在医学影像领域，核心部件是一个永远处于热点的话题，而球管和探测器正是其中最耀眼的。万睿视影像，手握球管和探测器两张王牌，掌握最主流及最前沿的技术。

本篇以全球领先的核心部件制造商--万睿视影像为视角，盘点球管和平板探测器领域的技术发展。

有这样一家企业，虽未涉足CT/DR/DSA等整机生产，但在医学影像、工业和安防成像等一切涉及到X射线的产品中，都有他的身影。
无论是面对行业巨头还是新秀，都能提供球管、探测器及高压发生器等最核心部件，能提供束光器、电离室、滤线栅系统、球管热交换器等重要辅助部件，还能提供高品质的X射线系统采集软件解决方案。
他就是万睿视影像(Varex Imaging)，一家专注X射线解决方案的独立、中立的供应商，服务着全球90％以上的X线设备制造商。

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万睿视影像在中国

深圳医疗器械展会万睿视影像，前身是瓦里安影像事业部。2017年拆分独立上市，目前是全球最大的独立X 射线成像组件解决方案的领先创新者及制造商。在我国，几乎所有的DR、CT、DSA、C型臂、胃肠、乳腺等设备厂家，都是万睿视的用户。
万睿视影像，旗下有医疗和工业两大部门，包括球管、探测器、连接&控制、软件&服务等四大核心业务，涉及DR、CT、透视/DSA、乳腺、口腔、放疗、兽医等七大医学影像领域，以及安检边防、材料科学、无损检测、三维成像等四大工业领域。

2014年，秉持“立足中国、服务中国”的理念，万睿视在从零开始，打造国内工厂；

2021年，经过近5年的发展，万睿视无锡工厂的年产量已经达到2000只球管、3000块平板探测器，成为万睿视全球三大生产基地之一。

球管和探测器，作为X线设备的最核心部件，也是最能代表X线成像组件企业的技术实力的。本文盘点万睿视在这两大关键领域，令人吃惊的研发实力和技术底蕴。

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更好的球管

深圳国际医疗器械展球管，是一个更注重工艺的产品，不同品牌的球管寿命差别较大。万睿视的球管，以更稳定、更快散热效率、更长寿命著称。更重要的是，在球管技术革新的每一个时间节点，万睿视跟上了脚步，并做出了巨大贡献。

01更高品质的球管

为实现球管更长寿命、更快的阳极散热效率，球管技术经历了从固定阳极到旋转阳极，从玻璃管芯到金属管芯，从纯金属靶到金属石墨复合靶。

阳极接地(AEG)技术再一次提高了球管的寿命。与双极(±70kV)球管不同，阳极接地通过管芯阳极和管壳接地，阴极接负高压(-140KV)。作为阳极接地技术的引领者，万睿视球管具有如下优点：1）更高的球管冷却效率，单位时间内可以检查更多患者；2）更低的离焦辐射，不仅减少了无用辐射，还提高了图像质量；3）降低了Z轴的位移，延长了球管的寿命；4）能承受更大的重力加速度，使得更快机架转速成为可能；5）阳极接地技术，还可以把球管做的更小，使设备在产品设计上有更大的技术优势。
近几年，又兴起了液态金属轴承技术，相较于滚珠轴承，他能以几乎无摩擦式工作，阳极的热容量也更大。但，其实二者均有缺点：机械滚珠轴承怕转怕磨损，液态金属轴承怕停怕断电。
因此，个人认为液态金属轴承在相当长的一段时间内并不能完全代替机械滚珠轴承。以万睿视经典的机械滚珠轴球管MCS-7000系列为例，平均曝光寿命在120万秒-150万秒左右，曾在某家医院突破320万秒，性能非常过硬。

▲MCS-7000球管(来自官网)

2021深圳医疗展关于液态金属轴承和机械滚珠轴承技术，万睿视产品技术经理宋涛有更为客观的见解：“液态金属轴承球管，的确是革命性的技术进步，性能很好但确实也更娇贵；此外，因液态金属轴承的技术特点，需要更注意使用方法。实际上，机械滚珠轴承在中低端CT中经过了长期的磨合和考验，性能完全符合这个级别CT的需求, 比起液态金属轴承球管也更加符合中低端CT对球管性价比的要求。例如，为应对疫情，很多基层医院都安装了16排/64排等经济型CT，其中大量都配置了万睿视的2MHU、3.5MHU、5.3MHU的滚珠轴承球管。”

02更多功能的球管

球管领域的技术进步，并不仅限于寿命，还在于是图像更清晰、更高速、更高功率、更低剂量:

