JP6559977B2

JP6559977B2 - 検出器パック、ｘ線ｃｔ装置

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Publication number: JP6559977B2
Application number: JP2015043924A
Authority: JP
Inventors: 麻友美楚; 智朝桐
Original assignee: Canon Medical Systems Corp
Current assignee: Canon Medical Systems Corp
Priority date: 2015-03-05
Filing date: 2015-03-05
Publication date: 2019-08-14
Anticipated expiration: 2035-03-05
Also published as: US10018734B2; US20160259068A1; JP2016161556A

Description

本発明の実施形態は、医用Ｘ線を検出する検出器パックと、この検出器パックを備えた医用Ｘ線ＣＴ装置と、に関する。

医用Ｘ線ＣＴ（Computed Tomography）装置（Ｘ線断層撮影装置）は、被検体が載置される寝台部と、寝台部を内側に収容可能に形成された環状のガントリ部と、被検体の状態を表示するモニタ等を有するコンソール部と、を有している。ガントリ部は、被検体に向かってＸ線を照射するＸ線照射部と、被検体を透過したＸ線を検出する複数の検出器パックと、を有している。検出器パックは、ガントリ部の回転方向に並んで配置されている。

検出器パックは、例えばセラミックスから形成された第１の基板と、第１の基板の第１の主面上に設置された光半導体素子と、光半導体素子上に設置されたシンチレータと、を有している。また、検出器パックは、第１の基板にフレキシブル基板を介して電気的に接続された第２の基板と、第２の基板上に設置されたＡＳＩＣ（Application Specific Integrated Circuit）と、第２の基板上に設置された画像処理装置と、を有している。ＡＳＩＣは、光半導体素子が出力した電気信号を収集し、この電気信号に基づいて画像処理に用いられる電気信号に形成し、この画像処理に用いられる電気信号を出力する。画像処理装置は、ＡＳＩＣが出力した電気信号に基づいて画像処理を行う。

一方、検出器パックは、光半導体素子とＡＳＩＣとの間の電気的距離を短くしてノイズの発生を抑制することが求められている。光半導体素子とＡＳＩＣとの間の電気的距離を短くする為の構造として、第１の基板の第２の主面にＡＳＩＣを直接設置することが知られている（例えば、特許文献１参照。）。

特開２００７−４７１７４号公報

検出器パックは、光半導体素子の高性能化に伴い、光半導体素子が出力した信号を収集し且つ処理するＡＳＩＣ等のデータ収集装置を複数用いるとともに、これら複数の装置を光半導体素子の近くに配置することが求められている。

本発明が解決しようとする課題は、光半導体素子が出力した信号を収集し且つ処理するデータ収集装置を光半導体素子の近くに設置することができる検出器パックと、この検出器パックを備えたＸ線ＣＴ装置を提供することである。

実施形態によれば、検出器パックは、第１の基板と、Ｘ線検出部と、第２の基板と、データ収集装置と、を備える。前記第１の基板は、第１の主面と第２の主面とを備える。前記Ｘ線検出部は、前記第１の主面に設置されて前記第１の基板に電気的に接続され、Ｘ線を電気信号に変換して出力する。前記第２の基板は、第３の主面と第４の主面とを具備し、前記第２の主面に前記第３の主面が対向する姿勢で配置されて前記第１の基板に電気的に接続される。前記データ収集装置は、前記第３の主面と前記第４の主面とのそれぞれに設置されて前記第２の基板に電気的に接続され、前記Ｘ線検出部が出力した電気信号を収集しかつこの電気信号に基づいて画像処理に用いられる信号を形成し出力する。前記第２の主面には、凹部が形成される。前記第２の基板、前記第３の主面に設置された前記データ収集装置、及び前記第４の主面に設置された前記データ収集装置を含む一体物の少なくとも一部が、前記凹部内に収容される。

一実施形態に係るＸ線ＣＴ装置を示す斜視図。同Ｘ線ＣＴ装置の検出器パックを一部切り欠いて示す側面図。同検出器パックの基板の第２の主面の中央部を示す拡大図。本実施形態の変形例に係る検出器パックを一部切り欠いて示す側面図。

実施形態に係るＸ線ＣＴ装置１０を、図１，２，３，４を用いて説明する。図１は、Ｘ線ＣＴ装置１０を示す斜視図である。図１に示すように、Ｘ線ＣＴ装置１０は、被検体が載置可能に形成された寝台部２０と、被検体にＸ線を照射し、かつ、被検体を透過したＸ線を検出可能に形成された環状のガントリ部３０と、寝台部２０及びガントリ部３０を制御可能に形成されたコンソール部１１０と、を有している。

