Analog-tüel havuz (ADC) yüksek çözünürlüklü manyetik rezonans görüntüleme (MRI) cihazları, görüntü kalitesi, tarama hızı ve klinik yeteneğinin ötesinde, ADC performansı arasındaki arayüzde yer alan karmaşık ve kritik bir görevdir.
MRG Signal Zincirindeki ADCs'lerin Eleştirel Rolü
MRG sinyal zinciri, Larmor frekansında (örneğin, 298 MHz için 7T) tespit edilen gerilim genellikle bir orta frekans (IF) veya bazanağın siparişindedir ve analog sinyal, dijital kirişleme, filtreleme ve Fourier dönüşüm öncesi görüntü yeniden yapılandırması için sayısal olarak tanımlanabilir.
Bu dönüşüm kalitesi doğrudan achievable sinyal-to-noise oranı (SNR) ve son görüntünün dinamik yelpazesini sınırlar. A poor ADC niceleştirme gürültüyü, harmonik bozulmayı ve hatta daha kritik tonları yükseltebilir ve çok-parçacıklı dizilerini artırabilir. yüksek görüntülemede - her bir yerde voxel boyutların azaltılmasına ihtiyaç duyar - voxel başına sinyalin azalması, ADC gürültü performansına uyum sağlar.
MRG ADCs için Anahtar Performans Özellikleri
Yüksek çözünürlüklü MRG için bir ADC seçmek veya tasarlamak, sıkı bağlantılı bir dizi özelliği dengelemek içerir. Aşağıdaki alt bölümler en önemli parametreleri ve etkilerini detaylandırır.
Bits (ENOB) Çözümü ve Etkili Sayıları (ENOB)
Karar genellikle ADC'nin bazı yüksek uçlu araştırma sistemlerinde ortaya çıkmaktadır. ancak, ameliyat frekansında gerçek SNR ve bozulma performansı için gerekli olan hesaplardan oluşan yüksek çözünürlükte, 16-bit ADC'nin yalnızca 12-13'ü, gürültü kat veya doğrusal olmayan bir araştırma sistemleriyle ortaya koyar.
Sampling Rate and Band Wide
Örnekleme oranı, ana akımdaki en yüksek frekans için Nyquist kriterini yerine getirmelidir. Doğrudan baskı alıcı alıcılar, ADC örnekleri taban bandında, bant genişliğinin tipik olarak 500 kHz'yi gürültü ve görüntü alanına bağlı olarak birkaç megahertz'a karşı yükseltebilmelidir. orta frekanslı mimariler için, örnekleme oranı ikinci başına on ila yüzlerce megasampüle aralığından aralığına kadar değişebilir (MSPS).
Signal-to-Noise Oran (SNR) ve Gürültü Şekilleri
ADC gürültü rakamı doğrudan sistem gürültü rakamına ekleniyor, genel olarak SNR'yi yükseltiyor. MRG alıcısı, çok düşük gürültünün (toplayıcının) veya ADC gürültü zeminini gölgelemek için tasarlanmış bir cihazdır.ADC'nin bir performans belirtmesi gerekir. ADC gürültünün düşük maliyetli bir şekilde düşük çözünürlükte bir SNR gürültüyü gerektirir.
Spurious-Free Dynamic Range (SFDR) ve Linearity
ADC'deki doğrusal olmayanlar temel sinyale kıyasla en büyük düzelme ve intermodülasyon ürünleri üretirler, SFDR genellikle MR spectra'daki küçük zirveleri maskeleyebilir veya görüntülerde eserler oluşturabilir.Spurious-free dynamic range (SFDR) ve diferansiyel nonlineerity (DNL) en az 0,5 puan almak için en büyük teleskoplu görüntü eserlerden kaçınmak gerekir. Gelişmiş dijital kalibrasyon teknikleri genellikle doğrulanmamış olmayanlar için kullanılır.
Yüksek Çözünürlük için Mimari Seçimleri MRG
Tek ADC mimarisi MRG pazarına hakim değildir; seçim gerekli karara, hıza, güç bütçesine ve entegrasyon seviyesine bağlıdır. En yaygın mimariler boru hattı, başarıcı yaklaşım kayıt (SAR), ve sürekli sigma-delta (CT-SD) modülellere bağlıdır. Zaman-interkanj çeşitleri de çok yüksek veri oranları için kullanılır.
