DE202023105634U1

DE202023105634U1 - Grundplatte für eine Sensoreinrichtung eines Bildgebungssystems sowie Sensoreinrichtung und Bildgebungssystem

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Publication number: DE202023105634U1
Application number: DE202023105634.2U
Authority: DE
Original assignee: Siemens Healthcare GmbH
Current assignee: Siemens Healthineers Ag De
Priority date: 2023-09-27
Filing date: 2023-09-27
Publication date: 2023-10-17
Anticipated expiration: 2033-09-28

Abstract

Grundplatte (7) für eine Sensoreinrichtung (6) eines Bildgebungssystems (1), an welcher elektronische Bauelemente der Sensoreinrichtung (6) angeordnet werden können, mit
- einer Oberseite (8) und einer dazu gegenüberliegenden Unterseite (9), wobei die Oberseite (8) einen ersten Teilbereich (10) und einen zum ersten Teilbereich (10) verschiedenen zweiten Teilbereich (11) aufweist, und wobei die Unterseite (9) einen ersten Teilbereich (16) und einen zum ersten Teilbereich (16) verschiedenen zweiten Teilbereich (17) aufweist,
- einem Sensorbereich (12) zum Aufnehmen einer Sensoreinheit (13) der Sensoreinrichtung (6), wobei sich der Sensorbereich (12) in dem ersten Teilbereich (10) der Oberseite (8) erstreckt,
- einem thermischen Anbindungsbereich (15) zum Aufnehmen eines Kühlelements der Sensoreinrichtung (6), mit welchem eine Wärme der Sensoreinheit (13) abführbar ist, wobei sich der thermischen Anbindungsbereich (15) in dem ersten Teilbereich (16) der Unterseite (9) erstreckt, wobei der erste Teilbereich (10) der Oberseite (8) und der erste Teilbereich (16) der Unterseite (9) gegenüberliegend angeordnet sind,
- einem Steckerbereich (18) zum Aufnehmen von zumindest einer Steckereinheit (19, 20) der Sensoreinrichtung (6), wobei sich der Steckerbereich (18) in dem zweiten Teilbereich (11) der Oberseite (8) oder in dem zweiten Teilbereich (17) der Unterseite (9) erstreckt.

Description

Die Erfindung betrifft eine Grundplatte für eine Sensoreinrichtung eines Bildgebungssystems, an welcher elektronische Bauelemente der Sensoreinrichtung angeordnet werden können.
Des Weiteren betrifft die Erfindung eine Sensoreinrichtung für Bildgebungssystem mit zumindest einer Sensoreinheit, zumindest einem Kühlelement, zumindest einer Steckeinheit und einer entsprechenden Grundplatte.
Ebenfalls betrifft die Erfindung ein Bildgebungssystem mit zumindest einer Sensoreinrichtung.
Bildgebungssysteme, wie Computertomographiesysteme, werden vor allem in der Medizin für bildgebende Verfahren in der Radiologie verwendet. Bei der Computertomographie (CT) wird ein Computer benutzt, um aus Absorptionswerten von Röntgensignalen, die aus verschiedenen Richtungen durch einen Körper eines Patienten treten, digitale Schnittbilder zu bestimmen. Ein Computertomographiesystem kann beispielsweise als CT-System bezeichnet werden. Bei heutigen CT-(Counting)-Detektoren entstehen hohe Datenmengen, welche aufgrund der hohen Leistungen deren ASICs (anwenderspezifisch integrierte Schaltungen) zunehmend Bedarf an eine effiziente Kühlung der Module stellen, um die Sensoren als Halbleiter-Material bezüglich ihrer Temperatur in einem idealen Arbeitsbereich zu halten.
Die Sensoren bei heutigen CT-Detektoren sind dabei in der Regel als dreiteiliger Sandwichaufbau ausgeführt, bestehend aus
Sensoren-Halbleiter-Material zum Detektieren der eintreffenden Strahlung, dem ASIC als erste verarbeitende Elektronik und einem Keramik-Substrat zur Stabilisierung und Kontaktierung der Stecker als Basis. Dieses Substrat stellt dabei die Schnittstelle und thermische Anbindung zum „Modul-Carrier“ sowie über die angelöteten Stecker und das gesteckte Kabel auch die Schnittstelle zur weiterverarbeitenden Leiterplatte im Detektor und/oder am Modul bereit.
Aufgrund der großen erzeugten Datenmenge und des hohen Energiebedarfs von ASIC und Sensor kommen hier häufig sehr hochpolige Stecker mit entsprechend großem Bauraumbedarf zum Einsatz. Dieser benötigte Bauraum steht im Widerspruch zum gleichzeitig signifikanten Bedarf an thermischer Anbindung des Sensoraufbaus, da im Bereich des Steckers keine Anwendung an dem „Modul-Carrier“ folgen kann und die hauptsächlich aus Kunststoff gefertigten Stecker zusätzlich isolierend wirken. Dadurch kann die Wärme nur in einen räumlich sehr begrenzten Bereich in dem „Modul-Carrier“ eingebracht werden, wodurch sich ein inhomogenes Temperaturprofil im Sensor selbst mit ausgeprägten Temperatur-Maxima im Bereich der Stecker ergibt.
Heutzutage werden die Sensor-Ports auf den sogenannten „Modul-Carrier“ geklebt und geben an diesen die Wärme ab. Der „Modul-Carrier“ hat in der Regel Aussparungen für Stecker. In diesem Bereich kann keine thermische Anbindung des Sensorboards stattfinden.
Weithin sind Sensor-Ports bekannt, bei denen der ASIC/die Auswertelektronik direkt mit dem Flexkabel verbunden ist. In diesem Fall entfällt der Stecker und die thermische Anbindung kann über die gesamte Sensorboardfläche erfolgen. Ein Nachteil dieser Lösung ist aber die nicht lösbare Verbindung des Kabels zum ASIC, das heißt das Kabel verbleibt über den gesamten Assemblierungs- und Aufbauprozess des Sensors bis hin zum kompletten Modulaufbau am ASIC und ist damit ein signifikanter Störfaktor, der den Aufbau deutlich erschwert und zusätzliches Fehlerpotenzial verursachen kann.
