תכנון מערכות אנליסט-to-Digital Converter (ADC) עבור מערכות התחדשות מגנטית ברזולוציה גבוהה (MRI) מכשירים הוא משימה מורכבת וקריונית המשפיעה ישירות על איכות התמונה, מהירות סריקה ויכולת אבחון קלינית. ADC יושב בממשק בין עולם האנלוגי של מערכות רדיו- ⁇ (RF) אותות המושרה על ידי ספין-ידי ביצועים חשמליים ומערכת דיגיטלית שבה תמונה מתקדמת של MRI דורשות גבוהה, כלומר, כלומר, כלומר, כלומר, דרישות אבטחה גבוהה יותר, כלומר, כלומר, כלומר, כלומר, כלומר, אלגוריתמים של מערכות אבטחה גבוהה יותר, 3 אלגוריתמים, אלגוריתמים של MRI, אלגוריתמים, אלגוריתמים, אלגוריתמים, אלגוריתמים, כלומר, כלומר, אלגוריתמים, מנגנונים מתקדמים, כלומר, מנגנונים מתקדמים, אלגוריתמים, אלגוריתמים, אלגוריתמים, מנגנונים מתקדמים, אלגוריתמים, אלגוריתמים, כלומר, כלומר, אלגוריתמים, כלומר, אלגוריתמים, אלגוריתמים מתקדמים, מנגנונים מתקדמים, מנגנונים מתקדמים, מנגנונים מתקדמים, כלומר, כלומר, מנגנונים מתקדמים, כלומר, כלומר, אלגוריתמים, אלגוריתמים, אלגוריתמים, אלגוריתמים של מערכות אבטחה גבוהה יותר, כלומר,

התפקיד הקריטי של ADCs בשרשרת אותות ה-MRI

שרשרת אותות MRI מתחילה עם סליל RF לזהות את מגנטיזציה transverse של מימן nuclei.המתח המושרה הוא בדרך כלל על סדר של מילימטרים למיקרו-וולטים, והוא מתואם בתדר Larmor (למשל, 128 MTime עבור 3T, 298 MHz עבור 7T). לאחר ירידה נמוכה, התדרים לסינון דיגיטלי, או לסינון מחדש, לפני שלב ביניים (Fte) יש להמיר את התמונה רציפה (Fte) או לסינון (Flyt) לסינון (Fte) ו-Dated) ל-Digtextextextextext) ו-Datedextextation (Fte) ל-Datedextation (Fte) ל-Digtretradd) ל-Dated) ל-Datedextreizing: ADatedexttation (Fte-Datedextation (מחדשהגרסה (Fte-Datedextation: ADigtextretradextrete Intrad) ל-R.

האיכות של המרה זו מגבילה ישירות את יחס האות-ל-אין-הזהה (SNR) וטווח דינמי של התמונה הסופית. ADC עני מציג רעש קוונטי, עיוות הרמוני, וטונים מעוררים שמבדילים את היחס הניגודי לרעש ויכולים לטשטש תכונות פתולוגיות עדינות יותר.

תכונות לביצועים מרכזיים עבור MRI ADCs

בחירת או תכנון ADC עבור MRI ברזולוציה גבוהה כרוך איזון קבוצה של מפרטים מקושרים הדוק.התתת הבאה מפרטת את הפרמטרים החשובים ביותר ואת ההשלכות שלהם.

החלטות ומספר יעיל של ביטים (ENOB)

לעיתים קרובות נקבעה על פי מספר ה bits של ADC.עבור MRI ברמה גבוהה, 14 סיביות ל 16 סיביות ADCs הם נפוצים, 18 סיביות או אפילו 20bit ממירים מופיעים בכמה מערכות מחקר מתקדמות.עם זאת, המספר היעיל של ביטים (ENOB) חשבונות עבור ה- SNR בפועל ועיוות בפועל בתדר התפעולי של Abit- ADC עשוי לספק אותות קוונטיים רק 12 או DDR.NOB הוא צורך גבוה יותר מ-IQ.

שיעור הנפיחות והבנדנדנדות

שיעור הדגימה חייב לספק את הקריטריון של Nyquist עבור תדירות מקסימלית נוכח אות אנלוגי.ב מקלטים ישירות-down, דגימות ADC בפס הבסיס שבו רוחב הפסים הם בדרך כלל 500 kHz למספר מגה-הרץ בהתאם לכוח ה ⁇ ושדה של ראייה.עבור ארכיטקטורות ביניים- ⁇ , קצב הדגימה עשוי לנוע בין עשרות למאות מגה-מפוס לשנייה (MST) באמצעות רזולוציה מהירה יותר מ-R.

אות-to-Noise Ratio (SNR) ו- Noise Figure

דמות הרעש ADC מוסיפה ישירות לנתון הרעש של המערכת, מגרד את SNR. ב המקלט ה-MRI, המחצב מתוכנן להיות בעל מספר רעש נמוך מאוד (בדרך כלל <0.5 dB), אבל ADC לא חייב באופן משמעותי לזלזל בביצועים.Achieving aDC רעש נמוך מספיק דורש רעש קוונטי (רזולוציה גבוהה) או לקבל הפצה כזו כי האנלוגיה מספקת אותות עודף של MRI ממרחק של קיבולת נמוכה מספיק.

