未來(lái)CT設備芯片市場(chǎng)，將期待什么？

ADI公司亞太區醫療事業(yè)資深業(yè)務(wù)經(jīng)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(yè)資深業(yè)務(wù)經(jīng)理周文勝告訴EEWORLD。與此同時(shí)，32通道轉換器已在市場(chǎng)流通多年，分食著(zhù)多層CT設備的市場(chǎng)份額。這樣看來(lái)，盤(pán)子不大、分食眾多，似乎并不是什么好事情。

　　此時(shí)專(zhuān)門(mén)瞄準多層CT設備的轉換器芯片ADAS1128，是否真會(huì )有些高處不勝寒？

　　尷尬且誘人的市場(chǎng)

　　其實(shí)，醫療電子向來(lái)就不是個(gè)“大角色”，僅從ADI 2008年的財政營(yíng)收來(lái)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(chǎng)份額，但還不到足矣令人歡欣雀躍的程度。而且，對中國市場(chǎng)而言更有其特殊性：以醫藥和低端器械為主的醫療市場(chǎng)，注定電子的份額相對較小。

　　盡管如此，國外半導體廠(chǎng)商依然熱情不減，紛紛加入到醫療行業(yè)的陣營(yíng)，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(shù)和商業(yè)障礙，使可共同使用的醫療設備得以發(fā)展。

　　隨著(zhù)人口老齡化趨勢帶來(lái)了龐大的醫療開(kāi)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(shí)間內為更多的患者成像，才能有效降低運營(yíng)成本，而“CT掃描成像技術(shù)的進(jìn)步將從根本上改變診斷成像設備的實(shí)用性和經(jīng)濟性，”半導體調研機構Databeans公司研究總監Susie Inouye如是說(shuō)。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(gè)關(guān)鍵角色。

　　一般而言，CT成像結合了特殊的掃描X光源和先進(jìn)的電腦來(lái)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(shuō)的層，就是指接收穿過(guò)人體X光的接收器陣列，單層CT的接收器陣列成線(xiàn)性，所以?huà)呙韬蟮膱D像是切片，只有通過(guò)長(cháng)時(shí)間的移動(dòng)可以復現器官的情況；之后逐漸發(fā)展到2層、4層、8層、16層等等，層數高意味著(zhù)圖像質(zhì)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(shí)間，時(shí)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(chǎng)上大量銷(xiāo)售。2007年的北美放射學(xué)會(huì )年會(huì )上， 當市場(chǎng)期待著(zhù)推出256層CT時(shí)，東芝卻出人意料地推出了320層CT。

　　由此看來(lái)，提高成像質(zhì)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(shí)，廠(chǎng)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(huì )給其他方面帶來(lái)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(dòng)的心臟”

　　“過(guò)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(shí)時(shí)圖像，如跳動(dòng)的心臟等，從而減少了患者暴露在X射線(xiàn)下的時(shí)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(gè)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(chǎng)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(gè)典型的高端CT系統而言，高集成度是至關(guān)重要的，”周文勝指出。單層CT通常有1000個(gè)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(wú)疑困擾著(zhù)過(guò)去的設計，因為如果使用分立器件實(shí)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(gè)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(gè)ADAS1128，如果是相對比較先進(jìn)掃描儀現在大約有250K數據信號采集鏈，則需要約2000個(gè)這樣的芯片。與此同時(shí)，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(gè)24位分辨率ADC（模數轉換器）、128個(gè)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(chǎng)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(tài)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(yōu)越的整體性能規格，如無(wú)電荷損失、更多的滿(mǎn)量程范圍選擇和超低噪聲（對低劑量X射線(xiàn)系統來(lái)說(shuō)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(chǎn)。而且除了CT系統以外，ADAS1128還使得基于X射線(xiàn)設計的安全成像系統能夠應用于貨運碼頭、港口和機場(chǎng)。

　　“正如年底的購車(chē)熱潮一樣，”周文勝說(shuō)，即使由于整體經(jīng)濟形式的影響，某些需求被延緩了，但最終會(huì )在某個(gè)時(shí)刻爆發(fā)出來(lái)，醫療市場(chǎng)的需求也不例外。隨著(zhù)中國市場(chǎng)幾年前從國外購置二手儀器更新?lián)Q代，以及不斷增長(cháng)地對16位CT設備生產(chǎn)的需求，“CT市場(chǎng)具有很強的增長(cháng)潛力。”

　　眾廠(chǎng)商分食
 
　　盡管具有一定的性能優(yōu)勢，但尤其對于多層CT設備市場(chǎng)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(jīng)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(shí)現數字化。在此之前TI類(lèi)似的產(chǎn)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(lái)者的ADAS1128仍頗具競爭力。但是，畢竟DDC2312在過(guò)去的兩年中，已經(jīng)具有一定的市場(chǎng)，且在可靠性相當重要的醫療電子產(chǎn)品而言，芯片級別產(chǎn)品更新?lián)Q代的頻率并不高，所以DDC232仍然不失為一個(gè)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(chǎn)品ADS528×，據德州儀器業(yè)務(wù)拓展工程師馬凱介紹，該系列ADC采用業(yè)界最小的封裝且具有領(lǐng)先的低功耗特性，其功耗比同類(lèi)競爭解決方案低30%，滿(mǎn)足了高密度醫學(xué)成像和無(wú)線(xiàn)通信系統的要求。與此同時(shí)，美國國家半導體也推出首款采用CTSD(連續時(shí)間Sigma-delta)技術(shù)的高速模擬/數字轉換器——ADC12EU050。目標市場(chǎng)與德州儀器的ADS5281類(lèi)似，也將針對醫療設備和工業(yè)設備的成像系統。

　　當然，各個(gè)廠(chǎng)商在針對不同的目標市場(chǎng)時(shí)，會(huì )有不同的系統集成，但僅從CT市場(chǎng)而言，新推出的產(chǎn)品從性能上和市場(chǎng)定位上，都具有一定優(yōu)勢，對多層CT設備市場(chǎng)也應該是個(gè)不錯的消息。

　　未來(lái)之路

　　在未來(lái)幾年，高層CT設備需求仍將持續增長(cháng)。但是，就在供應商努力提升CT層數、減少掃描時(shí)間的過(guò)程中，覆蓋范圍已經(jīng)達到了某些極限值，超過(guò)這個(gè)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(xué)家還認為，在處理非運動(dòng)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(jìn)旋轉時(shí)間等。

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

    “其實(shí)，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(chǎng)，技術(shù)的實(shí)現固然重要，但更為重要的是廠(chǎng)商如何創(chuàng )造與客戶(hù)溝通的平臺，從而更好地自己理解所面臨的市場(chǎng)。

       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(guò)單軸旋轉從一系列二維 X 射線(xiàn)圖像中產(chǎn)生人體內部器官的 3D 圖像。與傳統的 X 射線(xiàn)攝影術(shù)相比，CT 圖像具有顯著(zhù)提高的對比度——來(lái)源：德州儀器網(wǎng)站。