Heutzutage gibt es ebenfalls schon Möglichkeiten, bei denen ein separater Kühlkörper am Sensor-Port angebracht wird, um einen Spalt zwischen Kühlkörper und Sensorboard auf ein Minimum zu reduzieren und die thermische Anbindung deutlich zu verbessern. Die maximal zur Verfügung stehende Kontaktierungsfläche des Kühlkörpers wird hier ebenfalls entscheidend vom Bauraum eines verwendeten Steckers beeinflusst.
Eine Aufgabe der folgenden Erfindung besteht darin, eine Grundplatte für eine Senor-Einrichtung beziehungsweise einen CT-Detektor zu schaffen, welche eine verbesserte Wärmeabfuhr ermöglicht, sodass insbesondere die entstehende Wärme der Sensoreinrichtung besser abgeführt werden kann.
Diese Aufgabe wird durch eine Grundplatte, eine Sensoreinrichtung sowie ein Bildgebungssystem gemäß dem unabhängigen Schutzansprüchen gelöst. Sinnvolle Weiterbildungen ergeben sich aus den abhängigen Schutzansprüchen.
Ein Aspekt der Erfindung betrifft eine Grundplatte für eine Sensoreinrichtung eines Bildgebungssystems, an welcher elektronische Bauelemente der Sensoreinrichtung angeordnet werden können, mit

- einer Oberseite und einer dazu gegenüberliegenden Unterseite, wobei die Oberseite einen ersten Teilbereich und einen zum ersten Teilbereich verschiedenen zweiten Teilbereich aufweist, und wobei die Unterseite einen ersten Teilbereich und einen zum ersten Teilbereich verschiedenen zweiten Teilbereich aufweist,
- einem Sensorbereich zum Aufnehmen einer Sensoreinheit der Sensoreinrichtung, wobei sich der Sensorbereich in dem ersten Teilbereich der Oberseite erstreckt,
- einem thermischen Anbindungsbereich zum Aufnehmen eines Kühlelements der Sensoreinrichtung, mit welchem eine Wärme der Sensoreinheit abführbar ist, wobei sich der thermische Anbindungsbereich in dem ersten Teilbereich der Unterseite erstreckt, wobei der erste Teilbereich der Oberseite und der erste Teilbereich der Unterseite gegenüberliegend angeordnet sind,
- einem Steckerbereich zum Aufnehmen von zumindest einer Steckereinheit der Sensoreinrichtung, wobei sich der Steckerbereich in dem zweiten Teilbereich der Oberseite oder in dem zweiten Teilbereich der Unterseite erstreckt.

Mit der erfindungsgemäßen Grundplatte kann eine verbesserte Wärmeabfuhr einer Sensoreinrichtung eines Bildgebungssystems, wie beispielsweise einem Computertomographiesystem, durchgeführt werden.
Insbesondere kann mit der erfindungsgemäßen Grundplatte eine Kontaktierung der Sensoreinrichtung mittels Stecker außerhalb eines thermisch kritischen Sensorbereichs, also dem thermischen Anbindungsbereich, durchgeführt werden. Somit ist insbesondere die Fläche, welche direkt unterhalb des Sensors beziehungsweise der Sensoreinheit angeordnet ist, vollständig zur thermischen Anbindung an einen Modul-Carrier oder einem Kühlelement zu verwenden. Somit kann die Fläche, welche zur Wärmeabfuhr beziehungsweise zur Kühlung der Sensoreinheit und somit der Sensoreinrichtung verwendet werden kann, vergrößert werden, ohne dass innerhalb dieses Bereichs Kontaktierungen beziehungsweise Steckvorgänge durchgeführt werden. Folglich kann eine verbesserte thermische Anbindung der Sensoreinheit beziehungsweise der Sensoreinrichtung an der Grundplatte erreicht werden. Speziell kann der Bereich zur Wärmeabfuhr vergrößert werden. Daher ergibt sich ein homogeneres Temperaturprofil in der Sensoreinheit und eine Temperatur im maximalen Bereich der Steckereinheit kann reduziert werden.
Mit der erfindungsgemäßen Grundplatte kann vor allem eine thermisch effizientere Sensoreinrichtung für ein Bildgebungssystem geschaffen werden.
Bei dem Bildgebungssystem kann es sich beispielsweise um ein Computertomographiesystem (CT-System), Magnetresonanztomographiesystem (MRT-System) oder um ein Sonographie-System handeln.
Bei der Grundplatte kann es sich beispielsweise um ein Substrat, um ein Keramik-Substrat, oder um eine Platine für die Sensoreinrichtung handeln. Insbesondere kann die Grundplatte für einen CT-Detektor als Sensoreinrichtung verwendet werden.
Die Oberseite der Grundplatte ist bei einer bestimmungsgemäßen Anwendung der Grundplatte in einem Bildgebungssystem so angeordnet, dass Röntgenstrahlung beziehungsweise Röntgensignale mit der an der Oberseite angebrachten Sensoreinheit empfangen werden beziehungsweise detektiert werden können. Mit anderen Worten ausgedrückt kann die Oberseite der Grundplatte zu einem Patienten des Bildgebungssystems angeordnet sein.
In dem ersten Teilbereich, also im ersten Teilabschnitt der Oberseite, erstreckt sich der Sensorbereich. Innerhalb dieses Sensorbereichs kann eine oder mehrere Sensoreinheiten der Sensoreinrichtung aufgenommen beziehungsweise angeordnet werden.
Mittels einer Sensoreinheit können Röntgenstrahlung beziehungsweise Röntgensignale detektiert werden.
Der thermische Anbindungsbereich, welcher zur Wärmeabfuhr des Sensorbereichs und somit der Sensoreinheit dient, ist insbesondere zu dem Sensorbereich gegenüberliegend angeordnet. Mit anderen Worten ausgedrückt ist zu dem an der Oberseite erstreckenden Sensorbereich gegenüberliegend, also darunterliegend, an der Unterseite, der thermische Anbindungsbereich angeordnet. Mit anderen Worten ausgedrückt sind der erste Teilbereich an der Oberseite und der zweite Teilbereich an der Unterseite gegenüberliegend angeordnet. Somit kann die Wärme des Sensorbereichs beziehungsweise der Sensoreinheit mittels des thermischen Anbindungsbereichs, welcher darunterliegend angeordnet sein kann, effizient abgeführt werden.
