高性能信號(hào)鏈技術(shù)創(chuàng)新加速醫(yī)療影像產(chǎn)業(yè)多元化發(fā)展

目前醫(yī)學(xué)影像的設(shè)備可以分為大型影像診斷設(shè)備和其他影像診斷設(shè)備，其中大型設(shè)備主要有數(shù)字X線攝影（DR）、計(jì)算機(jī)斷層掃描（CT）、核磁共振（MRI）和核醫(yī)學(xué)類（PET及復(fù)合類PET-CT、PET-MR等），小型的影像診斷設(shè)備包括超聲和內(nèi)鏡等。根據(jù)成像原理的不同，各種設(shè)備在臨床的上的應(yīng)用也不相同。各類醫(yī)學(xué)影像設(shè)備的特點(diǎn)及應(yīng)用場(chǎng)景如下表顯示。

傳感元件作為醫(yī)療影像領(lǐng)域重要的元器件，是數(shù)據(jù)采集的重要環(huán)節(jié)之一，不同成像領(lǐng)域?qū)?yīng)不同的傳感器是決定成像質(zhì)量的關(guān)鍵物理部件。按照不同成像領(lǐng)域有不同傳感器類別，例如CMOS傳感器便通過(guò)更小的像素尺寸、更高的分辨率和更低的噪聲水平得到了廣泛的應(yīng)用。

信號(hào)鏈主要由放大器、濾波器、數(shù)模轉(zhuǎn)換器等組成，從物理信號(hào)到數(shù)字信號(hào)主要經(jīng)過(guò)濾波器對(duì)信號(hào)進(jìn)行篩選用放大器進(jìn)行電路放大、自動(dòng)控制和測(cè)量用數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換器進(jìn)行轉(zhuǎn)換計(jì)算，最終變成數(shù)字信號(hào)進(jìn)入數(shù)字世界存儲(chǔ)和處理，反之會(huì)經(jīng)過(guò)相反過(guò)程。信號(hào)鏈?zhǔn)轻t(yī)療影像設(shè)備中通用且重要的組件，直接影像數(shù)字成像質(zhì)量。盡管不同成像原理涉及不同物理量的測(cè)量，但都包括模數(shù)信號(hào)轉(zhuǎn)換、預(yù)調(diào)理等過(guò)程，是對(duì)模擬信號(hào)采樣的必經(jīng)過(guò)程，其高精度特性，如動(dòng)態(tài)范圍、分辨率、準(zhǔn)確性、線性度和噪聲，將決定最終數(shù)字成像的質(zhì)量。

數(shù)據(jù)采集過(guò)程的通用框圖

部分醫(yī)療影像設(shè)備信號(hào)鏈結(jié)構(gòu)

隨著醫(yī)療影像行業(yè)對(duì)分辨率、安全性等需求不斷增長(zhǎng)，使其半導(dǎo)體含量繼續(xù)增加。預(yù)計(jì)2020年全球醫(yī)療影像半導(dǎo)體相關(guān)元件出貨量達(dá)到73000萬(wàn)顆，其中模擬芯片占比從2014年8.6%提升至2020年20.5%。作為全球半導(dǎo)體技術(shù)領(lǐng)先廠商，ADI的技術(shù)與產(chǎn)品覆蓋健康醫(yī)療全產(chǎn)業(yè)鏈，從預(yù)防、診斷、治療，到疾病管理，都有成熟的解決方案，在大多數(shù)需要數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換和信號(hào)處理的醫(yī)療器械產(chǎn)品中，都能找到ADI的方案，包括各類醫(yī)療影像設(shè)備信號(hào)鏈應(yīng)用中。

多功能動(dòng)態(tài)DR、移動(dòng)DR、高精度DR漸成趨勢(shì)

DR正在從靜態(tài)DR逐步向多功能動(dòng)態(tài)DR發(fā)展。目前醫(yī)院多數(shù)采用的還是靜態(tài)DR，但靜態(tài)DR由于技術(shù)和功能局限，會(huì)導(dǎo)致在很多部位檢查過(guò)程中難以避免模糊性、漏診、誤診以及重復(fù)性拍攝，動(dòng)態(tài)DR可通過(guò)可視化功能進(jìn)行動(dòng)態(tài)觀察精準(zhǔn)快速。另外移動(dòng) DR 也在快速發(fā)展過(guò)程中。

目前ADI針對(duì)DR領(lǐng)域主推的產(chǎn)品為ADAS1256 COF，其為256通道集成前端模塊，基本適用于數(shù)字X射線，最新一代產(chǎn)品ADAS1258也已經(jīng)推出，進(jìn)一步優(yōu)化速度和功耗，以及集成更多系統(tǒng)級(jí)功能的產(chǎn)品 。

