JP2008126064A - データ取得システムをセンサ・アレイに熱的に結合するインタフェイス・アセンブリ - Google Patents

Abstract

【課題】フォトダイオード・センサ・アレイの温度変動の測定及び実効的な制御を提供してＣＴシステムの最適性能を保証する。
【解決手段】インタフェイス・アセンブリ（４００）は、センサ・アレイ（４０２）に熱的に結合されている集積回路（４０６）パッケージ（１０４）で構成され、センサ・アレイ（４０２）の温度を制御する温度制御系（４１３）を含む。温度制御系（４１３）は、初期温度から予め決められた閾値を超えるまでのセンサ・アレイ（４０２）の各々のセンサ（２０）の温度変動を感知する温度センサ（４０５）を含んでいる。温度制御器（４１１）は温度センサ（４０５）の温度変動が予め決められた閾値を超えると温度センサ（４０５）からの出力信号を受信する。温度補正装置（４１５）は、温度制御器からの制御信号を受信すると、センサの温度変動を予め決められた閾値以内に納める。
【選択図】図６（Ｃ）

Description

本発明は一般的には、センサ・アレイ用のインタフェイス・アセンブリに関し、さらに具体的には、計算機式断層写真法（ＣＴ）システムに用いられ得るセンサ・アレイにデータ取得システム（ＤＡＳ）を熱的に結合するインタフェイス・アセンブリに関する。

センサ、送受信器、送信器、受信器及びアンテナ等のような電子装置は、アレイを成して構成されて、二次元フォーマットでデータを送受し、又は所与の面積に望ましい分解能を実現することができる。例えば、計算機式断層写真法（ＣＴ）システムに用いられている一つの公知のセンサは、感光性ピクセルのアレイを含むフォトダイオード・アレイを含んでおり、このアレイは、シンチレータ・セルのアレイとしても構成され得るシンチレート性媒体に結合される。Ｘ線エネルギに曝露されると、シンチレータは光フォトンを発生し、次にこれらのフォトンが、フォトダイオード・アレイの内部の下層に位置する感光性ピクセルを励起させ、これにより入射したフォトン束に各々対応するアナログ電気信号の組を発生する。

一つの例示的なＣＴ検出器アレイは複数のセンサ素子を備えて構成されるものとして公知であり、上述のように、次にＣＴ検出器アレイの各々のセンサ素子は、感光性光センサのピクセル・アレイに堆積されたＸ線シンチレータを含んでいる。従って、単一のセンサ素子であっても、本書では「センサ・アレイ」と呼ぶ場合がある。データ取得システム（ＤＡＳ）がセンサからアナログ信号を取得して、これらの信号をディジタル信号へ変換し、後続の処理に供することができる。
米国特許第６，９９０，１７６号

フォトダイオード・センサ・アレイを備えたＣＴシステムの動作時に、センサ・アレイの温度は、例えば変化する環境条件のため変動し得る。これらの温度変動はＣＴシステムの性能に影響を及ぼし、確定された温度範囲を外れる大きい温度変動の事象時には撮像性能を劣化させる可能性がある。

従って、本発明の各観点は、データ取得システム（ＤＡＳ）をセンサ・アレイに熱的に結合するインタフェイス・アセンブリであって、センサ・アレイの温度変動を測定することを可能にし、またかかる温度変動の実効的な制御を提供することができ、このようにしてＣＴシステムの最適性能を保証するインタフェイス・アセンブリを提供する。

本発明のこれらの観点及び他の観点は、図面を参照して以下の記載からさらに明らかとなろう。

本書で用いられる「センサ・アレイ」との用語は、１又は複数の個別のセンサを含む構成要素を指す。多くの構成において、センサ・アレイ自体が、例えばセンサの二次元アレイを有する構成要素を含んでいてよく、複数のセンサ・アレイをさらに大きいアセンブリとして組み立てて、このアセンブリを「検出器アレイ」と呼ぶことができる。「センサ・アレイ」は、Ｍ×Ｎ個のセンサのアレイを含むことができ、ここでＭ及びＮは両方とも１以上の整数である。このように、「センサ・アレイ」との用語の範囲は、１個のセンサしか有しない装置を除外しないものとする。

説明のために、以下の説明ではＣＴイメージング・システムを参照する。しかしながら、本発明の各観点を、医療撮像応用にもＣＴモダリティにも限定されない他の様々な応用に利用しても有利であることを特記しておく。他のモダリティの例としては、磁気共鳴、超音波、陽電子放出断層写真法、及び多重エネルギ計算機式断層写真法等がある。他の応用の例としては、産業環境で実行され得る設備検査及び診断、又は空港での手荷物走査若しくは港湾でのコンテナ検査等のように輸送環境で実行され得る保安検査がある。

幾つかのＣＴイメージング・システム構成においては、Ｘ線源がファン（扇形）形状のビームを投射し、このビームは、デカルト座標系のＸＹ平面であって一般に「イメージング（撮像）平面」と呼ばれる平面内に位置するようにコリメートされる。Ｘ線ビームは、患者のような撮像対象を透過する。ビームは対象によって減弱された後に放射線検出器のアレイに入射する。検出器アレイで受光される減弱した放射線ビームの強度は、対象によるＸ線ビームの減弱量に依存している。アレイ内の各々のセンサが、検出器の位置でのビーム強度の測定値である別個の電気信号を発生する。全ての検出器からの強度測定値を別個に取得して透過プロファイルを生成する。

第三世代ＣＴシステムでは、Ｘ線源及び検出器アレイは、Ｘ線ビームが撮像対象と交差する角度が定常的に変化するように撮像平面内で撮像対象の周りをガントリと共に回転する。一つのガントリ角度での検出器アレイからの一群のＸ線減弱測定値すなわち投影データを「ビュー」と呼ぶ。対象の「走査（スキャン）」は、Ｘ線源及び検出器が一回転する間に様々なガントリ角度すなわちビュー角度において形成される一組のビューを含んでいる。

