JP6126758B1 - 放射線信号を検出するためのセンサ装置及び画像化システム - Google Patents

Abstract

本発明は、放射線信号を検出するためのセンサ装置に関する。４辺で接合可能な能力を維持しつつ、高いシグナル・インテグリティ及びコスト効率を可能にするために、提案されたセンサ装置は、複数の検出器（１１，１１ａ，ｂ）を有するセンサアレイ（２２）と、受けた放射線信号（７４，７４’）を複数の対応する電気信号に変換するためのセンサ素子（１４）と、第１面（２８）と第２面（３０）との間で横方向に延びるインターポーザ要素（１６，１６ａ〜１６ｄ）と、集積回路素子（１８，１８ａ〜１８ｄ）とを含む。インターポーザ要素（１６，１６ａ〜１６ｄ）は、センサ素子（１４）に面する前面（２４）と、前面（２４）に対して平行な背面（２６）とを含み、背面（２６）に設けられた背面コンタクト構成（４０）に電気信号を導くために、前面コンタクト構成（３６）が、前面（２４）に設けられる。集積回路素子は、背面（２６）に面しており、且つ背面コンタクト構成（４０）に電気的に接続される。

Description

本発明は、放射線信号を検出するためのセンサ装置及び画像化システムに関する。これは、コンピュータ断層撮影法、特に直接変換に基づくスペクトルコンピュータ断層撮影法等のイメージング技術の用途に見受けられる。

イメージング技術は、材料の特性に関する情報を得るために、材料の構造を検討するために広く使用されている。医用イメージングでは、被験体の構造を画像化するために、様々なイメージング技術が使用される。具体的には、コンピュータ断層撮影法（CT）、スペクトルＣＴ、ポジトロン放出断層撮影法（PET）、単光子放出コンピュータ断層撮影法（SPECT）によって、非侵襲的な方法で患者の内部構造を画像化することが可能である。

前述したイメージング技術、特にＣＴ及びスペクトルＣＴでは、被験体は、放射線源によって放出される放射線信号、具体的にはＸ線によって照射され、被験体は、複数の方向で照射を受けることになる。放射線信号は、照射被験体を透過し、その被験体内で、放射線信号は、部分的に吸収され及び／又は散乱される。透過した放射線信号は、その後、照射被験体に対して放射線源の反対側に位置付けされたセンサ装置によって検出される。

特定のイメージング技術に応じて、放射線信号は、特定の波長の光子、又は特定の電磁スペクトルの複数の波長であってもよい。例えば、ＣＴ、マンモグラフィ、及び蛍光透視法を含むＸ線ベースのイメージング技術は、典型的には、Ｘ線を放出するＸ線放射線源を利用しており、センサ装置は、被験体を透過したＸ線を検出するように構成される。ＰＥＴは、陽電子を利用する一方、ＳＰＥＣＴは、ガンマ線を利用する。

放射線信号又は光子を電気的に処理できるようにするために、センサ装置は、センサ装置が受けた放射線信号を対応する電気信号に変換するように構成され、その対応する電気信号は、集積回路（IC）素子等の１つ又は複数の電子エンティティに導かれ及び／又は処理され、医用画像の生成を可能にし、及び／又は支援する。

照射被験体に関する情報を可能な限り完全に反映した医用画像を取得することが望ましい。この目的のために、照射被験体を透過した様々な方向の光子を、検出し、計数し、及び（例えば、スペクトルＣＴのために）おそらくエネルギーによって区別する必要がある。また、ＣＴシステムは、臨床的に関連する診断について大規模なカバー範囲を提供する必要がある。加えて、小さい寸法の構造の詳細を検出可能にするように、高い画像解像度の医用画像を取得することも望ましい。センサ装置は、少なくとも１つのセンサアレイを形成する複数の検出器を含む。特に、検出器は、それら検出器が４辺で接合可能となる(four-sidely buttable)ように配置される、すなわち、検出器は、様々な平面方向に互いに隣接して配置される。このように、ＣＴセンサ装置は、十分なカバー範囲を提供するように構築することができる、すなわち、身体の有意な部分（例えば、心臓）を単一の回転で画像化することができる。

４辺での接合可能性を提供する多数のセンサ装置が、知られている。しかしながら、イメージング技術分野で公知のセンサ装置は、シグナル・インテグリティ及びコスト効率が制限されている。

