基于ADI 20位DAC的醫(yī)療成像系統(tǒng)設(shè)計(jì)

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　　如今有多種多樣的成像手段可供使用，如計(jì)算機(jī)斷層掃描、X射線、超聲和磁共振等。各種系統(tǒng)都有其優(yōu)點(diǎn)和缺點(diǎn)，既可以用來生成人體某一部位或器官的靜止圖像，也可以用來生成動(dòng)態(tài)影像以便醫(yī)生核實(shí)或研究器官的活動(dòng)情況。某些手術(shù)中也會(huì)用到動(dòng)態(tài)影像。

　　不同系統(tǒng)的成像能力也存在差別。X射線技術(shù)非常適合用于診斷骨骼疾病。超聲利用聲波來監(jiān)視胎兒，可對(duì)器官以及心房、心室、血管中的血流情況成像。MRI則適合對(duì)軟組織進(jìn)行成像。對(duì)于上述各種醫(yī)學(xué)成像系統(tǒng)，ADI公司都有相應(yīng)的專業(yè)技術(shù)解決方案。本文重點(diǎn)介紹一款針對(duì)磁共振成像(MRI)等高性能應(yīng)用而開發(fā)的新型高分辨率DAC。

　　磁共振成像

　　MRI主要用于產(chǎn)生人體內(nèi)部的高質(zhì)量圖像，可以用來檢測疾病，以及區(qū)分腫瘤與正常組織。人體的70%是脂肪和水，這兩種物質(zhì)均包含氫原子。MRI利用氫原子的磁性成像。

　　進(jìn)行MRI需要一個(gè)強(qiáng)大的均質(zhì)磁場。磁場強(qiáng)度的單位為特斯拉(T)。1特斯拉等于10,000高斯，地球的磁場強(qiáng)度約為0.5高斯。目前的MRI系統(tǒng)使用1.5 T到3 T的磁場強(qiáng)度，有時(shí)甚至達(dá)到7 T。如此強(qiáng)的磁場由超導(dǎo)線圈磁鐵產(chǎn)生，病人處于磁場中。圖1顯示了病人與MRI掃描儀線圈的位置關(guān)系。

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　　圖1. 病人與MRI線圈的位置關(guān)系

　　對(duì)于1.5T系統(tǒng)，所施加的頻率約為64 MHz，3T系統(tǒng)則為128 MHz。這將導(dǎo)致人體內(nèi)部的質(zhì)子自旋，與磁場方向平行或反平行，從而處于低能態(tài)或高能態(tài)。磁場強(qiáng)度越高，則這兩種自旋狀態(tài)的能量差越大。移除所施加的磁場之后，質(zhì)子轉(zhuǎn)發(fā)磁能，所轉(zhuǎn)發(fā)的磁能由接收線圈或天線進(jìn)行測量。這些天線采用靈敏的前置放大器、增益模塊和高分辨率ADC進(jìn)行設(shè)計(jì)，符合120 dB至140 dB的整體動(dòng)態(tài)范圍要求。由于我們感興趣的只是對(duì)人體的細(xì)小斷層進(jìn)行成像，因此需要對(duì)該均質(zhì)磁場增加一個(gè)梯度。

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　　圖2. 高分辨率梯度控制環(huán)路

　　使用大線圈來傳輸這一梯度信號(hào)(磁化矢量)，以便從我們感興趣的單個(gè)斷層提供響應(yīng)。圖2顯示了一個(gè)MRI系統(tǒng)中實(shí)現(xiàn)的梯度控制環(huán)路。發(fā)送到梯度線圈的信號(hào)由一個(gè)輸出功率達(dá)數(shù)兆瓦的放大器產(chǎn)生。頻率范圍相當(dāng)?shù)?，因此其關(guān)鍵要求是穩(wěn)定、高線性度和低漂移。這正是20位DAC AD5791具備的特性。