未來CT設(shè)備芯片市場，將期待什么？

ADI公司亞太區(qū)醫(yī)療事業(yè)資深業(yè)務(wù)經(jīng)理周文勝

　　“全球每年64層以上CT設(shè)備出貨量有幾千臺，”ADI公司亞太區(qū)醫(yī)療事業(yè)資深業(yè)務(wù)經(jīng)理周文勝告訴EEWORLD。與此同時，32通道轉(zhuǎn)換器已在市場流通多年，分食著多層CT設(shè)備的市場份額。這樣看來，盤子不大、分食眾多，似乎并不是什么好事情。

　　此時專門瞄準(zhǔn)多層CT設(shè)備的轉(zhuǎn)換器芯片ADAS1128，是否真會有些高處不勝寒？

　　尷尬且誘人的市場

　　其實，醫(yī)療電子向來就不是個“大角色”，僅從ADI 2008年的財政營收來看，26億美元中，只有約5%的份額屬于醫(yī)療電子，盡管其中A/D轉(zhuǎn)換器和放大器提供了不小的市場份額，但還不到足矣令人歡欣雀躍的程度。而且，對中國市場而言更有其特殊性：以醫(yī)藥和低端器械為主的醫(yī)療市場，注定電子的份額相對較小。

　　盡管如此，國外半導(dǎo)體廠商依然熱情不減，紛紛加入到醫(yī)療行業(yè)的陣營，而且早在2006年以英特爾為首成立的The Continua Health Alliance，希望消除技術(shù)和商業(yè)障礙，使可共同使用的醫(yī)療設(shè)備得以發(fā)展。

　　隨著人口老齡化趨勢帶來了龐大的醫(yī)療開支及赤字，不堪重負(fù)的各國政府紛紛控制醫(yī)療成本，而成本控制限制了醫(yī)院的支付能力，所以每臺醫(yī)療器械必須在單位時間內(nèi)為更多的患者成像，才能有效降低運營成本，而“CT掃描成像技術(shù)的進(jìn)步將從根本上改變診斷成像設(shè)備的實用性和經(jīng)濟(jì)性，”半導(dǎo)體調(diào)研機(jī)構(gòu)Databeans公司研究總監(jiān)Susie Inouye如是說。更高層數(shù)CT系統(tǒng)要求增加處理圖像所需的數(shù)據(jù)采集通道數(shù)量，因此提供更高通道集成度的電流/數(shù)字轉(zhuǎn)換器在下一代掃描儀的設(shè)計中扮演一個關(guān)鍵角色。

　　一般而言，CT成像結(jié)合了特殊的掃描X光源和先進(jìn)的電腦來生成人體內(nèi)部的二維和三維圖像，使得醫(yī)生可以更容易地診斷疾病，包括癌癥、心血管病以及肌肉骨骼病患。而我們通常所說的層，就是指接收穿過人體X光的接收器陣列，單層CT的接收器陣列成線性，所以掃描后的圖像是切片，只有通過長時間的移動可以復(fù)現(xiàn)器官的情況；之后逐漸發(fā)展到2層、4層、8層、16層等等，層數(shù)高意味著圖像質(zhì)量的改善，診斷和掃描靈活性的增加，從而減少每次掃描所需的時間，時間短了，自然X光的輻射量也少了。最早的多層CT設(shè)備可以追溯到1998年前，飛利浦醫(yī)療推出了32層和40層掃描裝置。2006 年，64層CT在歐洲市場上大量銷售。2007年的北美放射學(xué)會年會上， 當(dāng)市場期待著推出256層CT時，東芝卻出人意料地推出了320層CT。

　　由此看來，提高成像質(zhì)量的最直接方法就是擴(kuò)大傳感器陣列規(guī)模（即層數(shù)）。但是由于為設(shè)備添加了更多的傳感器，因此將信號傳輸至處理引擎的信號鏈就必須增加電子器件。與此同時，廠商還必須提高其系統(tǒng)標(biāo)準(zhǔn)，包括特定電子組件的尺寸、功耗以及性能。系統(tǒng)某一方面的性能增強(qiáng)也許會給其他方面帶來挑戰(zhàn)。因此，外型更小、速度更快、性能更高和低功耗的新型轉(zhuǎn)換器在工程設(shè)計中的需求日益凸顯，于是，ADI的全新電流/數(shù)字轉(zhuǎn)換器芯片——ADAS1128應(yīng)運而生。

