MRI 架构的改进

现代核磁共振成像(MRI)扫描仪的设计已发生了革命性的变化，这都得益于现代IC设计的一系列发展和进步。MRI等医疗成像设备虽产生一定的影响，但并不是IC发展的主要驱动因素。相反，它们是无线基础设施等行业持续发展的受益者。这种技术进步不仅提供MRI各种子系统改善性能的机会，同时也使子系统设计得以简化。

MRI子系统受益于现代IC的一个例子是梯度控制。高端MRI扫描仪要求以1ppm量级的精密度、精确度和稳定度来控制梯度场，这本身就是一项挑战；而且，在实现如此高水平控制的同时，还必须提供数百kHz或更大的吞吐速率。若无法维持所需的控制，将会因为场梯度的非线性生成干扰伪像。若无法达到所需的噪声水平，图像中可能会出现“重影”。

过去高性能梯度控制一直采用复杂的分立电路来实现。图1a为这种方式的一个简化示例。在此例中，两个16位DAC相结合，用来产生更高的等效精度。次要DAC的输出会经过衰减，以提供更精细步进，随后与主要DAC输出结合。然而，这种组合不能提供所需的线性度，因此要在反馈环路中使用一个高性能ADC。该ADC不太可能用于音频方面，故在数字逻辑中须进行额外的校正。对于典型高分辨率ADC，另一个可能发生的问题是空闲音，也必须消除掉。尽管本图已经将复杂问题大大简化，但应明白，实际运作状况绝不会如图示那么简单。

图1 MRI的梯度控制

当今的IC工艺及设计技术允许工程师将所有这些需求整合到一个1×10-6 DAC当中，如图1b所示。这是通过经改善的薄膜匹配与片内自校正功能相结合加以实现的。线性度、稳定度和噪声能够改善高阶MRI梯度控制的性能，并且其电路与传统方法相比大大简化。然而，要达成总体1×10-6精度的设计挑战仍然相当大，但DAC不再是限制因素，支持电路、器件选型和适当的布局布线均起着重要的作用。

射频(RF)接收机是另一个受到新技术巨大冲击的领域。该领域一直在不断变化，不同的原始设备制造商(OEM)采用不同的方式完成任务。然而，一个共同发展趋势是希望能够将接收电子器件移至更靠近线圈组件的位置，这样做合情合理，如果从前置放大器到后续接收电子器件之间使用较长的同轴电缆，则不仅体积庞大，而且不利于接收机的性能。若将接收电子器件移至更靠近线圈的位置，会对电子器件有两大限制。电子器件必须更小，因为要容纳大量的接收通道，所以可用空间更少。另外，功耗也是一个主要因素，在更小容量的空间内必定会产生散热问题。

图2 MRI的数字转换