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。为了充电一次就可拍摄并传送数百个图像,需要较高的工作效率,这促使人们使用开关稳压器。不幸的是,开关模式稳压器是一种电磁干扰 (EMI) 辐射源,这增加了系统的噪声水平。此外,为帮助医务人员与患者之间保持一个安全的边界,某些 X 射线传感器面板拥有无线数据传输能力。较高的 EMI 水平有可能导致所拍摄的图像失真,和 / 或干扰向用户终端的无线数据传送。也许更麻烦的是,EMI 辐射水平有可能超出政府监管机构所允许的值,从而使医疗产品无法进入市场,本文稍后讨论这个问题。 要求较高的工作效率还有第二个目的,即努力保持高信噪比 (SNR)。CMOS 传感器内部的暗电流会随温度的上升呈指数性增加。暗电流是由电荷移动形成的,在 X 射线曝光之前就存在了。根据一家 X 射线 CMOS 传感器制造商的说法,温度每上升 8°C,暗电流就大约增大一倍。尽管后期处理可以从图像中去掉一些暗电流假影,但是较高的工作温度以及反复进行的 X 射线曝光所累积的损伤加速增大了暗电流。最终,暗电流将淹没入射 X 射线粒子在传感器上沉积的电荷,这时候,平板检测器就必须更换了。此外,因为医疗设备常常接触人体组织,所以如果对散热不加以控制,那么除了会缩短设备的工作寿命,还有可能导致患者不舒服或烫伤。 与热量的斗争 正如之前提到的那样,较高的工作温度降低了 CMOS 传感器的信噪比性能,并缩短了这类传感器的寿命。此外,较高的工作温度还造成了患者的安全风险。为了保持卓越的图像分辨率,X 射线平板检测器会与患者的身体直接接触。当温度达到 40°C (100°F) 时,人的皮肤就开始受到灼伤。因此,有可能与人的皮肤接触之任何医疗设备的外部都必须保持低于这个温度限制。所以,高工作效率以及能将在大面积上产生的热量散发出去,对很多方面都是至关重要的,例如对传感器寿命、图像清晰度和患者安全等。
|