成像技能领域的立异
传统模仿X射线成像体系以专门的感光胶片为介质，将通过的X射线改变成可视图画。为了完结这一使命，该胶片有必要通过一种化学显影进程，这个进程或许需求几分钟，因此推迟了开端对患者进行医治的时刻。此外，显影进程完结今后，医疗团队或许会发现，因为X射线曝光不正确，该图画需求从头吸取。胶片处理完结后，有必要派人送给主治医师，然后贮存在患者的医疗档案里，在医院里，患者的医疗档案有或许占用许多的储藏柜。此外，显影进程中运用的化学制剂运用寿数有限，有必要细心贮存，并且一旦超越寿数期，就有必要毁掉。假如选用直接X射线拍照(Direct Radiography–DR)，一切这些应战都没有了。直接X射线拍照是一种数字X射线成像技能，正得到越来越多的选用。
跟着初始具有本钱的下降以及优势日趋显着，传统X射线成像向直接X射线拍照搬迁的气势不断增强。选用直接X射线拍照时，给患者拍照几秒钟后，就可得到X射线图画，并且该图画能够当即发送到全球各地，以向任何一个当地的医学专家咨询。患者的X射线图画是数字方法的，能够在小型硬盘上归档和检索，而无需大型文件柜。盛行的直接X射线拍照办法选用平板检测器板来获取通过的X射线。该平板检测器无需移动或手艺移动，就可显现不同的拍照视点，以拍出多种图画，并且传感器-图画尺度比为1：1。较新的平板X射线检测器能以无线方法向操控单元发送图画，以供查看、归档和分发。有了平板检测器，就不用再购买、贮存或毁掉与处理胶片有关的化学制剂了。或许最重要的是，欧洲的两项研讨标明，存档一幅与模仿照相记载胶片质量适当的DR图画所需的X射线剂量将减低30%到70%。有些平板规划可将照射率实时地传递至X射线源，然后保证正确曝光的图画和极低的辐射剂量。较低的X射线剂量可改善患者及邻近医疗保健专业人员的安全境况，他们或许随后会遇到四散的X射线粒子。
为了产生图画，许多直接X射线拍照体系选用了全帧平板探测器，这种探测器由掩盖了一个闪耀层的CMOS传感器构成。这个闪耀层将入射的X射线的波长改变成硅资料能更好地吸收的波长。CMOS传感器因为制作工艺的原因此常常遭到喜爱，这类传感器与混合信号及逻辑架构是兼容的，因此有助于构成集成度更高的处理方案。200mm和300mm硅晶片制作技能的改善进一步促进了向直接X射线拍照改变的趋势。较大的晶片使更少的CMOS传感器模块能结合在一起，然后使得所构成的X射线平板传感器与35cm x 43cm(14英寸x17英寸)1.5cm厚ISO规范X射线胶片暗匣的尺度相一致，而世界各地的医院都运用这类胶片暗匣。毫不古怪，体系的硬件规划对这类产品的图画质量、外形尺度、人员安全和作业寿数产生了直接影响，起到了重要的效果。不过，这种起到重要效果的硬件规划中包含电源办理组件吗?
与电子噪声的艰苦奋斗
为了让直接X射线拍照完成悉数潜在优势，有必要重视电子噪声、热量和尺度问题。有必要坚持高信噪比(SNR)，一起下降加到患者身上的X射线剂量也是一个要害方针。虽然传感器自身的噪声功用获得了极大重视，可是电源注入的噪声也值得细心考虑。
电源架构对信噪比功用有直接影响。电源轨上的电压纹波被馈送到图画传感器，并且A/D转化器或许将噪声注入到图画中。X射线CMOS传感器制作商们宣称，现已完成了14位乃至16位A/D转化，然后可支撑很宽的对比度规模，然后产生十分具体的图画。使问题愈加杂乱的是图画传感器、A/D转化器和/或外表放大器要正常作业，除了需求一个安稳的正电压，常常还需求一个稳压的-3.3V至-7V负电压轨。此外，电池组或AC/DC电源或许仅供给一个未调度的正电压。因此，中心的DC/DC转化器有必要具有低输出纹波功用(几十mV)、高作业功率和低的自发热量。
为了患者的舒适度和便当性，许多新的X射线成像单元(包含传感器平板)都是移动的。传感器平板的电源常常挑选标称电压为12V的可再充电电池。为了充电一次就可拍照并传送数百个图画，需求较高的作业功率，这促进人们运用开关稳压器。不幸的是，开关形式稳压器是一种电磁搅扰(EMI)辐射源，这添加了体系的噪声水平。此外，为协助医务人员与患者之间坚持一个安全的鸿沟，某些X射线传感器面板具有无线数据传输才干。较高的EMI水平有或许导致所拍照的图画失真，和/或搅扰向用户终端的无线数据传送。或许更费事的是，EMI辐射水平有或许超出政府监管安排所答应的值，然后使医疗产品无法进入商场，本文稍后评论这个问题。