טווח דינמי ללא תשלום (SFDR) ו- Linearity

Nonleiities in the ADC לייצר עיוות הרמוני ומוצרים בין-מודולציה שיכולים להסוות שיאים קטנים ב-MRspectra או ליצור פריטים בתמונות.Spurious-free Dynamic טווח (SFDR) הוא מדד שלוכד את הדחף הגדול ביותר ביחס לאות היסוד.עבור רזולוציה גבוהה MRI, SF לינארי צריך בדרך כלל לעלות על 85DBc.

אפשרויות ל-MRI High-Resolution

אין ארכיטקטורת ADC אחת השולטת בשוק ה-MRI; הבחירה תלויה בהחלטה הנדרשת, מהירות, תקציב חשמל ורמת האינטגרציה.שלוש האדריכלות הנפוצות ביותר הן צינורות, רישום חיזוי מוצלח (SAR), ומודולים של זמן מתמשך של sigma-delta (CT-SD) מודולרים.

המונחים: ADCs

פיפיר ADCs מחלק את ההמרה לשלבים מרובים, כל אחד פותר כמה ביטים ולהעביר שאריות לשלב הבא.הם מציעים איזון טוב בין החלטה (12-16 סיביות) וקצב דגימה (מעל למאות MSPS) עבור MRI, צינורות ADCs היו פופולריים היסטורית עבור IF דגימה בשל יכולתם להשיג גבוה SF עם זאת, הם צורכים כוח משמעותי כמו ספקי MRI רבים כמו צינורות MRI.

נספח (SAR) ADCs

SAR ADCs משתמשים באלגוריתם חיפוש בינארי עם קופרטור אחד ומתגים דיגיטליים-לנאולוג (DAC) הם בעלי כוח נמוך מטבעם ויש להם ביצועים מצוינים רעש בשיעורי דגימה בינונית.מתקדמים בתהליך הטכנולוגיה דחפה את רזולוציית SAR ל-16 ביטים ומהירויות מעבר ל-50PS.

זמן רציונאלי Sigma-Delta (CT-SD) Modulators

CT-SD ADCs מעסיקים oversampling ורעש בעיצוב לדחוף רעש קוונטי מתוך הלהקה האות, המאפשר מאוד יעיל החלטה (עד 20 ביטים או יותר) עם דיוק אנלוגי נמוך יחסית. הם מצטיינים ביישומים הדורשים טווח דינמי גבוה רוחב פס של כמה מגה-הרץ, עבור מקלטי בסיס MRI, CT-SD מציעים מסנן אנטי-פליירות כי יש סימנים אנלוגיים של סריקות ל-R.

גישה נוחה ונדידת זמן

עבור ספירות ערוץ גבוהות מאוד או יישומים מיוחדים כמו הדמיה אולטרה-ארוחת של פלאאר (EPI), זמן קצר דבק ADCs יכול לשלב מספר המרירים איטיים יותר כדי להשיג שיעורי דגימה מצטברים גבוהים.עם זאת, פגמים ב- offset, רווח, ותזמון בין sub-ADCs להציג טונים מעוררים כי יש להתאים את ההסתברות היברידית כי מתמזגת SAR ו- sigma טכניקות (a-a-retraa) הם מעצבים של כוח.

המונחים: Interference Mitigation Strategies

סביבת ה-MRI רועשת מבחינה חשמלית, עם דופקי RF חזקים משרשרת השידור, החלפת זרמים, ושעון דיגיטלי כולם תורמים להפרעות פוטנציאליות.העיצוב של ADC חייב לכלול מספר רב של שכבות של ניהול רעש.

שעון תזמון Jitter and Phase Noise

Jittering השעון של ADC מתרגמת ישירות לרעש כאשר דגימה אות של זמן-varying. עבור אותות בסיס פס צר פס, ההשפעה היא פחות חמורה, אבל עבור IF דגימה, אפילו פיקו השניות של Jitter יכול להגביל את SNR. ייעודי נמוך ג'י מקורות שעון (למשל, s משולבים עם בשלב-locked) ו- jtraators שונים באמצעות עיצובים Dinter-Jackscrecrecrecrecre-Jackators.

כוח אספקה Rejection ו- Substrate Noise

מקלטי MRI לעתים קרובות חולקים מערכת עם מעבדים דיגיטליים ויחסי דחייה בעוצמה גבוהה (PSRR) מעברים על מסילות כוח יכול להיות יחד לתוך המעגל האנלוגי של ADC. יחס דחייה גבוהה כוח גבוהה (PSRR) רגולטורים, אזורי אספקה אנלוגיים ודיגיטליים נפרדים, טבעות שמירה משמשים כדי לשמור על בידוד.

