DE102007054695A1

DE102007054695A1 - Schnittstellenanordnung zur thermischen Kopplung eines Datenerfassungssystems an eine Sensoranordnung

Info

Publication number: DE102007054695A1
Application number: DE102007054695A
Authority: DE
Inventors: Oliver Richard Astley; James Wilson Rose; Joseph James Cambridge Lacey; Jonathan David Short; Ashutosh Waukesha Joshi
Original assignee: General Electric Co
Current assignee: General Electric Co
Priority date: 2006-11-17
Filing date: 2007-11-14
Publication date: 2008-05-29
Also published as: US7586096B2; JP5172282B2; US20080116387A1; JP2008126064A

Abstract

Es wird eine Schnittstellenanordnung (400) für eine Sensoranordnung (402) geliefert. Die Schnittstellenanordnung (400) kann aus einer Gerätebaugruppe (104) von integrierten Schaltkreisen (406) bestehen, die thermisch mit der Sensoranordnung (402) verbunden ist. Die Schnittstellenanordnung (400) kann ein Temperaturkontrollsystem (413) zur Kontrolle der Temperatur der Sensoranordnung (402) umfassen. Das Temperaturkontrollsystem (413) umfasst einen Temperatursensor (405) zum Erkennen einer Temperaturveränderung jedes Sensors (20) der Sensoranordnung (402) von einer anfänglichen Temperatur [zu] jenseits eines festgelegten Schwellenwertes. Ein Temperaturregler (411) ist mit jedem Temperatursensor (405) verbunden und empfängt ein Ausgangssignal vom Temperatursensor (405), wenn die Temperaturveränderung des Sensors einen festgelegten Schwellenwert überschreitet. Eine Temperaturkorrekturvorrichtung (415) ist mit jedem Temperaturregler verbunden und bewirkt, dass die Sensortemperaturveränderung beim Empfang eines Kontrollsignals vom Temperaturregler innerhalb des festgelegten Schwellenwerts fällt.

Description

ERFINDUNGSGEBIET
Die vorliegende Erfindung bezieht sich im Allgemeinen auf eine Schnittstellenanordnung für eine Sensoranordnung, und insbesondere auf eine Schnittstellenanordnung zur thermischen Kopplung eines Datenerfassungssystems (DES) an eine Sensoranordnung, wie sie bei einem Computertomographie(CT)-System verwendet werden kann.
HINTERGRUND DER ERFINDUNG
Elektronische Vorrichtungen wie Sensoren, Wandler, Sender, Empfänger, Antennen etc. können in Anordnungen konfiguriert werden, um Daten in einem zweidimensionalen Format zu übertragen oder zu empfangen, oder um eine gewünschte Auflösung für einen bestimmten Bereich zu herbeizuführen. Beispielsweise umfasst ein bekannter Sensor, der in einem Computertomographie(CT)-System verwendet wird, eine Fotodiodenanordnung, die eine Anordnung von Fotosensitiven Pixels umfasst, die mit einem szintillierenden Medium verbunden ist und die auch als Anordnung aus Szintillatorzellen konfiguriert werden kann. Wenn die Szintillatoren einer Röntgenenergie ausgesetzt werden, generieren sie optische Photonen, die wiederum die darunter liegenden Fotosensitiven Pixels innerhalb der Fotodiodenanordnung anregen, wodurch sie einen Satz von analogen elektrischen Signalen erzeugen, wobei jedes davon einem einfallenden Photonenfluss entspricht.
Es ist bekannt, dass eine beispielhafte CT-Detektoranordnung mit einer Vielzahl von Sensorelementen konfiguriert ist, wobei, wie oben beschrieben, jedes Sensorelement in der CT-Detektoranordnung wiederum einen Röntgenszintillator umfasst, der auf einer Pixelanordnung von Fotosensitiven Lichtsensoren angelegt ist. Daher kann hier sogar ein einzelnes Sensorelement mit "Sensoranordnungen" bezeichnet werden. Ein Datenerfassungssystem (DES) kann die analogen Signalen von den Sensoren erfassen und diese Signale für die nachfolgende Verarbeitung in digitale Signale umwandeln.
Während des Betriebs der CT-Systeme mit Fotodioden-Sensoranordnungen kann sich die Temperatur der Sensoranordnung beispielsweise aufgrund von sich verändernden Umweltbedingungen verändern. Diese Temperaturveränderungen können die Leistung des CT-Systems beeinträchtigen, was beim Eintreten einer großen Temperaturveränderung außerhalb des festgesetzten Temperaturbereichs unter Umständen zu einer geminderten Bildgebungsleistung führen kann.
Folglich liefern Aspekte der vorliegenden Erfindung eine Schnittstellenanordnung zur thermischen Kopplung eines Datenerfassungssystems (DES) an eine Sensoranordnung, durch die eine Messung von Temperaturveränderungen der Sensoranordnung ermöglicht und eine effektive Kontrolle von solchen Temperaturveränderungen gewährleistet werden kann, wodurch die optimale Leistung des CT-Systems sichergestellt wird.
KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
Diese und andere Aspekte der Erfindung werden anhand der folgenden Beschreibung unter Hinzunahme der Zeich nungen noch besser verdeutlicht, in denen Folgendes gezeigt wird:
1 ist eine isometrische Ansicht eines beispielhaften CT-Bildgebungssystems, bei dem eine CT-Sensoranordnung für die medizinische Bildgebung verwendet werden kann;
2 ist eine Blockdiagrammdarstellung eines CT-Bildgebungssystems, wie es in 1 zu sehen ist;
3 ist eine Elevations-Draufsicht, die eine typische Schnittstelle nach dem Stand der Technik zwischen einer Sensoranordnung und Komponenten eines Datenerfassungssystems illustriert;
4 ist eine Elevations-Seitenansicht von einer Vielzahl von Schnittstellen (wie die einzelne Schnittstelle, die in 3 gezeigt wird) für die jeweiligen Sensoranordnungen, die in einem bogenförmigen Rahmen angeordnet sind, um eine Ansicht über dem Bogensegment zu liefern, das vom Rahmen umspannt wird;
5A und 5B illustrieren jeweils isometrische Drauf- und Unteransichten einer Schnittstellenanordnung, die Aspekte der vorliegenden Erfindung umfasst, so dass sie eine thermische Kopplung der DES-Komponenten an die Sensoranordnung ermöglicht;
6A, 6B, 6C illustrieren jeweils eine Querschnittsansicht, eine isometrische Draufsicht und ein Schema einer beispielhaften Ausführungsform eines thermischen Kontrollsystems, wie es in einer Anordnung angelegt werden kann, welche Aspekte der vorliegenden Erfindung verkörpert;
7 ist eine Querschnittsansicht einer Schnittstelle, die Aspekte der vorliegenden Erfindung verkörpert, da solch eine Schnittstelle in eine Einrichtung von integrierten Schaltkreisen zusammengebaut werden kann, die thermisch mit einer Sensoranordnung verbunden ist;
8 ist eine Ansicht der oberen Fläche der Schnittstelleneinrichtung, die eine beispielhafte Anordnung der Schnittstellenkontaktstellen zeigt, die so angeordnet sind, dass sie mit einer Anordnung von dazugehörigen Sensorschnittstellen-Kontaktstellen zusammenpassen;
9 ist eine Ansicht einer Fläche der Schnittstelleneinrichtung, wie sie für die Verbindung mit Digital- und Stromsignalen konfiguriert werden kann, wodurch solche Signale von den Sensoranordnungssignalen abgesondert werden, die an der oberen Fläche der Einrichtung empfangen werden;
10 ist eine Querschnittsansicht einer Anordnung, die Aspekte der vorliegenden Erfindung umfasst;
11 ist eine Draufsicht einer Anordnung, die Aspekte der vorliegenden Erfindung umfasst.
