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从高精密的器件选择开始提高CT设备的效能

2020-02-24 ADI 阅读:
从高精密的器件选择开始提高CT设备的效能
在医疗器械市场的发展过程中,医学影像设备一直占据着重要地位,是医疗设备高端产业化的代表。PET(正电子发射断层扫描)、CT(X射线计算机断层扫描)和核磁共振并称为医学影像“三大件”,PET/CT作为医疗影像设备中的高端产品,在中国拥有千亿级市场。

在医疗器械市场的发展过程中,医学影像设备一直占据着重要地位,是医疗设备高端产业化的代表。PET(正电子发射断层扫描)、CT(X射线计算机断层扫描)和核磁共振并称为医学影像“三大件”,PET/CT作为医疗影像设备中的高端产品,在中国拥有千亿级市场。作为临床精度设备要求最高的之一,CT具有扫描速度快、图像清晰等特点,可用于多种疾病的检查。在硬件技术、系统设计,以及与扫描制造商的合作方面处于领先地位的ADI公司,提供的技术解决方案可最大限度提高图像质量,同时缩短扫描时间,降低辐射剂量、功耗和成本。BBJednc

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超越X射线的成像效果是这样得来的

医生在诊断患者疾病方面,与查看简单的X射线相比,CT扫描技术具有明显的优势。CT扫描使医生能够观察软组织和血管,从而让医生有机会在诊断过程中更早地看到极小的结节和可能癌变的肿瘤。通过利用电脑和旋转的X射线机,CT扫描可以生成人体的横截面图像,也就是所谓的“切片”。然后,这些图像会传送到计算机,在那里组合成一个特定身体部位的3D图像,能够帮助医生更快、更准确地进行诊断。BBJednc

CT检测器包括瞄准仪、闪烁晶体层、光电二极管阵列(PDA)、模拟数据采集系统和数字处理系统。瞄准仪用于聚焦X射线光子并防止散射,闪烁晶体层将X射线光子转换为可见光子,PDA将可见光子转换为电流,然后将电流输入模拟数据采集系统(ADAS),FPGA通常用于处理ADAS系统输出数字数据以便进一步进行数据处理。BBJednc

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CT主信号链BBJednc

在CT系统中,ADAS必须具有极低的噪声性能,以保持良好的空间分辨率,降低X射线剂量,并具有极低的电流输出以实现高动态范围性能。为了避免图像伪影并确保良好的对比度,转换器前端必须具有出色的线性度性能并可提供低功耗工作模式,以降低热敏型探测器的冷却要求。ADC必须具有至少24位的高分辨率才能获得更优质、更清晰的图像,同时还要具有快速采样速率(短至100μs),以便数字化探测器读数。另外,ADC采样速率还必须支持多路复用,这样就可以使用较少数量的转换器,并且减小整个系统的尺寸和功耗。BBJednc

精密CT扫描技术背后的精密器件

在过去几十年的大部分时间里,ADI一直处于CT扫描模拟前端信号链技术的前沿,它帮助提高了图像质量,减少了X射线辐射,提高了扫描速度,并最终改善了患者的愈后。例如具有出色线性度的多通道数据采集系统ADAS1131和ADAS1134可最大限度地提高CT应用的图像质量。BBJednc

ADAS1131是一款256通道、24位电流数字转换器模块,适用于多通道、小电流采集数据的医疗CT、工业和安检扫描仪,及光电二极管传感器应用。ADAS1131的主要技术特性包括:无电荷损失、无死区时间的同步采样;超低噪声;可配置电流输入范围;集成了2个可配置采样速率的高速ADC、内部缓冲器、用于数据采集的去耦和旁路电容;片上温度传感器;等等。而同样是256通道的新一代ADAS1135在主要性能指标上都有大幅度提升,并与ADAS1131封装兼容,很容易实现硬件的系统升级,以及在新设计上最新技术采纳。同时,ADI还推出了128通道版本ADAS1134。BBJednc

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再如128通道、24位电流数字ADC ADAS1128,该器件提供128个数据转换通道,并将速度从6kSPS(每秒采样数)提高到20kSPS。这一级别的性能和集成度意味着,CT检测系统的电子成本与以前的设计相比可减少一半。BBJednc

更高的层数是使得CT扫描仪能够提供更具体图像的主要因素之一,诊断系统设计者借助ADAS1128可以开发出比上一代设备更先进的CT扫描仪,它可在生成更清晰图像的同时,降低整体扫描时间。这在危重病医学领域(如心脏病、神经科和血管造影)的价值是无可估量的。因ADAS1128而大幅降低的系统级成本、尺寸和功耗意味着世界一流的CT扫描诊断将在全球关注医疗安全的环境中变得更加经济和实用。BBJednc

ADAS1128可替代较低通道集成度的转换器,它在一平方厘米的单芯片上集成了一个24位分辨率ADC(模数转换器)、128个同步采样的数据转换器通道(可选的采样率最高达20kSPS)、片上温度传感器和参考缓冲器。在全速状态下,ADAS1128消耗的功率(4.5毫瓦/通道)不到其它解决方案(10毫瓦/通道)的一半。它还可以提供优越的整体性能规格,如无电荷损失、更多的满量程范围选择和超低噪声(对于低剂量X射线系统可降至0.4 fC)。BBJednc

小结

ADI可以提供完整的CT模拟信号链前端解决方案,除了前面提到的关键转换器产品阵列,还可提供大量的放大器、信号处理和电源管理等解决方案供医疗影像设备供应商选择,使CT设备达到最佳图像质量,并降低功耗和成本。BBJednc

ADI最初涉足这一领域是提供单个组件供客户组装,进而将X射线信号转换成提供患者身体显像(确保准确扫描的关键技术)所需的数据。随着时间的推移,ADI在成像和特定医疗保健产品方面积累了更深厚的专长经验。如今,ADI提供设计先进CT扫描仪所需的成套技术,从传感器到数字处理器,以及优化封装和性能的专业技术。通过使用这一整套技术,CT扫描仪制造商能够更轻松快捷地设计产品,并通过降低噪声、减少人工制品和提高图像质量来获得更满意的结果。BBJednc

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