CT機(jī)X射線管用旋轉(zhuǎn)陽(yáng)極靶材市場(chǎng)研究與預(yù)測(cè)

高麗娜

（西安外事學(xué)院 工學(xué)院，陜西 西安 710077）

CT（Computerized Tomography）——計(jì)算機(jī)斷層成像，是一種在不破壞物體結(jié)構(gòu)的前提下，根據(jù)物體周邊所獲取的某種物理量（如波速、X線光強(qiáng)、電子束強(qiáng)等）的投影數(shù)據(jù)，運(yùn)用一定的數(shù)學(xué)方法，通過計(jì)算機(jī)處理，重建物體特定層面上的二維圖像以及依據(jù)一系列上述二維圖像構(gòu)成三維圖像的技術(shù)[1]。CT最引人注目的應(yīng)用是在醫(yī)學(xué)診斷領(lǐng)域，其理論研究及設(shè)備制造技術(shù)在相當(dāng)程度上與醫(yī)學(xué)科學(xué)有關(guān)。從1971年Hounsfielld發(fā)明頭顱CT至今，CT技術(shù)進(jìn)展神速，不斷更新?lián)Q代，至今已開發(fā)出第五代產(chǎn)品，第一、二代產(chǎn)品已被淘汰，CT技術(shù)如今已推廣到世界各國(guó)，成為不可缺少的常規(guī)診斷的主要手段之一。

X射線管是CT機(jī)的關(guān)鍵核心器件之一，同時(shí)是CT機(jī)需要定期更換的易損件，據(jù)報(bào)道1只X線管的平均壽命是曝光4萬次，如果是滿負(fù)載運(yùn)行，最多只能使用1年[2]。據(jù)資料統(tǒng)計(jì)50%以上的X射線管的損壞是由于陽(yáng)極靶的失效引起的[3]。目前國(guó)內(nèi)現(xiàn)有服役的CT機(jī)其易損件的更換幾乎都是進(jìn)口的，由于國(guó)外不單獨(dú)更換靶材，所以由陽(yáng)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(gè)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(jī)X射線管用旋轉(zhuǎn)陽(yáng)極的市場(chǎng)份額具有巨大經(jīng)濟(jì)效益。目前，我國(guó)的CT機(jī)X射線管用旋轉(zhuǎn)陽(yáng)極靶材仍是個(gè)薄弱環(huán)節(jié)，為此開發(fā)CT機(jī)用旋轉(zhuǎn)陽(yáng)極靶材具備廣闊的市場(chǎng)前景。以此為導(dǎo)向開展技術(shù)調(diào)研作出此產(chǎn)品的市場(chǎng)研究和預(yù)測(cè)報(bào)告具有十分重要的現(xiàn)實(shí)意義。

1 工作原理及其失效分析

CT機(jī)性能的好壞，很大程度上取決于X射線管的質(zhì)量，陽(yáng)極靶是X射線管至關(guān)重要的部件，它直接影響X射線發(fā)射強(qiáng)度及管子的使用壽命。下面就CT機(jī)X射線管用旋轉(zhuǎn)陽(yáng)極靶材的工作原理及其失效形式進(jìn)行簡(jiǎn)單的介紹。

1.1 X射線管的組成及其結(jié)構(gòu)

圖1為旋轉(zhuǎn)陽(yáng)極式X射線管結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖。如圖1所示，X線管主要由陽(yáng)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(fā)射電子和聚焦電子的作用；陽(yáng)極由承受從陰極發(fā)射的電子沖擊的靶材（陽(yáng)極靶）和導(dǎo)熱系數(shù)高的空心銅轉(zhuǎn)子構(gòu)成；管殼是用來支撐陰陽(yáng)兩極和保持真空度的硬質(zhì)玻璃作成。

圖1 旋轉(zhuǎn)陽(yáng)極式X射線管結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖Fig.1 Structure diagram of X-ray tube with rotary anode targe