DETAILLIERTE BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
So wie er hier benutzt wird, bezeichnet der Begriff "Sensoranordnung" eine Komponente, die einen oder mehrere einzelne Sensoren umfasst. In vielen Konfigurationen kann die Sensoranordnung selbst eine Komponente umfassen, welche beispielsweise mit einer zweidimensionalen Anordnung von Sensoren ausgestattet ist, und eine Vielzahl von Sensoranordnungen können zu einer größeren Anordnung zusammengebaut werden, die als "Detektoranordnung" bezeichnet wird. Eine "Sensoranordnung" kann eine M×N-Anordnung von Sensoren umfassen; wobei sowohl M als auch N ganze Zahlen sind, die größer oder gleich 1 sind. Daher soll der Umfang des Begriffes "Sensoranordnung" keinesfalls Vorrichtungen ausschließen, die nur einen Sensor aufweisen.
Zum Zwecke der Illustration bezieht sich die untenstehende Beschreibung auf ein CT-Bildgebungssystem. Es sei allerdings darauf hingewiesen, dass Aspekte der vorliegenden Erfindung in verschiedenen anderen Anwendungen zum Vorteil verwendet werden können, wobei diese weder auf medizinische Bildgebungsanwendungen noch auf eine CT-Modalität beschränkt sind. Beispiele für andere Modalitäten können Magnetresonanz, Ultraschall, Positronen-Emissions-Tomographie und Mehrfachenergie-Computertomographie sein. Beispiele für andere Anwendungen können Ausrüstungsinspektionen und -diagnostiken sein, wie sie in einem industriellen Umfeld durchgeführt werden können, oder Sicherheitsinspektionen sein, wie sie in einem Transportationsumfeld wie der Gepäckdurchleuchtung für einen Flughafen oder der Containerinspektion in einem Hafen etc. durchgeführt werden können.
In einigen CT-Bildgebungssystem-Konfigurationen projiziert eine Röntgenquelle einen fächerförmigen Strahl, der so eingestellt wird, dass er innerhalb der XY-Ebene eines kartesischen Koordinatensystems liegt, die im Allgemeinen als "Bildgebungsebene" bezeichnet wird. Der Röntgenstrahl durchdringt ein abgebildetes Objekt wie z. B. einen Patienten. Nachdem der Strahl durch das Objekt abgeschwächt worden ist, trifft er auf eine Anordnung von Strahlungsdetektoren. Die Intensität der Strahlung des abgeschwächten Strahls, die an der Detektoranordnung empfangen wird, hängt von der Abschwächung eines Röntgenstrahls durch das Objekt ab. Jeder Sensor der Anordnung bringt ein separates elektrisches Signal hervor, das eine Messung der Strahlintensität an der Detektorposition darstellt. Die Intensitätsmessungen von allen Detektoren werden separat erfasst, um ein Übertragungsprofil zu erzeugen.
Bei CT-Systemen der dritten Generation wird die Röntgenquelle und die Detektoranordnung mit Hilfe einer Gantry innerhalb der Bildgebungsebene und um das abzubildende Objekt herum gedreht, so dass der Winkel, bei dem der Röntgenstrahl das Objekt durchquert, sich ständig verändert. Eine Gruppe von Röntgenabschwächungsmessungen, d. h. Projektionsdaten, von der Detektoranordnung bei einem Winkel der Gantry wird als "Ansicht" bezeichnet. Eine "Abtastung" des Objekts umfasst einen Satz von Ansichten, die bei unterschiedlichen Gantrywinkeln oder Ansichtswinkeln während einer Umdrehung der Röntgenquelle und des Detektors erfasst wurden.
Bei einer Axialabtastung werden die Projektionsdaten verarbeitet, um ein Bild zu konstruieren, das einem zweidimensionalen Schnitt entspricht, der durch das Objekt hindurch vorgenommen wurde. Ein Verfahren zur Rekonstruktion eines Bildes aus einem Projektionsdatensatz wird auf diesem Gebiet als gefilterte Rückprojektionstechnik bezeichnet. Bei diesem Prozess werden die Abschwächungsmessungen von einer Abtastung in Ganzzahlen umgewandelt, die als "CT-Zahlen" oder "Hounsfieldeinheiten" (HU) bezeichnet werden, und die verwendet werden, um die Helligkeit des entsprechenden Pixels auf einem Kathodenstrahlröhrendisplay zu regulieren.
Um die Gesamtabtastzeit zu reduzieren, kann eine Spiralabtastung durchgeführt werden. Um eine "Spiralabtastung" durchzuführen, wird der Patient bewegt, während die Daten für die vorgesehene Anzahl von Schichten erfasst werden. Solch ein System generiert eine einzelne Spirale aus einer Fächerstrahl-Spiralabtastung. Die Spirale, die durch den Fächerstrahl bezeichnet wird, liefert Projektionsdaten, aus denen in jeder vorgesehenen Schicht Bilder rekonstruiert werden können.
Bei den Rekonstruktionsalgorithmen für die Spiralabtastung werden typischerweise Spiral-Gewichtungsalgorithmen verwendet, durch welche eine Gewichtung der erfassten Daten als Funktion des Ansichtwinkels und des Detektorkanalindex erfolgt. Genauer gesagt werden die Daten vor dem gefilterten Rückprojektionsprozess entsprechend einem Spiral-Gewichtungsfaktor gewichtet, der eine Funktion sowohl des Gantrywinkels als auch des Detektorwinkels ist. Die gewichteten Daten werden dann verarbeitet, um CT-Zahlen zu generieren und ein Bild zu konstruieren, das einem zweidimensionalen Schnitt entspricht, welcher durch das Objekt hindurch vorgenommen wurde.
Um die Gesamterfassungszeit weiter zu reduzieren, ist die Mehrschicht-CT eingeführt worden. Bei der Mehrschicht-CT werden mehrere Zeilen von Projektionsdaten zu jedem Zeitpunkt gleichzeitig erfasst. Wenn das System mit dem Spiralabtastungsmodus kombiniert wird, generiert es eine einzelne Spirale von Kegelstrahl-Projektionsdaten. Wie bei der Vorgehensweise bei der Spiralgewichtungsverfahren von einzelnen Schichten kann ein Verfahren abgeleitet werden, bei dem vor Anwendung des Filterungs-Rückprojektions-Algorithmus die Gewichtung mit den Projektionsdaten multipliziert wird.
So wie die Begriffe "Element" oder "Schritt", die im Singular aufgeführt werden und denen das Wort "ein" vorangestellt ist, hier verwendet werden, sollen sie keinesfalls so aufgefasst werden, dass sie eine Mehrzahl der Elemente oder Schritte ausschließen, es sei denn, eine solche Einschränkung wird explizit festegestellt. Ferner sollen Bezugnahmen auf "eine Ausführungsform" der vorliegenden Erfindung nicht dahingehend interpretiert werden, dass sie das Vorhandensein von zusätzlichen Ausführungsformen ausschließen, welche die aufgeführten Merkmale ebenfalls umfassen.
Ebenso soll der Ausdruck "Rekonstruktion eines Bildes" keinesfalls Ausführungsformen der Aspekte der vorliegenden Erfindung ausschließen, bei denen Daten generiert werden, die ein Bild repräsentieren, nicht jedoch ein Bild, das betrachtet werden kann. Allerdings generieren viele Ausführungsformen mindestens ein Bild, das betrachtet werden kann (bzw. sind sie so konfiguriert, dass sie ein solches generieren).
Was 1 und 2 anbelangt, wird ein Mehrschicht-Scanning-Bildgebungssystem, beispielsweise ein Computertomographie(CT)-Bildgebungssystem 10, so dargestellt, dass es eine Gantry 12 umfasst, die ein Bildgebungssystem der "dritten Generation" repräsentiert. Gantry 12 ist mit einer Röntgenröhre 14 (die hier auch als Röntgenquelle 14 bezeichnet wird) ausgestattet, die einen Röntgenstrahl 16 zu einer Detektoranordnung 18 auf der gegenüberliegenden Seite der Gantry 12 projiziert. Detektoranordnung 18 besteht aus einer Vielzahl von Detektorzeilen (nicht gezeigt), die eine Viel zahl von Sensoren 20 umfassen, die zusammen die projizierten Röntgenstrahlen erkennen, von welchen ein Objekt, wie z. B. ein medizinischer Patient 22, der sich zwischen Anordnung 18 und Quelle 14 befindet, durchdrungen wird. Jeder Sensor 20 erzeugt ein elektrisches Signal, das die Intensität eines auftreffenden Röntgenstrahls repräsentiert und daher verwendet werden kann, um die Abschwächung des Strahls abzuschätzen, während dieser ein Objekt oder einen Patienten 22 durchdringt. Die Amplitude der elektrischen Signale der Sensoranordnung kann von der Temperatur der Sensoranordnung abhängen, die vorzugsweise in einem zulässigen Temperaturbereich verbleiben.