Wenn sich der Steckerbereich in dem zweiten Teilbereich der Oberseite erstreckt, kann neben dem ersten Teilbereich der Unterseite zusätzlich der zweite Teilbereich der Unterseite zur Wärmeabfuhr verwendet werden.
Der Steckerbereich, welcher zum Kontaktieren beziehungsweise Stecken von Stecker, Kabel oder sonstigen Schnittstellen dient, ist separat von dem Sensorbereich und dem thermischen Anbindungsbereich.
Insbesondere sind der erste Teilbereich der Unterseite und der zweite Teilbereich der Unterseite voneinander getrennt. Ebenfalls können der erste Teilbereich der Oberseite und der zweite Teilbereich der Oberseite voneinander separate Bereiche beziehungsweise getrennte Bereiche sein. Somit ist die Grundplatte so konfiguriert, dass für die Stecker, die Wärmeabfuhr und die Sensoreinheit verschiedene voneinander separate beziehungsweise getrennte Bereiche vorliegen, sodass die Grundplatte eine bessere thermische Wärmeabfuhr durchführen kann.
Insbesondere ist der Steckerbereich von dem Sensorbereich und der thermischen Anbindung getrennt beziehungsweise abgetrennt. Optional erstreckt sich der Steckerbereich nicht in den Bereich des thermischen Anbindungsbereichs oder des Sensorbereichs.
In einem Ausführungsbeispiel ist vorgesehen, dass der zweite Teilbereich der Oberseite und der zweite Teilbereich der Unterseite gegenüberliegend angeordnet sind. Somit sind zum einen die ersten Teilbereiche der Ober- und Unterseite gegenüberliegend angeordnet und die entsprechenden zweiten Teilbereiche der Ober- und Unterseite sind ebenfalls gegenüberliegend angeordnet. Innerhalb dieser zweiten Teilbereiche kann sich der Steckerbereich entweder auf der Oberseite oder auf der Unterseite der Grundplatte erstrecken. Da die zweiten Teilbereiche gegenüberliegend angeordnet sind und ersten Teilbereiche ebenfalls gegenüberliegend angeordnet sind, ist der Steckerbereich separat von dem Sensorbereich als auch von dem thermischen Anbindungsbereich angeordnet.
Gegebenenfalls besteht die Oberseite aus dem ersten und dem zweiten Teilbereich. Ebenso können der erste und zweite Teilbereich der Unterseite wiederum die Unterseite bilden.
In einem Ausführungsbeispiel ist vorgesehen, dass eine Fläche des Sensorbereichs einer Fläche des ersten Teilbereichs der Oberseite entspricht. Mit anderen Worten ausgedrückt entspricht die Fläche des Sensorbereichs der Fläche des ersten Teilbereichs der Oberseite, sodass sich der Sensorbereich im Wesentlichen vollständig in dem ersten Teilbereich erstreckt.
In einem Ausführungsbeispiel ist vorgesehen, dass eine Fläche des thermischen Anbindungsbereichs einer Fläche des ersten Teilbereichs der Unterseite entspricht. Da der erste Teilbereich der Unterseite und der erste Teilbereich der Oberseite gegenüberliegend angeordnet sind, ist es von Vorteil, wenn sich der thermische Anbindungsbereich insbesondere vollständig in der Fläche des ersten Teilbereichs erstreckt, sodass eine möglichst große thermische Anbindungsfläche gegeben ist, um wiederum Wärme von dem Sensorbereich abführen zu können.
In einem Ausführungsbeispiel ist vorgesehen, dass die Fläche des ersten Teilbereichs der Oberseite, der Fläche des ersten Teilbereichs der Unterseite entspricht. Somit sind die beiden ersten Teilbereiche betreffend die Ober- und Unterseite flächenmäßig gleich groß. Besonders vorteilhaft ist es, wenn die Flächen der Bereiche, an welchem sich der Sensorbereich erstreckt und der thermische Anbindungsbereich, im Wesentlichen identisch sind, sodass die innerhalb des Sensorbereichs entstehende Wärme effizient an den darunterliegenden thermischen Anbindungsbereich übertragen werden kann. Sollte beispielsweise die Fläche des thermischen Anbindungsbereichs um ein Vielfaches kleiner sein als die Fläche des Sensorbereichs, so kann es vorkommen, dass eine nicht gleichmäßige Wärmeabfuhr erfolgen kann und somit eine im Sensorbereich angeordnete Sensoreinheit eine erhöhte Temperatur aufweist. Durch die gleichen Flächen der Teilbereiche, in welchem sich der Sensorbereich als auch der thermische Anbindungsbereich erstrecken, kann eine effiziente Wärmeabfuhr erreicht werden.
In einem Ausführungsbeispiel ist es weiterhin vorgesehen, dass ein Werkstoff der Grundplatte, zumindest teilweise, Keramik ist. Somit kann es sich bei der Grundplatte um ein keramisches Substrat handeln. Mit anderen Worten ausgedrückt kann die Grundplatte als Keramik-Substrat werden. Die Verwendung von Keramik hat insbesondere elektrisch positive Vorteile. Hier bietet die Verwendung von keramischen Substraten Vorteile für elektronische Anwendungen beziehungsweise elektronische Schaltungsträger, um eine insbesondere dauerhafte und sichere Funktion erreichen zu können. Beispielsweise kann es sich bei Grundplatte um ein Halbleiter-Element, wie zum Beispiel einem „Waver“ handeln. Insbesondere hat bei der Verwendung eine Keramik als Werkstoff die Grundplatte eine elektrisch isolierende Eigenschaft.
Insbesondere kann die Grundplatte vollständig aus Keramik gebildet sein. Weitere nichtmetallische Werkstoffe als Ersatz zur Keramik sind ebenso denkbar.
