CN101095628A - 用于传感器阵列的电子接口 - Google Patents

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Abstract

提供一种用于传感器阵列的接口电路。接口电路可由提供第一区域(106)和第二区域(108)的集成电路封装(104)组成。封装的第一区域可与第二区域间隔相对。封装的第一区域(106)可提供多个接口，用于将封装中集成电路联结到多个来自传感器阵列且具有第一电气特性如模拟和测试信号的信号。封装的第二区域(108)可提供多个接口，用于将集成电路联结到具有至少一个不同于第一特性电气特性如功率和运算数字信号的电气特性的多个信号。

Description

用于传感器阵列的电子接口
技术领域
本发明涉及一种用于传感器阵列的电子接口，特别涉及一种传感器阵列和数据获取系统(DAS)之间的基于集成电路(IC)的电子接口，这种电子接口可用于计算机X射线断层造影(CT)系统。
背景技术
电子器件，如传感器、发送接收器、发射器、接收器、天线等等可设置为阵列，以二维格式传输或接收数据或实现指定区域的期望分辨率。例如，一种已知的用于计算机X射线断层造影(CT)系统的传感器包括光电二极管，该光电二极管包括耦合闪烁介质的光敏像素阵列，闪烁介质也可以配置为闪烁器单元阵列。当受到X射线能量，闪烁器产生光子，光子依次激励光电二极管内的下部光敏像素因此产生对应入射光子流的模拟电信号。
典型的CT探测器阵列配置有多个传感元件，如上所述CT探测器阵列中的每个传感元件依次包括设置在光敏传感器阵列上的X线闪烁器。因此，即使单独一个传感元件在这里也可称为一个“传感器阵列”。数据获取系统(DAS)可以从传感器获取模拟信号，再在后续处理中转换为数字信号。
用于传感器阵列和DAS之间的传统接口封装不能取得模拟信号的最佳信号完整性。例如，可能需要同时减少光电二极管阵列和DAS之间互联通路的数目和/或距离，减少模拟输入和数字信号以及接电源连接之间的串音效应。一个问题在于如果DAS靠近光电二极管阵列，可能需要提供辐射屏蔽保护DAS中可以构建的一个或多个专用集成电路(ASICs)。另外，依赖某个应用的需求，也要期望减少其它的影响，如电磁干扰(EMI)和/或电磁兼容性(EMC)。
发明内容
相应地，期望提供一种用于解决上述问题的低成本接口结构。例如，能够使CT探测器结构在各个方面性能优越，如减少串音效应和电磁干磁级别、提供DAS和传感器阵列之间的有效热耦合、伴随增强的可靠性。
附图说明
根据以下结合附图所示的说明，本发明的各种优点将更明显：
图1表示典型的CT成像系统的立体图，该系统可使用CT传感器阵列进行医学成像。
图2表示图1中CT成像系统的方框图。
图3表示具体体现本发明方面的电子接口剖面图，该接口可装配在集成电路封装中用于电联结传感器阵列。
图4表示接口封装的顶面视图，显示排列为匹配对应的传感器接口焊垫阵列的典型的接口焊垫阵列。
图5表示接口封装的正面视图，该封装可配置联结数字和功率信号，因而将该信号与在封装的顶面接收的传感器阵列的信号分离。
具体实施方式
在此，“传感器阵列”指的是包括一个或多个独立传感器的部件。在许多配置中，传感器阵列自身可包括具有例如二维传感器阵列的部件，多个传感器阵列可装配成一个称为“探测器阵列”的大封装。一个传感器阵列可包括MxN阵列的传感器：这里M和N都为等于或大于一的整数。因此，“传感器阵列”的范围将不排除只具有一个传感器的装置。
作为举例，以下说明涉及CT成像系统。然而注意，本发明方面可有益的用于各个其它的应用上，这些应用不限制于医学成像应用或CT医疗器械。其它的医疗器械例子可以是磁共振、超声、正电子发射层析成像和多能计算机X射线断层造影成像。其它的应用例子可以是设备检查和诊断，其可用于工业环境或安全检查，可用于运输环境，如用于机场行李扫描或容器检查等等。
在一些CT成像系统配置中，X线源投影扇形波束，该波束被校准于笛卡儿坐标系的X-Y平面并且通常称为“成像平面”。X线射束穿过成像目标，如病人。射束经过由目标衰减后，照射在辐射探测器阵列上。在探测器阵列接收的衰减后的辐射束强度依赖于线射束经过目标的衰减。阵列的每个传感器产生表示探测器位置射束强度量度的单独电信号。全部探测器的强度测定被单独的获取以生成透射切面(profile)。