Während einer Abtastung zur Erfassung von Röntgenprojektionsdaten dreht sich die Gantry 12 und die in ihr montierten Komponenten um ein Rotationszentrum 24 herum. 2 zeigt nur eine einzelne Zeile von Sensoren 20 (d. h. eine Detektorzeile). Allerdings umfasst die Mehrschicht-Detektoranordnung 18 eine Vielzahl von parallelen Detektorzeilen von Sensoren 20, so dass während einer Abtastung Projektionsdaten gleichzeitig erfasst werden können, die einer Vielzahl von quasi-parallelen oder parallelen Schichten entsprechen.
Die Rotation der Komponenten auf Gantry 12 und der Betrieb der Röntgenquelle 14 werden durch einen Kontrollmechanismus 26 des CT-Systems 10 gesteuert. Kontrollmechanismus 26 umfasst einen Röntgenregler 28, der Strom- und Bildgebungssignale an die Röntgenquelle 14 liefert, und einen Gantrymotorregler 30, der die Rotationsgeschwindigkeit und Position der Komponenten auf Gantry 12 steuert. Eine oder mehrere Komponenten des Datenerfassungssystems (DES) 32 können direkt montiert werden, so dass sie thermisch mit der Sensoranordnung (die im Folgenden detaillierter beschrieben wird, wobei eine Schnittstellenanordnung verwendet wird, welche die Aspekte der vorliegenden Erfindung umfasst) verbunden werden. Das DES ist so konfiguriert, dass es analoge Signale von Sensoren 20 empfängt und die analogen Signale zur nachfolgenden Verarbeitung in digitale Signale umwandelt. Ein Bildrekonstruierer 34 empfängt abgetastete und digitalisierte Röntgendaten vom DES 32 und führt eine Hochgeschwindigkeits-Bildrekonstruktion durch. Das rekonstruierte Bild wird als Input in einen Computer 36 eingespeist, der das Bild in einer Speichervorrichtung 38 speichert. Bei dem Bildrekonstruierer 34 kann es sich um spezialisierte Hardware oder Computerprogramme handeln, die auf einem Computer 36 ausgeführt werden.
Computer 36 empfängt über Konsole 40, welche eine Tastatur aufweist, auch Befehle und Abtastparameter von einem Bediener. Ein dazugehöriges Kathodenstrahlröhrendisplay 42 ermöglicht es dem Bediener, das rekonstruierte Bild und andere Daten vom Computer 36 einzusehen. Die vom Bediener eingegebenen Befehle und Parameter werden vom Computer 36 verwendet, um Kontrollsignale und Information an das DES 32, den Röntgenregler 28 und den Gantrymotorregler 30 zu liefern. Zusätzlich bedient der Computer 36 einen Tischmotorregler 44, durch den ein motorisierter Tisch 46 gesteuert wird, so dass er den Patienten 22 innerhalb der Gantry in Position bringt 12. Insbesondere bewegt der Tisch 46 Körperabschnitte des Patienten 22 durch die Gantryöffnung 48.
In einer Ausführungsform umfasst Computer 36 eine Vorrichtung 50, beispielsweise ein Diskettenlaufwerk, ein CD-ROM-Laufwerk, ein DVD-Laufwerk, eine Magnetic-Optical-Disk(MOD)-Vorrichtung oder eine beliebige andere digitale Vorrichtung, zu der auch eine Netzwerkverbindungsvorrichtung wie eine Ethernet-Vorrichtung gehört, die zum Ablesen von Befehlen und/oder Daten von einem computerlesbaren Medium 52 wie einer Diskette, einer CD-ROM, einer DVD oder einer anderen digitalen Quelle wie einem Netzwerk oder dem Internet und ebenso von zukünftig noch zu entwickelnden digitalen Vorrichtungen dient. In einer anderen Ausführungsform führt Computer 36 Befehle aus, die in Firmware (nicht gezeigt) gespeichert sind. Computer 36 ist so programmiert, dass er die hier beschriebenen Funktionen ausführt, und so wie der Begriff "Computer" hier verwendet wird, ist er nicht nur auf jene integrierten Schaltkreise beschränkt, die auf diesem Fachgebiet als Computer bezeichnet werden, sondern bezieht sich im weiteren Sinne auf Computer, Prozessoren, Mikrocontroller, Mikrocomputer, programmierbare Logikcontroller, anwendungsspezifische integrierte Schaltkreise und andere programmierbare Schaltkreise, und diese Begriffe werden hier auswechselbar verwendet. Obwohl die oben erwähnte spezifische Ausführungsform sich auf ein CT-System der "dritten Generation" bezieht, treffen die hier beschriebenen Verfahren gleichermaßen auf CT-Systeme der vierten Generation (stationärer Detektor-rotierende Röntgenquelle) sowie CT-Systeme der fünften Generation (stationärer Detektor und Röntgenquelle) zu.
Die Leser, die allgemeine Hintergrundinformationen zu einer beispielhaften Sensoranordnung, wie z. B. einer fließbaren Sensoranordnung, wünschen, bei der die Aspekte der vorliegenden Erfindung zum Vorteil eingesetzt werden können, werden auf US-Patent Nr. 6,990,176 verwiesen, das ebenfalls demselben Anmelder wie die vorliegende Erfindung zugeschrieben wird und hier als Referenz beigefügt ist. Die Sensoranordnung, die in dem vorangegangenen Patent beschrieben wird, kann im Zusammenhang mit einem System wie einem Computertomographie-Bildgebungssystem, einem Magnetresonanz- Bildgebungssystem, einem Positronen-Emissions-Tomographie(PET)-System und einem Mehrfachenergie-Computertomographie-Bildgebungssystem verwendet werden.
Bei einem Wandler handelt es sich im weiteren Sinne um eine Vorrichtung zur Umwandlung eines Signals in einer vorliegenden physikalischen Form, wie z. B. in Form von Strahlung, Schall, Temperatur, Druck, Licht oder einer anderen physikalischen Form, in ein elektrisches Signal (oder aus einem solchen). In einer beispielhaften Ausführungsform kann eine Sensoranordnung eine Vielzahl von Wandlern umfassen, die so konfiguriert sind, dass sie ein Eingangsignal in einer vorliegenden physikalischen Form empfangen und ein gewünschtes elektrisches Ausgangssignal übertragen können. Beispielsweise kann eine Wandleranordnung eine Vielzahl von Sensorvorrichtungen wie eine Fotodiode, eine Rücklicht-beleuchtete Fotodiode, einen Schallsensor, d. h. einen Sensor, der zur Erfassung von Schall konfiguriert ist, einen Temperatursensor und einen elektromagnetischen Strahlungssensor umfassen. Für die Zwecke der vorliegenden Erfindung besteht ein grundlegendes Konzept darin, dass eine Sensoranordnung thermisch mit einem Datenerfassungssystem (DES) gekoppelt ist (z. B. indem sie direkt moniert wird), wodurch die Messung der Temperaturveränderungen in demselben ermöglicht und, sofern es erwünscht ist, eine Temperaturkontolle der Sensoranordnung gewährleistet wird, so dass sichergestellt wird, dass die Schwankungen der Sensoranordnungstemperatur einen festegelegten Temperaturbereich nicht überschreiten.
