MRI 架構的改進

現(xiàn)代核磁共振成像(MRI)掃描儀的設計已發(fā)生了革命性的變化，這都得益于現(xiàn)代IC設計的一系列發(fā)展和進步。MRI等醫(yī)療成像設備雖產(chǎn)生一定的影響，但并不是IC發(fā)展的主要驅(qū)動因素。相反，它們是無線基礎設施等行業(yè)持續(xù)發(fā)展的受益者。這種技術進步不僅提供MRI各種子系統(tǒng)改善性能的機會，同時也使子系統(tǒng)設計得以簡化。

MRI子系統(tǒng)受益于現(xiàn)代IC的一個例子是梯度控制。高端MRI掃描儀要求以1ppm量級的精密度、精確度和穩(wěn)定度來控制梯度場，這本身就是一項挑戰(zhàn)；而且，在實現(xiàn)如此高水平控制的同時，還必須提供數(shù)百kHz或更大的吞吐速率。若無法維持所需的控制，將會因為場梯度的非線性生成干擾偽像。若無法達到所需的噪聲水平，圖像中可能會出現(xiàn)“重影”。

過去高性能梯度控制一直采用復雜的分立電路來實現(xiàn)。圖1a為這種方式的一個簡化示例。在此例中，兩個16位DAC相結合，用來產(chǎn)生更高的等效精度。次要DAC的輸出會經(jīng)過衰減，以提供更精細步進，隨后與主要DAC輸出結合。然而，這種組合不能提供所需的線性度，因此要在反饋環(huán)路中使用一個高性能ADC。該ADC不太可能用于音頻方面，故在數(shù)字邏輯中須進行額外的校正。對于典型高分辨率ADC，另一個可能發(fā)生的問題是空閑音，也必須消除掉。盡管本圖已經(jīng)將復雜問題大大簡化，但應明白，實際運作狀況絕不會如圖示那么簡單。

圖1 MRI的梯度控制

當今的IC工藝及設計技術允許工程師將所有這些需求整合到一個1×10-6 DAC當中，如圖1b所示。這是通過經(jīng)改善的薄膜匹配與片內(nèi)自校正功能相結合加以實現(xiàn)的。線性度、穩(wěn)定度和噪聲能夠改善高階MRI梯度控制的性能，并且其電路與傳統(tǒng)方法相比大大簡化。然而，要達成總體1×10-6精度的設計挑戰(zhàn)仍然相當大，但DAC不再是限制因素，支持電路、器件選型和適當?shù)牟季植季€均起著重要的作用。

射頻(RF)接收機是另一個受到新技術巨大沖擊的領域。該領域一直在不斷變化，不同的原始設備制造商(OEM)采用不同的方式完成任務。然而，一個共同發(fā)展趨勢是希望能夠?qū)⒔邮针娮悠骷浦粮拷€圈組件的位置，這樣做合情合理，如果從前置放大器到后續(xù)接收電子器件之間使用較長的同軸電纜，則不僅體積龐大，而且不利于接收機的性能。若將接收電子器件移至更靠近線圈的位置，會對電子器件有兩大限制。電子器件必須更小，因為要容納大量的接收通道，所以可用空間更少。另外，功耗也是一個主要因素，在更小容量的空間內(nèi)必定會產(chǎn)生散熱問題。

圖2 MRI的數(shù)字轉(zhuǎn)換