寝台部２０は、基部２１と、基部２１上に設けられた台部２２と、を有している。台部２２は、被検体を載置可能に形成されている。台部２２は、ガントリ部３０の内側に収容されるように、台部２２に対して移動可能に形成されている。

ガントリ部３０は、環状に形成された回転部３１と、Ｘ線を回転部３１の内側に向かってＸ線を照射可能に形成されたＸ線照射部３２と、Ｘ線照射部３２から照射されたＸ線を検出可能に形成された複数の検出器パック４０と、を有している。回転部３１は、その軸線回りに回転可能に形成されている。

複数の検出器パック４０は、回転部３１のＸ線照射部３２と対向する位置に固定されている。複数の検出器パック４０は、回転部３１の回転方向に並んで配置されている。図２は、検出器パック４０を一部切り欠いて示す側面図である。

図２に示すように、検出器パック４０は、第１の主面５１と第２の主面５２とを有する基板（第１の基板）５０と、基板５０の第１の主面５１上に設置された光半導体６０と、光半導体６０上に設置されたシンチレータ６５と、基板５０の第２の主面５２側に配置され、第３の主面７１と第４の主面７２とを有する第１のインターポーザ（第２の基板）７０と、基板５０の第２の主面５２側に配置され、第５の主面（第３の主面）８１と第６の主面（第４の主面）８２とを有する第２のインターポーザ（第２の基板）８０と、インターポーザ７０，８０の両主面に設置された複数のＡＳＩＣ９０と、一対の画像処理装置１００と、を有している。

基板５０は、例えば、セラミックスから形成されたセラミックス基板である。基板５０は、配線５３を有している。基板５０の第２の主面５２は、第１の凹部５４と、第２の凹部５５と、が形成されている。

凹部５４，５５は、第２の主面５２の中央の近傍に配置されている。図３は、第２の主面５２の中央部を示す拡大図である。図３に示すように、第１の凹部５４の開口５６は、第１のインターポーザ７０よりも大きく、内側に第１のインターポーザ７０を配置可能な大きさを有している。第１の凹部５４は、図２に示すように、基板５０の厚み方向にＡＳＩＣ９０の一部を収容可能な深さを有している。第２の凹部５５の開口５７は、図３に示すように、第２のインターポーザ８０よりも大きく、内側に第２のインターポーザ８０を配置可能な大きさを有している。第２の凹部５５は、図２に示すように、基板５０の厚み方向にＡＳＩＣ９０の一部を収容可能な深さを有している。

基板５０の両端部には、それぞれ、第１の基板間コネクタ５８が設けられている。第１の基板間コネクタ５８は、基板５０の配線５３に電気的に接続されている。

光半導体６０は、複数の光半導体素子を有している。複数の光半導体素子は、マトリクス状に配置されている。各光半導体素子は、光を電気信号に変換し、その電気信号を出力可能に形成されている。光半導体６０は、ワイヤ６１を用いるワイヤボンディングによって、基板５０の配線５３に電気的に接続されている。

シンチレータ６５は、光半導体素子に対向してマトリクス状に実装（配置）されている。シンチレータは、Ｘ線を光に変換し、その光を出力可能に形成されている。

第１のインターポーザ７０は、例えばシリコンから形成されている。第１のインターポーザ７０は、第３の主面７１を第１の凹部５４に対向させた姿勢で、基板５０の第２の主面５２との間に隙間を有して配置されている。第１のインターポーザ７０は、ワイヤ７３を用いるワイヤボンディングと、バンプ７４を用いるフリップチップボンディングによって、基板５０の配線５３に電気的に接続されている。

第２のインターポーザ８０は、第５の主面８１を第２の凹部５５に対向させた姿勢で、第２の主面５２との間に隙間を有して配置されている。第２のインターポーザ８０は、ワイヤ８３を用いるワイヤボンディングと、バンプ８４を用いるフリップチップボンディングによって、基板５０の配線５３に電気的に接続されている。

ＡＳＩＣ９０は、光半導体素子が出力した電気信号を収集してこの電気信号に基づいて画像処理に用いられる信号を形成し、かつ、この画像処理に用いられる信号を出力する機能を有している。

