显微CT设备X射线源全面解析：闭管反射式、开管透射式、闭管透射式

引言

在上一期的推文《X 射线成像技术 I 一文了解工业 CT 与显微 CT 的区别》中，我们通过对工业 CT 和显微 CT 成像技术原理、样品尺寸和分辨率以及应用功能等方面的对比，综合了解了工业CT 和显微 CT成像技术。X 射线管是 CT 的核心零部件，正如汽车发动机一样，是我们选择设备要考虑的重要因素。本期我们简要介绍在 CT 成像设备中 X 射线发射源的主要 3 种方式及其特点，期望能够帮助大家更好地理解 X 射线 CT 成像技术，根据设备设计、样品类型、成像需求等方面综合考虑，选购合适的设备。

Part 1  X 射线源：开管 VS 闭管，透射 VS 反射

首先我们对 X 射线源的开管和闭管以及透射和反射进行区分。此处需要特别指出的是，开管和闭管是 X 射线源真空系统设计的差别，而透射式和反射式是 X 射线产生方式的差别。

X 射线源开管

定义：X 射线管的阴极和阳极之间的空间是开放的，使用时需要抽真空。

开管透射式

优势：开管的优势主要体现在 X 射线焦斑小，这样 CT 的放大比可以做的更大，更容易达到高空间分辨率。同时开管的辐射角大，适合扫描大的样品，在工业 CT 里有更广泛的应用。

劣势：主要是在使用过程中，需要连续对打开的 X 射线管进行抽真空。真空系统会占用更多体积，增加设备重量。开管的寿命也较短，一般在使用 300~500 小时后就需要维护，真空泵的维护需要昂贵的费用，如果维护不好就会影响设备功能甚至会损坏设备。开管设备的整体售价相对闭管设备也高出许多。

X 射线源闭管

定义：闭管的阴极、阳极（又称靶材）封闭在真空管内，使用时不需要抽真空。

闭管反射式

优势：使用时无需抽真空，使用前无需等待抽真空时间。同时设备不需要安装真空系统，设备体积小，重量轻，稳定性好。闭管的 X 射线源封装在真空管内，灯丝可长期使用。

劣势：X 射线焦斑略大，不利于提高空间分辨率。辐射角小，不适合扫描很大的样品。

下面是 X 射线源开管和闭管区别的简要对比表：

X 射线源透射与反射

定义：从靶材的形状和角度分类，X 射线管分为反射式和透射式。

透射式靶是很薄的一层薄膜，靶面与入射电子束垂直，其特点是可以获得更小的焦点尺寸和更大的辐射角度。

反射式靶面与入射电子束形成一定倾斜角度，其特点是具有较大的散热体积，可以承受较高电压的加速电子。

Part 2 市面上主流的 3 种 X 射线源对比

通过结合 X 射线源的真空系统和产生方式，市面上工业 CT 和显微 CT 设备采用的 X 射线源方式主要有以下 3 种：

01 闭管反射式

闭管反射式 X 射线源是一种在 CT 设备中常见的 X 射线源类型。其采用了封闭的金属管设计，将 X 射线源封装在内，以降低 X 射线泄漏风险。内部使用反射技术，通常通过金属或合金反射器，使 X 射线沿着预定的路径传播，减小散射和泄漏。这种设计提高了设备的安全性，减少了散射，同时保持了相对稳定和高质量的 X 射线产生。

闭管反射式 X 射线源的优点：

1. 安全性提高：封闭的金属管设计有助于减少 X 射线的泄漏，提高设备的安全性，保护操作人员和患者免受不必要的辐射影响。

2. 散射减小：内部反射技术减小 X 射线的散射，有助于提高成像的清晰度和准确性。

3. 稳定性优越：闭管反射式 X 射线源通常具有较好的稳定性，有助于保持成像质量的一致性，适用于长时间高负荷工作的情况。

4. 适用于医学影像：由于提供相对稳定和高质量的 X 射线源，闭管反射式非常适用于医学影像领域。

闭管反射式 X 射线源的缺点：

1. 热量产生：闭管反射式在 X 射线产生过程中可能产生较多的热量，因此可能需要额外的散热系统来保持设备的稳定性。

2. 复杂性：封闭的设计和反射技术增加了 X 射线源的复杂性，可能需要更复杂的维护和调整过程。

3. 设备成本较高：由于采用了封闭设计和反射技术，闭管反射式 X 射线源的制造和维护成本可能相对较高。

04. 分辨率受限：由于靶材无法旋转或更换，时间一长，电子束轰击位置靶材质量变差，导致成像质量不断下降。同时， X 射线焦斑大，限制了分辨率的提高。且由于辐射角小，不适合扫描大样品