Die Erfinder der vorliegenden Erfindung haben auf innovative Weise eine Schnittstellenanordnung [realisiert], welche eine thermische Kopplung zwischen einer oder mehreren Komponenten eines Datenerfassungssystems (DES) und der Sen soranordnung ermöglicht. Damit der Leser eine visuelle Perspektive gewinnt, die hilfreich dabei ist, einige der Einschränkungen, die mit den Schnittstellen nach dem Stand der Technik einhergingen, sowie einige der Vorteile, die von der vorliegenden Erfindung geboten werden, nachvollziehen zu können, werden 3 und 4 geliefert.
3 ist eine Elevations-Draufsicht, die eine typische Schnittstelle 200 nach dem Stand der Technik zwischen einer Sensoranordnung 201 und DES-Komponenten wie Analog-Digital(A/D)Wandlern 202, einem digitalen Prozessor 204, einem oder mehreren diskreten Schaltkreiskomponenten und/oder Zusatzelektronik 206 illustriert. Man beachte die Verwendung eines analogen Signalanschlussleitungskonnektors 208 mit relativ großer Dichte und Länge, um die Verbindungswege zwischen der Sensoranordnung und den A/D-Wandlern herzustellen.
4 ist eine Elevations-Seitenansicht einer Vielzahl von Schnittstellen (z. B. einer Vielzahl von 57 Schnittstellen wie die einzelne Schnittstelle, die in 3 gezeigt wird) für die jeweiligen Sensoranordnungen 201, die in einem bogenförmigen Rahmen 210 angelegt sind, um beispielsweise eine Ansicht über ein Bogensegment zu liefern, das von dem Rahmen umspannt wird. Man beachte das relativ große (und doch beengte) Volumen, das von den Schnittstellen im Rahmen eingenommen wird. Man nehme zur Kenntnis, dass das volumetrische Profil, das von solchen Schnittstellen nach dem Stand der Technik eingenommen wird, nicht unwesentliche Herausforderungen in Bezug auf die Kühlung der elektronischen Komponenten der Schnittstelle und die Kontrolle der Temperaturveränderungen der Sensoranordnung mit sich gebracht hat.
5A und 5B illustrieren jeweils isometrische Drauf- und Unteransichten einer Anordnung 300, die Aspekte der vorliegenden Erfindung umfasst, welche die thermische Kopplung von einer oder mehreren DES-Komponenten auf einer Sensoranordnung 302 ermöglichen. Wie anhand von 5B besser ersichtlich ist, können ein digitaler Prozessor 304 und/oder eine oder mehrere diskrete Schaltkreiskomponenten und Zusatzelektronik 306 auf der Rückseite der Anordnung 300 thermisch gekoppelt werden. Man beachte die Kompaktheit der Anordnung 300 und die Eliminierung des Anschlussleitungskonnectors mit seiner hohen Dichte und Länge bei einer gleichzeitigen Reduktion der Anzahl und/oder der Entfernung der Verbindungswege zwischen der Fotodiodenanordnung und dem DES.
In einer beispielhaften Ausführungsform wird in der vorliegenden Erfindung eine Chipskalen-Schnittstellenarchitektur genutzt, die in einem Aspekt die Absonderung (z. B. in einer integrierten Schaltkreiseinrichtung) der Signale, die eine bestimmte elektrische Charakteristik (z. B. relativ empfindliche analoge Signale) haben, von denjenigen Signalen erlaubt, die unterschiedliche elektrische Charakteristiken in Bezug auf die gegebene elektrische Charakteristik (z. B. digitale und/oder Stromsignale) haben. Eine beispielhafte Ausführungsform kann in einem Datenerfassungssystem verwendet werden, das eine gewünschte Signalkonditionierung (z. B. Analog-Digital-Umwandlung) der empfindlichen analogen Signale von einer CT-Detektoranordnung gewährleistet.
In einer beispielhaften Ausführungsform kann die Schnittstellenarchitektur entsprechend angeordnete Durchkontaktierungen (d.h. vertikale Leitungen) innerhalb der Einrichtung umfassen, die eine Absonderung der analogen Sensorverbindungen von den digitalen und Stromverbindungen ermög licht. Beispielsweise können die analogen Verbindungen an einer ersten Region der Einrichtung (z. B. einer oberen Fläche der Einrichtung) ausgeführt werden, und die digitalen Signale und Stromverbindungen können an einer zweiten Region durchgeführt werden, die im Abstand zu der ersten Region (z.B. an einer unteren Fläche der Einrichtung) liegt. Es wird in Betracht gezogen, dass die obere Fläche der Einrichtung nicht auf analoge Signale von der Sensoranordnung beschränkt sein muss, da man dieser Fläche beispielsweise mit mindestens einem oder mehreren Eingängen/Ausgängen ausstatten kann, die für IS-Tests, aber nicht in der Endanwendung verwendet werden. Dadurch kann beispielsweise die Anzahl von Eingängen/Ausgängen an der vornehmlich digitalen Eingangs-/Ausgangs-Seite der Einrichtung reduziert werden.
6A, 6B und 6C illustrieren jeweils eine Querschnittsansicht, eine isometrische Draufsicht und ein Schema einer beispielhaften Ausführungsform eines thermischen Kontrollsystems, das einen Teil einer Schnittstellenanordnung 400 darstellen kann, welche Aspekte der vorliegenden Erfindung umfasst. Eine Sensoranordnung 402, die in einer beispielhaften Ausführungsform eine Szintillationsschicht 403 und eine Fotodiodenanordnung 404 umfassen kann, ist so konfiguriert, dass sie eine Vielzahl von analogen Signalen generiert, die von einem oder mehreren A/D-Wandlern 406 digitalisiert werden, welche unterhalb der Sensoranordnung 402 auf einem Substrat 407 angeordnet sind. Die Sensoranordnung 402 kann auf einer gegebenen Erkennungsmodalität wie z. B. auf Magnetresonanz, Ultraschall, Positronen-Emissions-Tomographie oder Computertomographie beruhen. Der eine oder die mehreren A/D-Wandler 406 können einen integrierten Schaltkreis (z. B. einen anwendungsspezifischen integrierten Schaltkreis (ASIS)) zur Gewährleistung einer gewünschten Signalkonditionierung bei einer Vielzahl von analogen Signalen von der Sensoranordnung 402 umfassen. Ein Substrat 407 kann ein wärmeleitendes Keramikmaterial umfassen, wie z. B. eines, das aus Aluminumnitrid besteht. Optional kann eine Ausstattung mit einer Ausrichtungsschicht 408 zur Ausrichtung eines gegebenen Sensoranordnungslayouts an einem vorgegebenen Layout von Eingangsverbindungen für A/D Wandler umfassen.
Indem eine direkte Montage des einen oder der mehreren integrierten Schaltkreise 406 an der Sensoranordnung 402 ermöglicht wird, erlaubt es die Schnittstellenanordnung 400, den einen oder die mehreren integrierten Schaltkreise 406 thermisch an die Sensoranordnung 402 zu koppeln. In einer beispielhaften Ausführungsform kann die thermische Kopplung durch die physische Nähe der integrierten Schaltkreise 406 an Sensoranordnung 402 (genauer gesagt an Szintillationsschicht 403 und Fotodiodenanordnung 404, da die Leistung dieser Komponenten temperaturempfindlich ist) erzielt werden. Beispielsweise kann der physische Abstand zwischen integrierten Schaltkreisen 406 und Fotodiodenanordnung 404 weniger als ein Millimeter betragen. Im Gegensatz dazu bewegt sich bei der Schnittstellenanordnung nach dem Stand der Technik von 3 der Abstand zwischen Sensoranordnung 201 und A/D-Wandlern 202 im Bereich von einigen Zentimetern, so dass keine eine effektive thermische Kopplung zwischen diesen Komponenten vorhanden ist. Es ist zu berücksichtigen, dass zusätzlich zur physischen Nähe ein geeigneter wärmeleitender Weg benötigt wird, um eine angemessene thermische Kopplung zwischen solchen Komponenten herzustellen. Das bedeutet, dass die thermische Kopplung, die zwischen solchen Komponenten eingerichtet wird, die Funktion eines Abstandes (z. B. der physischen Nähe) und des wärmeleitenden Weges zwischen diesen ist. Wie auf diesem Gebiet fachkundigen Personen bewusst sein wird, können ver schiedene Kombinationen von physischer Nähe und Leitweg-Charakteristiken verwendet werden, um eine gewünschte thermische Kopplung für eine gegebene Anwendung zu erzielen. Außerdem kann die thermische Kopplung so konfiguriert werden, dass in einer beispielhaften Ausführungsform der Sensor und die DES-Elektronik im Wesentlichen dieselbe Temperatur oder optional eine vorhersagbare Temperaturverschiebung in Bezug aufeinander aufweisen.