要求较高的作业功率还有第二个意图，即尽力坚持高信噪比(SNR)。CMOS传感器内部的暗电流会随温度的上升呈指数性添加。暗电流是由电荷移动构成的，在X射线曝光之前就存在了。依据一家X射线CMOS传感器制作商的说法，温度每上升8°C，暗电流就大约增大一倍。虽然后期处理能够从图画中去掉一些暗电流假影，可是较高的作业温度以及重复进行的X射线曝光所累积的损害加快增大了暗电流。终究，暗电流将吞没入射X射线粒子在传感器上堆积的电荷，这时候，平板检测器就有必要更换了。此外，因为医疗设备常常触摸人体安排，所以假如对散热不加以操控，那么除了会缩短设备的作业寿数，还有或许导致患者不舒服或烫坏。
与热量的奋斗
正如之前说到的那样，较高的作业温度下降了CMOS传感器的信噪比功用，并缩短了这类传感器的寿数。此外，较高的作业温度还造成了患者的安全危险。为了坚持杰出的图画分辨率，X射线平板检测器会与患者的身体直触摸摸。当温度到达40°C(100°F)时，人的皮肤就开端遭到灼伤。因此，有或许与人的皮肤触摸之任何医疗设备的外部都有必要坚持低于这个温度约束。所以，高作业功率以及能将在大面积上产生的热量发出出去，对许多方面都是至关重要的，例如对传感器寿数、图画清晰度和患者安全等。
坚持紧凑的外形尺度
从外科手术体系附件到手持式查看东西，新一代医疗设备的杂乱性越来越高，而装入这么多组件以支撑更多功用的可用空间却没有相应增大。就平板X射线探测器而言，现有的医院基础设施现已装备了一个被称为“滤线栅插槽”的固定尺度插槽，而原先这个当地是用来摆放模仿X射线胶片暗匣的。这些胶片暗匣一般遵从ISO4090辅导准则，能够有46cm x 38.6cm x 1.5cm的外部尺度，所答应的X射线图画尺度为43cm x 35cm(14英寸x17英寸)。电源办理处理方案有必要紧凑和高效，才干契合这么受限的尺度要求，并最大极限地削减作业温度的上升。
监管法规
作为美国和欧洲监管要求的一部分，医疗设备有必要证明契合CISPR11(又称为EN55011)法规。因为开关稳压器辐射电磁场，所以规划师有必要全面了解开关稳压器对EMI兼容性的影响，或许有必要挑选一种通过测验、满意制作商EMI辐射约束的电源处理方案。不然，为了完成与相关规范的契合性，有或许需求进行量大费时的产品迭代规划作业。对计划用于办公楼的医疗设备规则了最为严厉的辐射EMI限值，Group 1–Class B设备的辐射限值等同于针对办公楼及家庭用信息技能设备所规则的EN55022 Class B (CISPR22 Class B)限值。
较长的产品寿数
对医疗设备而言，证明电源处理方案的牢靠性是很有必要的。关于X射线平板传感器来说，有必要一次就正确获得图画，不然患者和医护人员就会令人遗憾地再次面临辐射。最低极限，也会因确诊推迟而导致医治推迟，依照现代医疗规范，这种状况是不行承受的。
另一个需求考虑的要素是：选定电子组件的供货时刻能连续多久?阅历了CE、UL、IEC和FDA等安排绵长的监管批阅程序并获得认证之后，每种医疗电子设备都应能长时刻制作－达15年以上。这一时刻长度比消费类产品的周期长得多，而消费类产品商场是许多电源办理半导体厂商的首要商场。仅因为组件筛选而对产品从头进行判定，关于工程资源和公司收益都是一个沉重的担负。
处理方案：先进的DC/DC开关稳压器
为了协助规划工程师应对医疗使用中的电子噪声、热量和尺度应战，凌力尔特供给了超越50种不同的微型模块(μModule)电源产品，为客户供给了广泛挑选。这些产品每一种都是高功率、全面集成的DC/DC开关电源办理处理方案，选用紧凑的外表贴装封装(图1)。这些开关形式稳压器通过细心规划，在负输出电压和正输出电压电路装备中，以低输出纹波作业，如图2和3所示。微型模块电源产品的一个子类是通过了EN55022 Class B认证的微型模块稳压器，是战胜医疗使用中发现EMI应战之抱负处理方案。这类开关稳压器通过TUV等独立实验室的认证，以在输出电流高达8A时，满意行业规范EN55022 Class B(适当于CISPR11/EN55011 Group 1–Class B)对辐射EMI的要求。用各自的规范演示电路板进行测验所得的成果已揭露在线供给。部分测验状况如图4所示。挑选一个兼容和全面集成的降压型处理方案，例如微型模块稳压器，可在满意这类要求时，节约规划时刻，并下降与常见开关稳压器或操控器相关的危险。