在第三代CT系统中，X线源和探测器阵列通过台架在成像平面内和围绕成像目标旋转，因此X射束相交目标的角度常数变化。
探测器阵列位于一个台架角度的X线衰减测量组即投影数据称为一个“视图”。在一个X线源和探测器旋转期间，由一组不同台架角度或视角生成的视图组成一个目标“扫描”。
轴向扫描中，处理投影数据以构建对应通过目标的二维切片的图像。从一组投影数据重构图像的一种方法涉及反向滤波投影技术。该处理将衰减测量从一个扫描转换为称作“CT数”或“Hounsfield单位”(HU)的整数，这些整数用于控制对应阴极射线管显示器上像素的亮度。
为减少总扫描次数，可执行“螺旋扫描”。为执行“螺旋扫描”，移动病人，同时获取规定数目切片的数据。这种系统产生从扇形波束螺旋扫描的单个螺旋。由扇形射束映射的螺旋产生可重构每个规定切片的投影数据。
螺旋扫描的重建算法一般使用螺旋权重算法，该算法用与数据视角和探测器通道索引有关的函数加权收集数据。特别地，在滤波反向投影处理之前，根据螺旋加权系数对数据加权，加权系数是关于台架角度和探测器角度的函数。加权数据再处理以产生CT数并构造对应通过目标的二维切片的图像。
为进一步的降低总探测时间，多切片CT已经引入。多切片CT中，同时在任意时刻获取多行的投影数据。当结合螺旋扫描模式，系统产生单个螺旋锥形束的投影数据。类似单独切片螺旋加权方式，可导出一种在滤波反向投影算法之前将投影数据乘权重的算法。
在此所用单个列举的一个元件或步骤和所用的“一”应该被理解为不排除复数个上述的元素或步骤，除非这种排除是明确列举。此外，本发明提及的“一个具体实施方式”不被认为是排除存在也组成列举特征的辅助具体实施方式的意思。
在此所用短语“重建图像”也无意排除本发明中生成表示图像的数据但没有产生可视图像情况的具体方面。然而，许多具体实施方式产生(或设置为产生)至少一个可视化图像。
关于图1和2，一个多切片扫描成像系统，例如计算机X射线断层造影(CT)成像系统10，显示为包括代表“第三代计算机X射线断层造影成像系统”特征的台架12。台架12具有射线管14(在此也称作X线源14)，射线管14投影X线束16到台架12对侧的探测器阵列18。探测器阵列18由包括多个传感器20的多个探测器行形成，多个传感器20共同检测透过目标如阵列18和源14之间检测病人22的投影X线。每个传感器20产生一个表示碰撞X线束强度的电信号，由此可用于估计射束穿过目标或病人22的衰减。
在扫描获取X线投影数据期间，台架12和装配在其中的部件关于旋转中心24旋转。图2显示仅单行的传感器20(即探测器行)。然而，多切片探测器阵列18包括多个传感器20的平行探测器行，因此对应多个准平行或平行切片的投影数据可在一次扫描期间同时获取。
台架12的旋转部件和X线源14的操作由CT系统10的控制机构26控制。控制机构26包括提供X线源14功率和定时信号的X线控制装置28和控制转速和台架12上定位部件的台架电机控制器30。数据获取系统(DAS)32可连接(如下所述大量的细节利用电子接口具体表达本发明方面)以接收来自传感器20的模拟信号和为下一处理转换模拟信号为数字信号。图像重建装置34从DAS32接收抽样和数字化的X线数据，并执行高速图像重建。重建图像输入计算机36，计算机36存储图像到存储装置38。图像重建装置34可是特殊的硬件或计算机36执行的计算机程序。
计算机36也接收操作人员经由具有键盘的控制台40设置的命令和扫描参数。相关的阴极射线管显示器42允许操作人员观察重建图像及其它计算机36的数据。操作人员提供命令和参数用于计算机36向DAS32、X线控制装置28和台架电机控制器30提供控制信号和数据。另外，计算机36操作工作台电机控制器44，其控制电动工作台46定位台架12中的病人22。特别的，工作台46移动病人22部分穿越台架孔48。
在一具体实施方式中，计算机36包括装置50，例如软盘驱动器、CD-ROM驱动器、DVD驱动器、磁光盘(MOD)装置、或任何其它的数字装置包括网络连接装置如以太网装置，这些装置用于从计算机可读介质52读取指令和/或数据，如软盘、CD-ROM、DVD或另一数字信源如网络、或国际互联网络，也包括还有待于研制的数字设备。在另一具体实施方式，计算机36执行存储在微程序控制存储器的指令(图中不作显示)。计算机36被编程来执行在此说明的执行函数，在此所用的计算机界限不局限于仅仅那些计算机技术中指的集成电路，但广泛地指的是计算机信息处理机、微控制器、微电脑、可编程序逻辑控制器、专用集成电路及其它可编程序电路，在此这些设备可互换地使用。虽然上述提到的具体实施方式指的是第三代CT系统，在此说明的方法等同适用于第四代CT系统(静止探测器一旋转X线源)和第五代计算机CT系统(静止探测器和X线源)。