アキシャル・スキャン（軸方向走査）では、投影データを処理して、対象を通して得られる二次元スライスに対応する画像を構築する。一組の投影データから画像を再構成する一方法に、当業界でフィルタ補正逆投影法と呼ばれるものがある。この方法は、走査からの減弱測定値を「ＣＴ数」又は「ハンスフィールド単位」（ＨＵ）と呼ばれる整数へ変換し、これらの整数を用いて陰極線管表示器の対応するピクセルの輝度を制御する。

全走査時間を短縮するために、「ヘリカル」・スキャン（螺旋走査）を行なうこともできる。「ヘリカル」・スキャンを行なうためには、患者を移動させながら所定の数のスライスのデータを取得する。かかるシステムは、一回のファン・ビーム・ヘリカル・スキャンから単一の螺旋を生成する。ファン・ビームによって悉く写像された螺旋から投影データが得られ、投影データから各々の所定のスライスにおける画像を再構成することができる。

ヘリカル・スキャンのための再構成アルゴリズムは典型的には、収集したデータにビュー角度及び検出器チャネル番号の関数として加重する螺旋加重アルゴリズムを用いる。明確に述べると、フィルタ補正逆投影法の前に、ガントリ角度及び検出器角度の両方の関数である螺旋加重ファクタに従ってデータに加重する。次いで、加重したデータを処理してＣＴ数を生成すると共に、対象を通して得られる二次元スライスに対応する画像を構築する。

全取得時間をさらに短縮するために、マルチ・スライスＣＴが導入されている。マルチ・スライスＣＴでは、任意の瞬間に、多数の横列を成す投影データを同時に取得する。ヘリカル・スキャン・モードと併用すると、システムは単一の螺旋分のコーン・ビーム投影データを生成する。シングル・スライス螺旋加重方式の場合と同様に、フィルタ補正逆投影アルゴリズムの前に、投影データに加重を乗算する方法を導くことができる。

本書で用いる場合には、単数形で記載されており単数不定冠詞を冠した要素またはステップとの用語は、排除を明記していない限りかかる要素又はステップを複数備えることを排除しないものと理解されたい。さらに、本発明の「一実施形態」に対する参照は、所載の特徴を同様に組み入れている追加の実施形態の存在を排除しないものと解釈されたい。

また、本書で用いられる「画像を再構成する」との表現は、画像を表わすデータが生成されるが可視画像は形成されないような本発明の各観点の実施形態を排除するものではない。但し、多くの実施形態は少なくとも１枚の可視画像を形成する（か又は形成するように構成されている）。

図１及び図２には、マルチ・スライス走査イメージング・システム、例えば計算機式断層写真法（ＣＴ）イメージング・システム１０が、「第三世代」ＣＴイメージング・システムに典型的なガントリ１２を含むものとして示されている。ガントリ１２はＸ線管１４（本書ではＸ線源１４とも呼ばれる）を有しており、Ｘ線管１４は、Ｘ線ビーム１６をガントリ１２の反対側に設けられている検出器アレイ１８に向かって投射する。検出器アレイ１８は、複数のセンサ２０を含む複数の検出器横列（図示されていない）によって形成されており、センサ２０は一括で、アレイ１８と線源１４との間の患者２２のような対象を透過した投射Ｘ線を感知する。各々のセンサ２０は、入射Ｘ線ビームの強度を表わし従って対象又は患者２２を透過する際のビームの減弱を推定するのに用いることのできる電気信号を発生する。センサ・アレイの電気信号の振幅はセンサ・アレイの温度に依存する場合があり、温度は好ましくは、許容温度範囲内に納まるべきである。

Ｘ線投影データを取得するための１回の走査の間に、ガントリ１２及びガントリ１２に装着されている構成部品は回転中心２４の周りを回転する。図２は、センサ２０の単一の横列（すなわち検出器横列１列）のみを示している。しかしながら、マルチ・スライス検出器アレイ１８は、１回の走査中に複数の準並行スライス又は平行スライスに対応する投影データが同時に取得され得るようにセンサ２０の複数の平行な検出器横列を含んでいる。

ガントリ１２上の構成要素の回転及びＸ線源１４の動作は、ＣＴシステム１０の制御機構２６によって制御される。制御機構２６は、Ｘ線制御器２８とガントリ・モータ制御器３０とを含んでおり、Ｘ線制御器２８はＸ線源１４に電力信号及びタイミング信号を供給し、ガントリ・モータ制御器３０はガントリ１２の構成要素の回転速度及び位置を制御する。データ取得システム（ＤＡＳ）３２の１又は複数の構成要素が、センサ・アレイに熱的に結合されるように直接装着され得る（後に改めて詳述するように、本発明の各観点を具現化したインタフェイス・アセンブリを用いる）。ＤＡＳは、センサ２０からアナログ信号を受信して、これらのアナログ信号をディジタル信号へ変換して後続の処理に供するように構成されている。画像再構成器３４が、サンプリングされてディジタル化されたＸ線データをＤＡＳ３２から受け取って高速画像再構成を実行する。再構成された画像はコンピュータ３６への入力として印加され、コンピュータ３６は大容量記憶装置３８に画像を記憶させる。画像再構成器３４は、特殊化したハードウェアであってもよいし、コンピュータ３６で実行されるコンピュータ・プログラムであってもよい。