引用文献１には、平面検出器アレイを形成するために、基板の第１面に配置された複数のタイル化可能なセンサ・スタックを有する検出器アレイが、開示されている。複数のタイル化可能なセンサ・スタックのそれぞれは、検出器、集積回路、及びインターポーザ要素を含む。インターポーザ要素は、検出器と集積回路との間に配置され、且つ検出器を集積回路に動作可能に結合するように構成される。

引用文献２には、その両側にアノード及びカソードを有し、直接変換(direct conversion)結晶を含む直接変換検出器の集積モジュールだけでなく、直接変換結晶と電気的に通信する集積回路も開示している。再配線層が、アノード層上に堆積され、アノード層は、直接変換結晶のパッドアレイのレイアウトを所定のリードパターンに適合させるように構成される。

米国特許第８，５７５，５５８号 米国特許出願公開第２０１０／３２７１７３号明細書

４辺の接合可能性の機能を維持しつつ、高いシグナル・インテグリティ及びコスト効率を可能にする、被験体の放射線信号を検出するためのセンサ装置及び画像化システムを提供することを目的とする。

本発明の第１の態様では、複数の検出器を有するセンサアレイを含む、放射線信号を検出するためのセンサ装置が提示される。各検出器は、被験体を透過する又は被験体から放射される複数の放射線信号を受けるためのレシーバ面と；受けた放射線信号を複数の対応する電気信号に変換するためのセンサ素子と；第１面と第２面との間で横方向に延びるインターポーザ要素であって、インターポーザ要素は、センサ素子に面する前面と前面に対して平行な背面とを含み、電気信号を背面に設けられた背面コンタクト構成に導くために、前面コンタクト構成が、前面に設けられる、インターポーザ要素と：背面に面しており且つ背面コンタクト構成に電気的に接続される集積回路素子であって、集積回路素子は、第２面で背面の外側で横方向に延びる回路部分を含む、集積回路素子と；を有しており、前面は、押出面を含む押出し部による第１面で背面の外側で横方向に延びており、センサアレイの第１の検出器の回路部分は、第１の検出器に隣接する第２の検出器の押出面と縦方向に重なり、且つこの押出面から縦方向に離間される。

本発明の第２の態様では、被験体の放射線信号を検出するための画像化システムが、提示されており、この画像化システムは、複数の放射線信号を生成するための放射線源と；生成された放射線信号を被験体に導くための放射線方向付け手段と；被験体から放射される有向した放射線信号を検出するための、本明細書に開示されるセンサ装置と；を有する。

本発明の好ましい実施形態は、従属請求項に規定される。特許請求の範囲に記載された画像化システムは、請求項に記載されたセンサ装置及び従属請求項に規定されるような同様の及び／又は同一の好ましい実施形態を有することを理解すべきである。

放射線源によって生成された放射線信号は、被験体を透過して、レシーバ面によって受ける。その後、受けた放射線信号は、センサ素子によって対応する電気信号に変換され、対応する電気信号は、後で、インターポーザ要素を介して集積回路素子で処理される。インターポーザ要素の機能は、検出器が、高い構造安定性を有して実現されるようにセンサ素子を機械的に支持することである。具体的には、検出器は、隣接する検出器同士の間の不要なミスマッチ、ギャップ、及び／又はオフセットを回避しながら、センサアレイを形成するように整列される。

また、前面コンタクト構成及び背面コンタクト構成は、受けた放射線信号を変換して得られた電気信号を所望の方法で案内する又は転送するのを可能にする。具体的には、前面コンタクト構成及び背面コンタクト構成は、集積回路素子、特に特定用途向け集積回路（ASIC）との高い互換性を有する。集積回路素子、特にＡＳＩＣは、電荷を積分するように構成され、且つその高さが入射(impinging)放射線信号のエネルギーに比例したパルス、例えば光子を形成する。

本発明に係るインターポーザ要素は、インターポーザ要素の前面がインターポーザ要素の２つの側面の一方で背面の外側で延びる押出部を含む。このように、検出器は、センサアレイとして交互に配置することができ、それによって４辺のタイル化(four-sided tileability)を可能にする。これは、検出器を全ての平面方向に互いに隣接して配置するのを可能にすることによって、センサ装置の大規模なカバー範囲を有利にもたらす。

