十九世纪、二十世纪之交，有三大公认的物理学发现：X射线、电子、放射性现象。其中，前两项的实验基础均是由克鲁克斯管提供的。
1874年，英国物理学家威廉·克鲁克斯发明阴极射线管，为纪念他，称这种X射线管为“克鲁克斯管”。随后，他在做高真空放电实验时，发现管子附近的照相底片有模糊的阴影，但他坚持认为是照片底片质量差造成的。
克鲁克斯管
1895年11月8日晚，德国物理学家威廉·伦琴也发现了这一奇异现象，引起了他极大兴趣，经过反复实验确认，发现了一种新型射线，后被命名为X射线，并拍下了那张著名的照片：伦琴夫人的手。兴趣和运气，有时真的是实力的一部分。
伦琴的第一个试验台
在伦琴发现X射线的125年里，X射线管领域上演了一部飞利浦、西门子领衔主演，万睿视(前瓦里安影像事业部)、GE联合主演的跨越三个世纪的创新大戏。
01 各领风骚好几年
1896年，西门子制造了世界第一个商用球管，并申请了第一个球管专利。不过早期球管没有焦点，图像非常模糊，同年穆勒(Mueller)发明了世界上第一个有焦点的球管，大大地增加了图像的清晰度，并缩短了曝光时间。
第一个有焦点的球管
早期的球管都是克鲁克斯管，这是一种气体电离式球管，也就是我们如今说的冷阴极球管，缺点是容量小、效率低、穿透力弱。
奠定现代球管的杰作
1913年，GE研究所的柯立芝(Coolidge)发明了高真空热阴极固定阳极球管，其管内真空度高，电子由热阴极发射，并由加在阳极和阴极两端的高压电压加速撞击阳极靶面产生X射线，只需要改变阴极工作温度就能调节管电流的大小。这是球管的第1个里程碑，奠定了现代医用X射线管的基础。
不过，冷阴极球管并没有退出历史舞台，100年后万睿视的碳纳米管球管再次站在了创新前沿。
世界上第一个热阴极球管
1919年，外科医生格策(O.Goetze)发现了线聚焦效应(line focus)，穆勒公司基于此制造了具有线聚焦点的球管，再次提高了球管功率和图像清晰度，这是球管的第2个里程碑，第一个提升图像质量的技术，由此也产生了实际焦点和有效焦点的概念。
1923年，西门子成功研制双焦点固定阳极球管：Biangulix，使球管同时具有两种不同焦点尺寸和功率特性，更像现代球管了，不过这也是固定阳极球管最后的辉煌。
旋转阳极的春天
为了加强实力，1927年飞利浦并购了穆勒公司, 成为最早专业生产球管和医用X光设备的企业。时至今日，飞利浦球管和子品牌当立的部分球管仍然在德国汉堡生产。
1929年，飞利浦发明了世界上第一个旋转阳极+金属外壳球管：Rotalix，这是球管的第3个里程碑，第1个提升球管寿命的技术。
世界上第一个旋转阳极球管
为进一步减轻球管阳极散热压力，1934年，西门子将转子转速提高到5400转/分以上；50年代末，9000/10800转/分已成为各大厂家球管的行业标准；1982年，西门子再次将球管转速提高到惊人的16800转/分，不过球管反而更容出现故障，最终还是退回到9000/10800转/分，如今我们执行的仍然是70年前的标准。
更轻、更大、更稳定的阳极靶
1934年，西门子推出了第一个纯钨阳极靶球管，产生的X射线性能好，但阳极比较重，不适应高转速，还散热差，容易龟裂；
随后，各家推出了铼钨合金靶，不仅加强了散热，还克服了龟裂缺点；1967年，在此基础上，汤普森、GE先后推出了铼钨合金包裹石墨阳极靶面，更轻，散热更快。
为应对DSA对于球管的高负荷使用，1973年，西门子、万睿视先后推出了石墨钼基铼钨合金靶，进一步提高了阳极靶的使用寿命及稳定性，这是球管的第4个里程碑，第2个提升球管寿命的技术。
阳极靶发展历程
金属陶瓷球管成为行业标准
1980年，飞利浦研制出世界上第一只金属陶瓷球管：Super Rotalix Ceramic(简称SRC)，阳极靶尺寸在当时几乎是最大的；转子与外壳部分使用陶瓷进行绝缘，极大缩短阳极启动时间；阳极轴承部分使用弹簧悬挂技术，提高稳定性的同时也延长了使用寿命。这是球管的第5个里程碑，第3个提升球管寿命的技术，开创了高性能球管的先河。
世界上第一只金属陶瓷球管
02 一切创新为了CT和DSA
1971年，美国塔夫斯大学的科马克和英国EMI的工程师亨斯费尔德分别发明了CT；1977年，美国威斯康星大学Mistretta小组和亚利桑那大学Nadelman小组研制成功数字减影血管造影(Digital Subtraction Angiography, DSA)技术。此后，几乎所有的球管创新都是为了满足CT和DSA的技术发展需求。
未来属于液态金属轴承技术
在液态金属轴承技术出现之前，球管都是以机械滚珠作为转动支撑，但滚珠受热会变形，磨损也变形；此外，转速越快，噪音越大，磨损越严重。因此，很多球管故障并不是灯丝断了，而是阳极卡死，或者转速不达标，导致无法曝光。为什么越高端的CT，其机械滚珠球管寿命越短。
