СЕНСОРНОЕ УСТРОЙСТВО И СИСТЕМА ВИЗУАЛИЗАЦИИ ДЛЯ ОБНАРУЖЕНИЯ СИГНАЛОВ ИЗЛУЧЕНИЯ
SENSOR DEVICE AND VISUALIZATION SYSTEM FOR DETECTING RADIATION SIGNALS

ОБЛАСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯ
Настоящее изобретение относится к сенсорному устройству и к системе визуализации для обнаружения сигналов излучения. Изобретение предназначено для применения в области визуализации, например в компьютерной томографии, в частности в спектральной компьютерной томографии, основанной на датчиках прямого преобразования.
ПРЕДПОСЫЛКИ ИЗОБРЕТЕНИЯ
Технологии визуализации широко применяются для изучения структур материалов для сбора информации о свойствах таких материалов. В медицинской визуализации применяются разные методы визуализации для визуализации структуры субъекта. В частности, для визуализации внутренних структур пациента неинвазивным способом применяются компьютерная томография (КТ), спектральная КТ, позитронная эмиссионная томография (ПЭТ), однофотонная эмиссионная компьютерная томография (ОФЭКТ).
В вышеуказанных методах визуализации, особенно в КТ и спектральной КТ, субъект облучают сигналами излучения, в частности рентгеновскими лучами, испускаемыми источником излучения, при этом субъект облучают с множества направлений. Сигналы излучения передаются через облучаемый субъект, в котором эти сигналы излучения частично поглощаются и/или рассеиваются. Затем передаваемые сигналы излучения обнаруживаются сенсорным устройством, которое расположено на противоположной стороне от источника излучения относительно облучаемого субъекта.
В зависимости от конкретного метода визуализации сигналы излучения могут быть фотонами с конкретной длиной волны или множеством длин волн конкретного электромагнитного спектра. Например, в методах визуализации, основанных на рентгеновском излучении, включая КТ, маммографию и флюорографию, типично используют источники рентгеновского излучения, которые излучают рентгеновские лучи, причем сенсорное устройство выполнено с возможностью обнаруживать рентгеновские лучи, проходящие через субъект. В ПЭТ используются позитроны, в то время как в ОФЭКТ используются гамма-лучи.
Для того чтобы сигналы излучения или фотоны можно было обрабатывать электронными способами, сенсорное устройство выполнено с возможностью преобразовывать сигналы излучения, принятые сенсорным устройством, в соответствующие электрические сигналы, которые обрабатываются и/или направляются на одно или более электронных устройств, например элемент интегральной схемы, который позволяет генерировать или способствует генерированию медицинских изображений.
Желательно получать медицинские изображения, которые отражают информацию об облученном субъекте как можно более полно. Для этого фотоны, передаваемые через облучаемый субъект в разных направлениях, необходимо обнаружить, сосчитать и, возможно, дифференцировать по энергии (например, для спектральной КТ). Кроме того, системы КТ должны обеспечивать охват большой площади для постановки клинически релевантного диагноза. Кроме того, желательно также получить медицинские изображения с высоким разрешением, чтобы можно было обнаруживать структурные детали малого размера. Сенсорное устройство содержит множество детекторов, которые образуют по меньшей мере одну сенсорную матрицу. В частности, детекторы расположены так, чтобы их можно было стыковать четырьмя сторонами, т.е. детекторы помещаются так, чтобы прилегать друг к другу в различных планарных направлениях. Таким способом можно создать сенсорное устройство для КТ, обеспечивающее достаточный охват, т.е. способное сформировать изображение существенного участка тела (например, сердца) за один оборот.
Известно множество сенсорных устройств, которые можно стыковать четырьмя сторонами. Однако сенсорные устройства датчиков, известные в области технологий визуализации, имеют ограничения по надежности и экономической эффективности.
В US 8575558 В2 раскрывается матрица детекторов, содержащая множество устанавливаемых встык пакетов датчиков, расположенных на первой стороне подложки для формирования планарной матрицы детекторов, причем каждый из упомянутого множества устанавливаемых встык датчиков содержит детектор, интегральную схему и элемент интерпозера, причем элемент интерпозера расположен между детектором и интегральной схемой и выполнен с возможностью функционально соединять детектор с интегральной схемой.
В US 2010/327173 А1 раскрывается интегрированный детекторный модуль с прямым преобразованием с кристаллом прямого преобразования с анодом и катодом на его противоположных сторонах, а также интегральная схема в электрическом соединении с кристаллом прямого преобразования. На анодном слое нанесен слой перераспределения, который выполнен с возможностью адаптировать компоновку матрицы контактных площадок кристалла прямого преобразования в соответствии с заранее определенной конфигурацией выводов.
КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ
Задачей настоящего изобретения является обеспечение сенсорного устройства и системы визуализации для обнаружения сигналов излучения субъекта, которые делают возможной высокую целостность сигнала и экономическую эффективность, сохраняя способность к стыковке с четырех сторон.