适用于阅读者的有关典型传感器阵列的一般背景知识，如平铺传感器阵列，这可从本发明方面受益，参考转让给本发明的共同受让人的美国专利6,990,176号。上述专利中描述的传感器阵列可用于如计算机X射线断层造影成像系统、核磁共振成像系统、正电子发射层析成像(PET)系统和多能计算机X射线断层造影成像系统。
换能器广泛地指转换给定物质形式的信号如放射线、声音、温度、压力、光或其它的物质形式为(或从)电信号的装置。在一具体实施方式中，换能器阵列可包括多个传感器设置为接收给定物质形式的输入信号和传输期望输出电信号。例如，换能器阵列可包括多个传感器件，如光电二极管、被向照明光电二极管、声波传感器即检出声音的传感器设置、温度传感器和电磁辐射传感器。为了本发明目的，基本概念是传感器阵列不管它的具体实现一般可使用电子接口提供阵列检测的信号。
本发明发明者创新地认识到芯片级接口结构允许分开(例如，芯片电路封装)具有给定电气特性的信号(例如相对灵敏的模拟信号)和具有相对给定电气特性的不同电气特性的信号(例如，数字和/或功率信号)。一种可用于数据获取系统的具体实施方式，提供期望信号调节(例如，模数转换)从CT探测器阵列输出的灵敏模拟信号。在一个具体实施例中，接口结构可适当的在封装之内配置通道(即纵向互联)的特征，这样允许分开模拟传感器、数字和功率互联。例如，模拟互联可在封装的第一区域设置(例如，封装顶面)，数字信号和功率互联可在间隔开第一区域的第二区域(如，封装底面)。进一步设想，封装顶面不必限于传感器阵列的模拟信号，因为例如可以在这个面上提供至少一个或多个输入/输出用于IC测试，然而并非用于最终应用。例如，这可能降低封装的最大量数字输入/输出边的输入/输出数目。
图3表示用于传感器阵列的电子接口电路100的剖面图。接口电路利用标准集成电路制造技术组合。相应地为了避免不需要的细节，剩下本领域技术人员应该容易理解的细节给读者。适用于阅读者的有关IC制造各个处理和使用材料一般背景知识，参考S.Wolf和R.N.Tauber编辑、Lattice Press出版和具有版权的教科书《ProcessTechnology》第2版第1卷中的“Silicon Processing For The VLSIEra”一文，在此教科书结合作为参考。
接口电路包括封装104，其定义第一区域106(例如，顶面)和第二区域108(例如，底面)。封装的第一区域包括多个接口(例如，接口110)用于联结到集成电路102具有第一电气特性(例如，传感器阵列的相对灵敏模拟信号)的多个信号，该集成电路102如特定用途集成电路配置以提供适当的模数转换。封装的第二区域由多个联结接口112联结到集成电路多个具有至少一个电气特性不同于第一特性的信号(例如，数字信号和功率信号)。
第二区域和接口112的具体实施例可较好地通过图5理解，图5说明接口封装的底视图。多个导电通道114可配置以提供多个电通路，如第二区域和第一区域接口封装之间配置的一般纵向通路，可互联一个或多个路由层116，该路由层116用于将底面接收的数字和功率信号路由到特定用途集成电路。
一个具体实施例可通过图4较好地理解，接口封装顶面由排列对应传感器阵列接口焊垫(图中不表示)的接口焊垫110阵列组成。预想该分布可特别有益，因为它基本允许传感器阵列和DAS封装的直接联结(即无联结引线).在一个具体实施中，这种直接联可利用任何两元件电联接的方法，如焊锡、各向异性导电薄膜(ACE)或糊剂(ACP)、超声焊、热焊接和热压结合。
在一个具体实施例中，如CT应用中特定用途集成电路可能受到X射线辐射，进一步思考可选提供辐射屏蔽122(图3)，如由钨或任何其它适合的金属或混合物制造的金属片，辐射屏蔽122设置于阻挡X线的位置，否则射线将透过封装顶面到封装中的特定用途集成电路。进一步思考，在无顶辐射屏蔽122的具体实施例中优先选用倒装CSP(芯片级封装)，在没有使用顶辐射屏蔽122的具体实施例中使用线连接CSP。
