MRI 架構(gòu)的改進(jìn)

如同任何其他的設(shè)計(jì)問題一樣，在運(yùn)用新ADC技術(shù)的優(yōu)勢(shì)時(shí)，也需要加以權(quán)衡。由于MRI掃描儀中的RF信號(hào)電平較低，因此信噪比(SNR)是ADC的一項(xiàng)關(guān)鍵特性規(guī)格。在開發(fā)突破性產(chǎn)品時(shí)，信噪比也是一項(xiàng)重要的目標(biāo)特性規(guī)格。研發(fā)新功能時(shí)，諸如功耗之類的規(guī)格常常退居其次，后來的新一代ADC可以通過對(duì)主要規(guī)格的性能，例如信噪比做些讓步來實(shí)現(xiàn)這些次要規(guī)格。最后，隨著技術(shù)日益成熟，在第一代中達(dá)成的突破性功能，也可以在維持低功耗（或是其他次要規(guī)格）的情況下實(shí)現(xiàn)。因此，MRI系統(tǒng)設(shè)計(jì)廠商可以選擇和權(quán)衡不同ADC的強(qiáng)項(xiàng)及弱點(diǎn)，找出最符合其系統(tǒng)目標(biāo)的ADC。

提高個(gè)別器件的性能，并不是蓬勃發(fā)展的IC技術(shù)助力實(shí)現(xiàn)更緊湊MRI接收架構(gòu)的唯一方法，更高集成度也是受通信行業(yè)推動(dòng)而發(fā)展。隨著采用模擬下變頻轉(zhuǎn)換的架構(gòu)逐漸被直接采樣架構(gòu)所取代，此功能也正轉(zhuǎn)換到數(shù)字領(lǐng)域，通常成為FPGA的一部分。信號(hào)被分成I與Q兩個(gè)分量，并且利用正交數(shù)控振蕩器(NCO)轉(zhuǎn)換至基帶，然后進(jìn)行過濾；接著，此信號(hào)會(huì)傳送到系統(tǒng)處理器中，此時(shí)可應(yīng)用更為全面的信號(hào)處理技術(shù)。

圖3 集合數(shù)模轉(zhuǎn)換器和數(shù)字下變頻功能的單芯片

這種分隔式方案可以很好地運(yùn)作，然而，對(duì)于試圖使接收機(jī)解決方案尺寸最小化的設(shè)計(jì)廠商而言，具有更高集成度的解決方案會(huì)有所助益。舉例來說，高性能標(biāo)準(zhǔn)器件將模數(shù)轉(zhuǎn)換功能與針對(duì)多通道的數(shù)字下變頻功能結(jié)合到單芯片中（見圖3），這些器件可省去介于ADC與FPGA之間的高速鏈路開發(fā)需求，進(jìn)而簡(jiǎn)化設(shè)計(jì)工作。片內(nèi)數(shù)字下變頻器非常靈活，能夠適應(yīng)不同的系統(tǒng)，若將此功能從FPGA上移轉(zhuǎn)出來，便可實(shí)現(xiàn)更小、更簡(jiǎn)單的FPGA設(shè)計(jì)，以節(jié)省更多空間或成本。

為滿足通信基礎(chǔ)設(shè)施需求所做的RF器件改進(jìn)，不僅對(duì)MRI掃描儀的接收端有幫助。DAC技術(shù)的改進(jìn)，特別是直接數(shù)字頻率合成(DDS)方面的改進(jìn)，亦可簡(jiǎn)化掃描時(shí)脈沖生成的設(shè)計(jì)工作。對(duì)于任何可能在未來使用到的場(chǎng)強(qiáng)，這些器件具有足堪勝任的速度。如同集成DDC能夠從FPGA上將任務(wù)移轉(zhuǎn)出來一樣，DDS元件也能夠在發(fā)射端執(zhí)行相同的工作，配置為正交數(shù)字上變頻器(QDUC)的DDS具有足夠的靈活性來產(chǎn)生所需的脈沖。另外還有一項(xiàng)能夠簡(jiǎn)化FPGA設(shè)計(jì)的特性，就是脈沖可以存儲(chǔ)在片上存儲(chǔ)器中，等到需要時(shí)再回放。

MRI系統(tǒng)的趨勢(shì)與其他大型系統(tǒng)有著相似的軌跡，例如，希望投入更少而獲益更多；希望擁有更多的接收通道，希望它能完成更多工作，但占用的空間更少，功耗更低。我們想要實(shí)現(xiàn)高精度的梯度控制，卻又不想采用復(fù)雜的設(shè)計(jì)方法。IC技術(shù)的持續(xù)進(jìn)步不僅使上述需求的解決方案變得更為簡(jiǎn)單，而且也預(yù)示將來還會(huì)有更多益處。