インターポーザ要素の前面及び背面が互いに平行であるので、インターポーザ要素の製造は、センサ装置を高いコスト効率で実現するのに、極めて容易である。さらに、２つの非平行な面により生じ得る望ましくない歪みの影響が、大幅に低減され、又はさらに回避される。有利には、例えば、インターポーザの背面と集積回路素子との間に追加の補償要素を追加することにより、このような望ましくない歪みの影響を補償する必要がなくなる。

回路部分と押出面との間の縦方向の重なりによって、隣接する検出器同士の間に凹部の形成が可能になり、この凹部には、集積回路素子、特にＡＳＩＣと基板等の電子エンティティとの間に相互接続を配置することができる。こうして、インターポーザ要素の外部の入力／出力（I/O）及び／又は電力信号を処理する実現性が、提供され、有利には、Ｉ／Ｏ及び／又は電力信号をインターポーザ要素内のルーティング信号から分離することを可能にする。このように、インターポーザ要素内に導かれた画素信号と、Ｉ／Ｏ及び／又は電力信号との間の望ましくない干渉が、容易に回避され、高品質の画素信号をもたらす。また、インターポーザ要素は、複雑性が低減した状態で実現することができる。

「放射線信号」は、Ｘ線、ガンマ線、及び／又は陽電子等の１つ又は複数の波長の光子を含むことができる。「電気信号」は、電荷信号及び／又は電流信号を含むことができる。第１の検出器及び第２の検出器は、センサアレイの任意の隣接する２つの検出器を指すことが理解される。用語「縦方向」と「横方向」は、インターポーザ要素の前面又は背面が存在する面、又はインターポーザ要素の前面又は背面に対して平行な面を基準にしている。

好ましい実施形態では、押出面は、前面と背面との間に配置される。こうして、凹部が、インターポーザ要素の押出面と背面との間に形成される。これによって、隣接する検出器の集積回路素子と電子エンティティ、例えば基板との間で、特に容易な方法で相互接続を配置するのが可能になる。機能性及びコスト効率が、有利に増大する。

別の好ましい実施形態では、押出面は、前面に対して平行な表面部分を含む。このような押出面は、押出し部内の歪みの影響等の不均一性の影響を低減する。さらに、このような押出面は、容易に製造することができる。有利には、センサ装置の機能性及びコスト効率が、増大する。

さらに好ましい実施形態では、インターポーザ要素の第１面は、前面と押出面とを接続する上側面、及び／又は背面と押出面とを接続する下側面を含み、上面側及び下側面の少なくとも一方は、前面に対して垂直である。これは、増大したコスト効率につながる容易な製造を可能にしながら、インターポーザ要素の構造的な均質性、したがって機械的安定性を向上させる。

さらに好ましい実施形態では、インターポーザ要素の第２面は、前面に対して垂直である。これは、インターポーザ要素の第２面上の歪みの影響を低減し、インターポーザ要素のより良好な構造的特定及び電子的特性をもたらすことが可能になる。

さらに好ましい実施形態では、検出器は、集積回路素子、特に回路部分に電気的に接続された基板要素をさらに含む。これは、集積回路素子と基板要素との間に信号、特にＩ／Ｏ及び／又は電力信号を導くことを可能にする。有利には、Ｉ／Ｏ及び／又は電力信号は、インターポーザ要素の外側で保持され、こうして、インターポーザ要素によって導かれる電気信号、特に画素信号との干渉を低減し、又はさらに回避する。

好ましくは、基板要素は、回路部分の外側で横方向に延びるように構成される。これは、集積回路素子の外部の案内経路を使用して、上述したＩ／Ｏ及び／又は電力信号を集積回路素子から基板要素に導くことが可能になり、それによって、望ましくない信号の干渉を有利に低減させる。

さらに好ましくは、基板要素は、回路部分に設けられたコンタクトパッドにワイヤボンディングにより電気的に接続される。ワイヤボンド（WB）技術は、特に低次元システムの電気相互接続を製造するための確立された技術である。有利には、ＷＢの適用は、集積回路素子と基板要素との間の相互接続の製造効率及び信頼性を向上させる。

