十九世紀、二十世紀之交，有三大公認的物理學發現：X射線、電子、放射性現象。其中，前兩項的實驗基礎均是由克魯克斯管提供的。
1874年，英國物理學家威廉·克魯克斯發明陰極射線管，為紀念他，稱這種X射線管為“克魯克斯管”。隨后，他在做高真空放電實驗時，發現管子附近的照相底片有模糊的陰影，但他堅持認為是照片底片質量差造成的。
克魯克斯管
1895年11月8日晚，德國物理學家威廉·倫琴也發現了這一奇異現象，引起了他極大興趣，經過反復實驗確認，發現了一種新型射線，后被命名為X射線，并拍下了那張著名的照片：倫琴夫人的手。興趣和運氣，有時真的是實力的一部分。
倫琴的第一個試驗臺
在倫琴發現X射線的125年里，X射線管領域上演了一部飛利浦、西門子領銜主演，萬睿視(前瓦里安影像事業部)、GE聯合主演的跨越三個世紀的創新大戲。
01 各領風騷好幾年
1896年，西門子制造了世界第一個商用球管，并申請了第一個球管專利。不過早期球管沒有焦點，圖像非常模糊，同年穆勒(Mueller)發明了世界上第一個有焦點的球管，大大地增加了圖像的清晰度，并縮短了曝光時間。
第一個有焦點的球管
早期的球管都是克魯克斯管，這是一種氣體電離式球管，也就是我們如今說的冷陰極球管，缺點是容量小、效率低、穿透力弱。
奠定現代球管的杰作
1913年，GE研究所的柯立芝(Coolidge)發明了高真空熱陰極固定陽極球管，其管內真空度高，電子由熱陰極發射，并由加在陽極和陰極兩端的高壓電壓加速撞擊陽極靶面產生X射線，只需要改變陰極工作溫度就能調節管電流的大小。這是球管的第1個里程碑，奠定了現代醫用X射線管的基礎。
不過，冷陰極球管并沒有退出歷史舞臺，100年后萬睿視的碳納米管球管再次站在了創新前沿。
世界上第一個熱陰極球管
1919年，外科醫生格策(O.Goetze)發現了線聚焦效應(line focus)，穆勒公司基于此制造了具有線聚焦點的球管，再次提高了球管功率和圖像清晰度，這是球管的第2個里程碑，第一個提升圖像質量的技術，由此也產生了實際焦點和有效焦點的概念。
1923年，西門子成功研制雙焦點固定陽極球管：Biangulix，使球管同時具有兩種不同焦點尺寸和功率特性，更像現代球管了，不過這也是固定陽極球管最后的輝煌。
旋轉陽極的春天
為了加強實力，1927年飛利浦并購了穆勒公司, 成為最早專業生產球管和醫用X光設備的企業。時至今日，飛利浦球管和子品牌當立的部分球管仍然在德國漢堡生產。
1929年，飛利浦發明了世界上第一個旋轉陽極+金屬外殼球管：Rotalix，這是球管的第3個里程碑，第1個提升球管壽命的技術。
世界上第一個旋轉陽極球管
為進一步減輕球管陽極散熱壓力，1934年，西門子將轉子轉速提高到5400轉/分以上；50年代末，9000/10800轉/分已成為各大廠家球管的行業標準；1982年，西門子再次將球管轉速提高到驚人的16800轉/分，不過球管反而更容出現故障，最終還是退回到9000/10800轉/分，如今我們執行的仍然是70年前的標準。
更輕、更大、更穩定的陽極靶
1934年，西門子推出了第一個純鎢陽極靶球管，產生的X射線性能好，但陽極比較重，不適應高轉速，還散熱差，容易龜裂；
隨后，各家推出了錸鎢合金靶，不僅加強了散熱，還克服了龜裂缺點；1967年，在此基礎上，湯普森、GE先后推出了錸鎢合金包裹石墨陽極靶面，更輕，散熱更快。
為應對DSA對于球管的高負荷使用，1973年，西門子、萬睿視先后推出了石墨鉬基錸鎢合金靶，進一步提高了陽極靶的使用壽命及穩定性，這是球管的第4個里程碑，第2個提升球管壽命的技術。
陽極靶發展歷程
金屬陶瓷球管成為行業標準
1980年，飛利浦研制出世界上第一只金屬陶瓷球管：Super Rotalix Ceramic(簡稱SRC)，陽極靶尺寸在當時幾乎是最大的；轉子與外殼部分使用陶瓷進行絕緣，極大縮短陽極啟動時間；陽極軸承部分使用彈簧懸掛技術，提高穩定性的同時也延長了使用壽命。這是球管的第5個里程碑，第3個提升球管壽命的技術，開創了高性能球管的先河。
世界上第一只金屬陶瓷球管
02 一切創新為了CT和DSA
1971年，美國塔夫斯大學的科馬克和英國EMI的工程師亨斯費爾德分別發明了CT；1977年，美國威斯康星大學Mistretta小組和亞利桑那大學Nadelman小組研制成功數字減影血管造影(Digital Subtraction Angiography, DSA)技術。此后，幾乎所有的球管創新都是為了滿足CT和DSA的技術發展需求。
未來屬于液態金屬軸承技術
在液態金屬軸承技術出現之前，球管都是以機械滾珠作為轉動支撐，但滾珠受熱會變形，磨損也變形；此外，轉速越快，噪音越大，磨損越嚴重。因此，很多球管故障并不是燈絲斷了，而是陽極卡死，或者轉速不達標，導致無法曝光。為什么越高端的CT，其機械滾珠球管壽命越短。
