引言

在上一期的推文《X 射線成像技術 I 一文了解工業 CT 與顯微 CT 的區別》中，我們通過對工業 CT 和顯微 CT 成像技術原理、樣品尺寸和分辨率以及應用功能等方面的對比，綜合了解了工業CT 和顯微 CT成像技術。X 射線管是 CT 的核心零部件，正如汽車發動機一樣，是我們選擇設備要考慮的重要因素。本期我們簡要介紹在 CT 成像設備中 X 射線發射源的主要 3 種方式及其特點，期望能夠幫助大家更好地理解 X 射線 CT 成像技術，根據設備設計、樣品類型、成像需求等方面綜合考慮，選購合適的設備。

Part 1  X 射線源：開管 VS 閉管，透射 VS 反射

首先我們對 X 射線源的開管和閉管以及透射和反射進行區分。此處需要特別指出的是，開管和閉管是 X 射線源真空系統設計的差別，而透射式和反射式是 X 射線產生方式的差別。

X 射線源開管

定義：X 射線管的陰極和陽極之間的空間是開放的，使用時需要抽真空。

開管透射式

優勢：開管的優勢主要體現在 X 射線焦斑小，這樣 CT 的放大比可以做的更大，更容易達到高空間分辨率。同時開管的輻射角大，適合掃描大的樣品，在工業 CT 里有更廣泛的應用。

劣勢：主要是在使用過程中，需要連續對打開的 X 射線管進行抽真空。真空系統會占用更多體積，增加設備重量。開管的壽命也較短，一般在使用 300~500 小時后就需要維護，真空泵的維護需要昂貴的費用，如果維護不好就會影響設備功能甚至會損壞設備。開管設備的整體售價相對閉管設備也高出許多。

X 射線源閉管

定義：閉管的陰極、陽極（又稱靶材）封閉在真空管內，使用時不需要抽真空。

閉管反射式

優勢：使用時無需抽真空，使用前無需等待抽真空時間。同時設備不需要安裝真空系統，設備體積小，重量輕，穩定性好。閉管的 X 射線源封裝在真空管內，燈絲可長期使用。

劣勢：X 射線焦斑略大，不利于提高空間分辨率。輻射角小，不適合掃描很大的樣品。

下面是 X 射線源開管和閉管區別的簡要對比表：

X 射線源透射與反射

定義：從靶材的形狀和角度分類，X 射線管分為反射式和透射式。

透射式靶是很薄的一層薄膜，靶面與入射電子束垂直，其特點是可以獲得更小的焦點尺寸和更大的輻射角度。

反射式靶面與入射電子束形成一定傾斜角度，其特點是具有較大的散熱體積，可以承受較高電壓的加速電子。

Part 2 市面上主流的 3 種 X 射線源對比

通過結合 X 射線源的真空系統和產生方式，市面上工業 CT 和顯微 CT 設備采用的 X 射線源方式主要有以下 3 種：

01閉管反射式

閉管反射式 X 射線源是一種在 CT 設備中常見的 X 射線源類型。其采用了封閉的金屬管設計，將 X 射線源封裝在內，以降低 X 射線泄漏風險。內部使用反射技術，通常通過金屬或合金反射器，使 X 射線沿著預定的路徑傳播，減小散射和泄漏。這種設計提高了設備的安全性，減少了散射，同時保持了相對穩定和高質量的 X 射線產生。

閉管反射式 X 射線源的優點：

1. 安全性提高：封閉的金屬管設計有助于減少 X 射線的泄漏，提高設備的安全性，保護操作人員和患者免受不必要的輻射影響。

2. 散射減小：內部反射技術減小 X 射線的散射，有助于提高成像的清晰度和準確性。

3. 穩定性優越：閉管反射式 X 射線源通常具有較好的穩定性，有助于保持成像質量的一致性，適用于長時間高負荷工作的情況。

4. 適用于醫學影像：由于提供相對穩定和高質量的 X 射線源，閉管反射式非常適用于醫學影像領域。

閉管反射式 X 射線源的缺點：

1. 熱量產生：閉管反射式在 X 射線產生過程中可能產生較多的熱量，因此可能需要額外的散熱系統來保持設備的穩定性。

2. 復雜性：封閉的設計和反射技術增加了 X 射線源的復雜性，可能需要更復雜的維護和調整過程。

3. 設備成本較高：由于采用了封閉設計和反射技術，閉管反射式 X 射線源的制造和維護成本可能相對較高。

4. 分辨率受限：由于靶材無法旋轉或更換，時間一長，電子束轟擊位置靶材質量變差，導致成像質量不斷下降。同時， X 射線焦斑大，限制了分辨率的提高。且由于輻射角小，不適合掃描大樣品