1.2 陽(yáng)極靶材工作原理

CT機(jī)中X線管陽(yáng)極靶材質(zhì)量的好壞、能否長(zhǎng)期穩(wěn)定地工作是影響CT機(jī)壽命的關(guān)鍵因素之一，也是高質(zhì)量X線管國(guó)產(chǎn)化的主要難點(diǎn)。X線管工作時(shí)，陽(yáng)極靶受高能電子束的轟擊而發(fā)射X射線。但是，能量的轉(zhuǎn)換率非常低，大概只有2%左右，約98%以上的能量轉(zhuǎn)變?yōu)闊崮?，而且熱量主要集中在?yáng)極上。這個(gè)熱量分布在轉(zhuǎn)動(dòng)著的具有一定傾斜角度的靶面上，形成一個(gè)圓環(huán)狀的受熱面積。陽(yáng)極靶在真空環(huán)境中，交變熱負(fù)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(xù)負(fù)載時(shí)，整個(gè)靶體溫度可以升得很高。據(jù)報(bào)道X線管工作時(shí)的環(huán)境溫度在1 300℃以上，其局部溫度可高達(dá)2 600℃。因此，CT機(jī)旋轉(zhuǎn)陽(yáng)極靶材一般采用熔點(diǎn)高、原子序數(shù)高、蒸汽壓低的金屬鎢作為靶面材料[4]，同時(shí)，陽(yáng)極靶材采用旋轉(zhuǎn)式。與固定陽(yáng)極靶相比，旋轉(zhuǎn)靶能承受更高的熱負(fù)荷。當(dāng)電子束轟擊時(shí)，通過高速旋轉(zhuǎn)靶盤，靶的表面作為焦點(diǎn)區(qū)域的部分總是處于冷卻狀態(tài)，并且通過旋轉(zhuǎn)也可以更快速地散發(fā)熱量而冷卻。

1.3 陽(yáng)極靶材的失效形式

但是，由于X射線管是間斷式工作，時(shí)冷時(shí)熱，靶面材料容易產(chǎn)生龜裂，而鎢具有切口敏感效應(yīng)，容易導(dǎo)致裂紋的擴(kuò)展、加深，從基體上剝離，損壞X射線管。此外，裂紋擴(kuò)展加深后，會(huì)使基體材料暴露在電子束轟擊下而產(chǎn)生不需要的波長(zhǎng)的X射線，混雜在所需波長(zhǎng)的X射線之中。因此，對(duì)于必須使用某一特定波長(zhǎng)的X射線情況來說，必須進(jìn)行過濾，從而降低了X射線管的效率。正常使用情況下，陽(yáng)極靶材曝射萬次后X射線輸出要下降50%以上，并且還會(huì)發(fā)生焦點(diǎn)擴(kuò)大和散焦，使成像質(zhì)量下降，導(dǎo)致CT機(jī)性能惡化而無法正常使用。另外CT機(jī)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(jī)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(jī)的巨大市場(chǎng)需求

2.1 CT機(jī)維修市場(chǎng)

據(jù)2011年10月15日，由中國(guó)醫(yī)學(xué)裝備協(xié)會(huì)、北京華通人商用信息公司共同在北京發(fā)布的 《中國(guó)CT市場(chǎng)發(fā)展分析報(bào)告》顯示，2001年底我國(guó)縣及縣以上醫(yī)院配置的CT數(shù)量達(dá)到了4 760臺(tái)，2008年底達(dá)到了9 109臺(tái)，2009年為10 101臺(tái)，截止到2010年CT機(jī)的保有量達(dá)到11242臺(tái)[5]。根據(jù)我國(guó)CT機(jī)的市場(chǎng)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(jì)算，每年的需維修、更換的旋轉(zhuǎn)陽(yáng)極靶材需求量為5 621只。由此可見旋轉(zhuǎn)陽(yáng)極靶材的維修更換量是一個(gè)巨大的市場(chǎng)，而且隨著CT機(jī)保有量的逐年增長(zhǎng)，這一數(shù)據(jù)將會(huì)隨之增長(zhǎng)。