コンピュータ３６はまた、キーボードを有するコンソール４０を介して操作者から指令及び走査用パラメータを受け取る。付設されている陰極線管表示器４２によって、操作者は、再構成された画像及びコンピュータ３６からのその他のデータを観測することができる。操作者が供給した指令及びパラメータはコンピュータ３６によって用いられて、ＤＡＳ３２、Ｘ線制御器２８及びガントリ・モータ制御器３０に制御信号及び情報を供給する。加えて、コンピュータ３６は、電動式テーブル４６を制御するテーブル・モータ制御器４４を動作させて、患者２２をガントリ１２内で配置する。具体的には、テーブル４６は患者２２の各部分をガントリ開口４８を通して移動させる。

一実施形態では、コンピュータ３６は、フレキシブル・ディスク、ＣＤ−ＲＯＭ、ＤＶＤ、又はネットワーク若しくはインターネットのような他のディジタル・ソース等のコンピュータ読み取り可能な媒体５２から命令及び／又はデータを読み取る装置５０、例えばフレキシブル・ディスク・ドライブ、ＣＤ−ＲＯＭドライブ、ＤＶＤドライブ、光磁気ディスク（ＭＯＤ）装置又はイーサネット装置（「イーサネット」は商標）等のネットワーク接続装置を含めたその他任意のディジタル装置、並びに開発途上のディジタル手段を含んでいる。他の実施形態では、コンピュータ３６はファームウェア（図示されていない）に記憶されている命令を実行する。コンピュータ３６は、本書に記載する作用を実行するようにプログラムされており、本書で用いられるコンピュータとの用語は当技術分野でコンピュータと呼ばれている集積回路のみに限らず、コンピュータ、プロセッサ、マイクロコントローラ、マイクロコンピュータ、プログラマブル論理コントローラ、特定応用向け集積回路、及び他のプログラム可能な回路を広範に指しており、これらの用語は本書では互換的に用いられている。以上に述べた特定の実施形態は第三世代ＣＴシステムを参照しているが、本書に記載する方法は第四世代ＣＴシステム（静止型検出器−回転式Ｘ線源）にも第五世代ＣＴシステム（静止型検出器及び静止型Ｘ線源）にも同等に適用される。

タイル構成が可能なセンサ・アレイのように、本発明の各観点から利益を享受し得る例示的なセンサ・アレイに関する一般的な予備知識的情報を知りたい読者は、米国特許第６，９９０，１７６号を参照されたい。この特許は、本発明の譲受人と同じ譲受人に共通に譲渡されており、この特許文献を参照により本出願に援用する。この特許文献に記載されているセンサ・アレイを計算機式断層写真法イメージング・システム、磁気共鳴イメージング・システム、陽電子放出断層写真法（ＰＥＴ）システム、及び多重エネルギ計算機式断層写真法イメージング・システムのようなシステムと共に用いることができる。

トランスデューサとは、放射線、音波、温度、圧力、光のような所与の物理的形態又は他の物理的形態にある信号を電気信号へ（又は電気信号から）変換する装置を広く指す。実施形態の一例では、センサ・アレイは、所与の物理的形態にある入力信号を受信して所望の電気的出力信号を送信するように構成されている複数のトランスデューサを含み得る。例えば、トランスデューサ・アレイは、フォトダイオード、背面照射型フォトダイオード、音波センサすなわち音を検出するように構成されているセンサ、温度センサ、及び電磁放射センサのような複数のセンサ素子を含み得る。本発明の目的のためには、一つの基本的な概念は、センサ・アレイがデータ取得システム（ＤＡＳ）に熱的に結合され（例えば直接装着されることにより）、これにより、内部の温度変動を測定することを可能にすると共に、所望があれば、センサ・アレイ温度の変動が予め決められた温度範囲を超えないことを保証するようにセンサ・アレイの温度制御を提供する。

本発明の発明者等は、データ取得システム（ＤＡＳ）及びセンサ・アレイの１又は複数の構成要素の間に熱的結合を設けたインタフェイス・アセンブリを新規に認知した。読者が従来技術のインタフェイスが直面する制約の幾つかを認める助けとなる視覚的観点を得て、本発明によって提供される利益の幾つかをさらに十分に理解することができるように、図３及び図４を掲げる。

図３は、センサ・アレイ２０１と、アナログからディジタルへの（Ａ／Ｄ）変換器２０２、ディジタル・プロセッサ２０４、１若しくは複数の個別の回路構成要素及び／又は支援電子回路２０６のようなＤＡＳ構成要素との間の典型的な従来技術のインタフェイス２００を示す正面上面図である。センサ・アレイとＡ／Ｄ変換器との間のインターコネクト経路を確立するために相対的に高密度で長いアナログ信号フレックス・コネクタ２０８を用いていることに留意されたい。

図４は、円弧状のフレーム２１０に配設されているそれぞれのセンサ・アレイ２０１のための複数のインタフェイス（例えば図３に示す単一のインタフェイスを複数で５７個備えたインタフェイス）の正面側面図であり、例えばフレームによって展開されている扇面形の全体像を掲げている。このフレームでは、インタフェイスによって相対的に大きい（しかも混み合った）容積が占有されていることに留意されたい。かかる従来技術のインタフェイスが占める占有容積は、インタフェイス内の冷却用電子回路と関連して及びセンサ・アレイの温度変動を制御するときに、小さからぬ難点を呈することが認められよう。

図５（Ａ）及び図５（Ｂ）は、センサ・アレイ３０２に１又は複数のＤＡＳ構成要素を熱的に結合することを可能にし得るような本発明の各観点を具現化したアセンブリ３００の上面等角図及び底面等角図をそれぞれ示す。図５（Ｂ）でさらに十分に認められるように、ディジタル・プロセッサ３０４、並びに／又は１若しくは複数の個別の回路構成要素及び支援電子回路３０６をアセンブリ３００の背面に熱的に結合することができる。アセンブリ３００のコンパクト性及び高密度で長いフレックス・コネクタの排除、並びにこれに伴うフォトダイオード・アレイとＤＡＳとの間のインターコネクト経路の数及び／又は距離の削減に留意されたい。