Wie in 6C illustriert, kann die Schnittstellenanordnung 400 in einer beispielhaften Ausführungsform ein Temperaturkontrollsystem 413 zur Kontrolle der Temperatur eines oder mehrerer der integrierten Schaltkreise 406 und somit wiederum der Temperatur der Sensoranordnung 402 umfassen, und zwar aufgrund der thermischen Kopplung, die zwischen diesen besteht. Das Temperaturkontrollsystem 413 kann illustrativ einen Temperatursensor 405 zur Erkennung einer Temperaturveränderung umfassen, von welcher die Sensoranordnung 402 betroffen sein kann. Beispielsweise kann die Temperaturveränderung von einer anfänglichen Kalibrierungstemperatur hin zu einer Temperatur erfolgen, die jenseits eines festgelegten Temperaturbereichs liegt.
Wie oben erwähnt, können Szintillationsschicht 403, Fotodiodenanordnung 404 und integrierte Schaltkreise 406 jeder jeweils eine temperaturempfindliche Betriebsleistung haben. In einer beispielhaften Ausführungsform kann die anfängliche Kalibrierung dieser Komponenten während der Anordnung durch den Hersteller durchgeführt werden. Während des Betriebs stellen die lokalen Temperaturen, wie sie von einer Schnittstellenanordnung, welche Aspekte der vorliegenden Erfindung umfasst, erkannt werden können, zusätzliche Eingaben dar, die in einer Vielzahl von thermischen Kontrolltechniken verwendet werden können: In einer beispielhaften Ausführungsform können die Temperatureingaben verwendet werden, um Korrekturverschiebungen für die von den Fotodioden kommenden Signale zu generieren. In einer anderen beispielhaften Ausführungsform können die Temperatureingaben als Teil eines Feedbackmechanismus in einer aktiven Temperaturregulierungsschleife verwendet werden, wie im Folgenden detaillierter beschrieben wird.
Beispielsweise kann das thermische Kontrollsystem das Temperatur-Feedback nutzen, um Informationen an einen Korrekturalgorithmus zu liefern. Die Kontrollbewertung kann in Bezug auf Temperaturabweichungen von einer Kalibrierungstemperatur erfolgen, die als Teil eines Herstellungs-/Betriebsentwurfs des Geräts (z. B. variabler Sollwert) gemessen und registriert werden kann. Ein anderes Beispiel für eine thermische Kontrolltechnik, die verwendet werden kann, ist ein vordefinierter Konstantenkontroll-Sollwert, wie er während des Herstellungsvorgangs eingestellt werden kann (z. B. fester Sollwert). Bei beiden dieser Techniken besteht das grundlegende Prinzip darin, die Temperaturveränderung in Bezug auf einen Sollwert im Wesentlichen zu kontrollieren und zu korrigieren. Außerdem kann die thermische Kontrolltechnik optional so angepasst werden, dass sie eine Einweg-Kontrolle (z. B. auf einseitige Weise) zur Beibehaltung der Temperaturkontrolle darstellt, und zwar geschieht das, indem eine Kontrolle oder Korrektur einer Temperaturabweichung gewährt wird, die eine vorgegebene Temperaturgrenze überschreitet, wobei die thermische Grenze ein festgelegter oder variabler Sollwert sein kann.
Das Temperaturkontrollsystem 413 kann ferner einen Temperaturregler 411 umfassen, der an den Temperatursen sor 405 gekoppelt ist, wobei der Temperaturregler ein Ausgangssignal vom Temperatursensor empfängt, das eine Temperaturveränderung anzeigt, die unter Umständen einen festgelegten Temperaturbereich überschreitet. Das Temperaturkontrollsystem 413 kann ferner eine Temperaturkorrekturvorrichtung 415 umfassen, die mit dem Temperaturregler 411 verbunden ist, wobei die Temperaturkorrekturvorrichtung 415 bewirkt, dass die Temperaturveränderung der Sensoranordnung in Reaktion auf ein Kontrollsignal vom Temperaturregler innerhalb eines festgelegten Temperaturbereichs fällt.
Obwohl 6C ein Temperaturkontrollsystem illustriert, bei dem ein Temperatursensor jeweiliges mit einem Temperaturregler und einer Temperaturkorrekturvorrichtung verbunden wird (so dass jedes dieser Bauteile in einem vorgegebenen integrierten Schaltkreis 406 integriert werden kann), sollte man zur Kenntnis nehmen, dass das Temperaturkontrollsystem einen gemeinsamen Temperaturregler und eine gemeinsame Temperaturkorrekturvorrichtung für zusätzliche Temperatursensoren umfassen kann, wie sie in getrennten integrierten Schaltkreisen und/oder anderen geeigneten Temperaturerkennungspositionen innerhalb der Schnittstellenanordnung und Sensoranordnung angebracht werden können.
Wie in 10 illustriert, kann in einer beispielhaften Ausführungsform eine Schnittstellenanordnung 500 ein Temperaturkontrollsystem 513 umfassen, das einen gemeinsamen Temperaturregler 511 aufweist, der mit einer Vielzahl von Temperatursensoren 505 verbunden ist, wobei der Temperaturregler anhand der Vielzahl von Temperatursensoren eine durchschnittliche Temperaturmessung berechnet, die eine durchschnittliche Temperaturveränderung anzeigt. Beispielsweise kann der Temperaturregler 511 einen Teil einer feldpro grammierbaren Gateanordnung (FPGA) darstellen. Das Temperaturkontrollsystem 513 kann ferner eine Temperaturkorrekturvorrichtung 515 umfassen, die mit dem Temperaturregler 511 verbunden ist, wobei die Temperaturkorrekturvorrichtung dazu führt, dass die Temperaturveränderung in Reaktion auf ein Kontrollsignal vom Temperaturregler innerhalb des festgelegten Temperaturbereichs fällt.
Die thermische Kopplung, die durch die Schnittstellenanordnung 400 zwischen dem einen oder den mehreren integrierten Schaltkreisen 406 und der Sensoranordnung 402 gewährleistet wird, ermöglicht die Erkennung der Temperaturveränderung, die in der Sensoranordnung und den jeweiligen integrierten Schaltkreisen auftreten kann, die thermisch an den Sensor gekoppelt sind. Beispielsweise kann der jeweilige Temperatursensor 405 die Temperaturveränderung in dem entsprechenden integrierten Schaltkreis 406 messen, und dadurch kann er die Temperaturveränderung messen, von der die Sensoranordnung 402 aufgrund der thermischen Kopplung betroffen ist, die durch die Schnittstellenanordnung 400 zwischen dem integrierten Schaltkreis und der Sensoranordnung gewährleistet wird.
Aspekte der vorliegenden Erfindung erkennen auf innovative Weise, dass verschiedene Techniken verwendet werden können, um einen Hinweis auf die Temperatur zu erhalten. Beispielsweise kann, wie in 6C illustriert, jeder Temperatursensor 405 ein fest eingebauter Teil des jeweiligen integrierten Schaltkreises 406 sein. Beispielsweise kann ein Temperatursensor 405 die Temperaturveränderung des integrierten Schaltkreises 406 (und somit der Sensoranordnung 402, die thermisch mit dem integrierten Schaltkreis verbunden ist) erkennen, indem er die in diesem vorhandene wärmeempfindliche Spannungsreferenz, wie z. B. eine Bandlückenreferenz einer Halbleitervorrichtung, verwendet.
