.The application and prospect of CT[J].Computerized Tomography Theory and Applications，2009，18（1）:99-109.

[2]沈培宏.CT用旋轉陽極X射線管市場研究與預測 [J].光電子技術，2000，20（2）：153-155.SHEN Pei-hong.Research and forecast about the market of rotating anode X-ray tube used for CT[J].Optoelectronic Technology，2000，20（2）：153-155.

[3]彭志輝.國外X射線管用旋轉陽極靶材概況 [J].稀有金屬與硬質合金，1987（Z1）：121-124.PENG Zhi-hui.A survey of the rotating anode target of X-ray tube abroad[J].Rare Metals and Cemented Carbides，1987（Z1）：121-124.

[4]高麗娜，陳文革.W/Mo/石墨復合靶材的制備與研究[J].稀有金屬，2008，32（5）:605-609.GAO Li-na，CHEN Wen-ge.A study of tungsten/Molybdenum/Graphite Composite Target Materials[J].Rare Metals，2008，32（5）:605-609.

[5]徐錚奎.CT用途漸廣預示市場機遇[N].醫藥經濟報，2006.

[6]陳海榮.我國醫療器械市場現狀分析[J].上海生物醫學工程，2002，23（4）:64-65.CHEN Hai-rong.Status analysis on the market of medical device in China[J]. Shanghai Journal of Biomedical Engineering，2002，23（4）:64-65.