Согласно первому аспекту изобретения предлагается сенсорное устройство для обнаружения сигналов излучения, содержащее сенсорную матрицу, содержащую множество детекторов, при этом каждый детектор содержит принимающую поверхность для приема множества сигналов излучения, передаваемых через или исходящих от субъекта, сенсорный элемент для преобразования принятых сигналов излучения в множество соответствующих электрических сигналов, элемент интерпозера, простирающийся поперечно между первой боковой стороной и второй боковой стороной, при этом элемент интерпозера содержит переднюю поверхность, обращенную к сенсорному элементу, и заднюю поверхность, параллельную упомянутой передней поверхности, причем на упомянутой передней поверхности предусмотрена передняя контактная структура для направления электрических сигналов на заднюю контактную структуру, предусмотренную на задней поверхности, и элемент интегральной схемы, обращенный к задней поверхности и электрически соединенный с задней контактной структурой, при этом элемент интегральной схемы содержит участок схемы, простирающийся поперечно больше, чем задняя поверхность на второй боковой стороне, передняя поверхность простирается поперечно больше, чем задняя поверхность на первой боковой стороне посредством выступа, имеющего поверхность выступа, при этом участок схемы первого детектора сенсорной матрицы вертикально перекрывает и вертикально разнесен с поверхностью выступа второго детектора, примыкающего к первому детектору.
Согласно второму аспекту настоящего изобретения предлагается система визуализации для обнаружения сигналов излучения субъекта, содержащая источник излучения для генерирования множества сигналов излучения, направляющее излучение средство для направления сгенерированных сигналов излучения на субъект и сенсорное устройство, раскрытое в настоящем документе, для обнаружения направленных сигналов излучения, исходящих от субъекта.
Предпочтительные варианты осуществления изобретения определены в зависимых пунктах. Следует понимать, что заявленная система визуализации имеет аналогичные и/или идентичные предпочтительные варианты осуществления, что и заявленное сенсорное устройство, как определено в зависимых пунктах формулы.
Сигналы излучения, сгенерированные источником излучения, передаются через субъект и принимаются принимающей поверхностью. Затем принятые сигналы излучения преобразуются сенсорным элементом в соответствующие электрические сигналы, которые затем поступают на элемент интегральной схемы через элемент интерпозера. Функция элемента интерпозера заключается в механической поддержке сенсорного элемента так, чтобы получить детектор с высокой структурной стабильностью. В частности, детекторы выставлены для образования сенсорной матрицы, не допуская при этом нежелательные несовпадения, зазоры и/или смещения между соседними детекторами.
Дополнительно, передняя контактная структура и задняя контактная структура позволяют направлять или маршрутизировать электрические сигналы, полученные преобразованием принятых сигналов излучения, требуемым образом. В частности, передняя и задняя контактные структуры имеют хорошую совместимость с элементом интегральной схемы, в частности со специализированной интегральной схемой (ASIC). Элемент интегральной схемы, в частности ASIC, выполнен с возможностью интегрировать заряд и формирует импульс, высота которого пропорциональна энергии падающего сигнала излучения, например фотона.
Элемент интерпозера по настоящему изобретению содержит выступ, благодаря которому передняя поверхность элемента интерпозера простирается больше, чем задняя поверхность на одной из двух боковых сторон элемента интерпозера. Таким образом, детекторы могут быть расположены в ступенчатом порядке в сенсорной матрице, тем самым обеспечивая возможность четырехсторонней стыковки. Это позволяет сенсорному устройству преимущественно охватить большую площадь, поскольку детекторы можно разместить рядом друг с другом во всех планарных направлениях.
Поскольку передняя поверхность и задняя поверхность элемента интерпозера параллельных друг другу, изготовление элемента интерпозера не представляет трудностей, поэтому изготовление сенсорного устройства является экономически эффективным. Более того, существенно уменьшаются или даже устраняются нежелательные механические напряжения, которые возникали бы при двух не параллельных поверхностях. Преимущественно, нет необходимости компенсировать такие нежелательные механические напряжения, например, добавляя дополнительные компенсирующие элементы между задней поверхностью интерпозера и элементом интегральной схемы.
Вертикальное перекрытие между участком схемы и поверхностью выступа позволяет создать углубление между соседними детекторами, что позволяет поместить соединения между элементом интегральной схемы, в частности ASIC, и элементом электронного устройства, в частности подложкой. Таким образом, обеспечивается возможность обрабатывать входные/выходные сигналы и/или сигналы мощности за пределами элемента интерпозера, что преимущественно позволяет отделить входные/выходные и/или сигналы мощности от сигналов маршрутизации в элементе интерпозера. Таким образом, нежелательные помехи между пиксельными сигналами, направленными в элемент интерпозера, и входные/выходные сигналы и/или сигналы мощности легко предотвращаются, что позволяет получить пиксельные сигналы высокого качества. Дополнительно, элемент интерпозера можно сделать менее сложным.
«Сигналы излучения» могут содержать фотоны одной или более длин волн, такие как рентгеновские лучи, гамма-лучи и/или позитроны. «Электрические сигналы» могут содержать зарядовые сигналы и/или токовые сигналы. Следует понимать, что первым детектором и вторым детектором называются любые два соседних детектора в сенсорной матрице. Термины «вертикальный» и «боковой» относятся к плоскости, в которой находится передняя поверхность или задняя поверхность элемента интерпозера, или к плоскости, параллельной передней или задней поверхности элемента интерпозера.