一対のＡＳＩＣ（第１のデータ収集装置）９０は、第１のインターポーザ７０の第３の主面７１上に設置されている。第３の主面７１上に設置されたＡＳＩＣ９０は、図２に示すように、バンプ９１を用いるフリップチップボンディングによって、第１のインターポーザ７０の配線に電気的に接続されている。第３の主面７１上に設置された一対のＡＳＩＣ９０は、第３の主面７１の外縁よりも内側に位置している。第３の主面７１に設置されたＡＳＩＣ９０の略全ては、第１の凹部５４内に収容されている。

一対のＡＳＩＣ（第２のデータ収集装置）９０は、第１のインターポーザ７０の第４の主面７２に設置されている。第４の主面７２に設置されたＡＳＩＣ９０は、バンプ９１を用いるフリップチップボンディングによって、第１のインターポーザ７０の配線に電気的に接続されている。第４の主面７２上に設置する一対のＡＳＩＣ９０は、第４の主面７２の外縁よりも内側に位置している。

第３の主面７１に設置された一対のＡＳＩＣ９０が並ぶ方向と、第４の主面７２に設置された一対のＡＳＩＣ９０が並ぶ方向とは、平行であり、一対の第１の基板間コネクタ５８が並ぶ方向に直交する方向である。

一対のＡＳＩＣ（第１のデータ収集装置）９０は、第２のインターポーザ８０の第５の主面８１に設置されている。第５の主面８１に設置されたＡＳＩＣ９０は、バンプ９１を用いるフリップチップボンディングによって、第２のインターポーザ８０の配線に電気的に接続されている。第５の主面８１上に設置された一対のＡＳＩＣ９０は、第５の主面８１の外縁よりも内側に位置している。第５の主面８１に設置されたＡＳＩＣ９０の略全ては、第２の凹部５５内に収容されている。

一対のＡＳＩＣ（第２のデータ収集装置）９０は、第２のインターポーザ８０の第６の主面８２に設置されている。第６の主面８２に設置されるＡＳＩＣ９０は、図２に示すように、バンプ９１を用いるフリップチップボンディングによって、第２のインターポーザ８０の配線に電気的に接続されている。第６の主面８２上に設置する一対のＡＳＩＣ９０は、第６の主面８２の外縁よりも内側に位置している。

第５の主面８１に設置する一対のＡＳＩＣ９０が並ぶ方向と、第６の主面８２に設置する一対のＡＳＩＣ９０が並ぶ方向とは、平行であり、一対の第１の基板間コネクタ５８が並ぶ方向に直交する方向である。

画像処理装置１００は、第２の基板間コネクタ１０１が設けられている。第２の基板間コネクタ１０１は、画像処理装置１００に電気的に接続されている。一方の画像処理装置１００の第２の基板間コネクタ１０１は、一方の第１の基板間コネクタ５８にフレキシブル基板１０２を介して電気的に接続されている。一方の画像処理装置１００は、フレキシブル基板１０２を介して基板５０の配線５３に電気的に接続されている。

他方の画像処理装置１００の第２の基板間コネクタ１０１は、他方の第１の基板間コネクタ５８にフレキシブル基板１０２を介して電気的に接続されている。他方の画像処理装置１００は、フレキシブル基板１０２を介して基板５０の配線５３に電気的に接続されている。

両画像処理装置１００は、ＡＳＩＣ９０が出力した信号を受信し、受信した信号に基づいて画像処理を行うことを可能に形成されている。そして、両画像処理装置１００は、画像処理したデータを出力可能に形成されている。

コンソール部１１０は、入力部１１１と、表示部１１２と、を有している。入力部１１１は、作業者が寝台部２０とガントリ部３０の動作を行う際の操作情報等を入力可能に形成されている。コンソール部１１０は、入力部１１１に入力する操作情報に基づいて、寝台部２０の動作とガントリ部３０の動作とを制御可能に形成されている。

表示部１１２は、両画像処理装置１００が出力したデータに基づく画像を表示可能に形成されている。両画像処理装置１００が出力したデータに基づく画像は、被検体を透過したＸ線に基づいて形成する、被検体の内部の画像である。

次に、Ｘ線ＣＴ装置１０の動作を説明する。寝台部２０の台部２２上に被検体が載置されると、作業者は、入力部１１１を操作して、Ｘ線ＣＴ装置１０の動作を開始する。Ｘ線ＣＴ装置１０の動作が開始されると、寝台部２０の台部２２をガントリ部３０の内側に移動する。