In einem Ausführungsbeispiel ist des Weiteren vorgesehen, dass sich der thermische Anbindungsbereich in dem ersten und zweiten Teilbereich der Unterseite erstreckt, wenn sich der Steckerbereich in dem zweiten Teilbereich der Oberseite erstreckt. Mit anderen Worten ausgedrückt befinden sich in dieser Ausführungsform der Sensorbereich als auch der Steckerbereich auf der Oberseite der Grundplatte, sodass die Unterseite vollständig zur thermischen Anbindung und insgesamt zur thermischen Wärmeabfuhr verwendet werden kann. Somit ergibt sich hier eine verbesserte und effiziente thermische Wärmeabfuhr. Somit bilden der erste und der zweite Teilbereich in diesem Falle den thermischen Anbindungsbereich, sodass insbesondere die Fläche des thermischen Anbindungsbereichs um ein Vielfaches vergrößert ist und somit eine Wärmeabfuhr verbessert werden kann.
In einem Ausführungsbeispiel ist vorgesehen, dass eine Form der Grundplatte plattenförmig ist. Mit anderen Worten ausgedrückt ist die Grundplatte plattenförmig, sodass die Grundplatte weniger Bauraum bei Verwendung in der Sensoreinrichtung benötigt. Insbesondere handelt es sich bei der Grundplatte um eine schmale, elektronische Platte, wie eine Platine. Insbesondere weist die Grundplatte eine sehr geringe Dicke auf.
Insbesondere ist die Grundplatte einteilig ausgebildet und in die jeweiligen Teilbereiche unterteilt. Somit kann die Grundplatte als eine Einheit bezeichnet werden.
Ein weiter Aspekt der Erfindung betrifft eine Sensoreinrichtung für ein Bildgebungssystem mit zumindest einer Sensoreinheit, zumindest einem Kühlelement, zumindest einer Steckereinheit und einer Grundplatte nach dem vorherigen Aspekt oder einer vorteilhaften Weiterbildung davon.
Insbesondere kann die soeben geschilderte Sensoreinrichtung zumindest die vorher geschilderte Grundplatte des vorherigen Aspekts aufweisen.
Die Sensoreinrichtung kann beispielsweise auch als Detektor beziehungsweise CT-Detektor für ein Computertomographiesystem verwendet werden.
In einem Ausführungsbeispiel des weiteren Aspekts ist vorgesehen, dass die, insbesondere plattenförmige, Sensoreinheit an beziehungsweise auf dem Sensorbereich der Grundplatte angeordnet ist und eine Fläche der Sensoreinheit die Fläche des Sensorbereichs teilweise, insbesondere vollständig, abdecken.
Mit anderen Worten ausgedrückt entspricht die Fläche der Sensoreinheit der Fläche des Sensorbereichs, sodass die Sensoreinheit, insbesondere vollständig, den Sensorbereich einnimmt. Somit kann die Sensoreinheit den Sensorbereich, insbesondere vollständig, abdecken. Durch die Anordnung des Sensors innerhalb des Sensorbereichs kann Wärme der Sensoreinheit an den darunterliegenden thermischen Anbindungsbereich abgeführt beziehungsweise übertragen werden.
Die Sensoreinheit ist insbesondere als plattenförmige Einheit ausgebildet und liegt somit auf der Fläche des Sensorbereichs und somit auf dem ersten Teilbereich der Oberseite der Grundplatte an beziehungsweise auf.
In einem Ausführungsbeispiel des weiteren Aspekts ist vorgesehen, dass das Kühlelement an dem thermischen Anbindungsbereich angeordnet ist, um Wärme der Sensoreinheit abzuführen. Der thermische Anbindungsbereich, an welchem Wärme des darüber liegenden Sensorbereichs aufgenommen werden kann, kann mit einem Kühlelement oder mehreren Kühlelementen ausgestattet werden. Mittels des Kühlelements oder der mehreren Kühlelemente kann eine effiziente Wärmeabfuhr der Wärme betreffend die Sensoreinheit durchgeführt werden. Bei dem Kühlelement kann es sich beispielsweise um einen Kühlkörper handeln.
Ebenso denkbar ist, dass an dem thermischen Anbindungsbereich ein „Modul-Carrier“ angeordnet ist.
In einem Ausführungsbeispiel des weiteren Aspekts ist vorgesehen, dass die Steckereinheit an dem zweiten Teilbereich der Oberseite der Grundplatte oder an dem zweiten Teilbereich der Unterseite der Grundplatte angeordnet ist. Somit kann je nach dem, wie die Sensoreinrichtung ausgestaltet sein soll und insbesondere je nach Anwendungsgebiet der Sensoreinrichtung, die Steckereinheit an verschieden angeordnet beziehungsweise positioniert werden. Somit kann die Steckereinheit entweder an der Oberseite oder an der Unterseite der Grundplatte angeordnet werden. Dabei ist jedoch die Steckereinheit in einem Bereich separat zu dem thermischen Anbindungsbereich und zu dem Sensorbereich angeordnet.
Bei der Anordnung der Steckereinheit an dem zweiten Teilbereich der Oberseite kann insbesondere der erste Teilbereich als auch der zweite Teilbereich der Unterseite für den thermischen Anbindungsbereich verwendet werden, sodass die Fläche des thermischen Anbindungsbereichs deutlich vergrößert werden kann und somit eine bessere Wärmeabfuhr erreicht werden kann. Somit ist die Fläche beziehungsweise der Bereich, in welchem Kühlelemente angebracht werden können, deutlich vergrößert.
In einem Ausführungsbeispiel des Aspekts ist vorgesehen, dass zwischen dem Sensorbereich und der Sensoreinheit zumindest eine anwendungsspezifische Schaltung, in welcher eine Signalverarbeitung von Signalen der Sensoreinheit durchführbar ist, angeordnet ist. Somit kann der Sensorbereich dazu verwendet werden, die notwendigen elektronischen Komponenten zum Detektieren von Signalen als auch zur anschließenden Verarbeitung, insbesondere zur Vorverarbeitung, aufzunehmen. Somit kann der Sensorbereich Wärme der Sensoreinheit als auch der anwendungsspezifisch integrierten Schaltung an den darunterliegenden thermischen Anbindungsbereich abgeben beziehungsweise übertragen.
