醫(yī)學(xué)不同數(shù)字成像方法--數(shù)字X射線、磁共振成像(MR

21 世紀(jì)數(shù)字成像技術(shù)的出現(xiàn)給我們帶來優(yōu)異的診斷功能、圖像存檔以及隨時隨地的檢索功能。自 20 世紀(jì) 70 年代早期醫(yī)學(xué)成像數(shù)字技術(shù)出現(xiàn)以來，數(shù)字成像的重要性得以日益彰顯。半導(dǎo)體器件中混合信號設(shè)計能力方面的一些新進(jìn)展，讓成像系統(tǒng)實現(xiàn)了史無前例的電子封裝密度，從而帶來醫(yī)學(xué)成像的巨大發(fā)展。同時，嵌入式處理器極大地提高了醫(yī)療圖像處理和實時圖像顯示的能力，從而實現(xiàn)了更迅速、更準(zhǔn)確的診斷。這些技術(shù)的融合以及許多新興的電子健康記錄標(biāo)準(zhǔn)為更為完善的病人護(hù)理提供了發(fā)展動力。

本文將介紹不同成像方法電子設(shè)計存在的諸多挑戰(zhàn)和一些最新動態(tài)，具體包括數(shù)字 X 射線、磁共振成像 (MRI) 和超聲波系統(tǒng)。

數(shù)字X射線系統(tǒng)

傳統(tǒng)的 X 射線系統(tǒng)使用一種膠片/屏幕裝置來檢測發(fā)射到人身體的 X 射線。然而，探測器系統(tǒng)中的數(shù)字 X 射線信號鏈包含一個照片探測器陣列，該探測器陣列將輻射轉(zhuǎn)換成電荷。其后面是一些電荷積分器電路和模數(shù)轉(zhuǎn)換器 (ADC)電路，以數(shù)字化輸入。圖 1 顯示了一個典型數(shù)字 X 射線系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖的例子。

圖 1 數(shù)字 X 射線系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖示例

數(shù)字 X 射線系統(tǒng)性能與積分器和 ADC 模塊的噪聲性能密切相關(guān)。為了在低功耗條件下獲得更高的圖像質(zhì)量，某個系統(tǒng)中支持大量信號通道所需的電子集成程度為技術(shù)的創(chuàng)新設(shè)定了一定的標(biāo)準(zhǔn)。正是由于組成探測器系統(tǒng)的許多高性能模擬組件以及執(zhí)行高級圖像處理任務(wù)的嵌入式處理器， X 射線系統(tǒng)才擁有了許多相對于傳統(tǒng) X 射線系統(tǒng)的優(yōu)勢。這種組合支持更大的動態(tài)范圍，從而可以獲得更好的圖像對比度和更低的患者X射線輻射水平，同時產(chǎn)生可電子存儲和傳輸?shù)臄?shù)字圖像。

超聲波系統(tǒng)

超聲波系統(tǒng)的接收通道信號鏈包括低噪聲放大器 (LNA)、可變增益放大器 (VGA)、低通濾波器 (LPF) 和高速高精度 ADC。緊跟在這些組件后面的是數(shù)字波束生成、圖像和多普勒處理以及其他信號處理軟件（請參見圖 2）。

圖 2 超聲波系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖示例

信號鏈組件的噪聲和帶寬特性定義了系統(tǒng)的總性能上限。另外，在耗散更低系統(tǒng)功率的同時，需要在更小的區(qū)域內(nèi)集成更多的高性能通道。典型的手持式超聲波系統(tǒng)可能具有約 16 到 32 條通道，而一些高端系統(tǒng)可能會有 128 條以上的通道，以獲得更高的圖像質(zhì)量。要減少占用全部這些陣列通道的印制電路板 (PCB) ，重點是在模擬前端 IC 中集成盡可能多的通道?？傁到y(tǒng)功耗是手持式系統(tǒng)的另一個重要性能指標(biāo)。直接將接收端電子器件集成到了探針中是創(chuàng)新的另一個方面。

這樣做有助于縮短探針中低壓模擬信號源與LNAs之間的距離，從而減少信號的損耗。集成會進(jìn)一步增加探針件數(shù)目，從而增強(qiáng) 3D 成像。除了這些模擬信號鏈考慮因素以外，高性能、低功耗嵌入式處理器還能夠比以前更快速、高效地完成便攜式設(shè)備的波束生成和圖像處理任務(wù)。