2025上海高端医疗设备展带您3分钟了解CT球管的基本结构
2024-11-11
当谈及医学影像技术的核心组件时，CT球管无疑是一个不可忽视的重要元素。作为计算机断层扫描（CT）技术的关键部件，CT球管不仅承载着产生高质量X射线的重任，更是推动医学影像诊断技术不断进步的重要力量。今天，就让2025上海高端医疗设备展用三分钟带您了解CT球管的基本结构。
01缓冲管
CT球管工作时产生X射线和热量，热量若不及时散发会影响性能和寿命。缓冲管设计用于缓冲热量引起的油体积增大，保护球管结构不受压力影响。缓冲管还连接高压电缆插座，确保球管稳定高效工作。（如图1）所示：
02阴阳极端
阴极（-）的作用
阴极是CT球管中发射电子的部分。其主要功能包括：
1. 发射电子：阴极通过热发射过程释放电子。这一过程中，阴极被加热至高温，使得金属表面的电子获得足够能量逸出。这些电子是后续产生X射线的基础。
2. 聚焦电子束：阴极还负责将发射出的电子聚焦成窄束，使电子束具有一定的形状和大小，从而确保电子束能够高效地撞击阳极靶面，产生具有焦点的X射线。
阳极（+）的作用
2025上海高端医疗设备展指出，阳极是CT球管中X射线的产生部分，同时也是承受电子撞击和散热的关键部件。其主要功能包括：
1. 产生X射线：阳极作为电子的撞击点，当高速运动的电子束撞击阳极靶面时，会发生能量转换，产生X射线。这些X射线随后被引导出管外，用于医学成像。
2. 承受高温和电子撞击：阳极通常采用高熔点的钨作为材料，这有助于其承受高温和电子撞击产生的热量。同时，阳极的设计也考虑了散热问题，如旋转阳极的使用，可以分散电子束轰击产生的热量，提高散热效率。
3. 吸收二次电子和散乱射线：阳极还能吸收由撞击产生的二次电子和散乱射线，减少不必要的辐射和干扰。
阴阳极协同作用
阴阳极的相互作用是X射线稳定和高效产生的关键。通过精确调节阴极发射的电子数量和速度，以及选择合适的阳极靶材料和设计，可以优化X射线的产生，满足医学和工业领域的不同需求。
03机臂
包含有连接给X-线发生装置供电的高压电缆的插座。
04灯丝/焦点
2025上海高端医疗设备展指出，目前，X射线管广泛采用钨作为灯丝材料，主要基于以下几个原因：首先，钨在高温条件下展现出良好的发射能力；其次，其熔点高达3370℃，确保了即使在高温环境中也不易蒸发为气体；再者，钨具备良好的延展性和抗张性，便于加工成细丝，以形成所需的形状；最后，在强电场的作用下，钨丝能够保持稳定的形态，不易发生形变。
由于阳极靶面比容量的限制，灯丝不能设计得太细。固定阳极X射线管的焦点面积小，若设计紧凑会减少X射线量。为提高X射线产量，需增加灯丝粗度，这虽会增加几何模糊度，但能增强X射线强度，缩短曝光时间，避免图像模糊。
为应对挑战，许多现代X射线管采用双焦点设计，即同一阴极上配置两根不同粗细的灯丝，分别产生大焦点和小焦点，这种设计称为双焦点X射线管。该X射线管的灯丝通常有三根引线，一根公用，其余两根分别连接大、小焦点灯丝。
灯丝在达到一定温度时开始发射电子，其数量与温度相关。温度低时，电子流密度小；温度升高至特定值（如2600°K）后，电流密度迅速增长。因此，在调整X射线管电流时，需注意灯丝温度对电流的影响。特别是当灯丝电压接近最大值时，微小的电压调整可能导致管电流显著变化。
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05窗口
1、X射线的发射
CT球管是一个真空阴极射线二极管，工作时，阴极灯丝加热产生电子，电子在电场作用下撞击阳极，产生X射线。这些X射线从球管窗口发射，被探测器接收，形成图像。
2、结构支撑与保护
窗口不仅是X射线的出口，还支撑和保护球管内部结构。它由高强度、高真空度材料制成，能承受工作中的高温高压，确保球管稳定运行。
3、维护真空环境
