未來(lái)CT設(shè)備芯片市場(chǎng)，將期待什么？

ADI公司亞太區(qū)醫(yī)療事業(yè)資深業(yè)務(wù)經(jīng)理周文勝

　　“全球每年64層以上CT設(shè)備出貨量有幾千臺(tái)，”ADI公司亞太區(qū)醫(yī)療事業(yè)資深業(yè)務(wù)經(jīng)理周文勝告訴EEWORLD。與此同時(shí)，32通道轉(zhuǎn)換器已在市場(chǎng)流通多年，分食著多層CT設(shè)備的市場(chǎng)份額。這樣看來(lái)，盤(pán)子不大、分食眾多，似乎并不是什么好事情。

　　此時(shí)專(zhuān)門(mén)瞄準(zhǔn)多層CT設(shè)備的轉(zhuǎn)換器芯片ADAS1128，是否真會(huì)有些高處不勝寒？

　　尷尬且誘人的市場(chǎng)

　　其實(shí)，醫(yī)療電子向來(lái)就不是個(gè)“大角色”，僅從ADI 2008年的財(cái)政營(yíng)收來(lái)看，26億美元中，只有約5%的份額屬于醫(yī)療電子，盡管其中A/D轉(zhuǎn)換器和放大器提供了不小的市場(chǎng)份額，但還不到足矣令人歡欣雀躍的程度。而且，對(duì)中國(guó)市場(chǎng)而言更有其特殊性：以醫(yī)藥和低端器械為主的醫(yī)療市場(chǎng)，注定電子的份額相對(duì)較小。

　　盡管如此，國(guó)外半導(dǎo)體廠商依然熱情不減，紛紛加入到醫(yī)療行業(yè)的陣營(yíng)，而且早在2006年以英特爾為首成立的The Continua Health Alliance，希望消除技術(shù)和商業(yè)障礙，使可共同使用的醫(yī)療設(shè)備得以發(fā)展。

　　隨著人口老齡化趨勢(shì)帶來(lái)了龐大的醫(yī)療開(kāi)支及赤字，不堪重負(fù)的各國(guó)政府紛紛控制醫(yī)療成本，而成本控制限制了醫(yī)院的支付能力，所以每臺(tái)醫(yī)療器械必須在單位時(shí)間內(nèi)為更多的患者成像，才能有效降低運(yùn)營(yíng)成本，而“CT掃描成像技術(shù)的進(jìn)步將從根本上改變?cè)\斷成像設(shè)備的實(shí)用性和經(jīng)濟(jì)性，”半導(dǎo)體調(diào)研機(jī)構(gòu)Databeans公司研究總監(jiān)Susie Inouye如是說(shuō)。更高層數(shù)CT系統(tǒng)要求增加處理圖像所需的數(shù)據(jù)采集通道數(shù)量，因此提供更高通道集成度的電流/數(shù)字轉(zhuǎn)換器在下一代掃描儀的設(shè)計(jì)中扮演一個(gè)關(guān)鍵角色。

　　一般而言，CT成像結(jié)合了特殊的掃描X光源和先進(jìn)的電腦來(lái)生成人體內(nèi)部的二維和三維圖像，使得醫(yī)生可以更容易地診斷疾病，包括癌癥、心血管病以及肌肉骨骼病患。而我們通常所說(shuō)的層，就是指接收穿過(guò)人體X光的接收器陣列，單層CT的接收器陣列成線(xiàn)性，所以?huà)呙韬蟮膱D像是切片，只有通過(guò)長(zhǎng)時(shí)間的移動(dòng)可以復(fù)現(xiàn)器官的情況；之后逐漸發(fā)展到2層、4層、8層、16層等等，層數(shù)高意味著圖像質(zhì)量的改善，診斷和掃描靈活性的增加，從而減少每次掃描所需的時(shí)間，時(shí)間短了，自然X光的輻射量也少了。最早的多層CT設(shè)備可以追溯到1998年前，飛利浦醫(yī)療推出了32層和40層掃描裝置。2006 年，64層CT在歐洲市場(chǎng)上大量銷(xiāo)售。2007年的北美放射學(xué)會(huì)年會(huì)上， 當(dāng)市場(chǎng)期待著推出256層CT時(shí)，東芝卻出人意料地推出了320層CT。

　　由此看來(lái)，提高成像質(zhì)量的最直接方法就是擴(kuò)大傳感器陣列規(guī)模（即層數(shù)）。但是由于為設(shè)備添加了更多的傳感器，因此將信號(hào)傳輸至處理引擎的信號(hào)鏈就必須增加電子器件。與此同時(shí)，廠商還必須提高其系統(tǒng)標(biāo)準(zhǔn)，包括特定電子組件的尺寸、功耗以及性能。系統(tǒng)某一方面的性能增強(qiáng)也許會(huì)給其他方面帶來(lái)挑戰(zhàn)。因此，外型更小、速度更快、性能更高和低功耗的新型轉(zhuǎn)換器在工程設(shè)計(jì)中的需求日益凸顯，于是，ADI的全新電流/數(shù)字轉(zhuǎn)換器芯片——ADAS1128應(yīng)運(yùn)而生。