さらに好ましい実施形態では、検出器は、フレキシブル基板をさらに含む。フレキシブル基板は、電子装置を取り付けるために確立された技術である。フレキシブル基板は、高い可撓性を有しており、様々な所望の形状で実現することができ、容易な製造及び高いシグナル・インテグリティをもたらす。フレキシブル基板は、ポリアミド、ＰＥＥＫ、及び透明な導電性ポリエステルの１つ又は複数の材料を含んでもよい。具体的には、フレキシブル基板は、プリント回路基板（PCB）として形成することができる。好ましくは、フレキシブル基板は、Ｉ／Ｏ及び／又は電力信号だけを導くために集積回路素子に接続される。さらに好ましくは、フレキシブル基板は、インターポーザ要素の表面全体に亘って延びており、及び／又はインターポーザ要素の２つの最下部の層にだけ設けることができる。

さらに好ましい実施形態では、第１の検出器の集積回路素子は、第２の検出器の集積回路素子から横方向に離間される。これは、隣接する検出器の集積回路素子同士の間にギャップの形成を可能にし、そのギャップは、有利には、集積回路素子と電子エンティティ、例えば前述した基板要素との間に相互接続を配置するのを可能にする。

さらに好ましい実施形態では、前面コンタクト構成は、複数の前面コンタクトパッドを含み、背面コンタクト構成は、複数の背面コンタクトパッドを含み、各前面コンタクトパッドは、電気信号の１つを背面コンタクトパッドの対応する１つに導くように構成される。これは、高い信頼性で、各単一の電気信号、特に画素信号をインターポーザ要素を介して導くことを可能にする。有利には、画像、特に医療画像を生成するために使用される、シグナル・インテグリティの画素信号を、取得することができる。

好ましくは、各前面コンタクトパッドには、第１の横方向寸法が設けられ、各背面コンタクトパッドには、第２の横方向寸法が設けられ、第１の横方向寸法は、第２の横方向寸法よりも大きい。これは、Ｉ／Ｏ及び／又は電力信号を集積回路素子内に及び／又は集積回路素子の外部に導くために、集積回路素子内に十分な大きさの領域、特に十分な大きさの面積を提供することを可能にする。また、これは、センサ装置のタイル化に有利である。

さらに好ましくは、前面コンタクトパッドの数は、背面コンタクトパッドの数と同じである。これは、インターポーザ要素内の低雑音信号のルーティングを可能にする。

さらに好ましい実施形態では、インターポーザ要素は、プレス層、特にプレスしたポリアミド層を用いて形成される。これは、特に、厚さ及び断面について高い精度のインターポーザ要素の容易な製造を可能にする。

実施形態に係る複数の検出器を含むセンサアレイの概略図である。 図１の検出器のうちの１つの概略図である。 図１の検出器のうちの１つの概略図である。 図２の検出器のインターポーザ要素の概略図である。 図２の検出器のインターポーザ要素の概略図である。 図２の検出器のインターポーザ要素の概略図である。 図２の検出器のインターポーザ要素の概略図である。 図１の隣接する２つの検出器の概略図である。 別の実施形態に係る隣接する２つの検出器の概略図である。 実施形態に係る画像化システムの概略図である。 別の実施形態に係る画像化システムの概略図である。

本発明のこれらの態様及び他の態様は、以下に説明する実施形態（複数可）を参照して説明され、その実施形態から明らかとなるだろう。
図１は、被験体の放射線信号を検出するための、複数の検出器１１を含むセンサ装置１０の概略図を示す。各検出器１１は、レシーバ面１２、センサ素子１４、インターポーザ要素１６、及び集積回路素子１８を含む。好ましくは、各検出器１１は、基板要素２０をさらに含む。複数の検出器１１は、センサアレイ２２を形成するように配置されており、個々の検出器１１は、個々のレシーバ面１２がセンサアレイ２２の同じ側に配置されるように整列される。センサアレイ２２は、図１に示される実施形態では直線状に配置された８つの検出器１１を含む。別の実施形態では、検出器１１は、湾曲に沿って少なくとも部分的に配置される。一般に、検出器１０の数は、８つよりも大きくても、又は小さくてもよい。