Somit kann in dem ersten Teilbereich der Oberseite der Grundplatte als unterste Schicht die Grundplatte, also das Keramik-Substrat, anschließend die anwendungsspezifisch integrierte Schaltung (ASIC) und darauf wiederum die Sensoreinheit selbst angeordnet sein. Somit kann hier eine Art „Sandwichaufbau“ realisiert werden.
Die anwendungsspezifisch integrierte Schaltung kann insbesondere zur Vorverarbeitung beziehungsweise als erste verarbeitete Elektronik hinsichtlich detektierter Röntgenstrahlung beziehungsweise Röntgenstrahlung, verwendet werden. Über die Steckereinheit können die vorverarbeiteten Signale an ein übergeordnetes Steuergerät des Bildgebungssystems übertragen beziehungsweise weitergegeben werden.
In einem Ausführungsbeispiel des weiteren Aspekts ist vorgesehen, dass an dem zweiten Teilbereich der Oberseite der Grundplatte zumindest eine elektronische Komponente angeordnet ist, mit welcher die Sensoreinheit elektrisch versorgbar ist. Somit dient die Oberseite der Grundplatte zum Aufnehmen der Sensoreinheit beziehungsweise des Detektors und zum elektrischen Versorgen von elektronischen Komponenten, der Sensoreinheit und der anwendungsspezifischen Schaltung.
Ein weiterer Aspekt der Erfindung betrifft ein Bildgebungssystem mit zumindest einer Sensoreinrichtung nach dem vorherigen Aspekt oder einer vorteilhaften Weiterbildung davon. Insbesondere kann das Bildgebungssystem mehrere solcher Sensoreinrichtungen aufweisen.
Vorteilhafte Ausführungsbeispiele eines Aspekts sind als vorteilhafte Ausführungsbeispiele aller anderen Aspekte anzusehen. Dies gilt in umgekehrter Art und Weise ebenso.
Unabhängig vom grammatikalischen Geschlecht eines bestimmten Begriffes sind Personen mit männlicher, weiblicher oder anderer Geschlechteridentität mit umfasst.
Zu der Erfindung gehören auch Weiterbildungen der erfindungsgemäßen Sensoreinrichtung und des erfindungsgemäßen Bildgebungssystems, die Merkmale aufweisen, wie sie bereits im Zusammenhang mit den Weiterbildungen der erfindungsgemäßen Grundplatte beschrieben worden sind. Aus diesem Grund sind die entsprechenden Weiterbildungen der erfindungsgemäßen Sensoreinrichtung und des erfindungsgemäßen Bildgebungssystems hier nicht noch einmal beschrieben.
Die Erfindung umfasst auch die Kombinationen der Merkmale der beschriebenen Ausführungsformen.
Bei den im Folgenden erläuterten Ausführungsbeispielen handelt es sich um bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung. Bei den Ausführungsbeispielen stellen die beschriebenen Komponenten jeweils einzelne, unabhängig voneinander zu betrachtende Merkmale der Erfindung dar, welche die Erfindung jeweils auch unabhängig voneinander weiterbilden und damit auch einzeln oder in einer anderen als der gezeigten Kombination als Bestandteil der Erfindung anzusehen sind. Des Weiteren sind die beschriebenen Ausführungsbeispiele auch durch weitere der bereits beschriebenen Merkmale der Erfindung ergänzbar.
In den Figuren sind funktionsgleiche Elemente jeweils mit denselben Bezugszeichen versehen.
Hierzu zeigen die nachfolgenden Figuren in:

1 eine schematische Vorderansicht eines CT-Systems, als mögliches Bildgebungssystem;
2 eine schematische Darstellung eines Aufbaus einer Sensoreinrichtung des CT-Systems aus 1; und
3 zeigt ausgehend von der 2 eine weitere denkbare Ausführungsform der Sensoreinrichtung.

1 zeigt eine beispielhafte Darstellung eines Computertomographiesystems als ein Beispiel eines möglichen Bildgebungssystems 1.
Zum Durchführen von bildgebenden Vorgängen, wie Patientenuntersuchungen, kann eine Röntgenstrahlungsquelle, beispielsweise ein Röntgenstrahler 2 vorgesehen sein. Der Röntgenstrahler 2 kann mit einer Röntgenröhre ausgestaltet sein. Mittels des Röntgenstrahlers 2 können in einem Strahlengang Röntgenstrahlen 3 ausgestrahlt werden. Im Strahlengang des Röntgenstrahlers 2 kann sich auf einer Tischplatte 4, wie einem Patiententisch, ein zu untersuchender Patient als Untersuchungsobjekt befinden. Die ausgesendeten, insbesondere durch den Körper des Patienten 5 durchdrungenen Röntgenstrahlen 3 können mittels einer Sensoreinrichtung 6 empfangen werden. Bei der Sensoreinrichtung 6 kann es sich beispielsweise um einen Röntgenbilddetektor beziehungsweise CT-Detektor handeln. Beispielsweise kann das Bildgebungssystem 1 eine Röntgendiagnostikeinheit aufweisen, welche wiederum mit einer Systemsteuerungseinheit und einem Bildsystem ausgestattet sein kann, das Bildsignale der Sensoreinrichtung 6 empfangen kann und diese verarbeiten kann. Die entsprechenden Röntgenbilder können wiederum auf einem Display angezeigt werden.
Beispielsweise kann das Bildgebungssystem 1 mehrere solcher Sendeeinrichtungen 6 aufweisen.
Die Sensoreinrichtung 6 weist aufgrund des Leistungsbedarfs, insbesondere der Datenmenge einen hohen Wärmeertrag auf, sodass die Sensoreinrichtung 6 effizient gekühlt werden muss. Hierbei ist vor allem eine verbesserte thermische Anbindung von Wärmequellen der Sensoreinrichtung 6 notwendig.
