为什么说飞焦点是划时代的球管技术?

1896年,世界第一只X射线管诞生,但很多人并不知道,这支球管并没有焦点,图像非常模糊。同年,穆勒(Mueller)发明了世界上第一个有焦点X射线管,大幅度提高了图像清晰度,并缩短了曝光时间,从此球管进入有焦点时代。

 

球管作为医学影像设备的核心部件,其焦点(灯丝)技术的演进直接推动了成像质量、设备性能及临床应用的革新。【当立课堂】第9期,讨论为什么飞焦点会成为CT球管创新的里程碑技术。

为什么说飞焦点是划时代的球管技术?

一、球管焦点技术演进

 

在球管灯丝技术演进的百年间,诞生了线聚焦技术、双焦点技术、平板灯丝技术等,但毫无疑问飞焦点应该是其中最划时代的球管灯丝技术,其对球管的贡献不亚于液态金属轴承技术。

世界第一个线焦点固定阳极球管(阳极表面黑色区域便是线焦点在阳极上投影)

世界第一个线焦点固定阳极球管(阳极表面黑色区域便是线焦点在阳极上投影)

2003年,双向飞焦点技术诞生,其通过精确、快速地控制电子束偏转,提高采样率,首次将空间分辨率提升至0.4毫米以下,显著提高了CT成像的各向同性。此后,飞焦点技术成为提高空间分辨率和成像质量的行业标准,成为高端CT球管的标配。

 

2007年,当立推出CT8000系列球管,采用了液态金属轴承、单极高压、阳极直接水冷、双轴承支撑、节段阳极、平板灯丝等新技术等创新技术,堪称球管天花板。

当立CT8000球馆飞焦点应用技术原理

当立CT8000球馆飞焦点应用技术原理

在球管焦点技术方面,当立CT3000、CT4000系列球管融入了动态焦点技术,CT6000、CT6500、CT8000系列球管融入了双四极电磁聚焦技术,将飞焦点技术推向更好;全系列标配的平板灯丝技术的高发射密度和稳定性特性,为高帧率动态成像提供了支持,且寿命也得到了很大的提升。

二、飞焦点是划时代球管技术

 

之所以被誉为X射线球管领域的革命性突破,是因为其从根本上改变了传统球管的工作模式,解决了长期制约成像质量与设备寿命的关键问题。我们从技术原理、性能跃升两个维度,解析其革命性意义。

 

1.技术原理的革命性:从静态到动态的范式转变

 

飞焦点技术通过电磁偏转系统,在极短时间内(微秒级)高频切换电子束的轰击位置,实现以下创新:

 

  • 动态偏转与多角度采样:电磁偏转系统使X射线从不同角度投射,探测器可在不增加辐射剂量的情况下实现双倍采样率,显著提升平面内(X/Y轴)空间分辨率,提升横断位图像质量;并通过Z轴飞焦点技术实现双倍探测器排数采集,显著提升Z轴图像分辨力。
  • 热负荷分散与寿命延长:电磁偏转系统使X射线在靶面直径数毫米范围内高频切换撞击点(如每秒数千次微位移),这种“动态扫描”模式使热负荷分散到更大的靶面区域,单位面积热累积显著降低,减少了局部区域的温度梯度,延长了整体结构寿命。

 

2、性能跃升:突破成像质量与效率的瓶颈

 

  • 空间分辨率至亚毫米级:飞焦点技术使CT图像细节呈现能力提升一倍,极大提高了空间分辨率和图像质量,即使在大螺距和最薄有效层厚下也可确保亚毫米分辨率,同时减少了风车伪影的干扰,有助于发现微小病变组织。此外,相较于与没有飞焦点加持的球管,飞焦点技术能通过优化采样和减少伪影,降低CT重复扫描,减少患者辐射剂量,减少设备损耗和维护成本,提高设备可靠性。
  • 时间分辨率与运动伪影控制:Z轴飞焦点技术能改善沿z方向的螺旋伪影,有助于提高CT血管造影、3D图像后处理和虚拟内窥镜等临床应用的图像质量。
  • 功率与寿命的协同优化:飞焦点技术结合液态金属轴承(LMB),使球管在连续高负荷扫描中仍能保持稳定运行,形成新一代球管技术标准。此外,飞焦点还减少了靶面结构的重复应力集中,大幅降低阳极靶面烧蚀速率,有助于支持100kW级/120kW级CT的连续高功率运行。

总体来说,飞焦点技术通过动态调控、热管理优化与数据采集创新,不仅重新定义了CT成像的物理极限,更大幅提高了球管寿命,满足了高分辨率、高病人流通量、低辐射剂量的临床需求。比如,采用该技术的当立CT球管在结合液态金属轴承后,寿命普遍超过百万秒、甚至两三百万秒。

三、未来焦点技术发展方向

 

X射线球管焦点技术的演进,体现了工程设计与临床需求的深度耦合。从线聚焦到飞焦点,从机械结构到智能化控制,每一次革新都推动了医学影像的边界。

 

随着材料科学、纳米技术与AI的融合,未来球管将朝着更高效、更精准、更耐用的方向发展,如超微焦点与高功率密度、智能化与动态调控、材料与结构的革新,为精准医疗提供更强大的支持。

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当立(Dunlee)为飞利浦集团旗下品牌,是全球领先的医疗成像设备核心部件供应商,致力于成像解决方案与创新组件的研发、生产和集成,为 OEM 客户及第三方影像组织提供具有独特技术优势的成像解决方案、组件和服务。我们的产品包括 CT X 射线球管CT 探测器CT X 射线高压发生器核磁共振线圈3D 钨金属打印产品等。

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