В предпочтительном варианте осуществления поверхность выступа расположена между передней поверхностью и задней поверхностью. Таким образом, между поверхностью выступа и задней поверхностью элемента интерпозера образуется углубление. Это позволяет расположить соединения между элементом интегральной схемы соседнего детектора и элементом электронного устройства, например подложкой, достаточно легким способом. Функциональность и экономическая эффективность преимущественно увеличиваются.
В другом предпочтительном варианте осуществления поверхность выступа имеет участок поверхности, параллельный передней поверхности. Такая поверхность выступа снижает эффект негомогенности, например механические напряжения, в выступе. Кроме того, такую поверхность выступа можно легко изготовить. Преимущественно, функциональность и экономическая эффективность сенсорного устройства увеличиваются.
В другом предпочтительном варианте осуществления первая сторона элемента интерпозера содержит верхнюю боковую поверхность, соединяющую переднюю поверхность с поверхностью выступа, и/или нижнюю боковую поверхность, соединяющую заднюю поверхность с поверхностью выступа, при этом по меньшей мере одна из верхней боковой поверхности и нижней боковой поверхности перпендикулярна передней поверхности. Это повышает структурную гомогенность и, следовательно, механическую стабильность элемента интерпозера, что делает возможными лучшие структурные и электронные свойства элемента интерпозера, упрощая производство, что ведет к повышению экономической эффективности.
В другом предпочтительном варианте осуществления вторая сторона элемента интерпозера перпендикулярна передней поверхности. Это позволяет уменьшить механические напряжения на второй боковой стороне элемента интерпозера, что ведет к улучшению структурных и электронных свойств элемента интерпозера.
В другом предпочтительном варианте осуществления детектор дополнительно содержит элемент подложки, электрически соединенный с элементом интегральной схемы, в частности с участком схемы. Это позволяет направлять сигналы, в частности входные/выходные сигналы и/или сигналы мощности, между элементом интегральной схемы и элементом подложки. Преимущественно, входные/выходные сигналы и/или сигналы мощности удерживаются за пределами элемента интерпозера, что позволяет уменьшить или даже устранить взаимное влияние с электрическими сигналами, в частности пиксельными сигналами, направляемыми элементом интерпозера.
Предпочтительно элемент подложки выполнен с возможностью простираться поперечно больше, чем участок схемы. Это позволяет направлять вышеупомянутые входные/выходные сигналы и/или сигналы мощности от элемента интегральной схемы на элемент подложки, применяя направляющую дорожку за пределами элемента интегральной схемы, тем самым преимущественно снижая нежелательные помехи для сигналов.
Дополнительно, элемент подложки предпочтительно соединен с контактной площадкой, предусмотренной на участке схемы, проволочным соединением. Технология проволочного соединения - это общепринятая технология для изготовления электрических межсоединений, в частности, в системах малых размеров. Преимущественно, применение проволочного соединения повышает эффективность производства и надежность межсоединений между элементом интегральной схемы и элементом подложки.
В другом предпочтительном варианте осуществления детектор дополнительно содержит гибкую подложку. Гибкая подложка является общепринятой технологией монтажа электронных устройств. Гибкая подложка обладает высокой гибкостью и ей можно придать различные требуемые формы, что облегчает производство и повышает целостность сигнала. Гибкая подложка может содержать один или более материалов, например полиамид, полиэфирэфиркетон и прозрачный электропроводный полиэфир. В частности, гибкая подложка может быть сформирована как печатная плата (PCB). Предпочтительно, гибкая подложка соединена с элементом интегральной схемы только для направления входных/выходных сигналов и/или силовых сигналов. Дополнительно, гибкая подложка предпочтительно может проходить над всей поверхностью элемента интерпозера и/или может быть обеспечена двумя нижними слоями элемента интерпозера.
В другом предпочтительном варианте осуществления элемент интегральной схемы первого детектора разнесен в поперечном направлении с элементом интегральной схемы второго детектора. Это позволяет обеспечить зазор между элементами интегральных схем соседних детекторов, что преимущественно позволяет расположить соединения между элементом интегральной схемы и элементом электронного устройства, например вышеупомянутым элементом подложки.
В другом предпочтительном варианте осуществления передняя контактная структура содержит множество передних контактных площадок, причем задняя контактная структура содержит множество задних контактных площадок, при этом каждая из передних контактных площадок выполнена с возможностью направлять один из электрических сигналов на соответствующую одну из задних контактных площадок. Это позволяет направлять каждый отдельный электрический сигнал, в частности пиксельный сигнал, через элемент интерпозера с высокой надежностью. Преимущественно, пиксельные сигналы, которые используются для генерирования изображений, в частности медицинских изображений, могут быть получены при целостности сигнала.
Предпочтительно, каждая из передних контактных площадок снабжена первым поперечным размером, а каждая из задних контактных площадок снабжена вторым поперечным размером, при этом первый поперечных размер больше второго поперечного размера. Это позволяет обеспечить область достаточного размера, в частности площадь, в элементе интегральной схемы для направления входных/выходных сигналов и/или силовых сигналов в элемент интегральной схемы и/или из элемента интегральной схемы. Дополнительно, это является преимуществом для возможности стыковки сенсорного устройства.
