CT机X射线管用旋转阳极靶材市场研究与预测

高丽娜

（西安外事学院 工学院，陕西 西安 710077）

CT（Computerized Tomography）——计算机断层成像，是一种在不破坏物体结构的前提下，根据物体周边所获取的某种物理量（如波速、X线光强、电子束强等）的投影数据，运用一定的数学方法，通过计算机处理，重建物体特定层面上的二维图像以及依据一系列上述二维图像构成三维图像的技术[1]。CT最引人注目的应用是在医学诊断领域，其理论研究及设备制造技术在相当程度上与医学科学有关。从1971年Hounsfielld发明头颅CT至今，CT技术进展神速，不断更新换代，至今已开发出第五代产品，第一、二代产品已被淘汰，CT技术如今已推广到世界各国，成为不可缺少的常规诊断的主要手段之一。

X射线管是CT机的关键核心器件之一，同时是CT机需要定期更换的易损件，据报道1只X线管的平均寿命是曝光4万次，如果是满负载运行，最多只能使用1年[2]。据资料统计50%以上的X射线管的损坏是由于阳极靶的失效引起的[3]。目前国内现有服役的CT机其易损件的更换几乎都是进口的，由于国外不单独更换靶材，所以由阳极靶材的失效而引起的X射线管的失效，最终只能更换整个X线管，而更换一只X射线管需要几十万元人民币。因此，占有CT机X射线管用旋转阳极的市场份额具有巨大经济效益。目前，我国的CT机X射线管用旋转阳极靶材仍是个薄弱环节，为此开发CT机用旋转阳极靶材具备广阔的市场前景。以此为导向开展技术调研作出此产品的市场研究和预测报告具有十分重要的现实意义。

1 工作原理及其失效分析

CT机性能的好坏，很大程度上取决于X射线管的质量，阳极靶是X射线管至关重要的部件，它直接影响X射线发射强度及管子的使用寿命。下面就CT机X射线管用旋转阳极靶材的工作原理及其失效形式进行简单的介绍。

1.1 X射线管的组成及其结构

图1为旋转阳极式X射线管结构简图。如图1所示，X线管主要由阳极、阴极和真空管壳等部分组成。阴极由灯丝和围绕灯丝的集射罩所组成，起着发射电子和聚焦电子的作用；阳极由承受从阴极发射的电子冲击的靶材（阳极靶）和导热系数高的空心铜转子构成；管壳是用来支撑阴阳两极和保持真空度的硬质玻璃作成。

图1 旋转阳极式X射线管结构简图Fig.1 Structure diagram of X-ray tube with rotary anode targe

1.2 阳极靶材工作原理

CT机中X线管阳极靶材质量的好坏、能否长期稳定地工作是影响CT机寿命的关键因素之一，也是高质量X线管国产化的主要难点。X线管工作时，阳极靶受高能电子束的轰击而发射X射线。但是，能量的转换率非常低，大概只有2%左右，约98%以上的能量转变为热能，而且热量主要集中在阳极上。这个热量分布在转动着的具有一定倾斜角度的靶面上，形成一个圆环状的受热面积。阳极靶在真空环境中，交变热负荷的使用条件下，散热主要依靠热辐射。热辐射的效率是比较低的，在连续负载时，整个靶体温度可以升得很高。据报道X线管工作时的环境温度在1 300℃以上，其局部温度可高达2 600℃。因此，CT机旋转阳极靶材一般采用熔点高、原子序数高、蒸汽压低的金属钨作为靶面材料[4]，同时，阳极靶材采用旋转式。与固定阳极靶相比，旋转靶能承受更高的热负荷。当电子束轰击时，通过高速旋转靶盘，靶的表面作为焦点区域的部分总是处于冷却状态，并且通过旋转也可以更快速地散发热量而冷却。

1.3 阳极靶材的失效形式

但是，由于X射线管是间断式工作，时冷时热，靶面材料容易产生龟裂，而钨具有切口敏感效应，容易导致裂纹的扩展、加深，从基体上剥离，损坏X射线管。此外，裂纹扩展加深后，会使基体材料暴露在电子束轰击下而产生不需要的波长的X射线，混杂在所需波长的X射线之中。因此，对于必须使用某一特定波长的X射线情况来说，必须进行过滤，从而降低了X射线管的效率。正常使用情况下，阳极靶材曝射万次后X射线输出要下降50%以上，并且还会发生焦点扩大和散焦，使成像质量下降，导致CT机性能恶化而无法正常使用。另外CT机在使用中还有一些偶然损坏事件，如管子靶面撕脱，工作面非正常灼伤等必须立即更换。目前CT机普遍使用的玻壳管，在更换灯丝和靶面后可重新使用，可以在很大程度上降低更换X射线管的成本。

2 CT机的巨大市场需求

2.1 CT机维修市场

据2011年10月15日，由中国医学装备协会、北京华通人商用信息公司共同在北京发布的 《中国CT市场发展分析报告》显示，2001年底我国县及县以上医院配置的CT数量达到了4 760台，2008年底达到了9 109台，2009年为10 101台，截止到2010年CT机的保有量达到11242台[5]。根据我国CT机的市场保有量，每只X射线管正常使用一年更换一次，按照50%的几率来计算，每年的需维修、更换的旋转阳极靶材需求量为5 621只。由此可见旋转阳极靶材的维修更换量是一个巨大的市场，而且随着CT机保有量的逐年增长，这一数据将会随之增长。