比如，最大可承受机架转速，从0.7秒/6G，升级到0.25秒/42G；

比如，最大功率，从42 kW，升级到110 kW，实现更大电流输出和更长时间的连续扫描；

比如，从传统灯丝，升级为平板灯丝，不仅使阴极寿命更长，更使阴极电子的发射更稳定，提高射线质量；

比如，从固定焦点，升级为X轴飞焦点，再到X轴/Z轴飞焦点，大幅度提高了提升横断位图像质量，以及Z轴的图像分辨力；

比如，从固定焦点尺寸，升级为可编程焦点尺寸，进一步提高了图像的空间分辨率。

以万睿视目前最顶级的MCS-7500为例，该球管融合了各项最新技术：阳极接地，最大热容量为7.5MHU，最大功率110 kW，平板灯丝，可编程焦点尺寸(0.4x0.4 mm 至 2.0x2.0 mm)，X轴Z轴双向飞焦点，最快机架转速0.25秒/42G，基本是目前业界最顶级的球管之一。

▲MCS-7500球管(来自官网)

很多人都知道万睿视有球管和平板探测器这两大核心部件，其实万睿视也有高压发生器，致力于为新兴CT整机厂商提供一揽子高压及X射线解决方案，目前已经有60 kW、80 kW和100 kW，未来还会有120 kW的配置。

▲高压发生器(来自官网)

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更全的探测器

2017年3月，万睿视又创立了一个里程碑：售出第10万个非晶硅平板探测器，这使万睿视成为全球最大的平板探测器独立制造商。
在平板探测器领域，主要有非晶硅、CMOS、IGZO以及光子探测技术，万睿视不仅全部拥有，还覆盖几乎所有的临床应用领域：

01非晶硅平板

上海医疗器械展会历史上，曾有著名的非晶硅和非晶硒之战，非晶硅因技术成熟、适应性好、不受尺寸限制等原因，占据了除乳腺以外几乎所有的领域。

目前，静态非晶硅平板已进入红海，更像一个“日用品”，参数只是一方面，质量和可靠性是更重要，甚至是最重要的。
根据万睿视对其两款主流平板数据统计，其“初始安装故障率（IBFR）”低于 1％，“平均故障间隔时间（MTBF）”约为 70 年，10％设备现场故障所需时间（B10）为 7 年或更长，可靠性惊人。

▲探测器可靠性测试(来自官网)

国际医疗器械展览会此外，平板也朝着更丰富的功能方面进步，以万睿视最新的4343W平板为例，是业界首个 IP68 等级的无线平板探测器，具有不怕摔、5GHz天线、无线(感应)充电、热插拔等亮点。

▲4343W平板探测器(来自官网)

02CMOS平板

平板探测器，分为静态和动态两种。绝大部分DR使用静态平板，在透视和CBCT中广泛应用动态平板，除非晶硅平板外，在某些特殊应用场合更需要CMOS(互补金属氧化物半导体)平板。

相较于非晶硅平板，CMOS(互补金属氧化物半导体)平板为单晶硅结构，电荷迁移速率快，电阻率越低，具有高量子探测效率、高空间分辨率、低噪声等特性等优点。
限于其工艺特点，COMS平板广泛应用的是8寸晶圆，平板尺寸普遍为13*13cm和15*12cm。例如，万睿视1512平板，其平板为15*12cm，但像素尺寸达到惊人的74.8 μm，特别适合应用在对辐射剂量更敏感、对图像质量要求更高的领域，如C型臂、牙科CT、乳腺机、放疗定位系统等领域。

03IGZO平板

大概15年前，在TFT技术基础上发展出IGZO(铟镓锌氧化物)技术，IGZO的载流子迁移率是非晶硅的20~50倍，可以大大缩小TFT的体积，使得其具备高分辨率、低能耗、灵敏触屏等特性。

万睿视率先将IGZO-TFT技术引入平板探测器领域。IGZO平板，不仅继承了非晶硅平板的所有优势，还具有图像噪声更低，灵敏度更高，分辨率也有了提升，图像质量更加出众。
以万睿视最新推出的Z 平台为例，主要应用于C 型臂、心血管和CBCT应用等领域，不仅具有IGZO技术，还引入了透光率更高的闪烁体、新一代读出电路、以及更快的接口等。