台部２２がガントリ部３０の内側に移動されると、ガントリ部３３のＸ線照射部３２は、Ｘ線を照射する。Ｘ線は、被検体を透過する。各検出器パック４０は、被検体を透過したＸ線を検出する。具体的には、被検体を透過したＸ線は、各シンチレータ６５に進入する。各シンチレータ６５は、Ｘ線を受けて光を発生する。

光半導体６０の各光半導体素子は、シンチレータが発生した光を電気信号に変換する。光半導体素子は、その電気信号を出力する。光半導体素子から出力された電気信号は、基板５０の配線５３とインターポーザ７０，８０とを介してＡＳＩＣ９０に送信される。

ＡＳＩＣ９０は、光半導体素子が出力した電気信号を収集しかつこの電気信号に基づいて画像処理に適した信号を形成する。また、ＡＳＩＣ９０は、形成した信号を出力する。ＡＳＩＣ９０から出力する信号は、基板５０の配線５３とフレキシブル基板１０２とを介して、両画像処理装置１００に送信される。

画像処理装置１００は、ＡＳＩＣ９０が形成した信号に基づいて、画像処理を行う。両画像処理装置１００は、画像処理後のデータを、コンソール部１１０に送信する。

コンソール部１１０は、両画像処理装置１００が形成したデータを受信する。表示部１１２は、受信したデータに基づいて形成する被検体の内部の画像を表示する。

このように構成されたＸ線ＣＴ装置１０は、インターポーザ７０，８０を用いることによって、ＡＳＩＣ９０を基板５０の近くに配置することができる。この為、光半導体素子からＡＳＩＣ９０までの距離を短くすることができる。

光半導体素子からＡＳＩＣ９０までの距離を短くできることによって、光半導体素子が出力した電気信号が通るＡＳＩＣ９０までの電気的経路の距離を短くすることができるので、ノイズの発生を防止することができる。

さらに、インターポーザ７０，８０の両主面にＡＳＩＣ９０を設置することによって、ＡＳＩＣ９０を積層配置することができる。ＡＳＩＣ９０を積層配置することができるので、検出器パック４０を、第２の主面５２が広がる方向に大型化することなく、多くのＡＳＩＣ９０を設置することができる。

また、第２の主面５２に第１の凹部５４を形成し、第１のインターポーザ７０の第３の主面７１に設置されたＡＳＩＣ９０の略全てを第１の凹部５４内に収容している。この為、第１のインターポーザ７０と両主面に設置するＡＳＩＣ９０とから構成されるユニットを、光半導体素子に近づけることができるので、光半導体素子から第１のインターポーザ７０に設置されたＡＳＩＣ９０までの距離を短くすることができる。

このように、第１のインターポーザ基板７０の第３の主面７１に設置されたＡＳＩＣ９０の少なくとも基板５０側の部分を第１の凹部５４内に収容することによって、光半導体素子から第１のインターポーザ基板７０に設置されたＡＳＩＣ９０までの距離を短くすることができる。

同様に、第２の主面５２に第２の凹部５５を形成し、第２のインターポーザ基板８０の第５の主面８１に設置するＡＳＩＣ９０の一部を第２の凹部５５内に収容している。この為、第２のインターポーザ基板８０と両主面に設置するＡＳＩＣ９０とから構成されるユニットを、光半導体素子に近づけることができるので、光半導体素子から第２のインターポーザ８０に設置するＡＳＩＣ９０までの距離を短くすることができる。

このように、第２のインターポーザ８０の第５の主面８１に設置されたＡＳＩＣ９０の少なくとも基板５０側の部分を第２の凹部５５内に収容することによって、光半導体素子から第２のインターポーザ８０に設置されたＡＳＩＣ９０までの距離を短くすることができる。

また、第１のインターポーザ７０の第３の主面７１に設置されたＡＳＩＣ９０を第１の凹部５４内に収容し、第２のインターポーザ８０の第５の主面８１に設置されたＡＳＩＣ９０を第２の凹部５５内に収容することによって、第１のインターポーザ基板７０とＡＳＩＣ９０とのユニット及び第２のインターポーザ８０とＡＳＩＣ９０とのユニットを挟んで基板５０の反対側の空間を広く確保することができる。

この為、この空間を利用して、第１のインターポーザ基板７０とＡＳＩＣ９０とのユニット及び第２のインターポーザ基板８０とＡＳＩＣ９０とのユニットを効率よく冷却することができる。

なお、この空間内を広くすることができるため、この空間に、第１のインターポーザ７０とＡＳＩＣ９０とのユニット及び第２のインターポーザ８０とＡＳＩＣ９０とのユニットを冷却するための冷却装置を配置してもよい。