Далее, предпочтительно, количество передних контактных площадок равно количеству задних контактных площадок. Это позволяет осуществлять маршрутизацию сигналов в элементе интерпозера с низким шумом.
В другом предпочтительном варианте осуществления элемент интерпозера сформирован с использованием спрессованных слоев, в частности спрессованных полиамидных слоев. Это облегчает производство элемента интерпозера с высокой точностью, в частности, относительно его толщины и сечения.
КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ
Эти и другие аспекты настоящего изобретения будут понятны из нижеследующего подробного описания вариантов со ссылками на приложенные чертежи.
Фиг. 1 показывает схематическое представление сенсорной матрицы, содержащей множество детекторов согласно варианту осуществления настоящего изобретения.
Фиг. 2а, b показывает схематическое представление одного из детекторов с Фиг. 1.
Фиг. 3а-d показывает схематическое представление элемента интерпозера детектора с Фиг. 2.
Фиг. 4 показывает схематическое представление двух соседних детекторов с Фиг. 1.
Фиг. 5 показывает схематическое представление двух соседних детекторов согласно другому варианту осуществления.
Фиг. 6 показывает схематическое представление системы визуализации согласно одному варианту осуществления.
Фиг. 7 показывает схематическое представление системы визуализации согласно другому варианту осуществления.
ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ
На Фиг. 1 показано схематическое представление сенсорного устройства 10 для обнаружения сигналов излучения от субъекта, содержащего множество детекторов 11. Каждый детектор 11 содержит принимающую поверхность 12, сенсорный элемент 14, элемент 16 интерпозера и элемент 18 интегральной схемы. Предпочтительно, каждый детектор 11 дополнительно содержит элемент 20 подложки. Множество детекторов 11 выполнены с возможностью образовывать сенсорную матрицу 22, причем отдельные детекторы 11 выставлены так, что отдельные принимающие поверхности 12 расположены на одной и той же стороне сенсорной матрицы 22. Сенсорная матрица 22 содержит восемь детекторов 11, которые в варианте осуществления с Фиг. 1 расположены в линию. В другом варианте осуществления детекторы 11 расположены по меньшей мере частично вдоль кривой. В целом, количество детекторов 11 может быть больше или меньше восьми.
На Фиг. 2а детектор 11 показан более подробно. Принимающая поверхность 12 предпочтительно сформирована как верхняя поверхность сенсорного элемента 14. Принимающая поверхность 12 содержит предпочтительно верхние электроды или катоды сенсорного элемента 14, который дополнительно содержит задние электроды или аноды на своей нижней поверхности, соединенной с элементом 16 интерпозера. Между катодами и анодами сенсорный элемент содержит наполнитель, изготовленный из материала, подходящего для восприятия излучения с прямым преобразованием, такого как теллурид кадмия (CdTe), теллурид кадмия и цинка (CdZnTe), арсенид галлия (GaAs), иодид ртути (HgI) и т.д. Предпочтительно, сенсорный элемент 14 выполнен с возможностью преобразования принятых сигналов излучения непосредственно в соответствующие электрические сигналы, например заряды или токовые сигналы. Дополнительно, сенсорный элемент 14 предпочтительно выполнен с обеспечением возможности процесса преобразования, создавая пару электрон-дырка после приема единичного фотона, при этом электрон и/или дырка электронно-дырочной пары участвует в создании электрического сигнала, преобразованного из сигнала излучения, которым является фотон. Преимущественно, такой сенсорный элемент имеет высокую эффективность преобразования.
Элемент 16 интерпозера содержит переднюю поверхность 24 и заднюю поверхность 26, при этом передняя поверхность 24 параллельна задней поверхности 26. Элемент 16 интерпозера расположен между сенсорным элементом 14 и элементом 18 интегральной схемы, при этом передняя поверхность 24 элемента 16 интерпозера обращена к сенсорному элементу 14, а задняя поверхность 26 элемента 16 интерпозера обращена к элементу 18 интегральной схемы. Элемент 16 интерпозера простирается поперечно от первой боковой стороны 28а, b ко второй боковой стороне 30, противоположной первой боковой стороне 28. На первой боковой стороне 28а, b передняя поверхность 24 простирается поперечно больше, чем задняя поверхность 26 посредством выступа 32. Выступ 32 простирается вертикально от передней поверхности 24 до поверхности 34 выступа.
Элемент 18 интегральной схемы расположен между задней поверхностью 26 элемента 16 интерпозера и элементом 20 подложки. Элемент 18 интегральной схемы простирается поперечно от той же высоты края задней поверхности 26 на первой боковой стороне 28. Дополнительно элемент 18 интегральной схемы содержит секцию 62 схемы, простирающуюся поперечно больше, чем задняя поверхность 26 элемента 16 интерпозера, на второй боковой стороне 30. Элемент 18 интегральной схемы предпочтительно является специализированной интегральной схемой (ASIC), обеспечивающей высокую совместимость и надежность обработки сигнала, что преимущественно повышает целостность сигнала детектора 11.