除了單芯片集成256通道、16位分辨率、22us線路掃描速度等性能外，ADAS1256 COF解決方案還提供了9種功耗模式，因?yàn)槲覀冎溃呐c噪聲不能同時(shí)達(dá)到最低的要求，所以功耗模式的切換功能就能使得用戶可自行選擇適應(yīng)當(dāng)時(shí)需求的最佳功耗、噪聲模式。對(duì)于病人來(lái)說(shuō)，最關(guān)心的是輻射劑量。因?yàn)樵谧龈鞣N檢查時(shí)，X 射線對(duì)病人本身也會(huì)造成傷害。對(duì)于這點(diǎn)，ADAS1256 COF 解決方案降低探測(cè)器本身的噪聲，所以在X射線劑量很少時(shí)，低噪聲的探測(cè)器也能夠接收并清晰呈現(xiàn)圖像。

CT排數(shù)增加成為剛需

第五代CT機(jī)經(jīng)歷了從16排到32排再到64排的發(fā)展，目前大多數(shù)為64排CT，高端CT有部分128排，最先進(jìn)已到320排。排數(shù)的增加意味著橫向截面更寬，一次掃描花的時(shí)間更少，輻射劑量少，成像效果也更好，但除了前端 X線管數(shù)量增加外，后端通道數(shù)也要增加，對(duì)零部件的集成度要求提高。

ADI在CT領(lǐng)域最新的解決方案順應(yīng)了CT領(lǐng)域多層數(shù)、低劑量、低成本的發(fā)展趨勢(shì)，目前最新一代ADAS1135為256通道、24位電流數(shù)字轉(zhuǎn)換器模塊，適于多通道、小電流采集數(shù)據(jù)的醫(yī)療CT（計(jì)算機(jī)斷層）、工業(yè)和安檢掃描儀，及光電二極管傳感器應(yīng)用。同時(shí)，ADI還推出128通道多版本ADAS1134。

ADAS1135的主要技術(shù)優(yōu)勢(shì)包括：無(wú)電荷損失、無(wú)死區(qū)時(shí)間的同步采樣；超低噪聲；可配置電流輸入范圍；集成了2個(gè)可配置采樣速率的高速ADC、內(nèi)部緩沖器、用于數(shù)據(jù)采集的去耦和旁路電容；LVDS/CMOS串行接口；片上溫度傳感器。

超聲走向高端專用、移動(dòng)便捷應(yīng)用

目前國(guó)外廠商已有部分高端和專用彩超設(shè)備，彩超設(shè)備高端化依賴于探頭的升級(jí)，也因此實(shí)際上依賴于探頭原材料、元器件集成，超聲穿透力和分辨率之間的矛盾關(guān)系、遠(yuǎn)近場(chǎng)分辨率不一致等為高端彩超的難點(diǎn)問(wèn)題。目前專用彩超領(lǐng)域已經(jīng)有心血管超聲、乳腺超聲、產(chǎn)科4D、介入超聲等。便攜式超聲有著便于攜帶、圖像清晰、操作簡(jiǎn)便的優(yōu)點(diǎn)，在基層、?？漆t(yī)院有很大需求和應(yīng)用場(chǎng)景，但便攜式超聲的成像效果、效率、功耗等問(wèn)題仍然亟待解決。

ADI在超聲領(lǐng)域主要產(chǎn)品為AD927x/AD967x/AD9106，滿足超聲設(shè)備高級(jí)化、專用化、便攜化的發(fā)展趨勢(shì)。其中AD927x/AD967x是外模擬前端產(chǎn)品，是業(yè)內(nèi)最早量產(chǎn)方案，有低功耗、低噪聲的優(yōu)點(diǎn)，還包含數(shù)字解調(diào)、JESD204接口等；AD9106則是業(yè)內(nèi)第一個(gè)針對(duì)線性發(fā)送通道的DAC產(chǎn)品。超聲領(lǐng)域在高級(jí)化、專用化的發(fā)展過(guò)程中對(duì)噪聲、分辨率要求較高，在便攜化方向上對(duì)功耗、集成度要求較高，ADI均能滿足需求。

本文小結(jié)

成像質(zhì)量、速度和功耗是醫(yī)療影像信號(hào)鏈的關(guān)鍵性能指標(biāo)，直接影響相關(guān)設(shè)備的檢測(cè)的精度、安全和便攜性。ADI完整技術(shù)方案和集成化產(chǎn)品能力、醫(yī)療領(lǐng)域的長(zhǎng)期迭代和技術(shù)投入、積極與AI等新技術(shù)的創(chuàng)新結(jié)合，構(gòu)筑了ADI的核心護(hù)城河，也為ADI在醫(yī)療領(lǐng)域保持長(zhǎng)期領(lǐng)先地位的核心優(yōu)勢(shì) 。