In einem anderen Beispiel kann der Temperatursensor 405 eine externe Spannungsreferenz verwenden, die so gekoppelt ist, dass sie eine wärmeempfindliche elektrische Komponente im integrierten Schaltkreis 406, wie z. B. einen Widerstand, eine Diode, einen Kondensator oder einen Transistor, steuert. In einem weiteren Beispiel kann der Temperatursensor 405 die Temperatur in dem jeweiligen integrierten Schaltkreis 406 erfassen, indem er beispielsweise eine Diodenstromableitung oder eine Ableitung durch eine elektrostatische Entladungs(ESD)-Kontaktstelle überwacht. Das bedeutet, dass ein Teil der Schaltungen, die zu dem integrierten Schaltkreis (typischerweise für die Konditionierung der Signale von der Sensoranordnung verwendet) gehören, verwendet werden kann, um einen Temperaturhinweis für die Sensoranordnung zu erhalten. Außerdem kann der Temperatursensor auf geeigneten Kontaktstellen montiert werden, die im integrierten Schaltkreis eingebaut sind, wie z. B. ein oberflächenmontierter Miniaturthermistor, der auf Dioden-Kontaktstellen montiert ist.
Man nehme zur Kenntnis, dass der Temperatursensor 405 nicht in einem entsprechenden integrierten Schaltkreis 406 integriert sein muss, da der Temperatursensor beispielsweise außerhalb des integrierten Schaltkreises angeordnet sein kann. So kann er auf einer äußeren Oberfläche montiert sein, die thermisch an den integrierten Schaltkreis gekoppelt ist.
11 illustriert eine beispielhafte Ausführungsform einer Schnittstellenanordnung 600, die eine Viel zahl von Temperatursensoren 605 umfasst, die mit der äußeren Oberfläche eines Substrats 607 zur Unterstützung jedes der integrierten Schaltkreise gekoppelt ist. Alternativ kann jeder Temperatursensor innerhalb eines Substrats integriert (z. B. eingebettet) sein. Zusätzlich kann ein Temperatursensor ein redundantes Sensorelement der Sensoranordnung 402 sein, wobei solch ein Sensorelement, wie oben besprochen, auf eine Temperaturveränderung überwacht wird, und er kann eine Abdeckung umfassen, um unerwünschte Strahlung abzuschirmen, so dass sie das redundante Sensorelement nicht aktiviert. Beispielsweise kann solch ein redundanter Sensor in einem Bereich außerhalb des Ansichtsfeldes angeordnet sein, das normalerweise zur Durchführung einer Abtastung verwendet wird. In diesem Fall würde der redundante Sensor nicht die Funktion eines Röntgendetektors, sondern eines Temperatursensors haben. Anstelle der Verwendung eines redundanten Sensorelements in der Sensoranordnung kann man optional einen Temperatursensor verwenden, der nicht vom selben Typ ist wie ein Sensoranordnungselement.
In einer beispielhaften Ausführungsform kann bei einem Hinweis darauf, dass die Sensoranordnungstemperatur von einer anfänglichen Kalibrierungstemperatur bis auf jenseits eines festgelegten Temperaturbereichs ansteigt, der jeweilige Temperatursensor 405 ein "Heiß"-Ausgangssignal an den Temperaturregler 411 ausgeben. Das "Heiß"-Ausgangssignal bewirkt, dass der Temperaturregler 411 ein "Kühl"-Kontrollsignal an eine Temperaturkorrekturvorrichtung 415 ausgibt, um die Sensoranordnungs-Temperatur auf einen festgelegten Temperaturbereich abzukühlen. Umgekehrt kann bei einem Hinweis darauf, dass die Sensoranordnungs-Temperatur von der anfänglichen Kalibrierungstemperatur bis auf jenseits eines festgelegten Temperaturbereichs abfällt, der entsprechende Temperatursen sor 405 ein "Kühl"-Ausgangssignal an den Temperaturregler 411 ausgeben. In diesem Fall führt das "Kühl"-Ausgangssignal dazu, dass der Temperaturregler 411 ein "Heiß"-Kontrollsignal an die Temperaturkorrekturvorrichtung 415 ausgibt, um die Sensoranordnungs-Temperatur bis auf einen festgelegten Temperaturbereich zu erhöhen. Die Größe des Kontrollsignals und die Geschwindigkeit, bei der jede Temperaturkorrekturvorrichtung die Sensortemperatur erhöht oder mindert, kann proportional zur Temperaturveränderung in Bezug auf die anfängliche Temperatur sein.
In einer beispielhaften Ausführungsform kann die Temperaturkorrekturvorrichtung 415 einen Hitzesteuerungs-Schaltkreis (z. B. eine Stromsenke) umfassen. Solch ein Hitzestreuungs-Schaltkreis 415 kann eine Widerstand- oder Kondensator-Umschaltkomponente umfassen.
Die Temperaturkorrekturvorrichtung 415 kann in einem jeweiligen integrierten Schaltkreis 406 die Form eines digitalen Prozessors 410 annehmen, wobei die Taktfrequenz des digitalen Prozessors beim Empfang eines "Kühl"-Kontrollsignals vom Temperaturregler 411 während eines Nicht-Datenerfassungsmodus reduziert wird. Ebenso kann die Taktrate beim Empfang eines Hitze-Kontrollsignals vom Temperaturregler 411 während eines Nicht-Datenerfassungsmodus erhöht werden. Die Taktrate kann während des normalen Datenerfassungsmodus wiederhergestellt werden, und kann während der normalen Datenerfassung an die Taktrate des Röntgenreglers (siehe 2) gekoppelt werden.
Eine Analog-Digital-Vorrichtung (nicht gezeigt) kann verwendet werden, um jedes Ausgangssignal von jedem Temperatursensor 405 in ein digitales Signal umzuwandeln, und jeder Temperaturregler 411 kann einen Analog-Digital-Wandler umfassen, um das digitale Ausgangssignal in ein analoges Kontrollsignal für jede Temperaturkorrekturvorrichtung 415 umzuwandeln, wie zuvor besprochen.
Gemäß anderer Aspekte kann man, z. B. aus Gründen der mechanischen und/oder umweltbezogenen Widerstandsfähigkeit, optional Lücken ausfüllen, die sich unter Umständen zwischen den A/D-Wandlern befinden. Das kann durch die Verwendung eines geeigneten Unterfüllungsmaterials erreicht werden, so dass eventuell vorhandene Lücken zwischen den A/D Wandlern gefüllt werden. 6A, 6B und 6C illustrieren ferner einen digitalen Prozessor 410, wie er auf der Unterseite des Substrats 407 montiert werden kann. Wie oben erwähnt, können ein oder mehrere diskrete Schaltkreiskomponenten 412 sowie Zusatzelektronik 414 auf der Unterseite des Substrats angebracht werden. Es wird in Betracht gezogen, dass der Prozessor 410 optional in einem Graben angeordnet werden kann, der in Substrat 407 konstruiert ist. 6A illustriert auch einen Konnektor 416, wie er verwendet werden kann, um Digital- und Stromsignale zur Schnittstellenanordnung zu übertragen. In der untenstehenden Beschreibung wird eine Gerätebaugruppe-Struktur beschreiben, die eine beispielhafte Ausführungsform für die Schnittstellenanordnung darstellt.
7 ist eine Querschnittsansicht eines Schnittstellen-Schaltkreises 100 für eine Sensoranordnung. Der Schnittstellen-Schaltkreis kann unter Verwendung einer standardmäßigen Herstellungstechnologie für integrierte Schaltkreise hergestellt werden. Folglich werden dem Leser mit der Absicht, unnötige Details zu vermeiden, Einzelheiten erspart, die von einer auf diesem Gebiet fachkundigen Person leicht verstanden werden können. Leser, die allgemeine Hintergrundinformationen zu verschiedenen Prozessen und Materialien wünschen, die bei der IS-Herstellung verwendet werden, werden auf das Textbuch mit dem Titel "Silicon Processing For The VLSI Era, Vol. 1 – Prozess Technology, 2.Ausgabe von S. Wolf und R. N. Tauber, erschienen und urheberrechtlich geschützt bei Lattice Press, verwiesen, wobei das Textbuch hier als Referenz mit eingeschlossen ist.