図２ａは、検出器１１をより詳細に示している。レシーバ面１２は、好ましくは、センサ素子１４の上面として形成される。レシーバ面１２は、好ましくは、センサ素子１４の上部電極又はカソードを含み、さらに、インターポーザ要素１６を接続するその底面に背面電極又はアノードを含む。カソードとアノードとの間に、センサ素子１４は、テルル化カドミウム（CdTe）、テルル化カドミウム亜鉛（CdZnTe）、ガリウム砒素（GaAs）、ヨウ化水銀（HgI）等の直接変換放射線感知に適した材料で作製されたバルクを含む。好ましくは、センサ素子１４は、受けた放射線信号を電荷又は電流信号等の対応する電気信号に直接的に変換するように構成される。さらに好ましくは、センサ素子１４は、単一の光子を受けた後に電子・正孔対を生成することにより、変換処理を可能にするように構成され、電子・正孔対の電子及び／又は正孔は、放射線信号から変換された電気信号が光子に対応するように寄与する。有利には、このようなセンサ素子は、高い変換効率を有する。

インターポーザ要素１６は、前面２４及び背面２６を含んでおり、前面２４は、背面２６に対して平行である。インターポーザ要素１６は、センサ素子１４と集積回路素子１８との間に配置される一方、インターポーザ要素１６の前面２４は、センサ素子１４に面しており、インターポーザ要素１６の背面２６は、集積回路素子１８に面している。インターポーザ要素１６は、第１面２８ａ，２８ｂから第１面２８の反対側の第２面３０に横方向に延びる。前面２４は、押出し部３２による第１面２８ａ，２８ｂで背面２６の外側で横方向に延びる。押出し部３２は、前面２４から押出面３４に縦方向に延びる。

集積回路素子１８は、インターポーザ要素１８の背面２６と基板要素２０との間に配置される。集積回路素子１８は、第１面２８ｂで背面２６の縁部と同じ高さから横方向に延びる。また、集積回路素子１８は、第２面３０でインターポーザ要素１８の背面２６の外側で横方向に延びる回路部分６２を含む。集積回路素子１８は、好ましくは、信号処理の高い互換性及び信頼性を提供する特定用途向け集積回路（ＡＳＩＣ）であり、有利には検出器１１の増大したシグナル・インテグリティをもたらす。

図２ａに示される実施形態では、押出面３４は、前面２４と背面２６との間に配置され、且つ前面２４及び背面２６に対して平行である。こうして、インターポーザ要素１６は、第２面３０と比べて小さい厚さの第１面２８ａ，２８ｂを有する。別の実施形態では、インターポーザ要素１６は、第２面３０と比べて大きな厚さの第１面２８ａ，２８ｂを有しており、押出面３４は、集積回路素子１８の方向に背面２６の外側で縦方向に延びる。

インターポーザ要素の第１面は、上側面２８ａ及び下側面２８ｂを含み、上側面２８ａは、前面２４と押出面３４とを接続し、下側面２８ｂは、背面２６と押出面３４とを接続する。図２に示される実施形態では、上側面２８ａ及び下側面２８ｂの両方は、前面２４及び背面２６に対して垂直である。また、第２面３０も、前面２４及び背面２６に対して垂直である。図３に詳細に示されるように、上側面２８ａ、下側面２８ｂ、及び第２面３０の少なくとも１つは、前面２４及び背面２６に対して非垂直とすることができる。

図２ａに示されるように、前面コンタクト構成３６が、複数の前面コンタクトパッド３８を含むインターポーザ要素１６の前面２４に設けられる。前面コンタクトパッド３８は、隣接するコンタクトパッド３８を互いに横方向に離間させるように配置される。前面コンタクトパッド３８は、センサ素子１４により放射線信号から変換された電気信号を受信するように構成される。また、前面コンタクトパッド３８は、インターポーザ要素１６を介してインターポーザ要素１６の背面２６に設けられた背面コンタクト構成４０に電気信号を導く又はルーティングするように構成される。背面コンタクト構成４０は、複数の背面コンタクトパッド４２を含んでおり、背面コンタクトパッド４２は、隣接する背面コンタクトパッド４２を横方向に離間させるように配置される。前面コンタクトパッド３８及び背面コンタクトパッド４２の数は、センサ装置１０の異なる実施形態では変化し得ることが理解される。