Hierzu wird in der darauffolgenden 2 ein exemplarischer Aufbau der Sensoreinrichtung 6 erläutert.
Die Sensoreinrichtung 6 weist als zentrales Grundelement eine Grundplatte 7 auf. Diese Grundplatte 7 ist insbesondere plattenförmig und kann als Keramik-Substrat bezeichnet werden. Insbesondere handelt es sich bei der Grundplatte 7 um einen „Modul-Carrier“, welcher zum Aufnehmen von elektronischen Komponenten der Sensoreinrichtung 6 dient. Mit anderen Worten kann die Grundplatte 7 als Grundträger beziehungsweise Trägerelement verstanden werden.
Die Grundplatte 7 kann eine Oberseite 8 und dazu gegenüberliegenden Unterseite 9 aufweisen. Insbesondere können diese Seiten 8, 9 in Y-Richtung betrachtet gegenüberliegend angeordnet sein.
Im Grundzustand kann die Grundplatte 7 verschiedene Bereiche beziehungsweise Unterteilungen aufweisen, welche für die jeweiligen Komponenten beziehungsweise jeweiligen Aufgaben der Sensoreinrichtung 6 vorgesehen sein können.
Hierzu kann die Grundplatte 7 beispielsweise in deren Oberseite 8 in einem ersten Teilbereich 10 und in einem, zum ersten Teilbereich 10 separaten zweiten Teilbereich 11. Weitere Unterteilungen sind ebenso denkbar. Mit anderen Worten ausgedrückt ist die Fläche der Oberseite 8 in zwei Teilbereiche 10, 11 beziehungsweise zwei Teilflächen unterteilt. Innerhalb des ersten Teilbereichs 10 der Oberseite 8 kann ein Sensorbereich 12 vorliegen. Dieser Sensorbereich 12 erstreckt sich entsprechend der Fläche des ersten Teilbereichs 10 der Oberseite 8. Der Sensorbereich 12 dient beispielsweise zur Aufnahme einer Sensoreinheit 13 der Sensoreinrichtung 6 und/oder einer anwendungsspezifisch integrierten Schaltung 14. Bei der Sensoreinheit 13 kann es sich um einen Sensoraufbau beziehungsweise um einen „Sensor-Port“ handeln, welches beispielsweise die Röntgenstrahlung 3 detektiert beziehungsweise empfangen kann. Hierbei ist es ebenso möglich, dass sich innerhalb des Sensorbereichs 12 mehrere solcher Sensoreinheiten 13 befinden.
Mittels der anwendungsspezifisch integrierten Schaltung 14, welche zwischen der Sensoreinheit 13 und der Grundplatte 7 erstreckt, können Signalverarbeitungen, insbesondere Bildverarbeitungen, als Vorverarbeitungen durchgeführt werden. Beispielsweise kann die anwendungsspezifisch integrierte Schaltung 14 als Elektronik bezeichnet werden.
Die Sensoreinheit 13 und/oder die anwendungsspezifisch integrierte Schaltung 14 können im Betrieb Wärme beziehungsweise thermische Energie erzeugen. Diese muss für einen sicheren und effizienten Betrieb abgeführt werden, sodass diese Komponenten 13, 14 nicht einen kritischen Zustand aufweisen. Hierzu kann vor allem der Sensorbereich 12 diese Wärme aufnehmen und an die gegenüberliegende, also darunterliegende Seite der Grundplatte 7 abführen beziehungsweise übertragen. Hierzu ist unterhalb des ersten Teilbereichs 10 der Oberseite 8, also in einem darunterliegenden Teilbereich der Unterseite 9 ein thermischer Anbindungsbereich 15 angeordnet. Dieser kann dazu verwendet werden, die von dem Sensorbereich 12 übertragene Wärme abzugeben. Dieser thermische Anbindungsbereich 15 kann sich in einen ersten Teilbereich 16 der Unterseite 9 erstrecken. Somit kann der erste Teilbereich 10 der Oberseite 8 und der erste Teilbereich 16 der Unterseite 9 gegenüberliegend angeordnet sein. Somit ist der Bereich, welcher wiederum die Wärme abgeben kann, zu den Komponenten 13, 14 darunterliegend beziehungsweise gegenüberliegend angeordnet, um entsprechend die Wärme effizient abführen zu können.
Des Weiteren kann die Unterseite 9 analog zu der Oberseite 8 ebenso in zwei Bereiche aufgeteilt werden. Zum einen der bereits genannte erste Teilbereich 16 und einen dazu separaten zweiten Teilbereich 17. Der zweite Teilbereich 17 kann wiederum, bezüglich des zweiten Teilbereichs 11 der Oberseite 8 gegenüberliegend angeordnet sein.
Mit anderen Worten ausgedrückt kann die Grundplatte 7 in zumindest vier Bereiche 10, 11, 16, 17 unterteilt werden. Jeder dieser Bereiche kann für einen anderen Zweck beziehungsweise Anwendung vorgesehen sein.
Beispielsweise kann der thermische Anbindungsbereich 15 so konfiguriert beziehungsweise ausgebildet sein, dass dort zumindest ein Kühlelement, wie ein Kühlkörper, angebracht werden kann, um die entsprechende, auf den Bereich 15 übertragene Wärme wiederum weiter abführen zu können.
Aufgrund der großen, erzeugten Datenmenge und des hohen Energiebedarfs der Komponenten 13, 14, kommen meist sehr hoch-polige Stecker mit einem entsprechend hohem Bauraumbedarf zum Einsatz. Im Bereich der Stecker beziehungsweise der Kabel ist eine effiziente Wärmeabfuhr schwer zu realisieren. Um hier Abhilfe zu schaffen und eine möglichst effiziente Wärmeabfuhr erreichen zu können, weist die Grundplatte 7 einen speziellen beziehungsweise eigenen Steckerbereich 18 auf. Dieser ist beispielsweise, wie in 2 zu sehen ist, innerhalb des zweiten Teilbereichs 17 der Unterseite 9 angeordnet. Somit ist der Steckerbereich 18 getrennt von dem Sensorbereich 12 und insbesondere von dem thermischen Anbindungsbereich 15. Somit erfolgt das Kontaktieren von Kabeln, Steckern oder sonstigen Kontaktierungseinheiten entfernt zu den thermisch kritischen Bereichen 12, 15.