2.2 CT机出口市场

1997年10月，中国第一台可以投入临床应用的全身CT机在中国医疗器械博览会上展出、正式问世，当即引起国内外医疗市场的轰动。随着国内CT机生产商的陆续加盟，我国已成为继美国、德国、日本之后的世界第四大CT整机生产国和出口国。据中国医药保健品进出口商会统计，2009年我国CT机出口总量为1 466台，每台CT机至少需配置一只旋转阳极X射线管（不含备份管），因此用于出口的旋转阳极的年需求量超过1 466个。

2.3 巨大的潜在市场需求

我国人口基数庞大，医院数量高居全球之首，从总体配置数量上来看，我国CT设备的配置总数量已经远远超过了大多数发达国家的水平，但是从人均水平来看，中国仍不能达到许多发达国家的配置水平。2006年，日本每百万人口拥有CT机达98台，澳大利亚为51台，比利时为40台。而在我国2001年每百万人口拥有CT机仅有3.7台，2006年增长至5.5台，截止到2010年底达到8.6台，虽然保持了较快的增长水平，但是与发达国家相比，拥有量仍偏低。

而且，从配置年份上分析，目前有45.6%的CT机购买于2004～2009年，37.4%的设备购买于 2000～2004年， 购买于2000年以前的设备占17%。由于CT机的使用年限为10～15年，因此，目前需要更新换代的CT机占总保有量的15%～17%。目前，我国三级医院基本上都配备了CT机，有些三级医院已完成CT机的更新换代；而国内仅38%的二级医院配备了CT机；至于广大一级医院（尤其是乡镇卫生院），由于经费制约而较少配置CT机。但是，随着国家对基层医疗卫生领域扶持力度的加大，后者有望成为近几年医疗成像设备采购主力。因此，要达到发达国家每百万人口的CT拥有量，我国对CT机还有很大的需求潜力。

综上所述，2010年我国CT机市场对X射线管用旋转阳极靶材的年需求量超过7 000只，这是一个相当大的数值，而且随着CT机产业的进一步壮大，其数值将会在一段时间内保持稳定增长。因此只有高质量的旋转阳极靶材实现国产化，不再依赖进口，才能从根本上解决X射线管的巨额维修、更换费用，从而降低我国民众在体检时支付的相当可观的检查费用。

3 我国CT机X射线管用阳极靶材产业现状

靶材作为高速荷能粒子轰击的目标材料，作为一种特殊材料在工业上有广泛的应用。但目前的研究主要集中在半导体行业、表面工程领域以及微电子等方面，对于医用X-射线靶材研究较少。旋转阳极靶材作为CT机X射线管中重要的零部件主要依靠进口。目前我国CT机市场为少数几家跨国公司所垄断。据统计，2010年，通用医疗、西门子、飞利浦3家企业在我国CT机市场中所占份额合计达到70%[6]。目前，国内仅有少数一些厂家能够生产纯钨旋转靶、钨/钼复合靶、钨/石墨复合靶等医用X-射线靶材。但是其生产的钨靶材的实际密度达不到钨的理论密度，在受到高能电子束的轰击时，产生X射线的效率不如进口钨靶材高，在同样强度的工作条件下，其寿命与国外进口靶材相比仍有一定差距。

4 开发国产CT机用旋转阳极靶材的建议

广泛开展具有自主知识产权的旋转阳极靶材的研究，不仅能够打破国外对此技术领域的垄断，提高我国放射类医疗器械的综合水平，同时能够改善该领域长期受制于国外的被动局面。

4.1 充分整合现有资源，联手开发

可整合相关研究领域研究所及高校的科研力量和国内现有的国产CT机生产企业的技术力量共同合作，进行自主研发，并通过成果孵化，最终形成高质量医用X射线靶材的国产化。

4.2 加速引进专有技术人才

旋转阳极X射线管工程专家中有不少华裔专家，他们拥有专业专有技术知识，对开发国产CT机X射线管旋转阳极靶材会有促进作用。

5 结束语

随着我国医疗改革的进一步推广，X射线管在今后相当长一段时间内都会具有巨大的市场，旋转阳极靶材的市场也必将更加广阔。目前在我国，这部分市场非常薄弱，需要国家投入大量的资金以及科技力量来填补这一空白。

[1]高丽娜，陈文革.CT技术的应用发展及前景[J].CT理论与应用研究，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用旋转阳极X射线管市场研究与预测 [J].光电子技术，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]彭志辉.国外X射线管用旋转阳极靶材概况 [J].稀有金属与硬质合金，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]高丽娜，陈文革.W/Mo/石墨复合靶材的制备与研究[J].稀有金属，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]徐铮奎.CT用途渐广预示市场机遇[N].医药经济报，2006.

[6]陈海荣.我国医疗器械市场现状分析[J].上海生物医学工程，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.