背面コンタクトパッド４２は、インターポーザ要素１６を介してルーティングされた電気信号を集積回路素子１８にさらに導くように構成される。全ての電気信号は、前面コンタクトパッド３８の１つによって、インターポーザ要素１６を介して背面コンタクトパッド４２の対応する１つにルーティングされる。

前面コンタクトパッド３８には、第１の横方向寸法４８が設けられ、及び背面コンタクトパッド４２には、第２の横方向寸法５０が設けられる。好ましくは、第１の横方向寸法４８は、第２の横方向寸法５０よりも大きい。さらに好ましくは、背面コンタクトパッド４２の数は、前面コンタクトパッド３８の数と同じである。

図２ｂに示されるようは、全ての前面コンタクトパッド３８及びその対応する背面コンタクトパッド４２は、配線経路４４ａ，４４ｂにより接続される。各配線経路４４ａ，４４ｂは、前面コンタクトパッド３８ａ，３８ｂ及び対応する背面コンタクトパッド４２ａ，４２ｂを含む一対のコンタクトパッドを接続する。図２ｂに示されるように、各配線経路４４ａ，４４ｂは、１つ又は複数の縦方向配線セクション及び１つ又は複数の横方向配線セクションを含む。一般に、配線経路は、１つ又は複数の縦方向配線セクションを含み得るが、その配線経路は、１つ又は複数の横方向配線セクションによって拡張することができる。好ましい実施形態では、縦方向配線セクションは、ポリイミド、セラミック、ＦＲ４ベース等の、任意のインターポーザ技術と互換性のあるビアとして実現される。

各前面コンタクトパッド３８ａ，３８ｂは、画素信号を処理することにより生成された画像の画素等の画像素子に対応した電気信号を１つ又は複数の画像生成手段（図示せず）にルーティングするように構成される。センサ装置１０の画素又は装置の画素は、センサ素子の電極によって規定され、各電極は、前面コンタクトパッド３８ａ，３８ｂの１つに接続される。こうして、各前面コンタクトパッド３８は、センサ画素に対応する。前面コンタクトパッド３８によって導かれる電気信号は、画素信号としても知られており、第１の横方向寸法４８は、センサ素子１４の画素ピッチ、又はセンサ画素ピッチとして知られている。一般に、センサ装置１０の装置画素は、前面コンタクトパッドよりも大きな横方向サイズを含んでもよい。例えば、装置画素の横方向のサイズは、３００μｍであってもよく、前面コンタクトパッド３８の横方向のサイズ、すなわち第１の横方向寸法４８は、１００μｍであってもよい。

各背面コンタクトパッド４２ａ，４２ｂは、インターポーザ要素１６を介してルーティングされた電気信号を、電気信号が処理される集積回路素子１８にさらに導くように構成される。各背面コンタクトパッド４２は、回路画素に対応し、第２の横方向寸法５０は、回路画素ピッチと呼ぶことができる。異なるサイズを有する第１の横方向寸法４８及び第２の横方向寸法５０を構成することにより、検出器１１には、異なるセンサ画素ピッチ及び回路画素ピッチが設けられる。

図２ｂに示されるように、インターポーザ要素１６は、互いの上部に縦方向にスタックされた複数のインターポーザ層４６，４６’を含む。両方の配線経路４４ａ，４４ｂは、電気信号を上部インターポーザ層４６よりも深く配置された複数の下部インターポーザ層４６’を介して縦方向にルーティングする前に、電気信号を前面コンタクトパッド３８ａから、前面２４から開始する複数の上部インターポーザ層４６を最初に介して、その後対応する背面コンタクトパッド４２ａ，４２ｂにルーティングするように構成される。図２ｂでは、配線経路４４ａ，４４ｂの横方向配線セクションは、隣接する層４６，４６’の間の界面に沿って延びる。一般に、センサ画素から回路画素への配線経路は、全ての画素信号をルーティングするために必要なトラックを有することができ、配線経路４４ａ，４４ｂは、１つの層４６，４６’内に延びてもよい。具体的には、各配線経路は、横方向及び縦方向に延びることができ、それにより上部インターポーザ層４６内の押出し部３２をブリッジする。実施形態では、配線経路の長さは、インターポーザ要素３０の第１面２８から第２面３０に向けて減少する。第２面において、回路画素に対するセンサ画素の接続は、好ましくは１：１である。最長の配線経路は、図２ｂに示される図面で、第１面２８の左端のセンサ画素を第１面２８の左端の回路画素にルーティングする必要性によって与えられる。