実施形態の一例では、本発明は、一観点において所与の電気的特性を有する信号（例えば相対的に敏感なアナログ信号）をこの所与の電気的特性に関して異なる電気的特性を有する信号（例えばディジタル信号及び／又は電力信号）から分離する（例えば集積回路パッケージにおいて）ことを可能にしたチップ・スケールのインタフェイス・アーキテクチャを利用している。実施形態の一例は、ＣＴ検出器アレイからの敏感なアナログ信号に対して所望の信号コンディショニング（例えばアナログからディジタルへの変換）を施すデータ取得システムにおいて用いられ得る。

実施形態の一例では、このインタフェイス・アーキテクチャは、パッケージの内部に適当に配設されておりディジタル・インターコネクト及び電力インターコネクトからアナログ・センサ・インターコネクトを分離することを可能にするバイア（すなわち垂直方向のインターコネクト）を特色とすることができる。例えば、アナログ・インターコネクトをパッケージの第一の領域（例えばパッケージの上面）に形成し、ディジタル信号及び電力用インターコネクトを第一の領域から離隔した第二の領域（例えばパッケージの底面）に形成することができる。パッケージの上面は、必ずしもセンサ・アレイからのアナログ信号に限定されないものと思量される。というのは、例えば、この面にＩＣ試験に用いられ得るが最終的な応用には用いられなくてよい少なくとも１又は複数の入出力を設けることができるからである。例えば、これにより、パッケージの殆どディジタルである入出力面での入出力の数を減少させることができる。

図６（Ａ）、図６（Ｂ）及び図６（Ｃ）は、本発明の各観点を具現化したインタフェイス・アセンブリ４００の一部であり得る熱制御系の実施形態の一例の断面図、上面等角図及び模式図をそれぞれ示す。実施形態の一例ではシンチレート性層４０３及びフォトダイオード・アレイ４０４を含み得るようなセンサ・アレイ４０２が複数のアナログ信号を発生するように構成されており、これらのアナログ信号は、基材４０７の上でセンサ・アレイ４０２の下層に配設された１又は複数のＡ／Ｄ変換器４０６によってディジタル化される。センサ・アレイ４０２は、例えば磁気共鳴、超音波、陽電子放出断層写真法又は計算機式断層写真法のような所与の感知モダリティに基づくものであってよい。１又は複数のＡ／Ｄ変換器４０６は、センサ・アレイ４０２からの複数のアナログ信号に対して所望の信号コンディショニングを施す集積回路（例えば特定応用向け集積回路（ＡＳＩＣ））を含み得る。基材４０７が、窒化アルミニウムで構成される等のように、熱伝導性セラミック材料を含み得る。選択随意で、所与のセンサ・アレイ・レイアウトをＡ／Ｄ変換器に対する入力接続の所与のレイアウトにマッピングするマッピング層４０８を設けてもよい。

１又は複数の集積回路４０６のセンサ・アレイ４０２への直接的な装着を可能にすることにより、インタフェイス・アセンブリ４００は、１又は複数の集積回路４０６をセンサ・アレイ４０２に熱的に結合することを可能にする。実施形態の一例では、熱的結合は、集積回路４０６のセンサ・アレイ４０２（さらに正確に述べると、シンチレート性層４０３及びフォトダイオード・アレイ４０４。これらの構成要素の性能は温度感受性であるため）に対する物理的近接性を介して達成され得る。例として述べると、集積回路４０６とフォトダイオード・アレイ４０４との間の物理的距離は、１ミリメートル未満であってよい。対照のために述べると、図３の従来技術のインタフェイス・アセンブリでは、センサ・アレイ２０１とＡ／Ｄ変換器２０２との間の距離は数センチメートルの桁であり、従って、かかる構成要素の間には実効的な熱的結合が欠如している。物理的近接性に加えて、かかる構成要素の間に適当な熱的結合を確立するのに適した熱伝導性経路が必要とされることが認められよう。すなわち、かかる構成要素の間に確立される熱的結合は、間の距離（例えば物理的近接性）及び熱伝導性経路の関数となり得る。当業者には認められるように、物理的近接性及び伝導性経路特性の様々な組み合わせを、所与の応用に望ましい熱的結合を達成するために用いることができる。さらに、熱的結合は、実施形態の一例ではセンサ及びＤＡＳ電子回路が実質的に同じ温度にあってもよいし、又は選択随意で互いに対する予測可能な温度ずれを有していてもよいように構成され得る。

図６（Ｃ）に示すように、実施形態の一例では、インタフェイス・アセンブリ４００は、集積回路４０６の１又は複数の温度を制御し、従って間に確立された熱的結合のためセンサ・アレイ４０２の温度を制御する温度制御系４１３を含み得る。温度制御系４１３は例示的には、センサ・アレイ４０２に影響を及ぼし得る温度変動を感知する温度センサ４０５を含み得る。例えば、温度変動は、初期較正温度から予め決められた温度範囲を超える温度までにわたり得る。

前述のように、シンチレート性層４０３、フォトダイオード・アレイ４０４及び集積回路４０６は各々、温度感受性であるそれぞれの動作性能を有し得る。実施形態の一例では、これらの構成要素の初期較正は、製造者による組み立て時に実行され得る。動作時には、本発明の各観点を具現化したインタフェイス・アセンブリによって感知され得る局所的な温度が付加的な入力を構成し、これらの入力を多様な熱制御手法に用いることができる。すなわち、実施形態の一例では、これらの温度入力を用いてフォトダイオードからの信号に対する補正オフセットを生成することができる。実施形態のもう一つの例では、温度入力を能動的温度調整ループのフィードバック機構の一部として用いることができ、このことについて以下で詳述する。