　　捕獲“跳動的心臟”

　　“過去，單層CT只能得到器官的圖像切片，”周文勝介紹。而與此形成鮮明對比的是，高層數(shù)CT系統(tǒng)則能夠以高精度捕獲實時圖像，如跳動的心臟等，從而減少了患者暴露在X射線下的時間。

　　ADAS1128是一款24位電流/數(shù)字轉(zhuǎn)換器，它可將光電二極管陣列信號轉(zhuǎn)變成數(shù)字信號。該器件提供128個數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換通道，并將速度從6kSPS（每秒采樣數(shù)）提高到20kSPS，其支持的通道數(shù)是市場上現(xiàn)存的任何一種集成轉(zhuǎn)換器解決方案的4倍（128比32）。

　　“對于一個典型的高端CT系統(tǒng)而言，高集成度是至關(guān)重要的，”周文勝指出。單層CT通常有1000個接收器，因此256層CT設(shè)備就有多于250K的數(shù)據(jù)信號采集鏈（或大于250000的光電二極管電流）。如此多層的設(shè)備，無疑困擾著過去的設(shè)計，因為如果使用分立器件實現(xiàn)系統(tǒng)，機(jī)械方面的條件則限制了這些數(shù)據(jù)信號采集鏈的整合。一個64層的系統(tǒng)需要大約64K的數(shù)據(jù)信號采集鏈，因此，必須整合600多個ADAS1128，如果是相對比較先進(jìn)掃描儀現(xiàn)在大約有250K數(shù)據(jù)信號采集鏈，則需要約2000個這樣的芯片。與此同時，CT設(shè)備的層數(shù)是在不斷增加的。

        ADAS1128可替代以前較低通道集成度的轉(zhuǎn)換器，它在一平方厘米的單芯片上集成了一個24位分辨率ADC（模數(shù)轉(zhuǎn)換器）、128個同步采樣的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換器通道（可選的采樣率最高達(dá)20kSPS）、片上溫度傳感器和參考緩沖器。除了通道數(shù)提高四倍以外，與目前市場上的任何一種解決方案相比，ADAS1128還可提供3倍以上的吞吐量。

　　在全速狀態(tài)下，ADAS1128消耗的功率（4.5毫瓦/通道）不到其它解決方案（10毫瓦/通道）的一半。它還可以提供優(yōu)越的整體性能規(guī)格，如無電荷損失、更多的滿量程范圍選擇和超低噪聲（對低劑量X射線系統(tǒng)來說可降到0.4 fC）。

　　據(jù)悉，ADAS1128電流/數(shù)字轉(zhuǎn)換器在2009年2月4日已投入量產(chǎn)。而且除了CT系統(tǒng)以外，ADAS1128還使得基于X射線設(shè)計的安全成像系統(tǒng)能夠應(yīng)用于貨運碼頭、港口和機(jī)場。

　　“正如年底的購車熱潮一樣，”周文勝說，即使由于整體經(jīng)濟(jì)形式的影響，某些需求被延緩了，但最終會在某個時刻爆發(fā)出來，醫(yī)療市場的需求也不例外。隨著中國市場幾年前從國外購置二手儀器更新?lián)Q代，以及不斷增長地對16位CT設(shè)備生產(chǎn)的需求，“CT市場具有很強(qiáng)的增長潛力。”