ההרחבה האלקטרונית (EMI) Shielding

ה-MRI הוא חדר מגן עצמו, אך התערבות יכולה עדיין להיכנס באמצעות כבלי אותות וכוח. ADCs ממוקמים קרוב לקווי RF יש להגן עליהם, אך ייתכן להשתמש בקלטים שונים כדי לדחות התערבות משותפת.הפריסה של PCB צריכה להבטיח כי עקבות דיגיטליות מהירות גבוהה נותנותקו מקלטים אנלוגיים רגישים, וכי מטוסים קרקעיים הם מתמשכים תחת ADC.

פילטר והפחתה

רבים מודרניים ADCs עבור MRI כוללים מסננים דיגיטליים על שבב (למשל, scaded integrator-comb מסננים) כדי להסיר רעש מחוץ לפס ולהרוס את הנתונים המושפעים לקצב הפלט הרצוי.

מגמות וחדשנות מתפתחות

דחיפה מתמשכת לחוזקות שדה גבוהות יותר (7T קליני, 10.5T ו 14T מחקר), רצפי הדמיה מהירים יותר, והמכשירים הניידים מניעים חדשנות בעיצוב ADC עבור MRI.

תיקון דיגיטלי ותיקון הסתגלות

כדי להשיג לינאריות גבוהה ורזולוציה ללא התאמה אנלוגית מושלמת, אלגוריתמים דיגיטליים של קלקולה יותר ויותר ב- ADC או שרשרת אות המקלט. כיור רקע יכול לתקן רווחים, שגיאות התחלה וטעויות לינאריות בזמן אמת, תוך עמידה לטמפרטורות ואפקטים ההזדקנות.עבור מערךים של זמן-מדבק, טכניקות של קיפולציה עיוורת באמצעות קורלציה או צמצום שיטות חומרה.

ADCs כוח נמוך עבור סוללת ו-Lightweight MRI

מערכות MRI מותאמות, כגון אלה שפותחו על ידי Hyperfine ואחרים, לפעול בחוזקות שדה נמוכות (0.064T) ודורשות ADCs עם פיזור חשמל נמוך כדי לאפשר הפעלה סוללה. SAR ו- CT-SD עם צריכת חשמל תת- 10 מ"מ בעוד שמירה על 12-14 ENOB מפותחת.עיצובים לעתים קרובות להשתמש בתהליכים מתקדמים CMOS (28m, nm FDSO) כדי להפחית את הכוח הדינמית.

שילוב עם Digital Beamforming ו-Direct Sampling

כדי לחסל את השלבים האנלוגיים של ה-conversion, sampling ADCs אשר דיגיטציה את תדירות Larmor ישירות נחקרים עבור תדרים עד 500 MHz. גישה זו מפחיתה מורכבות אנלוגיה אבל דורש ADCs עם רוחב פס גבוה מאוד ביצועים Jitter עם beamforming דיגיטלית, זה מאפשר התאמות שלב גמישות והשימוש של מערך מקלט מסיבי.

AI-Assisted Denoising and Reשיקום

בעוד ADC עצמו חייב עדיין לעמוד בדרישות רעש מסוימות, מחקר שנערך לאחרונה בשחזור תמונות מעמיק מבוסס למידה הראה כי כמה רעש קוונטי יכול להיות נסבל אם אלגוריתם שחזור לומד לדכא אותו.זה עשוי להירגע מפרטים ADC בתרחישים ספציפיים, אם כי הבורסות הבסיסיות נותרו.com-design של רעש ADC עיצוב ושיקום רשת עצבית הוא שדה מתפתח.

חומרים חדשים ומעגלים להתנצלות

חוקרים חוקרים את השימוש בסיליקון-גרמיום (SiGe) תהליכים ב-BCMOS עבור המאפיינים הרעשים והמהירות הגבוהים שלהם, כמו גם ADCs מבוסס GaN עבור טמפרטורה גבוהה או סביבות עתודה גבוהה ב-MRI Cryal Cryal. Cryal ADCs - שנמחקו לחנקן נוזלי או טמפרטורות הליום - יכול לפעול ליד קו ה-RF ברעש אולטרה-נמוך, אך תרמית וניהול נשאר מאתגר.

מסקנה

תכנון מערכות ADC למכשירים ברזולוציה גבוהה של MRI הוא אתגר הנדסי רב-צדדי הדורש איזון, מהירות, רעש, כוח ואינטגרציה. בחירת האדריכלות - פילין, SAR, SAR, sigma-delta, או היברידית - תלוי בדרישות ספציפיות של מערכת ה-MRI, החל מ- 3T לפלטפורמות מחקר אולטרה-גבוהות יותר.

(ב) ◄ ⁇ ⁇

  • (ב) ,0) מכשירים אנלוגים: ADC טכנולוגיה עבור מערכות MRI
  • (ב) ◄0 (Texas Instruments): הבנת ADC Noise for MRI Applications
  • (FLT:0)IEEE: 16 סיביות 1-MS / SAR ADC עבור MRI גבוה פילאד (2019)
  • (ב) .0MRISafety.com: ADC in VeniceFLT 1