В варианте, показанном на Фиг. 2а, поверхность 34 выступа расположена между передней поверхностью 24 и задней поверхностью 26 и параллельна передней и задней поверхностям 24, 26. Таким образом, элемент 16 интерпозера имеет меньшую толщину на первой боковой стороне 28а, b, чем на второй боковой стороне 30. В другом варианте осуществления элемент 16 интерпозера имеет большую толщину на первой боковой стороне 28a, b, чем на второй боковой стороне 30, при этом поверхность 34 выступа простирается вертикально над задней поверхностью 26 в направлении элемента 18 интегральной схемы.
Первая боковая сторона элемента 18 интерпозера содержит верхнюю боковую поверхность 28а и нижнюю боковую поверхность 28b, при этом верхняя боковая поверхность 28а соединяет переднюю поверхность 24 с поверхностью 34 выступа, а нижняя боковая поверхность 28b соединяет заднюю поверхность 26 с поверхностью 34 выступа. В варианте, показанном на Фиг. 2, и верхняя боковая поверхность 28а, и нижняя боковая поверхность 28b перпендикулярны передней поверхности 24 и задней поверхности 26. Кроме того, вторая боковая сторона 30 также перпендикулярна передней и задней поверхностям 24, 26. По меньшей мере одна из верхней боковой поверхности 28а, нижней боковой поверхности 28b и второй боковой поверхности 30 может быть не перпендикулярна передней и задней поверхностям 24, 26, как подробно показано на Фиг. 3.
Как показано на Фиг. 2а, на передней поверхности 24 элемента 16 интерпозера предусмотрена передняя контактная структура 36, содержащая множество передних контактных площадок 38. Передние контактные площадки 38 расположены так, что передние контактные площадки 38 поперечно разнесены друг с другом. Передние контактные площадки 38 выполнены с возможностью принимать электрические сигналы, преобразованные из сигналов излучения сенсорным элементом 14. Кроме того, передние контактные площадки 28 выполнены с возможностью направлять или маршрутизировать электрические сигналы через элемент 16 интерпозера на заднюю контактную структуру 40, предусмотренную на задней поверхности 26 элемента 16 интерпозера. Задняя контактная структура 40 содержит множество задних контактных площадок 42, которые расположены так, чтобы соседние задние контактные площадки 42 были разнесены друг от друга в поперечном направлении. Следует понимать, что количество передних и задних контактных площадок 38, 42 может варьироваться в разных вариантах осуществления сенсорного устройства 10.
Задние контактные площадки 42 выполнены с возможностью направлять электрические сигналы, проведенные через элемент 16 интерпозера, дальше на элемент 18 интегральной схемы. Каждый электрический сигнал направляется одной из передних контактных площадок 38 через элемент 6 интерпозера на соответствующую одну из задних контактных площадок 42.
Передние контактные площадки 38 снабжены первым поперечным размером 48, а задние контактные площадки 42 снабжены вторым поперечным размером 50. Предпочтительно, первый поперечный размер 48 больше, чем второй поперечный размер 50. Далее, предпочтительно, количество задних контактных площадок 42 равно количеству передних контактных площадок 38.
Как показано на Фиг. 2b, каждая передняя контактная площадка 38 и соответствующая ей задняя контактная площадка 42 соединены проводящей дорожкой 44а, b. Каждая проводящая дорожка 44а, b соединяет пару контактных площадок, содержащую переднюю контактную площадку 38а, b и заднюю контактную площадку 42а, b. Каждая проводящая дорожка 44а, b, как показано на Фиг. 2b, содержит одну или более вертикальных проводящих секций и одну или более поперечных проводящих секций. По существу проводящая дорожка может содержать одну или более вертикальных проводящих секций или она может быть продлена одной или более поперечной проводящей секцией. В предпочтительном варианте осуществления вертикальные проводящие секции реализованы как сквозные соединения, которые совместимы с любой технологией интерпозера, например, основанной на полиимиде, керамике, FR4 и пр.
Каждая передняя контактная площадка 38а, b выполнена с возможностью направлять электрический сигнал, соответствующий элементу изображения, такому как пиксель, из изображения, сгенерированного посредством обработки пиксельных сигналов, на одно или более средств формирования изображения (не показано). Пиксель сенсорного устройства 10 или пиксель устройства определяется электродами сенсорного элемента, при этом каждый электрод соединен с одной из первых контактных площадок 38а, b. Поэтому каждая передняя контактная площадка 38 соответствует пикселю сенсора. Электрические сигналы, направляемые передними контактными площадками 38, также известны как пиксельные сигналы, а первые поперечные размеры 48 известны как шаг пикселей сенсорного элемента 14 или шаг пикселей сенсора. По существу шаг пикселей сенсорного устройства 10 может иметь больший поперечный размер, чем передняя контактная площадка. Например, поперечный размер пикселя устройства может быть 300 мкм, в то время как поперечный размер передней контактной площадки 38, т.е. первый поперечный размер 48, может быть 100 мкм.