▲3131Z平板探测器

04展望

综合来看，非晶硅、CMOS、IGZO等三种技术适合于不同的应用场景：

1）CMOS平板，虽然主要应用在小尺寸领域，但因其高分辨率、快帧速率和低剂量性能，同时也拥有显著成本优势，在某些特殊场合，CMOS平板仍将占据一席之地。
2）非晶硅平板，因具有出色性能和优势成本，短时间内仍是主流平台。
3）IGZO平板，因采集时间短，信噪比高等特点，在动态平板上有很大优势。未来，IGZO全面替代非晶硅(至少在动态平板领域)，应该是大势所趋。

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更前沿的技术

对于新技术的追求，人们永远乐此不疲，下一代的球管和探测器已经到来，并开始应用。

01下一代球管：碳纳米管

自X射线被发现的100多年里，无论怎么进步，产生X射线的机理一直没变，即将球管灯丝(钨丝)加热至2400℃以上，使其释放电子，电子经过加速轰击至阳极靶，1％的能量转化为x射线，99％的能量转化为热能，因此传统球管又被称为热阴极球管，需要庞大的散热装置。

冷阴极球管的到来，改变了这一切。
冷阴极球管是一种基于场致发射的X线源。碳纳米管是目前最理想的场致发射材料。碳纳米管通过控制栅极电压大小来调节阴极表面电场，当电场值大于场致发射的临界值，阴极就会发射出电子，经过加速轰击至阳极靶产生X 线。冷阴极球管有两个重要特点决定了他必有广阔的前景：1）纳米灯丝的温度只有25℃，更低的温度意味着更长的灯丝寿命，更也意味着更小的功耗，可实现单个 X 线源集成多个阴极；2）场致发射不存在时间延迟性,可实现高时间分辨、可编程发射X线，更适合于动态成像。

▲热阴极和冷阴极球管对比

目前，在碳纳米球管领域，领先的是万睿视旗下的VEC Imaging，专注研发基于碳纳米管的多束X射线管等领域。
例如，VEC最新发布的NT-2518C，拥有25个射线源的多X射线束纳米球管，非常适合应用在3维乳腺；此外，还提供配套的控制系统和高压发生器用于系统集成，以加快研发进程，涉及静态乳腺CT、便携式头部肢体CT、便携式全身CT扫描仪、混合式C型臂等设备。

02下一代探测器：光子计数探测器

非晶硅、CMOS、IGZO等平板探测器，属于间接成像技术，不仅降低了X光的转换效率，还由于散射导致图像空间分辨率下降。非晶硒平板探测器，虽然也是直接成像技术，但是对工作环境要求高，成本高，无法广泛使用。

更重要的是，目前临床使用的CT，其探测器是能量积分探测器（Energy Integration Detector，EID)，最大问题是存在暗电流，不仅增加了电子噪声，还减少了低能量光子，降低了图像对比度降低，导致传统CT在软组织重建对比度、定量成像、低剂量成像等方面存在不足。
光子计数探测器（Photo Counting Detector），源于高能物理的直接X光转换技术，公认的下一代X射线成像技术。
与其他基于闪烁体的探测器不同，光子计数探测器基于半导体材料，其原理是通过设置阈值把信号幅度超过阈值的光子从低于阈值的暗噪声中提取出来，可以消除暗电流导致的假计数，实现真正意义上的零噪声；因直接成像避免闪烁体造成的散射，能实现更高的高空间分辨率和密度分辨率；此外，因能识别X线能量信息，并在不同的能区进行累计计数，从而得到不同能区的成像信息，使其在能谱CT中前景光明。
目前，在光子计数领域，目前常用的半导体材料有碲化镉（CdTe）、碲锌镉（CZT）、以及单晶硅(Silicon)等。
同样，万睿视，在该领域更是布局已久，旗下Direct Conversion（DC）是目前全球最大的CdTe探测器制造商，具有从闪烁体到ASIC涉及的全流程技术，目前包括线阵光子计数探测器和面阵光子计数探测器，每年出货1000多块，已应用在乳腺、口腔、CT、工业CT多个领域。例如，DC的XC-Hydra系列是世界上第一个使用直接转换技术的商业化光子计数探测器，专用于医疗应用。

▲XC-Hydra光子计数探测器(来自官网)

因为光子计数探测器的领先，万睿视成为目前全球唯一一家掌握并成熟商用非晶硅、CMOS、IGZO及光子计数等四大X射线探测技术的企业。

相比于各家整机厂商“旌旗在望，鼓角相闻”的直接竞争，万睿视选择了作为一家独立、中立的零部件生产商，着眼于服务整个X线设备领域，尤其是迅速崛起的国产影像设备厂商。
作为一家手握球管、探测器两大核心部件的企业，万睿视专注于工艺和技术革新，把握住了现在，赢得了未来。

来源：医工研习社

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