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未来CT设备芯片市场将期待什么

发布时间:2020-07-21 18:04:23 阅读: 来源:头纱厂家

128对阵32,也许单独两个数字并不能代表什么。但当2月初ADI推出了瞄准更快、更清晰成像的多层CT设备的电流/数字转换器芯片(ADAS1128)时,其远远超出目前最高记录(32个)的128个数据转换通道,无疑引起了不小的震撼。ADI公司亚太区医疗事业资深业务经理周文胜

本文引用地址:全球每年64层以上CT设备出货量有几千台,”ADI公司亚太区医疗事业资深业务经理周文胜告诉EEWORLD。与此同时,32通道转换器已在市场流通多年,分食着多层CT设备的市场份额。这样看来,盘子不大、分食众多,似乎并不是什么好事情。

此时专门瞄准多层CT设备的转换器芯片ADAS1128,是否真会有些高处不胜寒?

尴尬且诱人的市场

其实,医疗电子向来就不是个“大角色”,仅从ADI 2008年的财政营收来看,26亿美元中,只有约5%的份额属于医疗电子,尽管其中A/D转换器和放大器提供了不小的市场份额,但还不到足矣令人欢欣雀跃的程度。而且,对中国市场而言更有其特殊性:以医药和低端器械为主的医疗市场,注定电子的份额相对较小。

尽管如此,国外半导体厂商依然热情不减,纷纷加入到医疗行业的阵营,而且早在2006年以英特尔为首成立的The Continua Health Alliance,希望消除技术和商业障碍,使可共同使用的医疗设备得以发展。

随着人口老龄化趋势带来了庞大的医疗开支及赤字,不堪重负的各国政府纷纷控制医疗成本,而成本控制限制了医院的支付能力,所以每台医疗器械必须在单位时间内为更多的患者成像,才能有效降低运营成本,而“CT扫描成像技术的进步将从根本上改变诊断成像设备的实用性和经济性,”半导体调研机构Databeans公司研究总监Susie Inouye如是说。更高层数CT系统要求增加处理图像所需的数据采集通道数量,因此提供更高通道集成度的电流/数字转换器在下一代扫描仪的设计中扮演一个关键角色。

一般而言,CT成像结合了特殊的扫描X光源和先进的电脑来生成人体内部的二维和三维图像,使得医生可以更容易地诊断疾病,包括癌症、心血管病以及肌肉骨骼病患。而我们通常所说的层,就是指接收穿过人体X光的接收器阵列,单层CT的接收器阵列成线性,所以扫描后的图像是切片,只有通过长时间的移动可以复现器官的情况;之后逐渐发展到2层、4层、8层、16层等等,层数高意味着图像质量的改善,诊断和扫描灵活性的增加,从而减少每次扫描所需的时间,时间短了,自然X光的辐射量也少了。最早的多层CT设备可以追溯到1998年前,飞利浦医疗推出了32层和40层扫描装置。2006 年,64层CT在欧洲市场上大量销售。2007年的北美放射学会年会上, 当市场期待着推出256层CT时,东芝却出人意料地推出了320层CT。

由此看来,提高成像质量的最直接方法就是扩大传感器阵列规模(即层数)。但是由于为设备添加了更多的传感器,因此将信号传输至处理引擎的信号链就必须增加电子器件。与此同时,厂商还必须提高其系统标准,包括特定电子组件的尺寸、功耗以及性能。系统某一方面的性能增强也许会给其他方面带来挑战。因此,外型更小、速度更快、性能更高和低功耗的新型转换器在工程设计中的需求日益凸显,于是,ADI的全新电流/数字转换器芯片——ADAS1128应运而生。

捕获“跳动的心脏”

“过去,单层CT只能得到器官的图像切片,”周文胜介绍。而与此形成鲜明对比的是,高层数CT系统则能够以高精度捕获实时图像,如跳动的心脏等,从而减少了患者暴露在X射线下的时间。

ADAS1128是一款24位电流/数字转换器,它可将光电二极管阵列信号转变成数字信号。该器件提供128个数据转换通道,并将速度从6kSPS(每秒采样数)提高到20kSPS,其支持的通道数是市场上现存的任何一种集成转换器解决方案的4倍(128比32)。