Der Schnittstellen-Schaltkreis umfasst eine Gerätebaugruppe 104, die eine erste Region 106 (z. B. eine obere Fläche) und eine zweite Region 108 (z. B. eine untere Fläche) definiert. Die erste Region der Gerätebaugruppe umfasst eine Vielzahl von Schnittstellen (z. B. Schnittstellen 110) zur Verbindung eines integrierten Schaltkreises 102, wie z. B. eines ASIS, der so konfiguriert ist, dass er eine geeignete Analog-Digital-Umwandlung gewährleistet, mit einer Vielzahl von Signalen, die eine erste elektrische Charakteristik (z. B. relativ empfindliche analoge Signale von einer Sensoranordnung) aufweisen. Die zweite Region der Gerätebaugruppe umfasst eine Vielzahl von Schnittstellen 112 zur Verbindung des integrierten Schaltkreises mit einer Vielzahl von Signalen, bei denen sich mindestens eine elektrische Charakteristik von der ersten Charakteristik (z. B. digitale Signale und Stromsignale) unterscheidet.
Eine beispielhafte Ausführungsform für die zweite Region und die Schnittstellen 112 kann in 9 besser nachvollzogen werden, die eine Unteransicht der Schnittstellen-Gerätebaugruppe illustriert. Eine Vielzahl von elektrisch leitenden Durchkontaktierungen 114 (7) kann so angeordnet werden, dass sie eine Vielzahl von elektrischen Wegen liefert, wie z. B. im Allgemeinen vertikale Wege, die zwi schen der zweiten Region und der ersten Region der Schnittstellen-Gerätebaugruppe angeordnet sind und mit einer oder mehreren Führungsschichten 116 zur elektrischen Führung der Digital- und Stromsignale verbunden sein können, die an der unteren Fläche des ASIS empfangen werden. Es ist zu berücksichtigen, dass die Konstruktion der Durchkontaktierungen innerhalb der Gerätebaugruppe nicht erforderlich ist, da beispielsweise ein Anschlussleitungskonnektor so angeordnet werden kann, dass er extern um die Gerätebaugruppe herum gewickelt wird, um Signale von der Sensoranordnung zum ASIS hindurchzuleiten.
In einer beispielhaften Ausführungsform, die in 8 besser nachvollzogen werden kann, umfasst die obere Fläche der Schnittstellen-Gerätebaugruppe eine Anordnung von Schnittstellen-Kontaktstellen 110, die so angeordnet sind, dass sie mit einer Anordnung von dazugehörigen Sensoranordnungs-Schnittstellen-Kontaktstellen (nicht gezeigt) übereinstimmen. Es wird erwartet, dass diese Anordnung besonders vorteilhaft ist, da sie im Wesentlichen eine direkte Verbindung (d. h. ohne Verbindungsleitungen) zwischen der Sensoranordnung und der DES-Gerätebaugruppe ermöglicht. Wie oben erwähnt, kann diese Verbindung optional durch eine Ausrichtungsschicht hergestellt werden, die so konfiguriert ist, dass sie ein gegebenes Sensoranordnungslayout an einem gegebenen Layout von Ausgangsverbindungen für die A/D-Wandlers ausrichtet. In einer beispielhaften Ausführungsform können solche direkten Verbindungen hergestellt werden, indem eine beliebige von verschiedenen Vorrichtungen zur elektrischen Verbindung zweier Elemente verwendet wird, wie z.B. ein Lötmetall, ein anisotroper leitender Film (ACF) oder Klebstoff (ACP), Ultraschallbonding, Thermoschallbonding und Thermokompressionsbonding.
In einer beispielhaften Ausführungsform wie z. B. in einer CT-Anwendung, bei der der ASIS einer Röntgenstrahlung ausgesetzt werden kann, wird in Betracht gezogen, optional eine Ausstattung mit einer Strahlungsabschirmung 122 (7) vorzunehmen, wie z. B. einem Kolben, der aus Wolfram oder einem beliebigen anderen geeigneten Metall oder einer Legierung besteht, wobei er so positioniert ist, dass er Röntgenstrahlen blockiert, die andernfalls die obere Fläche der Gerätebaugruppe bis hin zum ASIS auf der Gerätebaugruppe durchdringen könnten. Es wird in Betracht gezogen, dass eine Halbleiterchip-CSP (Chip Scale Package) in einer beispielhaften Ausführungsform ohne eine Strahlungsabschirmung 122 auf der oberen Seite bevorzugt wird, und es kann ein Drahtverbindungs-CSP benutzt werden, wenn ein Strahlungsabschirmung 122 auf der oberen Seite verwendet wird.
In einer anderen beispielhaften Ausführungsform kann eine Ausstattung mit einem oder mehreren Seitenabschirmungen 124 (z. B. einem Kolben aus Wolfram oder einem beliebigen anderen geeigneten Metall oder einer Legierung) erfolgen, die gestreute Röntgenstrahlung abblocken können. Es ist zu berücksichtigen, dass die Seitenabschirmungen auch als eine EMI-Abschirmung fungieren können. Im Wesentlichen kann die Kombination von Oberseiten-Abschirmung 122 und Seitenabschirmungen 124 so konfiguriert werden, dass sie in Umgebungen, die relativ großen elektromagnetischen Feldern ausgesetzt sind, z. B. einer Magnetresonanz-Anwendung, als faradayscher Käfig fungieren. Die Seitenabschirmung kann verschiedene Formen annehmen, wie z. B. die eines (einheitlichen oder segmentierten Ringes), der sich entlang der Peripherie der Gerätebaugruppe erstreckt, oder kann die Form einer verschachtelten Abschirmung oder einer wabenartigen Struktur annehmen. Der ASIS, die Abschirmungen und Verbindungsstrukturen können in der IS-Gerätebaugruppe durch eine geeignete Verkapselung umschlossen werden.
Es wird in Betracht gezogen, dass die beschriebene elektrische Schnittstellen-Architektur eine Anordnung ermöglicht, die in einer beispielhaften Anwendung, wie z. B. in einem Mehrschicht-CT-System, die folgenden beispielhaften Vorteile liefert: Reduktion von unerwünschtem Störstrom (z. B. von unerwünschtem Signalstrom, Kapazität, Induktivität oder anderer Parameter in einem elektronischen Schaltkreis und/oder einer elektronischen Schnittstelle), wodurch die Signalintegrität der Sensoranordnung gesteigert, relativ unkomplizierte Herstellung und Betriebsfähigkeit gewährleistet, die Kosten reduziert, die Verlässlichkeit durch die Reduktion der Anzahl und/oder der Länge der Verbindungen erhöht, die auf die Elektronik einwirkenden Scherkräfte reduziert, das verfügbare Kühlungsvolumen im CT-Detektor und das verfügbare Volumen zur Gewährleistung von Temperaturnachverfolgung sowie die Kontrolle des Detektors erhöht wird. Wie oben erwähnt, kann eine thermische Kopplungsarchitektur, die Aspekte der vorliegenden Erfindung umfasst, in Sensoranordnungen auf der Grundlage von diversen Erfassungsmodalitäten verwendet werden.
Obwohl hier bevorzugte Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung gezeigt und beschrieben wurden, wird es offensichtlich sein, dass solche Ausführungsformen nur zu Beispielzwecken gegeben wurden. Zahlreiche Variationen, Veränderungen und Ersetzungen werden auf diesem Gebiet fachkundigen Personen einfallen, ohne dass dabei eine Abweichung von der Erfindung erfolgt. Folglich ist es vorgesehen, dass die Erfindung ausschließlich von der Wesensart und dem Schutzumfang der angehängten Patentansprüche beschränkt wird.