世界上第一只液态金属轴承球管
1989年，飞利浦推出了MRC200，率先使用在其DSA（2年后在CT）上使用液态金属轴承技术，这是球管的第6个里程碑，第4个提升球管寿命的技术，从此球管不再追求大热容量，而是追求高散热率。凭借液态金属轴承技术的零磨损、零震动、高散热率，飞利浦球管成为长寿的代名词。以飞利浦MRC800为例，该球管的寿命通常在200万秒左右，300、400万也并不奇怪，云南玉溪江川县人民医院的Brilliance 64创造了9年587万秒次的世界记录。
近几年，我们特别经常听到液态金属轴承球管，是因为飞利浦的该项专利已到期，GE、万睿视、佳能(东芝)等开始跟进该技术。
万睿视的阳极接地技术
1998年，西门子发明平板灯丝技术(Flat electron emitter)，不仅使灯丝寿命更长，更使阴极电子的发射更稳定，提高X射线质量；同一年，万睿视发明翅片式旋转阳极(Finned rotating anodes)，进一步提高了球管阳极散热面积。
不过，当年最重要的技术当属万睿视的阳极接地技术(Anode End Grounded, AEG)。与双极(±70V)球管不同，阳极接地的阴极接负高(-140KV)，金属壳接地可以捕获杂散电子，减少无用辐射，提高了图像质量；此外，还具有更高的球管冷却效率，能承受更大的重力加速度，还可以把球管做的更小。这是球管的第7个里程碑，第5个提升球管寿命的技术，第2个提升图像质量的技术。如今，单极高压已成为高端球管的标配。
万睿视阳极接地及其专利
革命性的0兆球管
2003年，西门子推出了Straton电子束控球管，也就是我们的熟知的第一代0兆球管。从寿命角度，Straton并不成功，直到西门子又推出了革命性的Vectron。
西门子Straton电子束控球管
不过，Straton绝对会载入史册，成为球管的第8个里程碑，第5个提升球管寿命的技术，第2个提升图像质量的技术。因为：
1）双向飞焦点。通过精确、快速地控制电子束偏转，提高采样率，实现不足0.4毫米的当时业界最高各向同性分辨率。此后，飞焦点技术成为提高空间分辨率和成像质量的行业标准。
2）阳极直接冷却技术。虽然阳极热容量只有0.6MHu，但阳极直接油冷技术可实现快速冷却，意味意味着阳极靶会更小，意味着球管可以更小，意味着双源CT的诞生，这又是另一个故事。
球管天花板：iMRC
1899，穆勒(飞利浦)发明了世界上第一个水冷球管，当时的冷阴极球管并没有用起来。然而100年后，当飞利浦推出阳极水冷球管时，我高度怀疑其研发人员是在单位无聊闲逛时，突然看到了这个球管。两者的实现逻辑不能说是非常相似，只能说是一模一样。果然，历史总能带给我们启示。
第一个水冷球管
2007年，飞利浦推出了iMRC冰球管，《中国医疗装备及关键零部件发展报告》将其称为球管天花板，iMRC采用了电磁聚焦、动态四焦点、液态金属轴承、单季高压等高端技术，还创造性使用了阳极直接水冷(透心凉)、螺纹轴承、双轴承支撑、节段阳极等新技术，使随开随扫变成现实，还支持长时间扫描，延长球管寿命，这是球管的第9个里程碑，第6个提升球管寿命的技术。
《中国医疗装备及关键零部件发展报告》截图
跨越1000mA的Vectron
2013年，西门子推出了第三代双源CT：SOMATOM Force，搭载最新一代IGBT球管：Vectron，首次将球管管电流提高至1300mA，这是球管的第10个里程碑，第3个提升图像质量的技术，第1个降低剂量的技术。在解决热容量的同时，不仅实现了低KV、更高mA、更长时间的大范围连续扫描，还实现了低剂量、低造影剂用量的双低扫描。从此，70kV低剂量扫描也称为行业标准。
西门子 Vectron球管
03 敢问路在何方？
1913年，柯立芝发明了真正为医疗所用的高真空热阴极球管以来的100年，迄今球管一直在照朝着4个方向发展：
1）图像，飞焦点和平板灯丝技术进一步提升了图像质量；
2）低剂量，70kV低剂量扫描并不容易，因为15%规则，必须大功率球管才能实现；
3）热容量，从1MHU、3.5MHU，发展到5.3MHU、8MHU；如今高散热率成为了各球管厂家的主要方向。
球管创新技术
球管的发展，并不是由自己决定的，而是由CT、DSA技术进步或临床需求决定的，未来可能的4个发展方向：
1）更小的焦点，意味着更清楚的图像；
2）更大的功率，意味着更大电流输出和更长时间的连续扫描；
3）更快的(可承受)机架转速，意味着更高的时间分辨率；
4）更长的寿命，意味着医院更省钱；
如今，距离伦琴发现X射线已过去125年，距离柯立芝发明热阴极球管已过去100年，距离最近一次球管技术革新也已过去9年，很好奇X射线管是否按照预计的方向发展，让我们拭目以待。。。
