未來CT設備芯片市場，將期待什么？

ADI公司亞太區醫療事業資深業務經理周文勝

　　“全球每年64層以上CT設備出貨量有幾千臺，”ADI公司亞太區醫療事業資深業務經理周文勝告訴EEWORLD。與此同時，32通道轉換器已在市場流通多年，分食著多層CT設備的市場份額。這樣看來，盤子不大、分食眾多，似乎并不是什么好事情。

　　此時專門瞄準多層CT設備的轉換器芯片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%的份額屬于醫療電子，盡管其中A/D轉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：以醫藥和低端器械為主的醫療市場，注定電子的份額相對較小。

　　盡管如此，國外半導體廠商依然熱情不減，紛紛加入到醫療行業的陣營，而且早在2006年以英特爾為首成立的The Continua Health Alliance，希望消除技術和商業障礙，使可共同使用的醫療設備得以發展。

　　隨著人口老齡化趨勢帶來了龐大的醫療開支及赤字，不堪重負的各國政府紛紛控制醫療成本，而成本控制限制了醫院的支付能力，所以每臺醫療器械必須在單位時間內為更多的患者成像，才能有效降低運營成本，而“CT掃描成像技術的進步將從根本上改變診斷成像設備的實用性和經濟性，”半導體調研機構Databeans公司研究總監Susie Inouye如是說。更高層數CT系統要求增加處理圖像所需的數據采集通道數量，因此提供更高通道集成度的電流/數字轉換器在下一代掃描儀的設計中扮演一個關鍵角色。

　　一般而言，CT成像結合了特殊的掃描X光源和先進的電腦來生成人體內部的二維和三維圖像，使得醫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現器官的情況；之后逐漸發展到2層、4層、8層、16層等等，層數高意味著圖像質量的改善，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設備可以追溯到1998年前，飛利浦醫療推出了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年的北美放射學會年會上， 當市場期待著推出256層CT時，東芝卻出人意料地推出了320層CT。

　　由此看來，提高成像質量的最直接方法就是擴大傳感器陣列規模（即層數）。但是由于為設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標準，包括特定電子組件的尺寸、功耗以及性能。系統某一方面的性能增強也許會給其他方面帶來挑戰。因此，外型更小、速度更快、性能更高和低功耗的新型轉換器在工程設計中的需求日益凸顯，于是，ADI的全新電流/數字轉換器芯片——ADAS1128應運而生。

　　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CT系統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/數字轉換器，它可將光電二極管陣列信號轉變成數字信號。該器件提供128個數據轉換通道，并將速度從6kSPS（每秒采樣數）提高到20kSPS，其支持的通道數是市場上現存的任何一種集成轉換器解決方案的4倍（128比32）。

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

        ADAS1128可替代以前較低通道集成度的轉換器，它在一平方厘米的單芯片上集成了一個24位分辨率ADC（模數轉換器）、128個同步采樣的數據轉換器通道（可選的采樣率最高達20kSPS）、片上溫度傳感器和參考緩沖器。除了通道數提高四倍以外，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。它還可以提供優越的整體性能規格，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射線系統來說可降到0.4 fC）。

　　據悉，ADAS1128電流/數字轉換器在2009年2月4日已投入量產。而且除了CT系統以外，ADAS1128還使得基于X射線設計的安全成像系統能夠應用于貨運碼頭、港口和機場。

　　“正如年底的購車熱潮一樣，”周文勝說，即使由于整體經濟形式的影響，某些需求被延緩了，但最終會在某個時刻爆發出來，醫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換代，以及不斷增長地對16位CT設備生產的需求，“CT市場具有很強的增長潛力。”

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

　　談及轉換器，首先不得不提的是TI（德州儀器），早在2006年，TI就已經推出了20位、32通道的電流輸入模數轉換器DDC232，該款器件將電流-至-電壓轉換與A/D轉換相結合，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數字化。在此之前TI類似的產品有雙電流輸入 20 位模數轉換器DDC112、DDC114和八路電流輸入20位模數轉換器DDC118。但之后TI電流轉換器件的推出略顯乏力，只在2008年推出了一款16位、16通道電流輸入模數轉換器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，已經具有一定的市場，且在可靠性相當重要的醫療電子產品而言，芯片級別產品更新換代的頻率并不高，所以DDC232仍然不失為一個強勁的競爭者。

　　同樣是TI，在2008年1月，推出了10位和12位8通道ADC系列產品ADS528×，據德州儀器業務拓展工程師馬凱介紹，該系列ADC采用業界最小的封裝且具有領先的低功耗特性，其功耗比同類競爭解決方案低30%，滿足了高密度醫學成像和無線通信系統的要求。與此同時，美國國家半導體也推出首款采用CTSD(連續時間Sigma-delta)技術的高速模擬/數字轉換器——ADC12EU050。目標市場與德州儀器的ADS5281類似，也將針對醫療設備和工業設備的成像系統。

　　當然，各個廠商在針對不同的目標市場時，會有不同的系統集成，但僅從CT市場而言，新推出的產品從性能上和市場定位上，都具有一定優勢，對多層CT設備市場也應該是個不錯的消息。

　　未來之路

　　在未來幾年，高層CT設備需求仍將持續增長。但是，就在供應商努力提升CT層數、減少掃描時間的過程中，覆蓋范圍已經達到了某些極限值，超過這個數，球管不能提供足夠的能量照射到全部覆蓋范圍。而且，一些放射學家還認為，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。因此供應商們也在尋求增加層數之外的諸多方法，比如尋找新的檢測材料或改進旋轉時間等。

　　但畢竟256層對于中國而言，還是個高級設備，在普遍以2層CT設備為主的市場，瞄準高層CT設備的芯片仍然具有相當的市場潛力。不容否認的是，市場總會期待更具成本效益、減少放射劑量技術的出現。

    “其實，最難的是自己對自己的挑戰，”周文勝不禁感慨。對于以應用為主導的市場，技術的實現固然重要，但更為重要的是廠商如何創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 - 計算機體層攝影(Computer Tomography，即計算機斷層掃描)系統方框圖

        計算機體層攝影 (CT) 通過單軸旋轉從一系列二維 X 射線圖像中產生人體內部器官的 3D 圖像。與傳統的 X 射線攝影術相比，CT 圖像具有顯著提高的對比度——來源：德州儀器網站。