Es wird eine Schnittstellenanordnung 400 für eine Sensoranordnung 402 geliefert. Die Schnittstellenanordnung 400 kann aus einer Gerätebaugruppe 104 von integrierten Schaltkreisen 406 bestehen, die thermisch mit der Sensoranordnung 402 verbunden ist. Die Schnittstellenanordnung 400 kann ein Temperaturkontrollsystem 413 zur Kontrolle der Temperatur der Sensoranordnung 402 umfassen. Das Temperaturkontrollsystem 413 umfasst einen Temperatursensor 405 zum Erkennen einer Temperaturveränderung jedes Sensors (20) der Sensoranordnung 402 von einer anfänglichen Temperatur bis zu jenseits eines festgelegten Schwellenwertes. Ein Temperaturregler 411 ist mit jedem Temperatursensor 405 verbunden und empfängt ein Ausgangssignal vom Temperatursensor 405, wenn die Temperaturveränderung des Sensors einen festgelegten Schwellenwert überschreitet. Eine Temperaturkorrekturvorrichtung 415 ist mit jedem Temperaturregler verbunden und bewirkt, dass die Sensortemperaturveränderung beim Empfang eines Kontrollsignals vom Temperaturregler innerhalb des festgelegten Schwellenwerts fällt.

10: Computertomographie(CT)-Bildgebungssystem
12: Gantry
14: Röntgenröhre
16: Röntgenstrahl
18: Detektoranordnung
20: Vielzahl von Sensoren
22: medizinischer Patient
24: Rotationszentrum
26: Kontrollmechanismus
28: Röntgenregler
30: Gantrymotorregler
32: Datenerfassungssystem
34: Bildrekonstruierer
36: Computer
38: Speichervorrichtung
40: Konsole
42: Kathodenstrahlenröhrendisplay
44: Tischmotorregler
46: motorisierter Tisch
50: digitale Computervorrichtung
52: computerlesbares Medium
57: Vielzahl von Schnittstellen
100: Schnittstellen-Schaltkreis
104: Gerätebaugruppe
106: erste Region
108: zweite Region
110: Vielzahl von Schnittstellen
112: integrierter Schaltkreis
114: Vielzahl von elektrisch leitenden Durchkontaktierungen
116: Führungschichten
122: Strahlungsabschirmung
124: Seitenabschirmungen
200: Schnittstelle nach dem Stand der Technik
201: Sensoranordnung
202: Analog-Digital-Wandler
204: digitaler Prozessor
206: Zusatzelektronik
208: analoger Signalanschlussleitungskonnektor
210: bogenförmiger Rahmen
300: Anordnung
302: Sensoranordnung
304: digitaler Prozessor
306: Zusatzelektronik
400: Schnittstellenanordnung
402: Sensoranordnung
403: Szintillationsschicht
404: Fotodiodenanordnung
405: Temperatursensor
406: A/D-Wandler
407: Substrat
408: Ausrichtungsschicht
411: Temperaturregler
413: Temperatur-Kontrollsystem
415: Temperaturkorrekturvorrichtung
416: Konnektor
500: Schnittstellenanordnung
505: Vielzahl von Temperatursensoren
511: gemeinsamer Temperaturregler
513: Temperaturkontrollsystem
515: Temperaturkorrekturvorrichtung
600: Schnittstellenanordnung
605: Vielzahl von Temperatursensoren
607: Substrat

Claims

System, umfassend: eine Sensoranordnung (402), basierend auf einer vorgegebenen Erkennungsmodalität; mindestens einen integrierten Schaltkreis (406) zur Gewährleistung einer gewünschten Signalkonditionierung bei einer Vielzahl von analogen Signalen von der Sensoranordnung (402); und eine Schnittstellenanordnung (400) zur direkten Montage des mindestens einen integrierten Schaltkreises (406) auf der Sensoranordnung (402) und der Einrichtung einer thermischen Kopplung zwischen diesen, wobei die thermische Kopplung zwischen dem mindestens einen integrierten Schaltkreis (406) und der Sensoranordnung (402) das Erkennen der Temperaturveränderung ermöglicht, von welcher die Sensoranordnung (402) betroffen ist, indem mindestens ein Temperatursensor (405) in einer Position angeordnet wird, die aus mindestens einer der folgenden Positionen ausgewählt wurde: eine Position an der Sensoranordnung (402), eine Position innerhalb des integrierten Schaltkreises (406) und eine Position an der Schnittstellenanordnung (400).
System gemäß Anspruch 1, ferner umfassend: ein Temperaturkontrollsystem (413) zur Kontrolle der Temperatur der Sensoranordnung (402), wobei das Temperaturkontrollsystem (413) umfasst: mindestens einen Temperaturregler (411), der mit dem mindestens einen Temperatursensor (405) verbunden ist, so dass er ein Ausgangssignal vom Temperatursensor (405) empfangen kann, das auf die Temperaturveränderung hinweist; und mindestens eine Temperaturkorrekturvorrichtung (415), die mit dem Temperaturregler (411) verbunden ist, wobei die Temperaturkorrekturvorrichtung (415) so bedienbar ist, dass sie bewirkt, dass sich die Temperaturveränderung in Reaktion auf ein Kontrollsignal vom Temperaturregler (411) innerhalb eines festgelegten Temperaturbereichs befindet.
System gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der mindestens eine Temperatursensor (405) Schaltungen umfasst, die Teil des mindestens einen integrierten Schaltkreises (406) sind.
System gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der mindestens eine Temperatursensor (405) in einem Substrat (407) der Schnittstellenanordnung (400) eingebettet ist, um den mindestens einen integrierten Schaltkreis (406) zu unterstützen.
System gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der mindestens eine Temperatursensor (405) mit einer äußeren Oberfläche des Substrats (407) der Schnittstellenanordnung (400) verbunden ist, um den mindestens einen integrierten Schaltkreis (406) zu unterstützen.
System gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Temperatursensor (405) ein Sensorelement umfasst, das an der Sensoranordnung (402), jedoch außerhalb des Ansichtsfeldes der Sensoranordnung (402) angeordnet ist, wobei das Sensorelement von dem Typ ist, wie er in der Sensoranordnung (402) verwendet wird, und eine Abdeckung zur Abschirmung der Strahlung umfasst, so dass diese das Sensorelement nicht aktiviert.
System gemäß Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die mindestens eine Temperaturkorrekturvorrichtung (415) einen Hitzestreuungs-Schaltkreis (415) umfasst.
System gemäß Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die mindestens eine Temperaturkorrekturvorrichtung (415) einen digitalen Prozessor (410) in dem mindestens einen integrierten Schaltkreis (406) umfasst, wobei eine Taktrate des digitalen Prozessors (410) in Reaktion auf ein Kontrollsignal von dem mindestens einen Temperaturregler (411), während eines Nicht-Datenerfassungsmodus selektiv angepasst wird, und dass die Taktrate während eines normalen Datenerfassungsmodus wiederhergestellt wird, so dass sie zu einer festgelegten Rate wird.
System gemäß Anspruch 2, umfassend: einen Temperaturregler (411), der mit einer Vielzahl von Temperatursensoren (505) verbunden ist, wobei der Temperaturregler (411) anhand der Vielzahl von Temperatursensoren (505) einen durchschnittlichen Temperaturwert berechnet, der auf eine durchschnittliche Sensoranordnungs(402)-Temperaturabweichung hinweist, und eine Temperaturkorrekturvorrichtung (415), die mit dem Temperaturregler (411) verbunden ist, wobei die Temperaturkorrekturvorrichtung (415) so bedienbar ist, dass sie be wirkt, dass die durchschnittliche Sensoranordnungs(402)-Temperaturveränderung in Reaktion auf ein Durchschnittskontrollsignal vom Temperaturregler (411) innerhalb eines festgelegten Temperaturbereichs fällt.
System gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Erkennungsmodalität für die Sensoranordnung (402) aus der Gruppe ausgewählt wird, die aus Magnetresonanz, Ultraschall, Positronen-Emissions-Tomographie und Computertomographie besteht.