Der Steckerbereich 18 kann so ausgebildet sein, dass dort zumindest eine oder mehrere Steckereinheiten 19, 20 aufgenommen beziehungsweise angeordnet werden können.
Wie nun in der 2 exemplarisch zu sehen, ist insbesondere der thermische Anbindungsbereich 15 frei von sonstigen elektronischen Elementen und insbesondere von den Steckereinheiten 19, 20, sodass hier eine effiziente Wärmeübertragung stattfinden kann. Dies verbessert die Kühlung des Sensorbereichs 12 und insbesondere der Sensoreinheit 13.
Der zweite Teilbereich 11 der Oberseite 8 kann beispielsweise dazu verwendet werden, um weitere Elektronikkomponenten oder zumindest eine elektrische Komponente 21 aufnehmen zu können. Hierbei kann diese elektrische Komponente 21 insbesondere dazu verwendet werden, um die Komponenten 13, 14 elektrisch zu versorgen. Hierzu kann beispielsweise eine spezielle, elektrisch leitende Folie verwendet werden.
Beispielsweise kann eine Fläche des Sensorbereichs 12 einer Fläche des ersten Teilbereichs 10 entsprechen, sodass mit dem Sensorbereich 12 der erste Teilbereich 10 vollständig abgedeckt ist. Entsprechend kann wiederum die Sensoreinheit 13 und/oder die anwendungsspezifisch integrierte Schaltung 14 den Sensorbereich 12 vollständig abdecken. Entsprechend kann eine Fläche des thermischen Anbindungsbereichs 15 einer Fläche des ersten Teilbereichs 16 der Unterseite 9 entsprechen, sodass eine möglichst großflächige thermische Wärmeabgabeseite vorliegen kann. Hierzu kann des Weiteren optional vorgesehen sein, dass wiederum die Fläche des ersten Teilbereichs 10 der Oberseite 8 der Fläche des ersten Teilbereichs 16 der Unterseite 9 entspricht, sodass hier eine möglichst flächenmäßig gleichmäßig verteilte Wärmeübertragung beziehungsweise Wärmeabgabe durchgeführt werden kann.
Im Vergleich zu bisherigen CT-Detektoren kann die Sensoreinrichtung 6 eine Grundplatte 7 beziehungsweise eine Keramik-Substrat aufweisen, welches in Z-Richtung verlängert beziehungsweise erweitert ist. Somit kann der weitere Sensoraufbau, wie insbesondere die Kontaktierung der Steckereinheiten 19, 20 abseits von den thermisch kritischen Bereichen 12, 15 stattfinden. Durch diese Verlängerung der Grundplatte 7 kann erreicht werden, die Steckereinheiten 19, 20 zur Kontaktierung außerhalb des thermisch kritischen Sensorbereichs 12 zu platzieren. Die Steckereinheiten 19, 20 können dabei auf der, bezüglich der Sensoreinheit 13 abwandten Seite, also der Unterseite 9, der Grundplatte 7 angebracht werden. Die Fläche direkt unterhalb des Sensorbereichs 12 und somit der Sensoreinheit der Komponenten 13, 14 kann somit speziell vollständig zur thermischen Anbindung, insbesondere an das Kühlelement, genutzt werden.
In der nachfolgenden 3 ist eine weitere Ausführungsform der Sensoreinrichtung 6 gezeigt. Im Unterschied zu der Ausführungsform in der vorherigen 2 ist hier der Steckerbereich 18 nicht am zweiten Teilbereich 17 der Unterseite 9, sondern innerhalb des zweiten Teilbereichs 11 der Oberseite 8 angeordnet. Dementsprechend erstreckt sich in diesem Fall der thermische Anbindungsbereich 15 innerhalb des ersten und zweiten Teilbereichs 16, 17 der Unterseite 9. Somit kann hier die Fläche bezüglich der thermischen Anbindung und somit der Wärmeabfuhr um ein Vielfaches vergrößert werden, was zu einer besseren Wärmeabfuhr führen kann. Mit anderen Worten ausgedrückt kann sich in dieser Ausführungsform der Steckerbereich 18 auf der Oberseite 8, also auf der Seite der Sensoreinheit 13 befinden. Hierbei kann sich der Steckerbereich 18, insbesondere in dem Bereich bezüglich des verlängerten Keramik-Substrats befinden. Durch die sensorseitige Anordnung des Steckerbereichs 18 und somit der Steckereinheiten 19, 20, vergrößert sich die thermische Kontaktfläche des thermischen Anbindungsbereichs 15 signifikant, da nicht nur die Fläche direkt unterhalb des Sensorbereichs 12, sondern die gesamte Unterseite 9 zur thermischen Anbindung und somit Wärmeabfuhr genutzt werden kann. Speziell können hier wiederum für die Steckereinheiten 19, 20 Stecker mit horizontaler Steckrichtung zum Einsatz kommen. Bei ausreichendem Bauraum ist auch eine Steckung in Richtung des Strahlengangs denkbar.
In der 3 ist, wie bereits vorher erwähnt, die Sensoreinheit 13 beispielsweise zweitgeteilt ausgebildet. Ebenso denkbar ist, dass zwei Sensoreinheiten innerhalb des Sensorbereichs 12 platziert werden.
Insbesondere ist die Grundplatte 7 einteilig ausgebildet.
Beispielsweise können je nach Ausgestaltung des Bildgebungssystems 1 mehrere Sensoreinrichtungen, wie die Sensoreinrichtung 6, nebeneinander platziert werden. Hierbei können zwei Sensoreinrichtungen gespiegelt hintereinander angeordnet werden.
