Postęp w konstrukcji lamp rentgenowskich
Lampa rentgenowska od początku jest sercem każdego aparatu rentgenowskiego, a jakość otrzymywanego obrazu zależy od jej jakości. W pierwszych eksperymentach stosowano standardowe rurki do wyładowań w gazach (Crookesa, Pluckera, Hittorfa i inne). Wewnątrz rurki utrzymywano obniżone ciśnienie. Używano do tego celu różnych pomp, których stabilność pracy była zwykle niezadowalająca. Wkrótce zaczęto stosować lampy w formie zamkniętej bańki szklanej określane jako gazowe (jonowe) z zimną katodą. Wolne jony dodatnie gazu znajdującego się wewnątrz (w bańce szklanej) lampy, pod wpływem przyłożonego napięcia ulegały przyśpieszeniu od anody w kierunku katody, a bombardując ją wyzwalały z niej elektrony. Te z kolei trafiając na szkło lampy wytwarzały promieniowanie X. W ulepszonej wersji, naprzeciw katody umieszczano dodatkową elektrodę nazywaną antykatodą w którą trafiał strumień elektronów i tam w zjawisku hamowania następowała jego zamiana na promieniowanie X. Dużym problemem w przypadku lamp jonowych był fakt, że z czasem zmniejszała się zawartość gazu wewnątrz bańki (wskutek adsorpcji jonów przez części metalowe) a przez to wytwarzane promieniowanie X stawało się twarde (bardziej przenikliwe). Tymczasem w przypadku nowych lamp z dużą zawartością gazu promieniowanie to było miękkie (mniej przenikliwe). Radiolog musiał więc dysponować kilkoma lampami, których używał w zależności od potrzeb. Tak więc w tamtych czasach wytwarzanie promieniowania X było w dużym stopniu nieprzewidywalne. Formułowano nawet takie ekstremalne opinie: „krzykliwa rura jest gorsza od histerycznej kobiety, jest nieuleczalnie bezużyteczna”. Co ciekawe, wielu radiologów nadawało żeńskie imiona lampom rentgenowskim, przy pomocy których wykonywali badania.
Kluczowym momentem w rozwoju radiologii było wprowadzenie w 1913 r. nowego typu lampy rentgenowskiej, skonstruowanej przez amerykańskiego fizyka Williama Coolidge’a. Nowatorskim rozwiązaniem było zastosowanie bardzo niskiego ciśnienia (czy wręcz próżni) w bańce oraz użycie żarzonej katody jako źródła elektronów. Dawało to stabilność pracy oraz możliwość kontroli ilości emitowanych elektronów. Coolidge wystąpił z wnioskiem patentowym na lampę „z gorącą katodą” 9 maja 1913 r. a patent został mu udzielony w roku 1916. W podobnym czasie polski fizyk żydowskiego pochodzenia, Julius Edgar Lilienfeld skonstruował lampę rentgenowską, w rurze której umieścił żarnik emitujący elektrony. Wniosek patentowy złożył w roku 1912, jednak nie uiścił wymaganej opłaty stąd pierwszeństwo przyznano Coolidgowi. Pojawienie się na rynku podobnego typu lamp spowodowało bezpośredni konflikt Lilienfelda z Coolidge’em (uznanym za ojca lampy rentgenowskiej). Lampa Lilienfelda była bardziej skomplikowana i kłopotliwa w eksploatacji, więc zaprzestano jej produkcji.
Lampa zaproponowana przez Coolidge’a to lampa próżniowa z gorącą katodą gdzie elektrony wytwarzane są w zjawisku termoemisji. Lampy o takiej konstrukcji (oczywiście z licznymi udoskonaleniami) produkowane są obecnie i stały się podstawą nowoczesnej radiologii.
Od wielu lat trwają próby stworzenia lamp w których elektrony nie powstają w zjawisku termoemisji, a są emitowane z innych źródeł. Aktualnie dostępne są dwie technologie:
Emisja z użyciem nanorurek weglowych (CNT – Carbon Nano Tube)
Nonorurki mają bardzo małą średnicę średnice - ok. 10 nm (nanometrów) i zachowują się jak małe działa elektronowe. Emiter elektronów składa się z milionów takich rurek na bardzo małej powierzchni a ich emisja jest bardzo stabilna. Komercyjne lampy w tej technologii zaczęła wytwarzać australijska firma Micro-X (https://micro-x.com). Zastosowała je w swoich produktach – przewoźnych aparatach rtg a także prototypie ultralekkiego tomografu komputerowego, który może być instalowany w ambulansach oraz w samolotach sanitarnych i służyć do wczesnej diagnostyki udaru.
Technologię CNT rozwijają także koreańska firma VSI (lampy i aparaty) (https://www.vsi.co.kr/en) i szwedzka Luxbright (lampy) (https://www.luxbright.com).
Emisja z użyciem mikroostrzy metalowych lub krzemowych
W tej technologii emiter to chip (Field Emission Array - FEA) złożony z milionów mikroostrzy (nanostożków) na bardzo małej powierzchni. Liderem tej technologii jest izraelska firma Nanox (https://www.luxbright.com) której FEA zbudowany jest z mikrostożków z molibdenu na powierzchni krzemu. Firma Nanox rozpoczęła produkcje lamp a także aparatów rtg jednoźródłowych i wieloźródłowych. Szczególnie ciekawy jest ten drugi typ – Nanox ARC, który oferuje także technikę tomosyntezy. Warto zwrócić uwagę, że w technologii mikroostrzy jest możliwość emitowania elektronów z różnych nanostożków a przez to uzyskanie lepszej sprawności cieplnej (nie jest potrzebna wirująca anoda). Poza tym emitując elektrony z dowolnych mikroostrzy można sterować wielkością ogniska.
Obie technologie pozwalają na miniaturyzację lamp rentgenowskich, wysoką rozdzielczość otrzymywanych obrazów, wysoką stabilność uzyskiwanych parametrów prądowych oraz wysoką trwałość.