Boru Hattı ADCs
Boru Hattı ADCs dönüşümleri birden fazla aşamaya ayırıyor, her biri birkaç bitini çözüyor ve bir sonraki aşamaya kadar ikamet eden bir dengeyi geçiyorlar. (12-16 bit) ve örnekleme oranı (örneğin, ADCs boru hattı, genetik alıcılar ve Texas Instruments gibi satıcılar için tarihsel olarak popüler olmuştur.
Başarılı Approximation Register (SAR) ADCs
SAR ADCs tek bir hesaplama ile ikili bir arama algoritması kullanıyor ve dijital kanallı MRG dönüştürücü (DAC) Onlar aynı anda düşük güç ve kaliteli bir gürültü performansına sahipler.DACs in process technology have push SAR çözünürlüğü to 16 bits and speed over 50 MSPS.Clockpped and low-noises must run same. Şarj-re distribution.
Sürekli Zaman Sigma-Delta (CT-SD) Modulators
CT-SD ADCs, birkaç megahertz'ın genişliğine yönelik gürültüyü ölçmek için aşırı derecede yüksek çözünürlükte (yaklaşık 20 bit veya daha fazla) sağlar. Ayrıca, birkaç megahertz bant genişliğine kıyasla daha kolay bir analog uygulama gerektiren uygulamalarla sonuçlanır.For MR-SD dönüştürücüler doğal anti-aliasing filtreleme sunar, çünkü döngü filtrelerini kullanarak 16 inçlik bir ölçümleme yöntemiyle, dijital geçiş için de kullanılabilir.
Zaman-Kontrol ve Hibrit Yaklaşımlar
Çok yüksek kanal, ultra hızlı yankı görüntüleme (EPI) gibi çok sayıda daha yavaş dönüştürücüyü bir araya getirebilmek için çok yüksek kanal numaraları veya özel uygulamaları, ek olarak, C-ADC'lar arasındaki zamanlama, SAR ve sigma-delta tekniklerini birleştiren ve SAR'ı birleştirmiş Hibrit mimarlıkları ortaya çıkarmak için çok daha yavaş dönüştürücüleri birleştirebilir.
Gürültü ve Interference Mitigation Strategies
MRG ortamı elektriksel olarak gürültülü, kanal zincirinden güçlü RF pulları ile, lisanssız geçiş akımları ve dijital saatler tüm potansiyel müdahaleye katkıda bulunur. ADC tasarımı, birçok gürültü yönetimi katmanı içermelidir.
Sampling Clock Jitter ve Faz Gürültü
ADC örnek saatinde Jitter, bir zaman ışığı sinyalini örneklemediğinde doğrudan gürültüye çevirir. Darband bazband sinyalleri için, etki daha az şiddetlidir, ancak IF örnekleme için, hatta resimli jitterlerin kullanımı için SNR.S.S.S., düşük şekerli saat kaynakları sınırlandırabilir (örneğin, kristal osilatörler) ve diferansiyel saat dağılımı zorunludur.
Güç Supply Rejeksiyon ve Altstrate Gürültü
MRG alıcıları genellikle dijital işlemciler ve yüksek güç RF yükselteçleri ile bir sistem paylaşıyor. Güç raylarında geçiciler ADC'nin analog devrelerine çift olabilir. Yüksek güç retorik oranı (PSR) düzenleyiciler, ayrı analog ve dijital tedarik alanları ve güvenlik halkaları izolasyonu korumak için kullanılır. Sistem-on-çim uygulamaları, dikkatli zemin planlama ve derin siper izolasyonu en aza indirmek için en aza indirmek için zemin planlama ve derin siper izolasyonu en aza indirmek için kullanılır.
Elektromanyetik Müdahale (EMI) Shielding
MRG'nin kendisi bir kalkan odasıdır, ancak müdahale hala sinyal ve güç kabloları ile girebilmektedir. RF bantlarına yakın bulunan ADC'ler kalkanlanmalı ve ortak mod müdahalesini reddetmek için diferansiyel girişleri kullanabilir. PCB düzeni, yüksek hızlı dijital izlerinin hassas analog girişlerden uzak olduğunu ve bu zemin uçaklarının ADC'ye sürekli olarak yer almasını sağlamalıdır.