Каждая задняя площадка 42а, b выполнена с возможностью направлять электрический сигнал, проведенный через элемент 16 интерпозера, дальше на элемент 18 интегральной схемы, где этот электрический сигнал будет подвергнут обработке. Каждая задняя контактная площадка 42 соответствует пикселю схемы, а второй поперечный размер 50 можно назвать шагом пикселей схемы. Конфигурируя первый и второй поперечные размеры 48, 50 так, чтобы они имели разные размеры, детектор 11 снабжается разными шагами пикселей сенсора и пикселей схемы.
Как показано на Фиг. 2b, элемент 16 интерпозера содержит множество слоев 46, 46' интерпозера, расположенных один на другом по вертикали. Обе проводящие дорожки 44а, b выполнены с возможностью проводить электрический сигнал от передних контактных площадок 38а, b сначала через множество верхних слоев 46 интерпозера, начинающихся от передней поверхности 24, до того, как электрический сигнал проводится вертикально через множество нижних слоев 46' интерпозера, расположенных глубже, чем верхние слои 46 интерпозера, и затем на соответствующие задние контактные площадки 42а, b. На Фиг. 2b поперечные секции проводящих дорожек 44а, b простираются вдоль границ между соседними слоями 46, 46'. По существу проводящие дорожки от пикселей сенсора к пикселям схемы могут быть любыми дорожками, необходимыми для проведения сигналов всех пикселей, при этом проводящие дорожки 44а, b могут простираться в одном слое 46, 46'. В частности, каждая проводящая дорожка может простираться поперечно и вертикально, тем самым обходя выступ 32 в верхних слоях 46 интерпозера. В одном варианте осуществления длина проводящих дорожек уменьшается от первой боковой стороны 28 ко второй боковой стороне 30 элемента 16 интерпозера. На второй стороне соединение пикселя сенсора с пикселем схемы предпочтительно равно 1:1. Самый длинный путь задается необходимостью пройти от самых левых пикселей сенсора на первой боковой стороне 28 к самым левым пикселям схемы на первой боковой стороне 28 в представлении, показанном на Фиг. 2b.
В зависимости от действующих правил проектирования для данной технологии может возникнуть необходимость использовать множество слоев для проведения всех электрических сигналов. Поэтому элемент 16 интерпозера предпочтительно состоит из двух или более слоев, при этом минимальным количеством является два слоя, верхний и нижний. Каждый слой 46, 46' используется для поперечного проведения электрических сигналов, поэтому в них расположены поперечные проводящие секции. Вертикальное проведение электрических сигналов осуществляется предпочтительно через сквозные соединения, например заполненные металлом отверстия.
Передние контактные площадки 38 и/или задние контактные площадки 42 по существу могут быть сформированы с разными поперечными размерами. В частности, элемент 18 интегральной схемы имеет меньший поперечный размер, чем сенсорный элемент 14, что позволяет направлять входные/выходные сигналы и/или сигналы мощности из элемента 18 интегральной схемы и/или детектора 11 в пределах общей площади детектора 11. Преимущественно, любые два детектора 11 могут быть легко расположены рядом друг с другом, чтобы обеспечить возможность четырехсторонней стыковки сенсорного устройства 10. В предпочтительном варианте осуществления, где передние и задние контактные площадки 38, 42 имеются в одинаковом количестве, первый поперечный размер 48 больше второго поперечного размера 50.
Передние и задние контактные площадки 38, 42 могут содержать электропроводный материал, например металл и/или полупроводник. Элементы 16 интерпозера могут содержать полупроводниковый материал и/или полимерный материал. В частности, элементы 16 интерпозера могут быть сформованы с использованием прессованных слоев полиамида, полиимида, керамики, стекла, FR4 и/или кремния. Количество слоев 46, 46' интерпозера 16 в варианте, показанном на Фиг. 2b, равно 6. По существу это количество может отличаться от 6. Количество слоев является компромиссом между количеством сигналов, разницей в шаге и технологией. Например, в случае применения керамики для прессованных слоев пиксельные сигналы могут быть проведены в меньшем количестве слоев, чем если бы использовался FR4, в то время как размеры дорожек, такие как ширина и интервал, могли бы быть лучше разрешены. В предпочтительном варианте осуществления поперечные проводящие секции имеют длину примерно 6 мм, в то время как настоящее изобретение не ограничивается этой длиной. В другом предпочтительном варианте осуществления элемент 18 интегральной схемы содержит область, покрытую одной или более контактными площадками, которые используются для направления входных/выходных и/или силовых сигналов, при этом поперечный размер этой области предпочтительно, но без ограничения, равен 4-6 мм. Далее, предпочтительно, элемент 18 интегральной схемы содержит ASIC, поперечный размер которой на 4-6 мм меньше, чем поперечный размер элемента 16 интерпозера и/или чувствительного элемента 14. В другом предпочтительном варианте осуществления поперечный размер выступа 32 интерпозера 16 составляет, без ограничения, 4-6 мм.
На Фиг. 3а, b показан элемент 16 интерпозера с Фиг. 2а, b. Кроме того, штриховыми линиями показаны некоторые альтернативные формы выступа 32. На Фиг. 3а первый альтернативный вариант выступа 32 содержит поверхность 52 выступа, которая сформирована как наклонная поверхность, соединяющая переднюю поверхность 24 и заднюю поверхность 26 на первой стороне 28, при этом поверхность 53 выступа образована первой стороной 28. В другом варианте осуществления выступ 32 имеет поверхность 54 выступа, которая сформирована как непрямая поверхность, соединяющая переднюю поверхность 24 и заднюю поверхность 26 на первой боковой стороне 28, при этом поверхность 54 выступа образована первой боковой стороной 28.
