與所有非常依賴科技進步的行業(yè)一樣，醫(yī)學成像設備廠商不得不持續(xù)改進他們的產品——主要是改進系統(tǒng)的成像質量。無論是超聲波反射聲波、核磁共振成像（MRI） 磁場擾動還是正電子發(fā)射斷層成像 （PET）的正電子發(fā)射，大多數(shù)醫(yī)學成像技術均需要患者信號接收傳感器陣列。提高成像質量的最直接方法就是擴大傳感器陣列規(guī)模。但是由于為設備添加了更多的傳感器，因此將信號傳輸至處理引擎的信號鏈就必須增加電子器件。（標題中所說的“兩高一低”指的是下文所提及的高集成度、高性能和低功耗。）

　　與此同時，廠商還必須縮小其系統(tǒng)尺寸、降低功耗并提高性能。系統(tǒng)某一方面的性能增強也許會給其他方面帶來挑戰(zhàn)。僅僅增加傳感器和信號鏈就可能會引發(fā)包括系統(tǒng)尺寸及功耗增大在內的不利影響。但是，用于醫(yī)學成像系統(tǒng)的最新一代信號鏈組件使醫(yī)療系統(tǒng)設計人員既能改善信號鏈密度和功耗，同時又不影響動態(tài)性能——即系統(tǒng)同時實現(xiàn)更高的成像質量、更低的功耗以及更小的尺寸。

　　圖 1 超低功耗 VGA 的功能結構圖

　　醫(yī)學成像接收機的組成元件

　　對于大多數(shù)典型醫(yī)學成像應用來說，傳感器陣列的每個元件都需要其自己的信號鏈將傳感器的小信號響應傳送并轉換成一個匹配的小信號響應以進行數(shù)字信號處理。因為成像應用傳感器的信號響應性質不盡相同，因此信號轉換過程中通常離不開三個主要有源組件。首先是低噪聲放大器（LNA），其主要功能是將模擬系統(tǒng)的噪聲系數(shù) （NF） 盡可能地固定在一個盡可能低的水平。第二個放大器通常是在 LNA 之后，以最佳匹配模數(shù)轉換器 （ADC） 末級輸入擺幅的信號。

　　圖 2 噪聲系數(shù)與所選VGA 性能的對比關系

　　諸如 MRI 的應用（其通常在信號振幅方面擺幅不大）可以使用固定增益級。但是，如果系統(tǒng)在信號強度（如超聲波）方面存在很大差異，那么該系統(tǒng)則需要可變增益放大器（VGA），并且需要在 ADC 之前使用可編程增益放大器 （PGA）。經過 ADC 以后，模擬信號將被轉換成數(shù)字信號并準備發(fā)送至系統(tǒng)的數(shù)字信號處理器 （DSP），該過程一般通過現(xiàn)場可編程門陣列 （FPGA）完成進入末級的信號處理和轉換。對于 MRI 而言，在 LNA 和放大器之間也可能有一系列混頻級，以將磁體射頻 （RF）能量轉換成為低頻能量。因為每個元件都需要三個或更多器件，傳感器每增加一倍，僅接收信號鏈的模擬組件數(shù)量就可能需要增加到原來的 6 至 10 倍！另外，功耗要求的增加就更不用說了。難怪系統(tǒng)設計人員總是不斷要求組件供應商對其新型集成電路 （IC）設計進行創(chuàng)新，以解決尺寸相關的問題。