X 射线(医疗和牙科)

X 射线:德州仪器 (TI) 的医疗和牙科解决方案

设计注意事项

通过平板数字 X 射线系统的 AFE0064 64 通道模拟前端集成并节省电源。此器件包含 64 个集成器、用于满标量程充电级别选择的 PGA、相关双采样、64 as-to-2 多路复用器、两个差动输出驱动器和省电小睡功能。

数字 X 射线成像正在为诊断放射学带来变革。在传统的 X 射线系统中,每个组件的信号劣化都会消耗原始 X 射线信号的 60% 以上。在系统的每一级,X 射线信号都会有一定程度的劣化,即便是专门针对应用优化的独立组件也是如此。因此,通常仅有不足 40% 的原始图像信息可用于生成图像。通过向数字化 X 射线成像添加数字检测器,可以使捕获的信息超过原始图像信息的 80%,而且可以使用各种各样的后处理工具进一步改善图像。数字化 X 射线技术的其它优势包括:减少患者的服药剂量、通过免除摄影处理来缩短诊断时间、通过省去摄影处理化学试剂来节约成本、处理图像数据以突出显示所关注的区域并抑制无关信息、将图像数据与其他可用的相关患者 RIS/HIS 系统信息相结合、通过网络连接将信息快速传输到任何位置、在极小的空间中将所有所需的信息存档。可通过两种不同的方法实现数字化 X 射线数字化技术:直接转换和间接转换。

在直接转换中,平板硒检测器直接吸收 X 射线并将其转换为独立的像素电荷。在间接转换中,X 射线信号首先被转换为光信号,而后被转换为电荷。平铺 CCD(电荷耦合器件)阵列和计算机断层扫描均采用间接转换技术。平铺 CCD 转换技术采用多个通过光纤耦合至闪烁体平板的 CCD。计算机断层扫描在光激励平板上捕获电子,然后对其进行曝光以生成图像数据。在两种方法中,与通过像素看到的 X 射线强度成正比的电荷将存储在薄膜晶体管 (TFT) 存储电容器中。大量的此类像素形成平板检测器 (FDP)。读取电子产品解释 FDP 上的电荷,并将其转换为数字数据。

下面的方框图显示了直接成像法所需的用于将 FDP 中的电荷转换为数字数据的读取电子产品。它具有两个链:采集链和偏置链。在采集链的开头,模拟前端能够对不同 FDP(通道)存储电容器上的电荷进行多路复用,并将这些电荷转换成电压。偏置链通过中间偏置和门控电路为 TFT 阵列生成偏置电压。数字控制及数据调节由 FPGA 进行控制,FPGA 还通过高速接口(串行、LVDS、光学)管理与外部图像处理单元的高速串行通信。温度传感器、DAC、放大器以及能够承受高输入电压的开关稳压器是其他主要系统块。每个块都必须具有使能引脚和并使频率同步,以避免与采集链中的其他块进行串扰。FDP 像素的数量将决定 ADC 通道数和 ADC 速度。静态或动态采集还决定 ADC 速度。静态采集意味着在小于 1s 的时间内采集单幅图像,而动态采集意味着图像要以 30Hz 的频率刷新,用于更加细致的心血管、透视或相关应用,这些应用需要在通道数相同的情况下进行快得多的数据转换。具有 2MSPS 及更高速度范围且具有出色直流性能的 ADC 可以很好地工作。

对于间接转换,CCD 输出需要相关双采样 (CDS)。信号电平的复位电压和图像信号电平将通过模拟前端 (AFE) 转换成数字数据。AFE 的采样速度由 CCD 阵列中的像素数和帧速率决定。此外,AFE 会校正传感器错误,例如暗电流校正、偏移电压和缺陷像素。可编程增益放大器 (PGA) 的存在与否、PGA 的线性度和可用增益范围也很重要,具体取决于信号电平。在数字化过程中,位数将决定图像的对比度。通常,需要将初始数据数字化为精确度比最终图像所需的位数高 2 至 4 位的数据。因此,如果需要 8 位的最终图像数据,则最初应数字化为 10 位以允许在图像处理过程中出现舍入误差。

图像质量的主要衡量指标是“量子检测效率”(DQE),它结合了对比度和 SNR,采用百分数表示。对比度越高且噪声越低,DQE 就越高。对比度是指灰度的阶数,它取决于 ADC 的输出分辨率;通常,14 位或 16 位比较适合于应用。SNR 所指示的不仅是源自 ADC 的 SNR,而且是系统的 SNR,它受 X 射线剂量、像素尺寸和所有电子组件的影响。可通过增加 X 射线剂量、增加光电二极管间距和降低电噪声来提高 SNR。增加 X 射线剂量对患者或操作人员而言并不合适。增加光电二极管间距也行不通,因为这样会减小空间分辨率。降低源自系统的电子产品的噪声是主要挑战。系统中的总噪声是:信号链上所有噪声成分的平方根之和(假设这些噪声成分没有关联)。这意味着包括 ADC、运算放大器和基准在内的所有部分都必须具有超低噪声或重度过滤(如果适用)。温度稳定性是另一项重要挑战。由功耗造成的内部温度升高可能会使灰度级偏移并使图像失真,在动态采集过程中尤其如此。因此,ADC、运算放大器和基准应该具有较高的温度稳定性。

技术文章

应用手册和用户指南

应用手册 (2)

标题 摘要 类型 大小 (KB) 日期 查看次数 下载最新英文版本
PDF 1.77 MB 2017年 9月 20日 908
HTM 9 KB 2010年 6月 8日 164

选择和解决方案指南

选择指南 (4)

标题 摘要 类型 大小 (KB) 日期 查看次数 下载最新英文版本
PDF 8.19 MB 2013年 5月 6日 0 下载最新的英文版本 (Rev.H)
PDF 9.09 MB 2013年 5月 2日 2370
PDF 5.18 MB 2010年 9月 7日 0 下载最新的英文版本 (Rev.H)
PDF 4.5 MB 2009年 6月 12日 0

工具和软件

名称 器件型号 公司 工具/软件类型
用于 256 通道模拟前端的 AFE2256 评估模块 AFE2256EVM Texas Instruments 评估模块和开发板
用于数字 X 射线平板检测器的 256 通道模拟前端的 AFE1256 评估模块 AFE1256EVM Texas Instruments 评估模块和开发板

产品公告和白皮书

白皮书 (4)

标题 摘要 类型 大小 (MB) 日期 查看次数 下载最新英文版本
PDF 333 KB 2010年 6月 8日 204
PDF 358 KB 2009年 3月 18日 18
PDF 115 KB 2008年 11月 3日 228
PDF 187 KB 2008年 10月 31日 164

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