Durch die, in den vorherigen Figuren gezeigten Ausführungen, können insbesondere die Steckereinheiten 19, 20 und somit der Steckerbereich 18 außerhalb des thermischen, kritischen Bereichs platziert werden. Dies kann durch die verlängerte Grundplatte 7 erreicht werden. Dadurch vergrößert sich insbesondere die zur thermischen Anbindung des Sensorbereichs 12 verfügbare Fläche. Der Wärmeübergang in dem „Modul-Carrier“ und/oder Kühlkörper kann verbessert werden. Durch die großflächige Anbindung ohne Installationsbereich (Steckerbereich), fällt zudem das Temperaturprofil in der Sensoreinheit 13 selbst deutlich gleichmäßiger aus. Des Weiteren kann die Durchschnittstemperatur in der Sensoreinheit 13 deutlich reduziert werden.
Durch die Steckereinheiten 19, 20 kann der Sensor beziehungsweise die Sensoreinheit 13 weiterhin erst nach erfolgreichem Assemblierungsprozess an das Flexkabel angeschlossen werden. Ein störendes Mitführen der Verkabelung ist weiter nicht notwendig.
Durch die vorliegende Erfindung kann die fertigungstechnische Flexibilität einer Steckeranordnung in der Sensoreinrichtung 6 kombiniert werden mit der großflächigen, thermischen Anbindung, die eine Voraussetzung ist für den Einsatz von modernen, leistungsstarken ASICs in CT-Detektoren.

Claims

Grundplatte (7) für eine Sensoreinrichtung (6) eines Bildgebungssystems (1), an welcher elektronische Bauelemente der Sensoreinrichtung (6) angeordnet werden können, mit - einer Oberseite (8) und einer dazu gegenüberliegenden Unterseite (9), wobei die Oberseite (8) einen ersten Teilbereich (10) und einen zum ersten Teilbereich (10) verschiedenen zweiten Teilbereich (11) aufweist, und wobei die Unterseite (9) einen ersten Teilbereich (16) und einen zum ersten Teilbereich (16) verschiedenen zweiten Teilbereich (17) aufweist, - einem Sensorbereich (12) zum Aufnehmen einer Sensoreinheit (13) der Sensoreinrichtung (6), wobei sich der Sensorbereich (12) in dem ersten Teilbereich (10) der Oberseite (8) erstreckt, - einem thermischen Anbindungsbereich (15) zum Aufnehmen eines Kühlelements der Sensoreinrichtung (6), mit welchem eine Wärme der Sensoreinheit (13) abführbar ist, wobei sich der thermischen Anbindungsbereich (15) in dem ersten Teilbereich (16) der Unterseite (9) erstreckt, wobei der erste Teilbereich (10) der Oberseite (8) und der erste Teilbereich (16) der Unterseite (9) gegenüberliegend angeordnet sind, - einem Steckerbereich (18) zum Aufnehmen von zumindest einer Steckereinheit (19, 20) der Sensoreinrichtung (6), wobei sich der Steckerbereich (18) in dem zweiten Teilbereich (11) der Oberseite (8) oder in dem zweiten Teilbereich (17) der Unterseite (9) erstreckt.
Grundplatte (7) nach Anspruch 1, wobei der zweite Teilbereich (11) der Oberseite (8) und der zweite Teilbereich (16) der Unterseite (17) gegenüberliegend angeordnet sind.
Grundplatte (7) nach Anspruch 1 oder 2, wobei eine Fläche des Sensorbereichs (12) einer Fläche des ersten Teilbereichs (10) der Oberseite (8) entspricht.
Grundplatte (7) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei eine Fläche des thermischen Anbindungsbereichs (15) einer Fläche des ersten Teilbereichs (16) der Unterseite (9) entspricht.
Grundplatte (7) nach Anspruch 3 und 4, wobei die Fläche des ersten Teilbereichs (10) der Oberseite (8) der Fläche des ersten Teilbereichs (16) der Unterseite entspricht.
Grundplatte (7) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei ein Werkstoff der Grundplatte (7) zumindest teilweise Keramik ist.
Grundplatte (7) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei sich der thermische Anbindungsbereich (15) in dem ersten und zweiten Teilbereich (16, 17) der Unterseite (9) erstreckt, wenn sich der Steckerbereich (18) in dem zweiten Teilbereich (11) der Oberseite (8) erstreckt.
Grundplatte (7) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei eine Form der Grundplatte (7) plattenförmig ist.
Sensoreinrichtung (6) für ein Bildgebungssystem (1) mit zumindest einer Sensoreinheit (13), zumindest einem Kühlelement, zumindest einer Steckereinheit (19, 20) und einer Grundplatte (7) nach einem der vorhergehenden Ansprüche.
Sensoreinrichtung (6) nach Anspruch 9, wobei die, insbesondere plattenförmige, Sensoreinheit (13) an dem Sensorbereich (12) angeordnet ist, und die Sensoreinheit (13) den Sensorbereich (12) teilweise, insbesondere vollständig, abdeckt.
Sensoreinrichtung (6) nach Anspruch 9 oder 10, wobei das Kühlelement an dem thermischen Anbindungsbereich (15) angeordnet ist, um eine Wärme der Sensoreinheit (13) abzuführen.
Sensoreinrichtung (6) nach einem der Ansprüche 9 bis 11, wobei der Steckerbereich (18) an dem zweiten Teilbereich (11) der Oberseite (8) der Grundplatte (7) oder an dem zweiten Teilbereich (17) der Unterseite (9) der Grundplatte (7) angeordnet ist.
Sensoreinrichtung (6) nach einem der Ansprüche 9 bis 12, wobei zwischen dem Sensorbereich (12) und der Sensoreinheit (13) zumindest eine anwendungsspezifische integrierte Schaltung (14), mit welcher eine Signalverarbeitung von Signalen der Sensoreinheit (13) durchführbar ist, angeordnet ist.
Sensoreinrichtung (6) nach einem der Ansprüche 9 bis 13, wobei an dem zweiten Teilbereich (11) der Oberseite (8) der Grundplatte (7) zumindest eine elektrische Komponente (21) angeordnet ist, mit welcher die Sensoreinheit (13) elektrisch versorgbar ist.
Bildgebungssystem (1) mit zumindest einer Sensoreinrichtung (6) nach einem der Ansprüche 9 bis 14.