Entegre Dijital Filtreleme ve Decimation
MRG için birçok modern ADCs, çip dijital filtreleri (örneğin, kasetli tümleştirici filtreler) farklı satın alma hızlarını azaltmak için programlanabilir.Insamped data to becimate the oversampled data to match different Acquisitions.The digital filter also restrictes measureization noise modlators, further improve effective solution.
Trendler ve Yenilikler
Yüksek alan güçlüleri için devam eden itaj (T klinik, 10.5T ve 14T araştırma), daha hızlı görüntüleme dizileri ve taşınabilir cihazlar MRG için ADC tasarımında inovasyonu kullanıyor.
Dijital Kalibrasyon ve Adaptif Düzeltme
Mükemmel analog eşleştirme olmadan yüksek lineerlik ve karar elde etmek için, dijital kalibrasyon algoritmaları ADC veya alıcı sinyal zincirinde giderek daha fazla gömülüdür. Arka plan kalibrasyonu, hataları ve lineerity hataları gerçek zamanlı olarak, sıcaklık ve yaşlanmak için hesaplamak için.Zamanla ilgili diziler için, kör kalibrasyon teknikleri en az-squares veya korelasyon yöntemleri donanıma azaltılabilir.
Konfor ve Hafif MRG için Low-Power ADCs
Hiperfine ve diğerleri tarafından geliştirilen taşınabilir MR sistemleri, düşük alan güçlülerinde (0.064T) çalışır ve ADC'leri batarya işlemine olanak sağlamak için düşük güç dağılımına ihtiyaç duyar. SAR ve CT-SD dönüştürücüler 12-14 ENOB gelişmiş CMOS süreçleri (28 nm, 22 nm FD-SOI) kullanır.
Dijital Kirişle Bütünleşme ve Doğrudan Sampling
Analog alt-konversiyon aşamalarını ortadan kaldırmak için, doğrudan-RF örnekleme ADCs, Larmor frekansının doğrudan 500 MHz'e kadar frekanslar için araştırıldığına dair bir incelemede bulunuyor. Bu yaklaşım analog donanım karmaşıklığını azaltır ancak ADC'leri çok yüksek giriş bant genişliği ve jitter performansı ile birleştirmektedir.
AI-Assisted Denoising and Reconstruction
ADC'nin kendisi hala belirli gürültü gereksinimleriyle karşı karşıya olsa da, derin öğrenme tabanlı görüntü yeniden yapılanması ile bazı ölçüm gürültüsünün onu baskılamayı öğrenip tolere edilebilir olduğunu göstermiştir.Bu, ADC özelliklerini belirli senaryolarda rahatlatabilir, ancak ADC gürültünün temel tasarımı ortaya çıkmaktadır.
Roman Malzemeler ve Devre Topolojileri
Araştırmacılar, yüksek sıcaklık veya yüksek hacimli aDC'ler için (SiGe) BiCMOS proseslerini araştırıyorlar, çünkü ultra düşük gürültüde RF bandına yakın çalışırlar, ancak termal yönetim ve paketlemeler zorlu kalır.
Sonuç Sonuç Sonuç Sonuç Sonuç Sonuç Sonuç Sonuç
Yüksek çözünürlüklü MRG cihazları için ADC sistemlerinin tasarımı, ölçüm, hız, gürültü, güç ve entegrasyon gerektiren multifaceted mühendislik meydan okumasıdır. Mimarlık seçimi - boru hattı, SAR, sürekli zaman sigma-delta veya hibrit - teşhis bilgileri taşıyan eğilimleri korumak için gereklidir. Klinik 3T tarayıcılardan ultra yüksek saha araştırma platformlarına kadar.
[FONT=0)Dön Linkler:[Dönem:[Dönem: 1)
- [FONT:0)Analog Cihazları: MRG sistemleri için ADC Teknolojisi).
- [[0)Texas Instruments: MRG uygulamaları için ADC Gürültüyü Anlamak[Dönem: 1)
- [FONT=0)IEEE: 16-bit 1MS / SAR ADC for High-Field MR[D)[Dönem: 1 )
- [FONT=0)MRI securityty.com: MRG'de ADC).