例えば、熱制御系は温度フィードバックを用いて、補正アルゴリズムに情報を提供することができる。制御は較正温度からの温度偏差に関して評価されることができ、較正温度は機械の製造／動作設計の一部（例えば可変目標値）として測定され記録され得る。用いられ得るその他の例の熱制御手法は、製造動作時に設定され得る予め画定されている一定の制御設定点である（例えば固定目標値）。いずれの手法でも、基本的な原理は本質的には、目標値に関して温度変動を制御し又は補正することにある。さらに、熱制御手法は選択随意で、所与の温度限度を超える温度偏差への制御又は補正を与えることにより温度制御を保つために一元的（one-way）制御（例えば一方向型（one-sided））となるように構成されていてよく、この場合に熱限度は固定目標値であっても可変目標値であってもよい。

温度制御系４１３はさらに、温度センサ４０５に結合されている温度制御器４１１を含んでいてよく、温度制御器は予め決められた温度範囲を超え得る温度変動を示す温度センサからの出力信号を受信する。温度制御系４１３はさらに、温度制御器４１１に結合されている温度補正装置４１５を含んでいてよく、温度補正装置４１５は温度制御器からの制御信号に応答してセンサ・アレイの温度変動を予め決められた温度範囲内に納める。

図６（Ｃ）は、一つの温度センサをそれぞれの温度制御器及び温度補正装置に接続する温度制御系（各々が所与の集積回路４０６に一体形成され得る等）を示しているが、温度制御系は、別個の集積回路に配設され得る並びに／又はインタフェイス・アセンブリ及びセンサ・アレイの全体にわたって他の適当な温度感知位置に配設され得る付加的な温度センサ用の共通の温度制御器及び温度補正装置を含んでいてよい。

図１０に示すように、実施形態の一例では、インタフェイス・アセンブリ５００が、複数の温度センサ５０５に結合された共通の温度制御器５１１を有する温度制御系５１３を含んでいてよく、この場合には温度制御器は、これら複数の温度センサから平均温度変動を示す平均温度測定値を算出する。例として述べると、温度制御器５１１は、フィールド・プログラマブル・ゲート・アレイ（ＦＰＧＡ）の一部であってよい。温度制御系５１３はさらに、温度制御器５１１に結合された温度補正装置５１５を含んでいてよく、温度補正装置は温度制御器からの制御信号に応答して温度変動を予め決められた温度範囲内に納める。

インタフェイス・アセンブリ４００によって１又は複数の集積回路４０６とセンサ・アレイ４０２との間に設けられる熱的結合は、センサ・アレイ及びセンサに熱的に結合されているそれぞれの集積回路に生じ得る温度変動を感知することを可能にする。例えば、それぞれの温度センサ４０５はそれぞれの集積回路４０６の温度変動を測定することができ、これによりインタフェイス・アセンブリ４００によって集積回路とセンサ・アレイとの間に設けられる熱的結合のためセンサ・アレイ４０２に影響を与える温度変動を測定することができる。

本発明の各観点は、温度指標を得るために様々な手法を用いることができることを新規に認知している。例えば、図６（Ｃ）に示すように、各々の温度センサ４０５は、それぞれの集積回路４０６の一体化した部分であってよい。例えば、温度センサ４０５は、半導体素子のバンドギャップ参照のように、内部の熱的に敏感な電圧参照を利用することにより集積回路４０６の温度変動（従って集積回路に熱的に結合されたセンサ・アレイ４０２の温度変動）を感知することができる。

もう一つの例では、温度センサ４０５は、集積回路４０６内の抵抗器、ダイオード、キャパシタ又はトランジスタのような熱的に敏感な電気的構成要素を駆動するように結合された外部電圧参照を用いることができる。さらにもう一つの例では、温度センサ４０５は、例えばダイオード電流漏れを監視し又は静電放電（ＥＳＤ）パッドを介した漏れを監視することにより、それぞれの集積回路４０６での温度を感知することができる。すなわち、集積回路の一部であるサーキットリの幾つか（典型的にはセンサ・アレイからの信号をコンディショニングするのに用いられるもの）を、センサ・アレイの温度指標を得るために用いることができる。また、温度センサを、ダイオード・パッドに装着された表面装着型小型サーミスタのように、集積回路に組み入れられた適当なパッドに組み付けてもよい。

例えば温度センサは、集積回路に熱的に結合された外面に装着される等で集積回路の外部に配設され得るので、温度センサ４０５はそれぞれの集積回路４０６に一体化している必要はないことを認められよう。

図１１は、集積回路の各々を支持する基材６０７の外面に結合されている複数の温度センサ６０５を含むインタフェイス・アセンブリ６００の実施形態の一例を示す。代替的には、各々の温度センサは、基材と一体化していてもよい（例えば埋め込まれる）。加えて、温度センサは、センサ・アレイ４０２の余分なセンサ素子であってもよく、この場合には、かかるセンサ素子は前述のように温度変動について監視されて、不要な放射線がこの余分なセンサ素子を励起させないように遮蔽するカバーを含み得る。例えば、かかる余分なセンサは、走査を実行するために通常用いられる視野の外部の面積に配設されていてよい。この場合には、余分なセンサは、Ｘ線検出器としてではなく温度センサとして作用する。センサ・アレイに余分なセンサ素子を用いる代わりに、センサ・アレイ素子と同じ形式でない温度センサを選択随意で用いてもよい。