世界上第一只液態金屬軸承球管
1989年，飛利浦推出了MRC200，率先使用在其DSA（2年后在CT）上使用液態金屬軸承技術，這是球管的第6個里程碑，第4個提升球管壽命的技術，從此球管不再追求大熱容量，而是追求高散熱率。憑借液態金屬軸承技術的零磨損、零震動、高散熱率，飛利浦球管成為長壽的代名詞。以飛利浦MRC800為例，該球管的壽命通常在200萬秒左右，300、400萬也并不奇怪，云南玉溪江川縣人民醫院的Brilliance 64創造了9年587萬秒次的世界記錄。
近幾年，我們特別經常聽到液態金屬軸承球管，是因為飛利浦的該項專利已到期，GE、萬睿視、佳能(東芝)等開始跟進該技術。
萬睿視的陽極接地技術
1998年，西門子發明平板燈絲技術(Flat electron emitter)，不僅使燈絲壽命更長，更使陰極電子的發射更穩定，提高X射線質量；同一年，萬睿視發明翅片式旋轉陽極(Finned rotating anodes)，進一步提高了球管陽極散熱面積。
不過，當年最重要的技術當屬萬睿視的陽極接地技術(Anode End Grounded, AEG)。與雙極(±70V)球管不同，陽極接地的陰極接負高(-140KV)，金屬殼接地可以捕獲雜散電子，減少無用輻射，提高了圖像質量；此外，還具有更高的球管冷卻效率，能承受更大的重力加速度，還可以把球管做的更小。這是球管的第7個里程碑，第5個提升球管壽命的技術，第2個提升圖像質量的技術。如今，單極高壓已成為高端球管的標配。
萬睿視陽極接地及其專利
革命性的0兆球管
2003年，西門子推出了Straton電子束控球管，也就是我們的熟知的第一代0兆球管。從壽命角度，Straton并不成功，直到西門子又推出了革命性的Vectron。
西門子Straton電子束控球管
不過，Straton絕對會載入史冊，成為球管的第8個里程碑，第5個提升球管壽命的技術，第2個提升圖像質量的技術。因為：
1）雙向飛焦點。通過精確、快速地控制電子束偏轉，提高采樣率，實現不足0.4毫米的當時業界最高各向同性分辨率。此后，飛焦點技術成為提高空間分辨率和成像質量的行業標準。
2）陽極直接冷卻技術。雖然陽極熱容量只有0.6MHu，但陽極直接油冷技術可實現快速冷卻，意味意味著陽極靶會更小，意味著球管可以更小，意味著雙源CT的誕生，這又是另一個故事。
球管天花板：iMRC
1899，穆勒(飛利浦)發明了世界上第一個水冷球管，當時的冷陰極球管并沒有用起來。然而100年后，當飛利浦推出陽極水冷球管時，我高度懷疑其研發人員是在單位無聊閑逛時，突然看到了這個球管。兩者的實現邏輯不能說是非常相似，只能說是一模一樣。果然，歷史總能帶給我們啟示。
第一個水冷球管
2007年，飛利浦推出了iMRC冰球管，《中國醫療裝備及關鍵零部件發展報告》將其稱為球管天花板，iMRC采用了電磁聚焦、動態四焦點、液態金屬軸承、單季高壓等高端技術，還創造性使用了陽極直接水冷(透心涼)、螺紋軸承、雙軸承支撐、節段陽極等新技術，使隨開隨掃變成現實，還支持長時間掃描，延長球管壽命，這是球管的第9個里程碑，第6個提升球管壽命的技術。
《中國醫療裝備及關鍵零部件發展報告》截圖
跨越1000mA的Vectron
2013年，西門子推出了第三代雙源CT：SOMATOM Force，搭載最新一代IGBT球管：Vectron，首次將球管管電流提高至1300mA，這是球管的第10個里程碑，第3個提升圖像質量的技術，第1個降低劑量的技術。在解決熱容量的同時，不僅實現了低KV、更高mA、更長時間的大范圍連續掃描，還實現了低劑量、低造影劑用量的雙低掃描。從此，70kV低劑量掃描也稱為行業標準。
西門子 Vectron球管
03 敢問路在何方？
1913年，柯立芝發明了真正為醫療所用的高真空熱陰極球管以來的100年，迄今球管一直在照朝著4個方向發展：
1）圖像，飛焦點和平板燈絲技術進一步提升了圖像質量；
2）低劑量，70kV低劑量掃描并不容易，因為15%規則，必須大功率球管才能實現；
3）熱容量，從1MHU、3.5MHU，發展到5.3MHU、8MHU；如今高散熱率成為了各球管廠家的主要方向。
球管創新技術
球管的發展，并不是由自己決定的，而是由CT、DSA技術進步或臨床需求決定的，未來可能的4個發展方向：
1）更小的焦點，意味著更清楚的圖像；
2）更大的功率，意味著更大電流輸出和更長時間的連續掃描；
3）更快的(可承受)機架轉速，意味著更高的時間分辨率；
4）更長的壽命，意味著醫院更省錢；
如今，距離倫琴發現X射線已過去125年，距離柯立芝發明熱陰極球管已過去100年，距離最近一次球管技術革新也已過去9年，很好奇X射線管是否按照預計的方向發展，讓我們拭目以待。。。