次に、本実施形態の変形例を、図４を用いて説明する。図４に示すように、凹部５４，５５に換えて、基板５０の第２の主面５２に第３の凹部５９が形成されてもよい。第３の凹部５９の開口５９ａは、第１のインターポーザ７０とＡＳＩＣ９０とから構成されるユニットと、第２のインターポーザ８０とＡＳＩＣ９０とから構成されるユニットとを、収容可能な大きさを有している。

なお、本実施形態では、光半導体６０と、シンチレータ６５とは、Ｘ線を電気信号に変換して出力するＸ線検出部の一例を構成している。他の例としては、光半導体６０とシンチレータ６５とに代えて、Ｘ線検出部として、Ｘ線を直接電気信号に変換して出力可能なＸ線検出素子が用いられてもよい。

また、本実施形態では、第１のインターポーザ７０の主面７１，７２にＡＳＩＣ９０が設置されている。他の例としては、主面７１，７２の少なくともいずれか一方にＡＳＩＣ９０が設置されればよい。同様に、第２のインターポーザ８０の主面８１，８２にＡＳＩＣ９０が設置されている。他の例としては、主面８１，８２の少なくともいずれか一方にＡＳＩＣ９０が設置されればよい。

本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載する発明とその均等の範囲に含まれる。

１０…Ｘ線ＣＴ装置、３２…Ｘ線照射部、４０…Ｘ線検出器パック、５０…基板（第１の基板）、５１…第１の主面、５２…第２の主面、５４…第１の凹部（凹部）、５５…第２の凹部（凹部）、６０…光半導体（光半導体素子）、６５…シンチレータ、７０…第１のインターポーザ（第２の基板）、７１…第３の主面、７２…第４の主面、８０…第２のインターポーザ（第２の基板）、８１…第５の主面（第３の主面）、８２…第６の主面（第４の主面）、９０…ＡＳＩＣ（第１，２のデータ収集装置）。

Claims

第１の主面と第２の主面とを具備する第１の基板と、
前記第１の主面に設置されて前記第１の基板に電気的に接続され、Ｘ線を電気信号に変換して出力するＸ線検出部と、
第３の主面と第４の主面とを具備し、前記第２の主面に前記第３の主面が対向する姿勢で配置されて前記第１の基板に電気的に接続された第２の基板と、
前記第３の主面と前記第４の主面とのそれぞれに設置されて前記第２の基板に電気的に接続され、前記Ｘ線検出部が出力した電気信号を収集しかつこの電気信号
に基づいて画像処理に用いられる信号を形成し出力するデータ収集装置と、
を具備し、
前記第２の主面には、凹部が形成され、
前記第２の基板、前記第３の主面に設置された前記データ収集装置、及び前記第４の主面に設置された前記データ収集装置を含む一体物の少なくとも一部が、前記凹部内に収容される
ことを特徴とする検出器パック。
前記Ｘ線検出部は、
前記第１の主面に設置され、光を電気信号に変換して出力する光半導体素子と、
前記光半導体素子上に設置され、Ｘ線を光に変換して出力するシンチレータと、
を具備することを特徴とする請求項１に記載の検出器パック。
Ｘ線を照射するＸ線照射部と、
第１の主面と第２の主面とを具備する第１の基板と、前記第１の主面に設置されて前記第１の基板に電気的に接続され、Ｘ線を電気信号に変換して出力するＸ線検出部と、第３の主面と第４の主面とを具備し、前記第２の主面に前記第３の主面が対向する姿勢で配置されて前記第１の基板に電気的に接続された第２の基板と、前記第３の主面と前記第４の主面とのそれぞれに設置されて前記第２の基板に電気的に接続され、前記Ｘ線検出部が出力した電気信号を収集しかつこの電気信号に基づいて画像処理に用いられる信号を形成し出力するデータ収集装置と、を具備する複数の検出器パックと、
を具備し、
前記第２の主面には、凹部が形成され、
前記第２の基板、前記第３の主面に設置された前記データ収集装置、及び前記第４の主面に設置された前記データ収集装置を含む一体物の少なくとも一部が、前記凹部内に収容される
ことを特徴とするＸ線ＣＴ装置。
前記Ｘ線検出部は、
前記第１の主面に設置され、光を電気信号に変換して出力する光半導体素子と、
前記光半導体素子上に設置され、Ｘ線を光に変換して出力するシンチレータと、
を具備することを特徴とする請求項３に記載のＸ線ＣＴ装置。