В элементе 16 интерпозера, показанном на Фиг. 3b, верхняя боковая поверхность 56а, соединяющая поверхность 34' выступа и переднюю поверхность 24, сформирована как поверхность, наклоненная относительно передней поверхности 24. Нижняя боковая поверхность 56b, 56b', соединяющая поверхность 34' выступа и заднюю поверхность 26, сформирована как поверхность, наклоненная относительно задней поверхности 26, при этом угол 58 между нижней боковой поверхностью 56b, 56b' и задней поверхностью 26 может быть больше или меньше 90°. Следует понимать, что угол между верхней боковой поверхностью 56а и передней поверхностью 24 может быть меньше или больше 90°. Поверхность 34' выступа может быть параллельной передней и задней поверхностям 24, 26. В другом варианте осуществления поверхность 34' выступа сформирована как поверхность, наклоненная относительно передней и задней поверхностей 24, 26.
На Фиг. 3с, d вновь показан элемент 16 интерпозера с Фиг. 2, где штриховыми линиями показаны два дополнительных варианта осуществления второй боковой стороны 30. В варианте осуществления с Фиг. 3с вторая боковая сторона 60 образована поверхностью, наклоненной относительно передней и задней поверхностей 24, 26. Следует понимать, что угол между второй поверхностью 60 и передней поверхность 24 может быть больше или меньше 90°. В варианте осуществления с Фиг. 3d вторая боковая сторона 60' сформирована как неровная поверхность, что позволяет создать углубление по сравнению с вариантом, показанным на Фиг. 2. Следует понимать, что вторая поверхность 60' также может быть выполнена так, чтобы простираться поперечно больше передней и задней поверхности 24, 26.
На Фиг. 4 показаны два соседних детектора 11a, 11b из сенсорной матрицы 22 с Фиг. 1. Каждый из элементов 18a, 18b интегральной схемы содержит участок 62a, 62b схемы, который простирается поперечно больше, чем вторая боковая поверхность 30a, 30b элемента 16a, 16b интерпозера. Участок 62a схемы первого детектора 11а выполнен с возможностью вертикального перекрывания с поверхностью 34b выступа второго детектора 11b. Поперечный размер участка 62a схемы предпочтительно, но без ограничения, равен 4-6 мм. Кроме того, участок 62a схемы первого детектора разнесен по вертикали с поверхностью 34b выступа второго детектора 11b. Это позволяет ступенчатое расположение первого и второго детекторов 11a, 10b, делая возможным четырехстороннюю стыковку сенсорной матрицы 22. Кроме того, это позволяет расположить соединения между элементом интегральной схемы и элементом электронного устройства, например вышеупомянутым элементом подложки.
В варианте, показанном на Фиг. 4, элементы 20а, 20b подложки первого и второго детекторов 11а, 11b выполнены так, чтоб простираться поперечно больше, чем элементы 18а, 18b, соответственно. Кроме того, для соединения части элемента 20а, 20b подложки, простирающейся поперечно больше, чем элементы 18а, 18b интегральной схемы с контактными площадками 66а, 66, соответственно, предусмотрено проволочное соединение 64а, 64b, при этом контактные площадки 66а, 66b предусмотрены на соответствующих участках 62а, 62b схемы. Как показано на Фиг. 4, участок 62а схемы первого детектора 11а смещен вбок от элемента 18b интегральной схемы второго детектора 11b. Это позволяет создать зазор между двумя соседними элементами 18а, 18b интегральной схемы, чтобы можно было расположить соединение, такое как проволочное соединение 64а.
Предпочтительно, проволочное соединение 64а выполнено с возможностью направлять входные/выходные и сигналы мощности между элементом 18а интегральной схемы и элементом 20а подложки. Эти входные/выходные сигналы являются, например, цифровыми управляющими сигналами, сигналами считывания данных и/или аналоговыми сигналами. Эти электрические сигналы, в частности пиксельные сигналы, которые были проведены через элемент 16а интерпозера, обрабатываются элементом 18а интегральной схемы. Предпочтительно, обработанные пиксельные сигналы не требуется выводить. Результат обработки может быть считан с помощью входных/выходных сигналов. Считанные данные предпочтительно используются для формирования изображения, соответствующего обработанным падающим фотонам.
Преимущественно, входные/выходные и/или сигналы мощности не направляются через элемент 16а интерпозера. В известном устройстве сенсора как проводящие дорожки для пиксельных сигналов (показанные на Фиг. 2b), так и дорожки для направления входных/выходных и/или силовых сигналов расположены внутри элемента интерпозера. Это значит, что проводящие дорожки для пиксельных сигналов имеют емкостную связь с проводящими дорожками для входных/выходных и/или силовых сигналов. В предлагаемом сенсорном устройстве 10, однако, сигнальные помехи, наводки и шум между входными/выходными и/или силовыми сигналами с одной стороны и пиксельными сигналами с другой стороны существенно снижены. Это ведет к большей целостность сигнала, в то же время делая возможной четырехстороннюю стыковку.