2.2 CT機(jī)出口市場(chǎng)

1997年10月，中國(guó)第一臺(tái)可以投入臨床應(yīng)用的全身CT機(jī)在中國(guó)醫(yī)療器械博覽會(huì)上展出、正式問世，當(dāng)即引起國(guó)內(nèi)外醫(yī)療市場(chǎng)的轟動(dòng)。隨著國(guó)內(nèi)CT機(jī)生產(chǎn)商的陸續(xù)加盟，我國(guó)已成為繼美國(guó)、德國(guó)、日本之后的世界第四大CT整機(jī)生產(chǎn)國(guó)和出口國(guó)。據(jù)中國(guó)醫(yī)藥保健品進(jìn)出口商會(huì)統(tǒng)計(jì)，2009年我國(guó)CT機(jī)出口總量為1 466臺(tái)，每臺(tái)CT機(jī)至少需配置一只旋轉(zhuǎn)陽(yáng)極X射線管（不含備份管），因此用于出口的旋轉(zhuǎn)陽(yáng)極的年需求量超過1 466個(gè)。

2.3 巨大的潛在市場(chǎng)需求

我國(guó)人口基數(shù)龐大，醫(yī)院數(shù)量高居全球之首，從總體配置數(shù)量上來看，我國(guó)CT設(shè)備的配置總數(shù)量已經(jīng)遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過了大多數(shù)發(fā)達(dá)國(guó)家的水平，但是從人均水平來看，中國(guó)仍不能達(dá)到許多發(fā)達(dá)國(guó)家的配置水平。2006年，日本每百萬人口擁有CT機(jī)達(dá)98臺(tái)，澳大利亞為51臺(tái)，比利時(shí)為40臺(tái)。而在我國(guó)2001年每百萬人口擁有CT機(jī)僅有3.7臺(tái)，2006年增長(zhǎng)至5.5臺(tái)，截止到2010年底達(dá)到8.6臺(tái)，雖然保持了較快的增長(zhǎng)水平，但是與發(fā)達(dá)國(guó)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(jī)購(gòu)買于2004～2009年，37.4%的設(shè)備購(gòu)買于 2000～2004年， 購(gòu)買于2000年以前的設(shè)備占17%。由于CT機(jī)的使用年限為10～15年，因此，目前需要更新?lián)Q代的CT機(jī)占總保有量的15%～17%。目前，我國(guó)三級(jí)醫(yī)院基本上都配備了CT機(jī)，有些三級(jí)醫(yī)院已完成CT機(jī)的更新?lián)Q代；而國(guó)內(nèi)僅38%的二級(jí)醫(yī)院配備了CT機(jī)；至于廣大一級(jí)醫(yī)院（尤其是鄉(xiāng)鎮(zhèn)衛(wèi)生院），由于經(jīng)費(fèi)制約而較少配置CT機(jī)。但是，隨著國(guó)家對(duì)基層醫(yī)療衛(wèi)生領(lǐng)域扶持力度的加大，后者有望成為近幾年醫(yī)療成像設(shè)備采購(gòu)主力。因此，要達(dá)到發(fā)達(dá)國(guó)家每百萬人口的CT擁有量，我國(guó)對(duì)CT機(jī)還有很大的需求潛力。

綜上所述，2010年我國(guó)CT機(jī)市場(chǎng)對(duì)X射線管用旋轉(zhuǎn)陽(yáng)極靶材的年需求量超過7 000只，這是一個(gè)相當(dāng)大的數(shù)值，而且隨著CT機(jī)產(chǎn)業(yè)的進(jìn)一步壯大，其數(shù)值將會(huì)在一段時(shí)間內(nèi)保持穩(wěn)定增長(zhǎng)。因此只有高質(zhì)量的旋轉(zhuǎn)陽(yáng)極靶材實(shí)現(xiàn)國(guó)產(chǎn)化，不再依賴進(jìn)口，才能從根本上解決X射線管的巨額維修、更換費(fèi)用，從而降低我國(guó)民眾在體檢時(shí)支付的相當(dāng)可觀的檢查費(fèi)用。