与高输出纹波和辐射EMI有关的危险不应该轻视。这两种要素都影响产品第一次就能正常发挥效果以及满意严厉的政府法规的才干。至于这两种要素对X射线平板作业的影响，产品规划假如杰出地操控了输出纹波和EMI辐射，那么产品就能供给高信噪比，然后能供给高质量、高分辨率的图画，第一次就能获得正确的图画以防止医治推迟以及不用要地重复露出于辐射之中，还能供给牢靠的无线通信，并加快EMI兼容性测验。出于这些原因，凌力尔特做了许多作业，以保证这些设备通过TUV等独立测验实验室的认证，并揭露在线供给测验成果。在战胜噪声和EMI问题今后，适宜的电源办理处理方案就需求处理功率、牢靠性和散热问题了。
微型模块电源产品是功率十分高的开关稳压器，选用由导热塑料构成的外表贴装LGA或BGA封装，封装顶部是平整的。一整块平整的封装顶部掩盖整个电源办理处理方案，有利于采纳散热办法，以最大极限地削减医疗设备外部任何一点的温度上升(图5)。正如之前说到的那样，坚持较低的作业温度可前进对患者的安全性、信噪比以及设备的作业寿数。最大的微型模块电源产品的尺度为15mm x 15mm x 5mm，最小的则为6.25mm x 6.25mm x 2.3mm，因此选用微型模块电源产品有助于为完成更重要的功用开释空间，例如增大电池尺度以在两次充电之间作业更长时刻。
微型模块稳压器通过了广泛的器材级和电路板级测验，以保证牢靠作业。迄今为止，该产品系列现已累计通过了逾2350万个器材-小时的电源周期和300万次器材-小时加快寿数测验，从未产生毛病。全套规划、使用和制作辅导准则保证这些微型模块的功用满意产品预期，这进一步为牢靠性供给了支撑。在网址www.linear.com.cn/umodule上，有一份完好的陈述，列出了已进行过的一切牢靠性测验以及测验成果。在长出产寿数以支撑医疗设备方面，凌力尔特一向坚持不懈地贯彻执行产品的“不停产方针”，μModule电源产品将持续秉承这一方针，因此可支撑具有长出产期限的医疗设备。
图1：微型模块电源产品是完好的DC/DC开关处理方案，选用耐热增强型LGA或BGA封装，为通过封装的顶部和底部散热供给了一条便当的途径。
Thermally Enhanced BGA or LGA Package：耐热增强型BGA或LGA封装
Magnetics：磁性资料
Compensation Circuitry：补偿电路
Diodes：二极管
Capacitors Resistors：%&&&&&%器和电阻器
Power Switches DC/DC Controller：电源开关和DC/DC操控器
图2a和2b：LTM8023原理图，12VIN至-7VOUT/1A，以不到30mVpp的输出纹波作业，最大极限地削减了注入CMOS传感器和信号调度组件的噪声，需求一个负电压源。
参见图2a，获取组件值
全带宽
图3：LTM4613仅有26mVpp的输出纹波(12VIN至5VOUT/5A)，可最大极限地下降注入到CMOS传感器和信号调度组件中的噪声，然后供给高质量图画。
图4：LTM4613以超越6dBuV/m的裕度，满意EN55022 ClassB (适当于CISPR11 Group 1 Class B)的要求(12VIN至5VOUT/8A)。
图5：没有散热器、在空气天然对流状况下，LTM4613的最高外壳温度为41°C (12VIN至5VOUT/5A)。假如热连接到金属外壳(无需额定费用的散热器)，那么最高温度会进一步降至低于40°C。
AMBIENT TEMPERATURE：环境温度
NO FORCED AIRFLOW：无强制气流
NO HEAT SINK：无散热器
定论
虽然本文专心于论说与数字X射线平板检测器有关的规划应战，可是本文所述应战并不是此产品独有的。从外科手术体系附件、内窥镜到便携式成像和监督体系，医疗专业人员一直在寻求最有用、最牢靠和最小的可用东西。在这些方面不断完成打破的设备使医疗实践得以获得前进，最大极限地削减了患者的不适、结疤和恢复时刻，一起前进了人员的安全性。这类产品中的电子组件使医师能更精确地施行医治、更全面地了解病况、以及有更好的操控才干，乃至能延伸训练有素的外科医师的职业生涯。再加上商业企业关于有限的工程资源、产品上市时刻、需求得到证明的产品牢靠性和相匹配的长出产寿数，什么样的电源处理方案才干满意这些事务需求呢?凌力尔特的微型模块电源产品线通过细心规划，现已证明能满意这些令人生畏的需求。