　　捕獲“跳動(dòng)的心臟”

　　“過(guò)去，單層CT只能得到器官的圖像切片，”周文勝介紹。而與此形成鮮明對(duì)比的是，高層數(shù)CT系統(tǒng)則能夠以高精度捕獲實(shí)時(shí)圖像，如跳動(dòng)的心臟等，從而減少了患者暴露在X射線(xiàn)下的時(shí)間。

　　ADAS1128是一款24位電流/數(shù)字轉(zhuǎn)換器，它可將光電二極管陣列信號(hào)轉(zhuǎn)變成數(shù)字信號(hào)。該器件提供128個(gè)數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換通道，并將速度從6kSPS（每秒采樣數(shù)）提高到20kSPS，其支持的通道數(shù)是市場(chǎng)上現(xiàn)存的任何一種集成轉(zhuǎn)換器解決方案的4倍（128比32）。

　　“對(duì)于一個(gè)典型的高端CT系統(tǒng)而言，高集成度是至關(guān)重要的，”周文勝指出。單層CT通常有1000個(gè)接收器，因此256層CT設(shè)備就有多于250K的數(shù)據(jù)信號(hào)采集鏈（或大于250000的光電二極管電流）。如此多層的設(shè)備，無(wú)疑困擾著過(guò)去的設(shè)計(jì)，因?yàn)槿绻褂梅至⑵骷?shí)現(xiàn)系統(tǒng)，機(jī)械方面的條件則限制了這些數(shù)據(jù)信號(hào)采集鏈的整合。一個(gè)64層的系統(tǒng)需要大約64K的數(shù)據(jù)信號(hào)采集鏈，因此，必須整合600多個(gè)ADAS1128，如果是相對(duì)比較先進(jìn)掃描儀現(xiàn)在大約有250K數(shù)據(jù)信號(hào)采集鏈，則需要約2000個(gè)這樣的芯片。與此同時(shí)，CT設(shè)備的層數(shù)是在不斷增加的。

        ADAS1128可替代以前較低通道集成度的轉(zhuǎn)換器，它在一平方厘米的單芯片上集成了一個(gè)24位分辨率ADC（模數(shù)轉(zhuǎn)換器）、128個(gè)同步采樣的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換器通道（可選的采樣率最高達(dá)20kSPS）、片上溫度傳感器和參考緩沖器。除了通道數(shù)提高四倍以外，與目前市場(chǎng)上的任何一種解決方案相比，ADAS1128還可提供3倍以上的吞吐量。

　　在全速狀態(tài)下，ADAS1128消耗的功率（4.5毫瓦/通道）不到其它解決方案（10毫瓦/通道）的一半。它還可以提供優(yōu)越的整體性能規(guī)格，如無(wú)電荷損失、更多的滿(mǎn)量程范圍選擇和超低噪聲（對(duì)低劑量X射線(xiàn)系統(tǒng)來(lái)說(shuō)可降到0.4 fC）。

　　據(jù)悉，ADAS1128電流/數(shù)字轉(zhuǎn)換器在2009年2月4日已投入量產(chǎn)。而且除了CT系統(tǒng)以外，ADAS1128還使得基于X射線(xiàn)設(shè)計(jì)的安全成像系統(tǒng)能夠應(yīng)用于貨運(yùn)碼頭、港口和機(jī)場(chǎng)。

　　“正如年底的購(gòu)車(chē)熱潮一樣，”周文勝說(shuō)，即使由于整體經(jīng)濟(jì)形式的影響，某些需求被延緩了，但最終會(huì)在某個(gè)時(shí)刻爆發(fā)出來(lái)，醫(yī)療市場(chǎng)的需求也不例外。隨著中國(guó)市場(chǎng)幾年前從國(guó)外購(gòu)置二手儀器更新?lián)Q代，以及不斷增長(zhǎng)地對(duì)16位CT設(shè)備生產(chǎn)的需求，“CT市場(chǎng)具有很強(qiáng)的增長(zhǎng)潛力。”

