“黃金搭檔”高性能ADC成就準(zhǔn)確醫(yī)療判據(jù)

醫(yī)學(xué)成像診斷是醫(yī)療重要基礎(chǔ)支撐，是臨床數(shù)據(jù)中最重要的診斷依據(jù)之一，醫(yī)院臨床診斷大約70%依靠醫(yī)學(xué)成像。醫(yī)學(xué)成像已經(jīng)改變了疾病診斷方法，并促使各種醫(yī)療條件下的診斷和治療更加有效。對(duì)于在醫(yī)療健康領(lǐng)域中使用的成像設(shè)備，其技術(shù)的進(jìn)步和日益增長(zhǎng)的使用意識(shí)正在推動(dòng)全球醫(yī)療成像市場(chǎng)的發(fā)展。

現(xiàn)代醫(yī)療成像系統(tǒng)都有一個(gè)共同點(diǎn)：采用模擬數(shù)據(jù)采集前端進(jìn)行信號(hào)調(diào)理，并將原始成像數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換到數(shù)字域。這個(gè)微小的前端功能模塊雖然深藏于復(fù)雜機(jī)器內(nèi)部，但其性能卻會(huì)對(duì)整個(gè)系統(tǒng)的最終圖像質(zhì)量產(chǎn)生至關(guān)重要的影響。它的信號(hào)鏈包括一個(gè)檢測(cè)元件、一個(gè)低噪聲放大器(LNA)、一個(gè)濾波器和一個(gè)模數(shù)轉(zhuǎn)換器(ADC)，其中，ADC的動(dòng)態(tài)范圍、分辨率、精度、線性度和噪聲等要求都面臨著最嚴(yán)苛的挑戰(zhàn)。

數(shù)字射線照相系統(tǒng)

數(shù)字射線照相(DR)的物理原理與所有傳統(tǒng)的吸收式射線照相系統(tǒng)相同，其原理如圖1所示。

圖1.數(shù)字X射線探測(cè)器信號(hào)鏈

DR的圖像質(zhì)量取決于空間與強(qiáng)度維度中的信號(hào)采樣。在空間維度中，最小采樣速率由探測(cè)器的像素矩陣大小和實(shí)時(shí)熒光透視成像的更新速率定義。具有數(shù)百萬像素和典型更新速率高達(dá)25fps至30fps的平板探測(cè)器采用通道多路復(fù)用和多個(gè)ADC，采樣速率高達(dá)數(shù)十MSPS，可在不犧牲精度的情況下滿足最短轉(zhuǎn)換時(shí)間要求；在強(qiáng)度維度中，ADC的數(shù)字輸出信號(hào)代表在特定曝光時(shí)間內(nèi)給定像素所吸收的X射線光子的積分量。該值被分組為由ADC的位深度定義的離散電平的有限數(shù)值。另一個(gè)重要參數(shù)是信噪比(SNR)，它定義了系統(tǒng)忠實(shí)地表示成像人體的解剖學(xué)特征的內(nèi)在能力。

數(shù)字X射線系統(tǒng)采用14位至18位ADC，SNR水平范圍為70dB至100dB，ADI 公司的高集成度模擬前端ADAS1256和PulSAR? ADC AD7960?轉(zhuǎn)為DR應(yīng)用設(shè)計(jì)。ADAS1256是一個(gè)完整的電荷-數(shù)字轉(zhuǎn)換解決方案，針對(duì)可直接安裝在數(shù)字X射線面板上的DR應(yīng)用；AD7960 提供99 dB的SNR和5 MSPS的采樣速率，可滿足最高動(dòng)態(tài)范圍的噪聲和線性度要求。另外，16位、雙通道 AD9269 和14位、16通道AD9249 流水線ADC分別可提供高達(dá)80 MSPS和65 MSPS的采樣速率，可以實(shí)現(xiàn)高速熒光透視系統(tǒng)。這些ADC和集成模擬前端，可使各種類型的DR成像系統(tǒng)都具有更高的動(dòng)態(tài)范圍、更精細(xì)的分辨率、更高的檢測(cè)效率和更低的噪聲。

計(jì)算機(jī)斷層掃描

計(jì)算機(jī)斷層掃描(CT)由多個(gè)模塊組成，如圖2所示。每個(gè)模塊都包含一個(gè)閃爍晶體陣列、一個(gè)光電二極管陣列和含有多路復(fù)用至ADC的多個(gè)積分器通道的多通道模擬數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)(ADAS)。為了避免圖像偽影并確保良好的對(duì)比度，轉(zhuǎn)換器前端必須具有出色的線性度性能并可提供低功耗工作模式，以降低熱敏型探測(cè)器的冷卻要求。

圖2.CT探測(cè)器模塊信號(hào)鏈

ADC必須具有至少24位的高分辨率才能獲得更優(yōu)質(zhì)、更清晰的圖像，同時(shí)還要具有快速采樣速率（短至100μs），以便數(shù)字化探測(cè)器讀數(shù)。ADC采樣速率還必須支持多路復(fù)用，這樣就可以使用較少數(shù)量的轉(zhuǎn)換器，并且減小整個(gè)系統(tǒng)的尺寸和功耗。ADI 公司的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)ADAS1135?和?ADAS1134由低噪聲/低功耗/低輸入電流積分器、同步采樣保持器件以及具有可配置采樣速率和最高24位分辨率的兩個(gè)高速ADC組成，可提供出色的線性度，能夠最大限度地提高CT應(yīng)用的圖像質(zhì)量。

正電子發(fā)射斷層掃描

正電子發(fā)射斷層掃描(PET)探測(cè)器（如圖3所示）由一系列閃爍晶體和光電倍增管(PMT)組成，它們將伽馬射線轉(zhuǎn)換為電流，繼而轉(zhuǎn)換為電壓，然后通過可變?cè)鲆娣糯笃?/u>(VGA)放大并補(bǔ)償幅度變化。然后將產(chǎn)生的信號(hào)在ADC和比較器路徑之間分離，以提供能量和時(shí)序信息，供PET重合處理器用于重建體內(nèi)放射性示蹤劑濃度的3D圖像。