CT球管在真空环境下工作，确保电子束稳定和X射线有效产生。窗口作为接口，设计和制造旨在维持真空。采用密封技术和特殊材料，窗口防止空气和杂质进入，保持球管真空状态。
06玻璃芯棒
CT球管中的玻璃芯棒在支撑与固定、保持真空度以及保护内部结构等方面都发挥着重要作用。它是CT球管中不可或缺的一个组成部分，对于确保CT扫描的准确性和可靠性具有重要意义。
作用主要体现在以下几个方面：
1、支撑与固定
玻璃芯棒是CT球管结构中的核心支撑部件。它用于支撑阴极和阳极，确保两者在球管内部保持正确的位置和相对距离。这种支撑作用对于球管的稳定运行至关重要，因为阴极和阳极的相对位置决定了电子束的传输路径和X射线的产生效率。
2、保持真空度
CT球管在真空环境中工作，以保证电子束稳定和X射线有效产生。玻璃芯棒是球管的关键部分，其密封性对维持真空状态至关重要。通常使用以硅为主的硼酸硬质玻璃制成的玻璃芯棒，能防止空气和杂质进入，保持球管真空度。
3、保护内部结构
玻璃芯棒保护球管内部结构，支持阴极灯丝发热产生电子束和阳极接受电子束撞击产生X射线的过程。它防止了热量和能量交换导致的内部损坏或变形，对球管长期稳定运行至关重要。
07定子
在CT球管中，定子通常与旋转阳极球管的液态金属轴承相关，其主要作用体现在以下几个方面：
1、提供稳定的支撑
定子支撑转子，确保旋转阳极球管中阳极稳定旋转，防止过热。液态金属轴承填充于转子和定子间，提供稳定支撑，保障旋转稳定性。
2、实现热传导与散热
定子参与球管的热传导和散热。阳极旋转产生热量，需通过散热机制排出。液态金属轴承中的定子与转子间的液态金属层起到润滑和提高热传导效率的作用。定子通过结构设计和材料选择，有效传导热量，并通过散热器、冷却油等机制散发到外部环境。
3、确保电流与信号的稳定传输
在CT球管中，定子负责电流和信号的稳定传输。它不直接参与电子束加速或X射线产生，但为球管系统提供电气连接和信号路径，确保球管接收稳定电流并有效传输X射线信号到探测器。
08耳轴
耳轴是旋转阳极CT球管中的一个重要部件，它通常与阳极靶盘相连，并支撑阳极靶盘进行高速旋转。
球管中耳轴的主要作用：
1、支撑与旋转
耳轴连接阳极靶盘与球管外部，支撑其高速旋转，这对于CT扫描至关重要。它能有效分散热量，防止靶盘过热，提高X射线产生效率和扫描速度，确保图像质量。
2、热传导与散热
在CT扫描中，阳极靶盘受电子束轰击产生热量。若不及时散发，会影响球管性能和寿命。耳轴设计能有效传导热量至球管外，并通过散热系统散发至环境。这确保了球管稳定运行和寿命延长。
3、确保扫描精度与稳定性
耳轴的精度和稳定性对CT扫描至关重要。耳轴磨损、松动或变形会导致阳极靶盘旋转不稳定，影响X射线产生和扫描质量。因此，耳轴需具备高加工精度和耐磨性，以保证长期稳定性能。
4、承受离心力与应力
在阳极靶盘高速旋转时，耳轴需承受巨大离心力和应力，这对耳轴的结构和材料要求极高。因此，耳轴通常由高强度、耐磨、耐腐蚀的材料制成，并经过精心设计和优化，以确保其能承受高速旋转产生的力和应力。
09靶
X射线球管中的阳极靶是产生X射线的核心部件，由靶面和阳极体构成。靶面负责接收电子流并产生X射线，阳极体则支撑靶面并传递热量。靶面通常采用高熔点、高导热率、高原子序数的金属或合金，如钨或铜，以承受电子流并产生高质量X射线。阳极靶分为固定和旋转两种类型。
靶的作用有以下几个方面：
1、 产生X射线：当高速运动的电子流轰击靶面时，靶面的原子受到激发并释放出X射线。这是X射线球管产生X射线的核心过程。
2、散热：在电子轰击靶面的过程中，会产生大量的热量。靶面材料需要具备良好的散热性能，以确保球管的稳定运行。阳极体通常与靶面紧密连接，并通过热传导将热量散发到周围环境中。
3、承受负载：阳极靶需要承受高速电子流的轰击和由此产生的巨大热量，因此必须具备足够的强度和耐久性。