実施形態の一例では、センサ・アレイの温度の指標が初期較正温度から予め決められた温度範囲を超えるまで上昇したら、それぞれの温度センサ４０５は「熱（hot）」出力信号を温度制御器４１１に出力することができる。「熱」出力信号は温度制御器４１１に、温度補正装置４１５への「冷（cool）」制御信号を出力させて、センサ・アレイの温度を予め決められた温度範囲内まで冷却する。反対に、センサ・アレイの温度の指標が初期較正温度から予め決められた温度範囲を超えるまで低下したら、それぞれの温度センサ４０５は「冷」出力信号を温度制御器４１１に出力することができる。この場合には、冷出力信号は温度制御器４１１に、温度補正装置４１５への「熱」制御信号を出力させて、センサ・アレイの温度を予め決められた温度範囲まで高める。制御信号の大きさ、及び各々の温度補正装置がセンサ温度を高め又は低める速度は、初期温度からの温度変動に比例していてよい。

実施形態の一例では、温度補正装置４１５は熱放散回路（例えば電流シンク）を含んでいてよい。かかる熱放散回路４１５は、抵抗器型又はキャパシタ型の切換え構成要素を含み得る。

温度補正装置４１５は、それぞれの集積回路４０６においてディジタル・プロセッサ４１０の形態を取っていてよく、この場合にはディジタル・プロセッサのクロック速度が、データ取得モード以外のモード時に温度制御器４１１から冷制御信号を受け取ると低下する。同様に、クロック速度は、データ取得モード以外のモード時に温度制御器４１１からの熱制御信号を受け取ると増大することができる。クロック速度は、通常のデータ取得モード時には戻されてよく、また通常のデータ取得時にはＸ線制御器（図２を参照）のクロック速度に結合され得る。

アナログからディジタルへの装置（図示されていない）を用いて、各々の温度センサ４０５からの各々の出力信号をディジタル信号へ変換することができ、また各々の温度制御器４１１は、ディジタルからアナログへの変換器を含んでおり、前述のように、ディジタル出力信号を各々の温度補正装置４１５のためのアナログ制御信号へ変換することができる。

他の観点によれば、例えば、機械的堅牢性及び／又は環境堅牢性の理由で、Ａ／Ｄ変換器同士の間に存在し得る間隙を選択随意で充填することができる。このことは、適当なアンダーフィル材料の利用を介して達成されて、Ａ／Ｄ変換器同士の間のあらゆる間隙を充填することができる。図６（Ａ）、図６（Ｂ）及び図６（Ｃ）はさらに、基材４０７の下面に装着され得るディジタル・プロセッサ４１０を示している。上で述べたように、１又は複数の個別の回路構成要素４１２及び支援電子回路４１４を基材の下面に装着することができる。プロセッサ４１０は選択随意で、基材４０７に構築された溝に配設され得ることも思量される。図６（Ａ）はまた、ディジタル信号及び電力信号をインタフェイス・アセンブリへ運ぶのに用いられ得るコネクタ４１６を示している。以下の記載は、インタフェイス・アセンブリの実施形態の一例を構成するパッケージング構造について説明する。

図７は、センサ・アレイ用のインタフェイス回路１００の断面図である。このインタフェイス回路は、標準的な集積回路製造技術を用いて作製され得る。従って、不必要に立ち入った詳細説明を避けるために、当業者であれば容易に理解される細部は読者のために割愛する。ＩＣ製造に用いられる様々な工程及び材料に関する一般的な予備知識的情報を知りたい読者は、S. Wolf及びR. N. Tauber著、『Silicon Processing For The VLSI Era』第１巻「Process Technology」第２版、Lattice Press刊行及び著作権保持の教科書（非特許文献１）を参照されたい。この教科書を参照により本出願に援用する。

このインタフェイス回路は、第一の領域１０６（例えば上面）及び第二の領域１０８（例えば底面）を画定するパッケージ１０４を含んでいる。パッケージの第一の領域は、適当なアナログからディジタルへの変換を提供するように構成されているＡＳＩＣのような集積回路１０２を、第一の電気的特性を有する複数の信号（例えばセンサ・アレイからの相対的に敏感なアナログ信号）に相互接続する（インターコネクトで接続する）複数のインタフェイス（例えばインタフェイス１１０）を含んでいる。パッケージの第二の領域は、集積回路に、第一の特性とは異なる少なくとも一つの電気的特性を有する複数の信号（例えばディジタル信号及び電力信号）を相互接続する複数のインタフェイス１１２を含んでいる。

第二の領域及びインタフェイス１１２の実施形態の一例は、インタフェイス・パッケージの底面図を示す図９にさらに分かり易く示されている。複数の導電性バイア１１４（図７）を配設して、インタフェイス・パッケージの第二の領域と第一の領域との間に配設された全体的に垂直な経路のような複数の電気的通路を設けることができ、これらのバイア１１４を、底面において受信されたディジタル信号及び電力信号のＡＳＩＣへの電気的ルーティングを行なう１又は複数のルーティング層１１６に相互接続することができる。パッケージの内部でのバイアの構築が必要条件である訳ではなく、例えばフレックス・コネクタをパッケージの外面に巻き付けるように配設して、センサ・アレイからの信号をＡＳＩＣに渡してもよいことが認められよう。

図８でさらに分かり易く示す実施形態の一例では、インタフェイス・パッケージの上面は、対応するセンサ・アレイのインタフェイス・パッドのアレイ（図示されていない）に一致するように配列されているインタフェイス・パッド１１０のアレイを含んでいる。この構成は、センサ・アレイとＤＡＳパッケージとの間の直接的な接続（すなわちインターコネクト・リードを用いない）を本質的に可能にするので、特に有利であるものと思量される。上で述べたように、この接続は選択随意で、所与のセンサ・アレイ・レイアウトをＡ／Ｄ変換器についての入力接続の所与のレイアウトにマッピングするように構成されているマッピング層を介して形成され得る。実施形態の一例では、かかる直接的な接続は、はんだ、異方性導電性フィルム（ＡＣＦ）又は同ペースト（ＡＣＰ）、超音波接着、超音波熱圧着及び熱圧着のように二つの要素を電気的に接続する様々な手段の任意のものを用いて形成することができる。

