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用先进的负载点稳压器改善医疗成像质量 凌力尔特公司 微型模块电源产品部 高级产品市场工程师 Willie Chan 成像技术领域的创新 传统模拟X 射线成像系统以专门的感光胶片为介质，将通过的X 射线转变成可视图像。为 了完成这一任务，该胶片必须经过一种化学显影过程，这个过程可能需要几分钟，因此推迟 了开始对病人进行治疗的时间。此外，显影过程完成以后，医疗团队可能会发现，由于X 射线曝光不正确，该图像需要重新摄取。胶片处理完成后，必须派人送给主治医生，然后储 存在患者的医疗档案里，在医院里，患者的医疗档案有可能占用大量的储藏柜。此外，显影 过程中使用的化学制剂使用寿命有限，必须仔细储存，而且一旦超过寿命期，就必须销毁。 如果采用直接X 射线摄影(Direct Radiography – DR)，所有这些挑战都没有了。直接X 射 线摄影是一种数字X 射线成像技术，正得到越来越多的采用。 随着初始拥有成本的下降以及优势日趋明显，传统X 射线成像向直接X 射线摄影迁移的势 头不断增强。采用直接X 射线摄影时，给患者拍照几秒钟后，就可得到X 射线图像，而且 该图像可以立即发送到全球各地，以向任何一个地方的医学专家咨询。患者的X 射线图像 是数字形式的，可以在小型硬盘上归档和检索，而无需大型文件柜。流行的直接X 射线摄 影方法采用平板检测器板来获取经过的X 射线。该平板检测器无需移动或手工挪动，就可 显示不同的拍照角度，以拍出多种图像，而且传感器- 图像尺寸比为1：1。较新的平板X 射 线检测器能以无线方式向控制单元发送图像，以供查看、归档和分发。有了平板检测器，就 不必再购买、储存或销毁与处理胶片有关的化学制剂了。也许最重要的是，欧洲的两项研究 表明，存档一幅与模拟照相记录胶片质量相当的DR 图像所需的X 射线剂量将减低30% 到 70%。有些平板设计可将照射率实时地传递至X 射线源，从而确保正确曝光的图像和极低 的辐射剂量。较低的X 射线剂量可改善患者及附近医疗保健专业人员的安全境况，他们可 能随后会遇到四散的X 射线粒子。 为了产生图像，许多直接X 射线摄影系统采用了全帧平板探测器，这种探测器由覆盖了一 个闪烁层的CMOS 传感器构成。这个闪烁层将入射的X 射线的波长转变成硅材料能更好地 吸收的波长。CMOS 传感器由于制造工艺的原因而常常受到青睐，这类传感器与混合信号 及逻辑架构是兼容的，因而有助于形成集成度更高的解决方案。200mm 和300mm 硅晶片 制造技术的改进进一步促进了向直接X 射线摄影转变的趋势。较大的晶片使更少的CMOS 传感器模块能结合在一起，从而使得所形成的X 射线平板传感器与35cm x 43cm (14 英寸 x 17 英寸) 1.5cm 厚ISO 标准X 射线胶片暗匣的尺寸相一致，而世界各地的医院都使用这 类胶片暗匣。毫不奇怪，系统的硬件设计对这类产品的图像质量、外形尺寸、人员安全和工 作寿命产生了直接影响，起到了重要的作用。不过，这种起到重要作用的硬件设计中包括电 源管理组件吗? 1 与电子噪声的艰苦斗争 为了让直接X 射线摄影实现全部潜在优势，必须关注电子噪声、热量和尺寸问题。必须保 持高信噪比(SNR)，同时降低加到患者身上的X 射线剂量也是一个关键目标。尽管传感器 本身的噪声性能获得了极大关注，但是电源注入的噪声也值得仔细考虑。 电源架构对信噪比性能有直接影响。电源轨上的电压纹波被馈送到图像传感器，而且A/D 转换器可能将噪声注入到图像中。X 射线CMOS 传感器制造商们声称，已经实现了 14 位 甚至 16 位A/D 转换，从而可支持很宽的对比度范围，进而产生非常详细的图像。使问题更 加复杂的是图像传感器、A/D 转换器和/ 或仪表放大器要正常工作，除了需要一个稳定的正 电压，常常还需要一个稳压的-3.3V 至-7V 负电压轨。此外，电池组或AC/DC 电源可能仅 提供一个未调节的正电压。因此，中间的DC/DC 转换器必须具有低输出纹波性能(几十 mV)、高工作效率和低的自发热量。 为了患者的舒适度和便利性，很多新的X 射线成像单元(包括传感器平板) 都是移动的。传 感器平板的电源常常选择标称电压为 12V 的可再充电电池。为了充电一