На Фиг. 5 показан альтернативный вариант осуществления для варианта с Фиг. 4. Детекторы 11с, 11d практически такие же, что показаны на Фиг. 4, за исключением того, что элементы 20а, b подложки заменены гибкой подложкой 68с, 68d. Гибкие подложки 68с, 68d электрически соединены с соответствующими участками 62с, 62d схемы первого и второго детекторов 11c, 11d, предпочтительно, через свою контактную площадку. В предпочтительном варианте осуществления каждая гибкая подложка 68c, 68d содержит компонент Flip Chip и/или печатную плату.
Во всех вариантах, показанных выше, выступ 32 элемента 16, 16', 16a-d интерпозера может быть выполнен травлением, в частности химическим травлением, шлифованием и/или механическим фрезерованием. Альтернативно выступ 32 может быть сформирован во время изготовления элемента 16, 16', 16a-d интерпозера. Один или более компонентов отдельного детектора 11 имеют предпочтительно прямоугольное, в частности, квадратное сечение относительно нормали к поверхности, перпендикулярной к передней поверхности 24, хотя можно создать и шестигранное или круглое сечение.
На Фиг. 6 показано схематическое представление системы 70 визуализации для обнаружения сигналов излучения субъекта, содержащей источник 72 излучения для генерирования множества сигналов 74 излучения, направляющее излучение средство 76 для направления генерируемых сигналов 74 излучения, в частности фотонов, на субъект 78 и сенсорное устройство 10 для обнаружения направленных сигналов 74 излучения, передаваемых через субъект 78. Источником 72 излучения может быть предпочтительно точечный источник. Сенсорное устройство 10 расположено на противоположной стороне от источника 72 излучения и направляющего излучение средства 76 относительно пациента 78.
Предпочтительно сенсорное устройство 10 содержит матрицу детекторов 11, которые выставлены в линию. Альтернативно, как показано на Фиг. 7, в другом варианте осуществления системы 70' визуализации сенсорное устройство 10' содержит матрицу детекторов 11, которые выставлены с образованием кривой. Далее, предпочтительно, источник 72' излучения системы 70' визуализации с Фиг. 7 содержит внутреннее направляющее излучение средство, причем источник 72' излучения также сформирован по кривой. Например, источник 72' излучения содержит множество отдельных точечных источников, расположенных на криволинейной поверхности. Предпочтительно источник 72' излучения и сенсорное устройство 10' расположены по кольцу и выполнены с возможностью вращения вокруг оси так, чтобы сигналы 74' излучения могли падать на пациента 78 с разных направлений. Следует понимать, что источник 72 излучения и/или сенсорное устройство 10 датчика в системе 70 визуализации с по Фиг. 6 также могут вращаться вокруг оси. Кроме того, сенсорное устройство 10 с Фиг. 6 также может содержать криволинейную матрицу детекторов 11, как показано на Фиг. 7.
Системы 70, 70' визуализации могут быть КТ системами, предпочтительно системами спектральной КТ. Для этого источники 72, 72' излучения выполнены с возможностью испускать рентгеновские лучи, используя один или более известных способов, например термоионную или твердотельную эмиссию электронов, вольфрамовую нить, вольфрамовую пластину, полевой эмиттер, термоэлектронный полевой эмиттер, распределенный катод, термоионный катод, фотоэмиттер и/или ферроэлектрический катод. В систему 70, 70' визуализации может быть интегрирован системный контроллер, который управляет мощностью и/или сигналами системы 70, 70' визуализации. Также может быть интегрирован один или более дисплеев для отображения медицинских изображений, генерируемых с использованием системы визуализации 70, 70'. КТ система визуализации, в частности спектральная КТ, имеет площадь покрытия типично 1000×64 мм или более. При четырехсторонней стыковке отдельные детекторы 11 выполнены с возможностью образования датчика 10, 10' мозаичным способом.
Хотя настоящее изобретение было проиллюстрировано на чертежах и подробно описано в вышеприведенном описании, эти иллюстрации и описание следует считать иллюстративными или примерными, а не ограничивающими. Изобретение не ограничивается описанными вариантами. Специалисты в ходе внедрения изобретения могут создать другие варианты, изучив чертежи, описание и приложенную формулу.
В формуле изобретения слово «содержащий» не исключает наличия других элементов или этапов, а элементы, представленные в единственном числе, не исключают наличия множества таких элементов. Один элемент или другой узел может выполнять функции нескольких предметов, приведенных в формуле изобретения. Один только факт того, что некоторые признаки перечислены в разных зависимых пунктах формулы, не указывает на то, что нельзя использовать комбинацию таких признаков.
Компьютерная программа может храниться/распространяться на подходящем носителе, например оптическом носителе или твердотельном носителе, который поставляется вместе с другими аппаратными средствами, или быть их частью, но может распространяться и в других формах, например, через интернет или по другим проводным или беспроводным телекоммуникационным системам.
Любые позиции в формуле изобретения не должны толковаться как ограничивающие ее объем.