ＡＳＩＣがＸ線放射に曝露され得るＣＴ応用のような実施形態の一例では、パッケージの上面を通過してパッケージのＡＳＩＣに進入し得るＸ線を遮断するように配置されているタングステンで製造されたスラグ又はその他任意の適当な金属若しくは合金のような放射線遮蔽１２２（図７）を選択随意で設け得るものと思量される。上層放射線遮蔽１２２が存在しない実施形態の一例ではフリップ・チップＣＳＰ（チップ・スケール・パッケージ）が好ましく、上層放射線遮蔽１２２を用いるときにはワイヤボンドＣＳＰを用いてもよいものと思量される。

実施形態のもう一つの例では、散乱Ｘ線放射を遮断し得る１又は複数の側面遮蔽１２４（例えばタングステン・スラグ又は他の任意の適当な金属若しくは合金）を設けてもよい。側面遮蔽は、ＥＭＩ遮蔽としても作用し得ることが認められよう。本質的に、上層遮蔽１２２及び側面遮蔽１２４の組み合わせは、相対的に大きい電磁場に曝露される環境例えば磁気共鳴応用では、ファラデー・ケージとして作用するように構成され得る。側面遮蔽は、パッケージの周辺に沿って延在する（単独の環又は切片に分かれた環）のような様々な形態を取っていてもよいし、又は入れ子型遮蔽若しくはハニカム状構造の形態を取っていてもよい。ＡＳＩＣ、遮蔽、及びインターコネクト構造は、適当な封入剤によってＩＣパッケージに封入され得る。

所載の電気的インタフェイス・アーキテクチャは、マルチ・スライスＣＴシステムのような一つの応用例では次のような例示的な利点を提供するアセンブリを可能にするものと思量される。すなわち、不要の寄生成分（例えば望ましくない信号電流、キャパシタンス、インダクタンス、又は電子回路及び／若しくはインタフェイスにおけるその他パラメータ）の低減、これによりセンサ・アレイ信号品質を高めること、相対的に複雑でない製造及び保守容易性、経費の削減、インターコネクトの数及び／又は長さの削減による信頼性の向上、電子回路に加わる剪断力の低減、ＣＴ検出器における利用可能な冷却容積の増大、並びに検出器の温度の追跡及び制御を提供する利用可能な容積等である。上で述べたように、本発明の各観点を具現化した熱的結合アーキテクチャを多様な感知モダリティに基づくセンサ・アレイに用いることができる。

本発明の好適実施形態を本書で図示して説明したが、かかる実施形態は例示のみのために掲げられていることは明らかであろう。当業者には、本書の発明から逸脱しない多くの変形、改変及び置換が想到されよう。従って、本発明は、特許請求の真意及び範囲によってのみ限定されるものとする。また、図面の符号に対応する特許請求の範囲中の符号は、単に本願発明の理解をより容易にするために用いられているものであり、本願発明の範囲を狭める意図で用いられたものではない。そして、本願の特許請求の範囲に記載した事項は、明細書に組み込まれ、明細書の記載事項の一部となる。

医療撮像用のＣＴセンサ・アレイに用いられ得る例示的なＣＴイメージング・システムの等角図である。 図１に示すＣＴイメージング・システムのブロック図である。 センサ・アレイとデータ取得システムの構成要素との間の典型的な従来技術のインタフェイスを示す正面上面図である。 円弧状のフレームに配設されているそれぞれのセンサ・アレイのための複数のインタフェイス（図３には単一のインタフェイスを示す）の正面側面図であり、フレームによって展開されている扇面形の全体像を掲げた図である。 センサ・アレイにＤＡＳ構成要素を熱的に結合することを可能にし得るような本発明の各観点を具現化したインタフェイス・アセンブリの上面等角図である。 センサ・アレイにＤＡＳ構成要素を熱的に結合することを可能にし得るような本発明の各観点を具現化したインタフェイス・アセンブリの底面等角図である。 本発明の各観点を具現化したアセンブリに配設され得る熱制御系の実施形態の一例の断面図である。 本発明の各観点を具現化したアセンブリに配設され得る熱制御系の実施形態の一例の上面等角図である。 本発明の各観点を具現化したアセンブリに配設され得る熱制御系の実施形態の一例の模式図である。 集積回路パッケージにおいて組み立てられてセンサ・アレイに熱的に結合され得るような本発明の各観点を具現化したインタフェイスの断面図である。 対応するセンサ・インタフェイス・パッドのアレイと一致するように配列されているインタフェイス・パッドのアレイの一例を示すインタフェイス・パッケージの上面図である。 ディジタル信号及び電力信号に相互接続され、これによりかかる信号をパッケージの上面において受信されたセンサ・アレイ信号から分離するように構成され得るインタフェイス・パッケージの面の図である。 本発明の各観点を具現化したアセンブリの断面図である。 本発明の各観点を具現化したアセンブリの上面図である。