总体而言，闭管反射式 X 射线源通过提高安全性、减小散射、保持稳定性等方面的优势，较适用于医学影像等领域，但也存在一些需要考虑的缺点。

02 开管透射式

开管透射式 X 射线源可将 X 射线直接透射到物体上而无需封闭的金属管。这种开放式设计简化了 X 射线的路径，可能提供更直接的透射方式。然而，由于直接透射，可能需要考虑安全性和热量散发方面的问题，并可能需要额外的安全措施和散热系统。该设计可能更加灵活，适用于特定的成像需求和设备设计。

开管透射式 X 射线源的优点：

1. 直接透射：开管透射式 X 射线源通过开放式设计，使 X 射线直接透射到物体，简化了 X 射线的路径，可能提供更直接的成像方式。

2. 灵活性：由于采用了开放式设计，开管透射式可能更加灵活，适用于不同的成像需求和设备设计。

3. 成像质量高：直接透射可能有助于获得清晰的影像，提高成像的质量和准确性。

开管透射式 X 射线源的缺点：

1. 热量散发：由于直接透射，开管透射式在 X 射线产生过程中可能产生较多的热量，可能需要额外的散热系统来保持设备的稳定性。

2. 需要抽真空：使用时需要抽真空，等待时间长，工序繁琐，且真空系统占设备体积多，增加了整体重量。

3. 维护成本高：灯丝寿命短，一般在使用300~500 小时后就需要维护，且球管的价格比较昂贵。

总体而言，开管透射式 X 射线源通过直接透射提供了一些优点，但也伴随着热量散发和安全性考虑等一些缺点，这需要在实际应用中进行权衡和考虑。

03 闭管透射式

闭管透射式 X 射线源通过结合闭管的真空系统和直接透射的特点，是近几年兴起的一种 X 射线源设计方式，旨在提供更稳定、安全、清晰的 X 射线源。

闭管透射式 X 射线源的优点：

01. 真空系统优势： 闭管透射式结合了闭管的真空系统，有效防止了气体的干扰，有助于稳定和控制 X 射线的产生。无需抽真空，使用前无需长时间等待，且设备无需安装真空系统，设备重量轻。

02. 直接透射： 采用了直接透射的设计，使 X 射线直接传播到物体，可能简化了 X 射线的路径，提高成像的清晰度。

03. 安全性提高： 封闭的设计有助于减少 X 射线泄漏，提高设备的安全性，有利于保护操作人员。

04. 灵活性和透明度： 直接透射可能使得成像更为灵活，并有助于获得清晰的影像，提高成像的质量和准确性。

05. 分辨率高：靶材可移动，电子束不会持续轰击一个地方，成像质量高。靶材贴在窗口上，辐射角大，能看大样品，且由于焦斑小，分辨率高。

闭管透射式 X 射线源的缺点：

01. 热量散发：闭管透射式在 X 射线产生过程中可能产生较多的热量，可能需要额外的散热系统来维持设备的稳定性。

02. 复杂性和成本：结合了真空系统和直接透射的设计增加了系统的复杂性，可能需要更复杂的维护和调整过程。

总体而言，闭管透射式 X 射线源通过结合闭管的真空系统和直接透射的特点，旨在提供更稳定、安全、清晰的 X 射线源。使用过程尽可能精心调整，以最大程度地发挥其优势。

通过上述的对比，我们通过表格直观了解 3 种不同 X 射线源的特点：

通过上面的内容介绍和表格对比，我们很直观地发现闭管透射式集传统开管透射式和闭管反射式的优势于一身，具有分辨率高、能看样品体积大、误差校正容易、灯丝使用寿命长、使用成本低、无需抽真空减少等待时间以及设备重量轻等优点。

闭管透射式 X 射线管设计作为一项前沿的科技，当前也逐渐在越来越多品牌厂商的设备中应用起来。其中，创立于比利时的 NEOSCAN 台式高分辨显微 CT 采用的正是闭管透射式 X 射线管，具有高分辨成像、设备免维护、设备重量轻安装场地要求少、一体化软件等特点。

NEOSCAN 台式高分辨显微CT的特点

Part 3: 关于 NEOSCAN 台式显微 CT

NEOSCAN 高分辨台式显微 CT 是首家采用闭管透射式 X 射线管的设备,由 Alexander Sasov 创立于比利时。目前 NEOSCAN 推出三款显微 CT 产品：N80 高分辨台式显微 CT、N70 通用型台式显微 CT、N60 紧凑型台式显微 CT，可在不破坏样品的同时，得到样品的结构信息（空腔孔隙）、密度信息（组分差异），同时可以输出三维模型，进行仿真分析。可以点击文章链接查看更多关于 NEOSCAN 台式显微CT 的介绍：高分辨无损成像 | 显微 CT 技术及其应用分享