　　眾廠商分食
 
　　盡管具有一定的性能優(yōu)勢(shì)，但尤其對(duì)于多層CT設(shè)備市場(chǎng)而言，ADAS1128仍然有若干不容忽視的勁敵。

　　談及轉(zhuǎn)換器，首先不得不提的是TI（德州儀器），早在2006年，TI就已經(jīng)推出了20位、32通道的電流輸入模數(shù)轉(zhuǎn)換器DDC232，該款器件將電流-至-電壓轉(zhuǎn)換與A/D轉(zhuǎn)換相結(jié)合，以便32位獨(dú)立式低電平電流輸出器件（例如光電二極管）可以直接連接到它的輸出端和實(shí)現(xiàn)數(shù)字化。在此之前TI類(lèi)似的產(chǎn)品有雙電流輸入 20 位模數(shù)轉(zhuǎn)換器DDC112、DDC114和八路電流輸入20位模數(shù)轉(zhuǎn)換器DDC118。但之后TI電流轉(zhuǎn)換器件的推出略顯乏力，只在2008年推出了一款16位、16通道電流輸入模數(shù)轉(zhuǎn)換器DDC316。如果單以性能最為接近的DDC232做比較，作為后來(lái)者的ADAS1128仍頗具競(jìng)爭(zhēng)力。但是，畢竟DDC2312在過(guò)去的兩年中，已經(jīng)具有一定的市場(chǎng)，且在可靠性相當(dāng)重要的醫(yī)療電子產(chǎn)品而言，芯片級(jí)別產(chǎn)品更新?lián)Q代的頻率并不高，所以DDC232仍然不失為一個(gè)強(qiáng)勁的競(jìng)爭(zhēng)者。

　　同樣是TI，在2008年1月，推出了10位和12位8通道ADC系列產(chǎn)品ADS528×，據(jù)德州儀器業(yè)務(wù)拓展工程師馬凱介紹，該系列ADC采用業(yè)界最小的封裝且具有領(lǐng)先的低功耗特性，其功耗比同類(lèi)競(jìng)爭(zhēng)解決方案低30%，滿(mǎn)足了高密度醫(yī)學(xué)成像和無(wú)線(xiàn)通信系統(tǒng)的要求。與此同時(shí)，美國(guó)國(guó)家半導(dǎo)體也推出首款采用CTSD(連續(xù)時(shí)間Sigma-delta)技術(shù)的高速模擬/數(shù)字轉(zhuǎn)換器——ADC12EU050。目標(biāo)市場(chǎng)與德州儀器的ADS5281類(lèi)似，也將針對(duì)醫(yī)療設(shè)備和工業(yè)設(shè)備的成像系統(tǒng)。

　　當(dāng)然，各個(gè)廠商在針對(duì)不同的目標(biāo)市場(chǎng)時(shí)，會(huì)有不同的系統(tǒng)集成，但僅從CT市場(chǎng)而言，新推出的產(chǎn)品從性能上和市場(chǎng)定位上，都具有一定優(yōu)勢(shì)，對(duì)多層CT設(shè)備市場(chǎng)也應(yīng)該是個(gè)不錯(cuò)的消息。

　　未來(lái)之路

　　在未來(lái)幾年，高層CT設(shè)備需求仍將持續(xù)增長(zhǎng)。但是，就在供應(yīng)商努力提升CT層數(shù)、減少掃描時(shí)間的過(guò)程中，覆蓋范圍已經(jīng)達(dá)到了某些極限值，超過(guò)這個(gè)數(shù)，球管不能提供足夠的能量照射到全部覆蓋范圍。而且，一些放射學(xué)家還認(rèn)為，在處理非運(yùn)動(dòng)器官上，256層和320層CT比64層CT多做不了多少事。因此供應(yīng)商們也在尋求增加層數(shù)之外的諸多方法，比如尋找新的檢測(cè)材料或改進(jìn)旋轉(zhuǎn)時(shí)間等。

　　但畢竟256層對(duì)于中國(guó)而言，還是個(gè)高級(jí)設(shè)備，在普遍以2層CT設(shè)備為主的市場(chǎng)，瞄準(zhǔn)高層CT設(shè)備的芯片仍然具有相當(dāng)?shù)氖袌?chǎng)潛力。不容否認(rèn)的是，市場(chǎng)總會(huì)期待更具成本效益、減少放射劑量技術(shù)的出現(xiàn)。

    “其實(shí)，最難的是自己對(duì)自己的挑戰(zhàn)，”周文勝不禁感慨。對(duì)于以應(yīng)用為主導(dǎo)的市場(chǎng)，技術(shù)的實(shí)現(xiàn)固然重要，但更為重要的是廠商如何創(chuàng)造與客戶(hù)溝通的平臺(tái)，從而更好地自己理解所面臨的市場(chǎng)。

       附圖：

       CT - 計(jì)算機(jī)體層攝影(Computer Tomography，即計(jì)算機(jī)斷層掃描)系統(tǒng)方框圖

        計(jì)算機(jī)體層攝影 (CT) 通過(guò)單軸旋轉(zhuǎn)從一系列二維 X 射線(xiàn)圖像中產(chǎn)生人體內(nèi)部器官的 3D 圖像。與傳統(tǒng)的 X 射線(xiàn)攝影術(shù)相比，CT 圖像具有顯著提高的對(duì)比度——來(lái)源：德州儀器網(wǎng)站。