如果兩個(gè)光子的能量約為511 keV，并且它們的檢測(cè)時(shí)間相差小于百億分之一秒，則可以將其歸類為相關(guān)光子。光子的能量和檢測(cè)時(shí)間差對(duì)ADC提出了嚴(yán)格的要求，ADC必須具有10至12位的良好分辨率和通常優(yōu)于40 MSPS的快速采樣速率。低噪聲性能以最大化動(dòng)態(tài)范圍和低功耗操作以減少散熱對(duì)于PET成像也很重要。

圖3.PET電子前端信號(hào)鏈。

磁共振成像

磁共振成像（MRI）是一種無(wú)創(chuàng)醫(yī)學(xué)成像技術(shù)，它依賴于核磁共振現(xiàn)象，不使用電離輻射，這與DR，CT和PET系統(tǒng)區(qū)分開來(lái)。

MR信號(hào)的載波頻率與主磁場(chǎng)強(qiáng)度直接成比例，商用掃描儀的頻率范圍為12.8 MHz至298.2 MHz。 信號(hào)帶寬由頻率編碼方向的視場(chǎng)定義，可以從幾kHz到幾十kHz不等。

這對(duì)接收器前端提出了特定要求，該前端通?；诔獠罴軜?gòu)（見圖4）和較低速度SAR ADC。然而，模數(shù)轉(zhuǎn)換的最新進(jìn)展使快速、低功耗多通道流水線ADC能夠在最常見的頻率范圍內(nèi)對(duì)MR信號(hào)進(jìn)行直接數(shù)字轉(zhuǎn)換，轉(zhuǎn)換速率超過(guò)100 MSPS，16位深度。對(duì)動(dòng)態(tài)范圍的要求非常苛刻，通常超過(guò)100 dB。通過(guò)對(duì)MR信號(hào)進(jìn)行過(guò)采樣來(lái)提高圖像質(zhì)量，從而提高分辨率，增加SNR，并消除頻率編碼方向上的混疊偽影。為了縮短掃描采集時(shí)間，應(yīng)用了基于欠采樣的壓縮傳感技術(shù)。

圖4.MRI超外差接收器信號(hào)鏈。

超聲

超聲檢查或醫(yī)學(xué)超聲基于與本文討論的所有其他成像方式不同的物理原理。它利用頻率范圍為1 MHz至18 MHz的聲波脈沖。這些波篩選身體內(nèi)部組織，并將它們反射回不同強(qiáng)度的回波。這些回波被實(shí)時(shí)采集并顯示為超聲圖，其中可能包含不同類型的信息，包括聲阻抗、血流、組織隨時(shí)間推移的運(yùn)動(dòng)或其硬度。

圖5所示醫(yī)療超聲前端的關(guān)鍵功能模塊由集成的多通道模擬前端（AFE）表示，該前端包括低噪聲放大器、可變?cè)鲆娣糯笃?、抗混疊濾波器（AAF）、ADC和解調(diào)器。對(duì)AFE最重要的要求之一是動(dòng)態(tài)范圍。根據(jù)成像模式，此要求可能需要70 dB至160 dB，以區(qū)分血液信號(hào)和探頭和身體組織運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生的背景噪聲。因此，ADC必須提供高分辨率、高采樣速率和低總諧波失真（THD），以保持超聲信號(hào)的動(dòng)態(tài)保真度。低功耗是超聲前端高通道密度的另一個(gè)重要要求。有一系列用于醫(yī)療超聲設(shè)備的集成AFE，可實(shí)現(xiàn)最佳圖像質(zhì)量，降低功耗，并減小系統(tǒng)尺寸和成本。

圖5.醫(yī)療超聲前端信號(hào)鏈。

結(jié)論

醫(yī)學(xué)成像對(duì)電子設(shè)計(jì)提出了最苛刻的要求。低功耗、低噪聲、高動(dòng)態(tài)范圍以及低成本和緊湊封裝的高分辨率性能是本文討論的現(xiàn)代醫(yī)療成像系統(tǒng)要求的常見趨勢(shì)。ADI公司滿足這些要求，并為關(guān)鍵信號(hào)鏈功能模塊提供高度集成的解決方案，以實(shí)現(xiàn)一流的臨床成像設(shè)備，這些設(shè)備正日益成為當(dāng)今國(guó)際醫(yī)療保健系統(tǒng)不可或缺的一部分。以下是本文中提到的各種醫(yī)學(xué)成像模式的理想選擇產(chǎn)品列表。

ADAS1256：這款高度集成的模擬前端集成了256個(gè)通道，帶有低噪聲積分器、低通濾波器和相關(guān)雙采樣器，多路復(fù)用到高速16位ADC中。它是一種完整的電荷數(shù)字轉(zhuǎn)換解決方案，專為DR應(yīng)用而設(shè)計(jì)，可以直接安裝在數(shù)字X射線面板上。

對(duì)于分立式DR系統(tǒng)，18位PulSAR ADC AD7960提供99 dB的SNR和5 MSPS的采樣速率，可提供無(wú)與倫比的性能，滿足對(duì)噪聲和線性度最高動(dòng)態(tài)范圍的要求。16位、雙通道AD9269和14位、16通道AD9249流水線ADC分別提供高達(dá)80 MSPS和65 MSPS的采樣速率，支持高速熒光透視系統(tǒng)。?

ADAS1135和ADAS1134：這些高度集成的256通道和128通道數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)由低噪聲、低功耗、低輸入電流積分器、同步采樣保持器件和兩個(gè)高速ADC組成，具有可配置的采樣速率和高達(dá)24位的分辨率，具有出色的線性度性能，可最大限度地提高CT應(yīng)用的圖像質(zhì)量。

AD9228、AD9637、AD9219和AD9212：這兩款12位和10位多通道ADC的采樣速率為40 MSPS至80 MSPS，針對(duì)出色的動(dòng)態(tài)性能和低功耗進(jìn)行了優(yōu)化，可滿足PET要求。

AD9656：這款16位四通道流水線ADC提供高達(dá)125 MSPS的轉(zhuǎn)換速率，并針對(duì)傳統(tǒng)和直接數(shù)字轉(zhuǎn)換MRI系統(tǒng)架構(gòu)的出色動(dòng)態(tài)和低功耗性能進(jìn)行了優(yōu)化。

AD9671：這款8通道集成接收器前端專為低成本、低功耗醫(yī)療超聲應(yīng)用而設(shè)計(jì)，內(nèi)置14位ADC，速率高達(dá)125 MSPS。每個(gè)通道都針對(duì)連續(xù)波模式下的 160 dBFS/√Hz 高動(dòng)態(tài)性能和 62.5 mW 的低功耗進(jìn)行了優(yōu)化，適用于小封裝尺寸至關(guān)重要的應(yīng)用。

審核編輯：郭婷