另一具体实施例中，可提供一个或多个侧部屏蔽124(例如，钨金属片或任何的其它适合的金属或混合物)可屏蔽散射的X射线辐射。侧部屏蔽将理解为也可起电磁干扰隔离罩的作用。本质上，可在环境受相对大量的电磁场例如磁共振应用影响时，顶面屏蔽122和侧部屏蔽124结合设置产生法拉第罩的作用。侧部屏蔽可采取各种形式，如(单个或分段环)沿着封装外周部延伸或可采用网状屏蔽或蜂窝式结构的形式。特定用途集成电路屏蔽和联结结构可由适合的密封剂包裹到集成电路封装件中。
进一步思考，所述的电子接口结构将能用于实例应用中如多切片CT系统，提供以下的典型优点：降低干扰寄生(例如，干扰信号电流、电容、感应系数或其它电子电路和/或接口的参数)因此增加传感器阵列信号的完整性，相对简单的制造和使用，降低成本，减少互联数目和/或长度来改善可靠性，减小电子设备剪力，增强CT探测器中的有效降温体积和提供温度跟踪和控制探测器的有效体积，如上述的，具体表达本发明方面的电子接口结构可被用于以不同传感形态为基础的传感器阵列。
同时本发明最优方案已经在此显示和描述，明显的这种具体实施方式仅以举例的形式提供。这里本领域技术人员不离开本发明将作出对本发明的多种变化、改变和替代。相应地，本发明仅局限于附加的权利要求的精神和范围。
部件说明
10成像系统
12台架
14X射线管
16X射线束
18探测器阵列
20传感器
22检测病人
24旋转中心
26控制机构
28X线控制装置
30台架电机控制器
32数据获取系统(DAS)
34图像重建装置
36计算机
38存储装置
40控制台
42阴极射线管显示器
44工作台电机控制器
46电动工作台
48台架孔
50装置
52计算机可读介质
100电气接口电路
102集成电路
104封装
106第一区域
108第二区域
110，112多个接口
114导电通道
116路由层
122辐射屏蔽
124侧部屏蔽

Claims (10)

1.一种系统(10)，包括
基于给定传感医疗器械的传感器阵列(20)；
一个用于电耦合从传感器阵列到数据获取系统(32)的多个模拟信号的接口，包括至少一个用于提供期望信号调节到模拟信号的集成电路；和用于接口的集成电路封装(104)，包括至少第一区域(106)和第二区域(108)，封装的第一区域与第二区域位置分别间隔和相对，这里封装的第一区域包括多个接口(110)，用于将集成电路联结到从传感器阵列输出的模拟信号，这里封装的第二区域包括多个接口(112)，用于将集成电路联结到具有多个至少一个电气特性不同于来自传感器阵列的模拟信号的信号。
2.如权利要求1所述的系统，进一步包括一个或多个配置在封装的第二区域和第一区域之间的导电通道(114)。
3.如权利要求2所述的系统，进一步包括路由层(116)，其电互联相应的通道，该通道将在封装第二区域接收的信号路由到集成电路。
4.如权利要求1所述的系统，其中封装的第一区域进一步包括至少一个用于联结相应的试验信号的接口。
5.如权利要求1所述的系统，其中：用于传感器阵列的传感医疗器械是从磁共振、超声、正电子发射层析成像和计算机X射线断层造影组成的组中选出。
6.如权利要求1所述的系统，进一步的包括屏蔽(122)，其配置以阻挡从射线源的直接放射射线，否则射线将要透过第一区域并进入集成电路。
7.如权利要求1所述的系统，进一步包括至少一个插入封装的第一和第二区域的侧部屏蔽(124)，以阻挡辐射从放射源散射入集成电路。
8.如权利要求1所述的系统，进一步包括顶面屏蔽(122)，顶面屏蔽(122)阻挡从放射源发射穿越第一区域并进入集成电路的直接放射线，以及进一步包括至少一个插入封装的第一和第二区域的侧部屏蔽以阻挡从放射源进入集成电路的放射散射。
9.如权利要求1所述的系统，进一步的包括靠近至少第一区域的至少一部分的顶面屏蔽(122)和进一步的包括至少一个插入封装的第一和第二区域之间的侧部屏蔽(124)，所述的顶面屏蔽和侧部屏蔽的组合构成了法拉第罩，以减少至少以下一个的电磁干扰：从外部电磁源进入集成电路和从集成电路到邻接电气装置。
10.如权利要求1所述的系统，其特征在于：在第二区域(108)接收的信号是从功率信号、数字信号及其组合的组中选出。
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