“对于一个典型的高端CT系统而言,高集成度是至关重要的,”周文胜指出。单层CT通常有1000个接收器,因此256层CT设备就有多于250K的数据信号采集链(或大于250000的光电二极管电流)。如此多层的设备,无疑困扰着过去的设计,因为如果使用分立器件实现系统,机械方面的条件则限制了这些数据信号采集链的整合。一个64层的系统需要大约64K的数据信号采集链,因此,必须整合600多个ADAS1128,如果是相对比较先进扫描仪现在大约有250K数据信号采集链,则需要约2000个这样的芯片。与此同时,CT设备的层数是在不断增加的。 ADAS1128可替代以前较低通道集成度的转换器,它在一平方厘米的单芯片上集成了一个24位分辨率ADC(模数转换器)、128个同步采样的数据转换器通道(可选的采样率最高达20kSPS)、片上温度传感器和参考缓冲器。除了通道数提高四倍以外,与目前市场上的任何一种解决方案相比,ADAS1128还可提供3倍以上的吞吐量。在全速状态下,ADAS1128消耗的功率(4.5毫瓦/通道)不到其它解决方案(10毫瓦/通道)的一半。它还可以提供优越的整体性能规格,如无电荷损失、更多的满量程范围选择和超低噪声(对低剂量X射线系统来说可降到0.4 fC)。据悉,ADAS1128电流/数字转换器在2009年2月4日已投入量产。而且除了CT系统以外,ADAS1128还使得基于X射线设计的安全成像系统能够应用于货运码头、港口和机场。

“正如年底的购车热潮一样,”周文胜说,即使由于整体经济形式的影响,某些需求被延缓了,但最终会在某个时刻爆发出来,医疗市场的需求也不例外。随着中国市场几年前从国外购置二手仪器更新换代,以及不断增长地对16位CT设备生产的需求,“CT市场具有很强的增长潜力。”

众厂商分食尽管具有一定的性能优势,但尤其对于多层CT设备市场而言,ADAS1128仍然有若干不容忽视的劲敌。

谈及转换器,首先不得不提的是TI(德州仪器),早在2006年,TI就已经推出了20位、32通道的电流输入模数转换器DDC232,该款器件将电流-至-电压转换与A/D转换相结合,以便32位独立式低电平电流输出器件(例如光电二极管)可以直接连接到它的输出端和实现数字化。在此之前TI类似的产品有双电流输入 20 位模数转换器DDC112、DDC114和八路电流输入20位模数转换器DDC118。但之后TI电流转换器件的推出略显乏力,只在2008年推出了一款16位、16通道电流输入模数转换器DDC316。如果单以性能最为接近的DDC232做比较,作为后来者的ADAS1128仍颇具竞争力。但是,毕竟DDC2312在过去的两年中,已经具有一定的市场,且在可靠性相当重要的医疗电子产品而言,芯片级别产品更新换代的频率并不高,所以DDC232仍然不失为一个强劲的竞争者。

同样是TI,在2008年1月,推出了10位和12位8通道ADC系列产品ADS528×,据德州仪器业务拓展工程师马凯介绍,该系列ADC采用业界最小的封装且具有领先的低功耗特性,其功耗比同类竞争解决方案低30%,满足了高密度医学成像和无线通信系统的要求。与此同时,美国国家半导体也推出首款采用CTSD(连续时间Sigma-delta)技术的高速模拟/数字转换器——ADC12EU050。目标市场与德州仪器的ADS5281类似,也将针对医疗设备和工业设备的成像系统。

当然,各个厂商在针对不同的目标市场时,会有不同的系统集成,但仅从CT市场而言,新推出的产品从性能上和市场定位上,都具有一定优势,对多层CT设备市场也应该是个不错的消息。

未来之路

在未来几年,高层CT设备需求仍将持续增长。但是,就在供应商努力提升CT层数、减少扫描时间的过程中,覆盖范围已经达到了某些极限值,超过这个数,球管不能提供足够的能量照射到全部覆盖范围。而且,一些放射学家还认为,在处理非运动器官上,256层和320层CT比64层CT多做不了多少事。因此供应商们也在寻求增加层数之外的诸多方法,比如寻找新的检测材料或改进旋转时间等。

但毕竟256层对于中国而言,还是个高级设备,在普遍以2层CT设备为主的市场,瞄准高层CT设备的芯片仍然具有相当的市场潜力。不容否认的是,市场总会期待更具成本效益、减少放射剂量技术的出现。

“其实,最难的是自己对自己的挑战,”周文胜不禁感慨。对于以应用为主导的市场,技术的实现固然重要,但更为重要的是厂商如何创造与客户沟通的平台,从而更好地自己理解所面临的市场。

附图: CT - 计算机体层摄影(Computer Tomography,即计算机断层扫描)系统方框图

计算机体层摄影 (CT) 通过单轴旋转从一系列二维 X 射线图像中产生人体内部器官的 3D 图像。与传统的 X 射线摄影术相比,CT 图像具有显著提高的对比度——来源:德州仪器网站。

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