符号の説明

１０ 計算機式断層写真法（ＣＴ）イメージング・システム
１２ ガントリ
１４ Ｘ線管
１６ Ｘ線のビーム
１８ 検出器アレイ
２０ センサ
２２ 患者
２６ 制御機構
２８ Ｘ線制御器
３０ ガントリ・モータ制御器
３２ データ取得システム（ＤＡＳ）
３４ 画像再構成器
３６ コンピュータ
３８ 記憶装置
４０ コンソール
４２ 陰極線管表示器
４４ テーブル・モータ制御器
４６ 電動テーブル
４８ ガントリ開口
５０ コンピュータ・ディジタル装置
５２ コンピュータ読み取り可能な媒体
５７ 複数のインタフェイス
１００ インタフェイス回路
１０４ パッケージ
１０６ 第一の領域
１０８ 第二の領域
１１０ 複数のインタフェイス
１１２ 集積回路
１１４ 複数の導電性バイア
１１６ ルーティング層
１２２ 放射線遮蔽
１２４ 側面遮蔽
２００ 従来技術のインタフェイス
２０１ センサ・アレイ
２０２ アナログからディジタルへの（Ａ／Ｄ）変換器
２０４ ディジタル・プロセッサ
２０６ 支援電子回路
２０８ アナログ信号フレックス・コネクタ
２１０ 円弧状のフレーム
３００ アセンブリ
３０２ センサ・アレイ
３０４ ディジタル・プロセッサ
３０６ 支援電子回路
４００ インタフェイス・アセンブリ
４０２ センサ・アレイ
４０３ シンチレート性層
４０４ フォトダイオード・アレイ
４０５ 温度センサ
４０６ Ａ／Ｄ変換器
４０７ 基材
４０８ マッピング層
４１０ ディジタル・プロセッサ
４１１ 温度制御器
４１３ 温度制御系
４１５ 温度補正装置
４１６ コネクタ
５００ インタフェイス・アセンブリ
５０５ 複数の温度センサ
５１１ 共通の温度制御器
５１３ 温度制御系
５１５ 温度補正装置
６００ インタフェイス・アセンブリ
６０５ 複数の温度センサ
６０７ 基材

Claims (10)

1. 所与の感知モダリティに基づくセンサ・アレイ（４０２）と、
   該センサ・アレイ（４０２）からの複数のアナログ信号に対して所望の信号コンディショニングを施す少なくとも一つの集積回路（４０６）と、
   前記センサ・アレイ（４０２）に前記少なくとも一つの集積回路（４０６）を直接装着して、間に熱的結合を確立するインタフェイス・アセンブリ（４００）であって、前記少なくとも一つの集積回路（４０６）と前記センサ・アレイ（４０２）との間の前記熱的結合は、前記センサ・アレイ（４０２）の位置、前記集積回路（４０６）の内部の位置、及び当該インタフェイス・アセンブリ（４００）の位置の少なくとも一つから選択される位置に配設された少なくとも一つの温度センサ（４０５）を介して、前記センサ・アレイ（４０２）に影響を与える温度変動を感知することを可能にする、インタフェイス・アセンブリ（４００）と
   を備えたシステム。
2. 前記センサ・アレイ（４０２）の温度を制御する温度制御系（４１３）であって、
   前記少なくとも一つの温度センサ（４０５）に結合されており、前記温度変動を示す前記温度センサ（４０５）からの出力信号を受信する少なくとも一つの温度制御器（４１１）と、
   該温度制御器（４１１）に結合されており、該温度制御器（４１１）からの制御信号に応答して前記温度変動を予め決められた温度範囲内に納めるように動作可能な少なくとも一つの温度補正装置（４１５）と
   を含んでいる温度制御系（４１３）をさらに含んでいる請求項１に記載のシステム。
3. 前記少なくとも一つの温度センサ（４０５）は、前記少なくとも一つの集積回路（４０６）の一部であるサーキットリを含んでいる、請求項１に記載のシステム。
4. 前記少なくとも一つの温度センサ（４０５）は、前記少なくとも一つの集積回路（４０６）を支持する前記インタフェイス・アセンブリ（４００）の基材（４０７）に埋め込まれている、請求項１に記載のシステム。
5. 前記少なくとも一つの温度センサ（４０５）は、前記少なくとも一つの集積回路（４０６）を支持する前記インタフェイス・アセンブリ（４００）の基材（４０７）の外面に結合されている、請求項１に記載のシステム。
6. 前記温度センサ（４０５）は、前記センサ・アレイ（４０２）に配設されているが前記センサ・アレイ（４０２）の視野の外部に配設されているセンサ素子を含んでおり、該センサ素子は、前記センサ・アレイ（４０２）に用いられる形式のものであり、放射線が当該センサ素子を励起させないように放射線を遮蔽するカバーを含んでいる、請求項１に記載のシステム。
7. 前記少なくとも一つの温度補正装置（４１５）は熱放散回路（４１５）を含んでいる、請求項２に記載のシステム。
8. 前記少なくとも一つの温度補正装置（４１５）は、前記少なくとも一つの集積回路（４０６）にディジタル・プロセッサ（４１０）を含んでおり、該ディジタル・プロセッサ（４１０）のクロック速度が、データ取得モード以外のモード時に前記少なくとも一つの温度制御器（４１１）からの制御信号に応答して選択的に調節され、前記クロック速度は、通常のデータ取得モード時には予め決められた速度に戻される、請求項２に記載のシステム。
9. 複数の温度センサ（５０５）に結合されており、平均センサ・アレイ（４０２）温度偏差を示す前記複数の温度センサ（５０５）からの平均温度値を算出する一つの温度制御器（４１１）と、
   該温度制御器（４１１）に結合されており、該温度制御器（４１１）からの平均制御信号に応答して前記平均センサ・アレイ（４０２）温度変動を前記予め決められた温度範囲内に納めるように動作可能な一つの温度補正装置（４１５）と
   を含んでいる請求項２に記載のシステム。
10. 前記センサ・アレイ（４０２）用の前記感知モダリティは、磁気共鳴、超音波、陽電子放出断層写真法及び計算機式断層写真法から成る群から選択される、請求項１に記載のシステム。

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