總體而言，閉管反射式 X 射線源通過提高安全性、減小散射、保持穩定性等方面的優勢，較適用于醫學影像等領域，但也存在一些需要考慮的缺點。

02開管透射式

開管透射式 X 射線源可將 X 射線直接透射到物體上而無需封閉的金屬管。這種開放式設計簡化了 X 射線的路徑，可能提供更直接的透射方式。然而，由于直接透射，可能需要考慮安全性和熱量散發方面的問題，并可能需要額外的安全措施和散熱系統。該設計可能更加靈活，適用于特定的成像需求和設備設計。

開管透射式 X 射線源的優點：

1. 直接透射：開管透射式 X 射線源通過開放式設計，使 X 射線直接透射到物體，簡化了 X 射線的路徑，可能提供更直接的成像方式。

2. 靈活性：由于采用了開放式設計，開管透射式可能更加靈活，適用于不同的成像需求和設備設計。

3. 成像質量高：直接透射可能有助于獲得清晰的影像，提高成像的質量和準確性。

開管透射式 X 射線源的缺點：

1. 熱量散發：由于直接透射，開管透射式在 X 射線產生過程中可能產生較多的熱量，可能需要額外的散熱系統來保持設備的穩定性。

2. 需要抽真空：使用時需要抽真空，等待時間長，工序繁瑣，且真空系統占設備體積多，增加了整體重量。

3. 維護成本高：燈絲壽命短，一般在使用300~500 小時后就需要維護，且球管的價格比較昂貴。

總體而言，開管透射式 X 射線源通過直接透射提供了一些優點，但也伴隨著熱量散發和安全性考慮等一些缺點，這需要在實際應用中進行權衡和考慮。

03閉管透射式

閉管透射式 X 射線源通過結合閉管的真空系統和直接透射的特點，是近幾年興起的一種 X 射線源設計方式，旨在提供更穩定、安全、清晰的 X 射線源。

閉管透射式 X 射線源的優點：

01. 真空系統優勢：閉管透射式結合了閉管的真空系統，有效防止了氣體的干擾，有助于穩定和控制 X 射線的產生。無需抽真空，使用前無需長時間等待，且設備無需安裝真空系統，設備重量輕。

02. 直接透射：采用了直接透射的設計，使 X 射線直接傳播到物體，可能簡化了 X 射線的路徑，提高成像的清晰度。

03. 安全性提高：封閉的設計有助于減少 X 射線泄漏，提高設備的安全性，有利于保護操作人員。

04. 靈活性和透明度：直接透射可能使得成像更為靈活，并有助于獲得清晰的影像，提高成像的質量和準確性。

05. 分辨率高：靶材可移動，電子束不會持續轟擊一個地方，成像質量高。靶材貼在窗口上，輻射角大，能看大樣品，且由于焦斑小，分辨率高。

閉管透射式 X 射線源的缺點：

01. 熱量散發：閉管透射式在 X 射線產生過程中可能產生較多的熱量，可能需要額外的散熱系統來維持設備的穩定性。

02. 復雜性和成本：結合了真空系統和直接透射的設計增加了系統的復雜性，可能需要更復雜的維護和調整過程。

總體而言，閉管透射式 X 射線源通過結合閉管的真空系統和直接透射的特點，旨在提供更穩定、安全、清晰的 X 射線源。使用過程盡可能精心調整，以最大程度地發揮其優勢。

通過上述的對比，我們通過表格直觀了解 3 種不同 X 射線源的特點：

通過上面的內容介紹和表格對比，我們很直觀地發現閉管透射式集傳統開管透射式和閉管反射式的優勢于一身，具有分辨率高、能看樣品體積大、誤差校正容易、燈絲使用壽命長、使用成本低、無需抽真空減少等待時間以及設備重量輕等優點。

閉管透射式 X 射線管設計作為一項前沿的科技，當前也逐漸在越來越多品牌廠商的設備中應用起來。其中，創立于比利時的 NEOSCAN 臺式高分辨顯微 CT 采用的正是閉管透射式 X 射線管，具有高分辨成像、設備免維護、設備重量輕安裝場地要求少、一體化軟件等特點。

Part 3: 關于 NEOSCAN 臺式顯微 CT

NEOSCAN 高分辨臺式顯微 CT 是首家采用閉管透射式 X 射線管的設備,由 Alexander Sasov 創立于比利時。目前 NEOSCAN 推出三款顯微 CT 產品：N80 高分辨臺式顯微 CT、N70 通用型臺式顯微 CT、N60 緊湊型臺式顯微 CT，可在不破壞樣品的同時，得到樣品的結構信息（空腔孔隙）、密度信息（組分差異），同時可以輸出三維模型，進行仿真分析。

N80

N70

N60