MRI 架構的改進

現代核磁共振成像(MRI)掃描儀的設計已發生了革命性的變化，這都得益于現代IC設計的一系列發展和進步。MRI等醫療成像設備雖產生一定的影響，但并不是IC發展的主要驅動因素。相反，它們是無線基礎設施等行業持續發展的受益者。這種技術進步不僅提供MRI各種子系統改善性能的機會，同時也使子系統設計得以簡化。

MRI子系統受益于現代IC的一個例子是梯度控制。高端MRI掃描儀要求以1ppm量級的精密度、精確度和穩定度來控制梯度場，這本身就是一項挑戰；而且，在實現如此高水平控制的同時，還必須提供數百kHz或更大的吞吐速率。若無法維持所需的控制，將會因為場梯度的非線性生成干擾偽像。若無法達到所需的噪聲水平，圖像中可能會出現“重影”。

過去高性能梯度控制一直采用復雜的分立電路來實現。圖1a為這種方式的一個簡化示例。在此例中，兩個16位DAC相結合，用來產生更高的等效精度。次要DAC的輸出會經過衰減，以提供更精細步進，隨后與主要DAC輸出結合。然而，這種組合不能提供所需的線性度，因此要在反饋環路中使用一個高性能ADC。該ADC不太可能用于音頻方面，故在數字邏輯中須進行額外的校正。對于典型高分辨率ADC，另一個可能發生的問題是空閑音，也必須消除掉。盡管本圖已經將復雜問題大大簡化，但應明白，實際運作狀況絕不會如圖示那么簡單。

圖1 MRI的梯度控制

當今的IC工藝及設計技術允許工程師將所有這些需求整合到一個1×10-6 DAC當中，如圖1b所示。這是通過經改善的薄膜匹配與片內自校正功能相結合加以實現的。線性度、穩定度和噪聲能夠改善高階MRI梯度控制的性能，并且其電路與傳統方法相比大大簡化。然而，要達成總體1×10-6精度的設計挑戰仍然相當大，但DAC不再是限制因素，支持電路、器件選型和適當的布局布線均起著重要的作用。

射頻(RF)接收機是另一個受到新技術巨大沖擊的領域。該領域一直在不斷變化，不同的原始設備制造商(OEM)采用不同的方式完成任務。然而，一個共同發展趨勢是希望能夠將接收電子器件移至更靠近線圈組件的位置，這樣做合情合理，如果從前置放大器到后續接收電子器件之間使用較長的同軸電纜，則不僅體積龐大，而且不利于接收機的性能。若將接收電子器件移至更靠近線圈的位置，會對電子器件有兩大限制。電子器件必須更小，因為要容納大量的接收通道，所以可用空間更少。另外，功耗也是一個主要因素，在更小容量的空間內必定會產生散熱問題。

圖2 MRI的數字轉換