　　眾廠商分食
 
　　盡管具有一定的性能優(yōu)勢，但尤其對于多層CT設(shè)備市場而言，ADAS1128仍然有若干不容忽視的勁敵。

　　談及轉(zhuǎn)換器，首先不得不提的是TI（德州儀器），早在2006年，TI就已經(jīng)推出了20位、32通道的電流輸入模數(shù)轉(zhuǎn)換器DDC232，該款器件將電流-至-電壓轉(zhuǎn)換與A/D轉(zhuǎn)換相結(jié)合，以便32位獨立式低電平電流輸出器件（例如光電二極管）可以直接連接到它的輸出端和實現(xiàn)數(shù)字化。在此之前TI類似的產(chǎn)品有雙電流輸入 20 位模數(shù)轉(zhuǎn)換器DDC112、DDC114和八路電流輸入20位模數(shù)轉(zhuǎn)換器DDC118。但之后TI電流轉(zhuǎn)換器件的推出略顯乏力，只在2008年推出了一款16位、16通道電流輸入模數(shù)轉(zhuǎn)換器DDC316。如果單以性能最為接近的DDC232做比較，作為后來者的ADAS1128仍頗具競爭力。但是，畢竟DDC2312在過去的兩年中，已經(jīng)具有一定的市場，且在可靠性相當(dāng)重要的醫(yī)療電子產(chǎn)品而言，芯片級別產(chǎn)品更新?lián)Q代的頻率并不高，所以DDC232仍然不失為一個強(qiáng)勁的競爭者。

　　同樣是TI，在2008年1月，推出了10位和12位8通道ADC系列產(chǎn)品ADS528×，據(jù)德州儀器業(yè)務(wù)拓展工程師馬凱介紹，該系列ADC采用業(yè)界最小的封裝且具有領(lǐng)先的低功耗特性，其功耗比同類競爭解決方案低30%，滿足了高密度醫(yī)學(xué)成像和無線通信系統(tǒng)的要求。與此同時，美國國家半導(dǎo)體也推出首款采用CTSD(連續(xù)時間Sigma-delta)技術(shù)的高速模擬/數(shù)字轉(zhuǎn)換器——ADC12EU050。目標(biāo)市場與德州儀器的ADS5281類似，也將針對醫(yī)療設(shè)備和工業(yè)設(shè)備的成像系統(tǒng)。

　　當(dāng)然，各個廠商在針對不同的目標(biāo)市場時，會有不同的系統(tǒng)集成，但僅從CT市場而言，新推出的產(chǎn)品從性能上和市場定位上，都具有一定優(yōu)勢，對多層CT設(shè)備市場也應(yīng)該是個不錯的消息。

　　未來之路

　　在未來幾年，高層CT設(shè)備需求仍將持續(xù)增長。但是，就在供應(yīng)商努力提升CT層數(shù)、減少掃描時間的過程中，覆蓋范圍已經(jīng)達(dá)到了某些極限值，超過這個數(shù)，球管不能提供足夠的能量照射到全部覆蓋范圍。而且，一些放射學(xué)家還認(rèn)為，在處理非運動器官上，256層和320層CT比64層CT多做不了多少事。因此供應(yīng)商們也在尋求增加層數(shù)之外的諸多方法，比如尋找新的檢測材料或改進(jìn)旋轉(zhuǎn)時間等。

　　但畢竟256層對于中國而言，還是個高級設(shè)備，在普遍以2層CT設(shè)備為主的市場，瞄準(zhǔn)高層CT設(shè)備的芯片仍然具有相當(dāng)?shù)氖袌鰸摿?。不容否認(rèn)的是，市場總會期待更具成本效益、減少放射劑量技術(shù)的出現(xiàn)。

    “其實，最難的是自己對自己的挑戰(zhàn)，”周文勝不禁感慨。對于以應(yīng)用為主導(dǎo)的市場，技術(shù)的實現(xiàn)固然重要，但更為重要的是廠商如何創(chuàng)造與客戶溝通的平臺，從而更好地自己理解所面臨的市場。

       附圖：

       CT - 計算機(jī)體層攝影(Computer Tomography，即計算機(jī)斷層掃描)系統(tǒng)方框圖

        計算機(jī)體層攝影 (CT) 通過單軸旋轉(zhuǎn)從一系列二維 X 射線圖像中產(chǎn)生人體內(nèi)部器官的 3D 圖像。與傳統(tǒng)的 X 射線攝影術(shù)相比，CT 圖像具有顯著提高的對比度——來源：德州儀器網(wǎng)站。