CT / PET スキャナ向け IC / リファレンス・デザイン

コンピューター断層撮影（CT） は、一つの回転軸の周りから撮影された大量の 2 次元 X 線画像から、人体内部の 3 次元画像を生成する医療用の画像処理技術です。多数の断層を積み重ねて 1 つの画像にする従来の X 線検査に比べると、CT 画像ではコントラストが大幅に改善されています。

CT のように複雑かつ大量の画像処理を要する診断用画像システムの登場により、半導体は、密度、柔軟性、および性能を向上したシステムの開発において非常に重要な役割を果たしています。

X 線の断層データは、物体の周りを回転する X 線源を使用して生成されます。このとき、X 線源の回転軌道の反対側には、X 線検出器が設置されています。この回転機構全体はガントリーと呼ばれ、それぞれの角度からの各 X 線撮影データはプロファイルと呼ばれます。物体がゆっくりとガントリーを通過するときに、1 回転あたり 1000 のプロファイルが順に撮影されます。一般のデータ取得システムは、シンチレータのフォトダイオード半導体検出器と読み出し回路が配列された、いくつかのチャネル・カードで構成されます。

各フォトダイオードは、ピクセルが受信する X 線の強度に比例して電流を生成します。従来のチャネル・カードには、検出器からの電流を AD コンバータで積分し、デジタル値に変換するフロント・エンドが備わっています。TI の DDC（Directly Digitizing low-level Currents）製品は、CT スキャナのフォトダイオード配列から受信した低レベルの電流を直接デジタル化するためのシングルチップ・ソリューションです。各 DDC チャネルには、1 つのフォトダイオードからの電流を処理する、2 つのスイッチ積分器のフロントエンドが備わっています。この構成は、連続電流の積分が可能です（入力信号の損失を防止します）。一方の積分器の出力がオンボード A/D コンバータによってデジタル化され、もう一方の積分器は入力電流を積分します。

すべてのチャネル・カードからのデジタル・データは、高速リンク（LVDS インターフェイス）によってコントローラ・カード、および画像処理カードに転送されます。画像処理カードは、CT 画像を表示できるホスト・コンピュータに接続されます。ここで、デジタル・データは、トモグラフィック・リコンストラクションとして知られている数学的手法によって結合されます。

コントローラ・カードには、テキサス・インスツルメンツ（TI）が開発した VLIW（very-long-instruction-word）アーキテクチャの TI DSP VelociTI™ が、医療用画像機器アプリケーションに最適な選択肢です。DSP は、ガントリー回転の正確な制御、テーブルの移動（上下および入出）、角度を変えた画像のためのガントリーの傾斜、および X 線ビームのオン/オフを調節する機能などを実現するために使用されます。DSP の重要な制御機能には他にも、心臓の鼓動によって生じる擬似信号の軽減に使用される ECG ゲーティングがあります。ここでは、心臓の鼓動と慎重に同期しながらデータが取得されます。PC とのインターフェイスは、ギガビット・イーサネット・トランシーバが、高速、全二重、ポイント・ツー・ポイントのデータ転送を可能とします。PCI Express™ PHY（物理層）は、PCI Express メディア・アクセス・レイヤー（MAC）と PCI Express シリアル・リンクを接続します。

CT スキャナ・アプリケーションには、高性能 DSP や FPGA 向けに超高速の過渡応答が要求される事があり、このような場合は、TI の高性能、非絶縁型パワー・モジュールが最適です。高 PSRR、高速な起動、および低ノイズが重要である場合、低ドロップアウト（LDO）リニア・レギュレータが使用可能です。TI のポートフォリオには、電圧監視、DC/DC コンバータ、パワー・モジュール、LDO が含まれており、システムのシーケンス要件に適合する電源ソリューションを非常に柔軟に設定できます。

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