3 我國(guó)CT機(jī)X射線管用陽(yáng)極靶材產(chǎn)業(yè)現(xiàn)狀

靶材作為高速荷能粒子轟擊的目標(biāo)材料，作為一種特殊材料在工業(yè)上有廣泛的應(yīng)用。但目前的研究主要集中在半導(dǎo)體行業(yè)、表面工程領(lǐng)域以及微電子等方面，對(duì)于醫(yī)用X-射線靶材研究較少。旋轉(zhuǎn)陽(yáng)極靶材作為CT機(jī)X射線管中重要的零部件主要依靠進(jìn)口。目前我國(guó)CT機(jī)市場(chǎng)為少數(shù)幾家跨國(guó)公司所壟斷。據(jù)統(tǒng)計(jì)，2010年，通用醫(yī)療、西門子、飛利浦3家企業(yè)在我國(guó)CT機(jī)市場(chǎng)中所占份額合計(jì)達(dá)到70%[6]。目前，國(guó)內(nèi)僅有少數(shù)一些廠家能夠生產(chǎn)純鎢旋轉(zhuǎn)靶、鎢/鉬復(fù)合靶、鎢/石墨復(fù)合靶等醫(yī)用X-射線靶材。但是其生產(chǎn)的鎢靶材的實(shí)際密度達(dá)不到鎢的理論密度，在受到高能電子束的轟擊時(shí)，產(chǎn)生X射線的效率不如進(jìn)口鎢靶材高，在同樣強(qiáng)度的工作條件下，其壽命與國(guó)外進(jìn)口靶材相比仍有一定差距。

4 開發(fā)國(guó)產(chǎn)CT機(jī)用旋轉(zhuǎn)陽(yáng)極靶材的建議

廣泛開展具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的旋轉(zhuǎn)陽(yáng)極靶材的研究，不僅能夠打破國(guó)外對(duì)此技術(shù)領(lǐng)域的壟斷，提高我國(guó)放射類醫(yī)療器械的綜合水平，同時(shí)能夠改善該領(lǐng)域長(zhǎng)期受制于國(guó)外的被動(dòng)局面。

4.1 充分整合現(xiàn)有資源，聯(lián)手開發(fā)

可整合相關(guān)研究領(lǐng)域研究所及高校的科研力量和國(guó)內(nèi)現(xiàn)有的國(guó)產(chǎn)CT機(jī)生產(chǎn)企業(yè)的技術(shù)力量共同合作，進(jìn)行自主研發(fā)，并通過成果孵化，最終形成高質(zhì)量醫(yī)用X射線靶材的國(guó)產(chǎn)化。

4.2 加速引進(jìn)專有技術(shù)人才

旋轉(zhuǎn)陽(yáng)極X射線管工程專家中有不少華裔專家，他們擁有專業(yè)專有技術(shù)知識(shí)，對(duì)開發(fā)國(guó)產(chǎn)CT機(jī)X射線管旋轉(zhuǎn)陽(yáng)極靶材會(huì)有促進(jìn)作用。

5 結(jié)束語

隨著我國(guó)醫(yī)療改革的進(jìn)一步推廣，X射線管在今后相當(dāng)長(zhǎng)一段時(shí)間內(nèi)都會(huì)具有巨大的市場(chǎng)，旋轉(zhuǎn)陽(yáng)極靶材的市場(chǎng)也必將更加廣闊。目前在我國(guó)，這部分市場(chǎng)非常薄弱，需要國(guó)家投入大量的資金以及科技力量來填補(bǔ)這一空白。

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