所与の技術の実際の設計ルールに応じて、全ての電気信号をルーティング可能なようにするために、複数の層に頼る必要性があり得る。こうして、インターポーザ要素１６は、好ましくは、２つ以上の層で構成され、最小値は、上部層及び底部層を形成する２つである。各層４６，４６’は、電気信号の横方向配線に使用され、こうして、横方向配線セクションに適合する。電気信号の縦方向配線は、好ましくは、金属が充填された孔等のビアによって促進される。

前面コンタクトパッド３８及び／又は背面コンタクトパッド４２は、一般に、異なる横方向寸法で形成してもよい。具体的には、集積回路素子１８は、センサ素子１４よりも小さい横方向寸法を有しており、Ｉ／Ｏ及び／又は電力信号を、検出器１１の全領域内であって集積回路素子１８及び／又は検出器１１の外部に導くことを可能にする。有利には、任意の２つの検出器１１は、センサ装置１０の４辺のタイル化を可能にするように、互いに隣接して容易に配置することができる。前面コンタクトパッド３８及び背面コンタクトパッド４２が同じ数で設けられる好ましい実施形態では、第１の横方向寸法４８は、第２の横方向寸法５０よりも大きい。

前面コンタクトパッド３８及び背面コンタクトパッド４２は、金属及び／又は半導体等の導電性材料を含むことができる。インターポーザ要素１６は、半導体材料及び／又はポリマー材料を含むことができる。特に、インターポーザ要素１６は、ポリアミド、ポリイミド、セラミック、ガラス、ＦＲ４、及び／又はシリコンのプレス層を用いて形成することができる。インターポーザ層４６，４６’の数は、図２ｂに示される実施形態では６つである。一般に、この数は、６つとは異なる数でもよい。層の数は、信号の数と、ピッチの差と、技術との間のトレードオフである。例えば、セラミックがプレス層として使用されるケースでは、画素信号は、ＦＲ４が用いられる場合よりも少ない数の層でルーティングすることができ、幅及び間隔等の配線機構のサイズは、より良好に解決される。好ましい実施形態では、横方向配線セクションは、約６ミリメートル（ｍｍ）の長さを含むが、本願は、この長さに限定されるものではない。別の好ましい実施形態では、集積回路素子１８は、Ｉ／Ｏ及び／又は電力信号を導くために使用された１つ又は複数のコンタクトパッドにより覆われた領域を含み、この領域の横方向寸法は、好ましくは４〜６ｍｍであるが、これに限定されるものではない。さらに好ましい実施形態では、集積回路素子１８は、ＡＳＩＣを含み、ＡＳＩＣの横方向寸法は、インターポーザ要素１６及び／又はセンサ素子１４の横方向寸法よりも小さく、４〜６ｍｍである。別の好ましい実施形態では、インターポーザ１６の押出し部３２の横方向寸法は、４〜６ｍｍであるが、これに限定されるものでない。

図３ａ〜図３ｂは、図２ａ〜図２ｃのインターポーザ要素１６を示している。また、いくつかの代替形態では、破線を用いて押出し部３２を示している。図３ａでは、押出し部３２の第１の代替実施形態は、前面２４及び背面２６を第１面２８に接続する傾斜面として形成される押出面５２を含み、押出面５２は、第１面２８によって提供される。別の実施形態では、押出し部３２は、前面２４及び背面２６を第１面２８に接続する曲がった面として形成される押出面５４を含み、押出面５４は、第１面２８によって提供される。

図３ｂに示されるインターポーザ要素１６では、押出面３４’及び前面２４を接続する上側面５６ａは、前面２４に対して傾斜面として形成される。押出面３４’及び背面２６を接続する下側面５６ｂ，５６ｂ’は、背面２６に対して傾斜面として形成され、下側面５６ｂ，５６ｂ’と背面２６との間の角度５８は、９０°よりも小さくても、又は大きくてもよい。上側面５６ａと前面２４との間の角度は、９０°よりも小さくても、又は大きくてもよいことが理解される。押出面３４’は、前面２４及び背面２６に対して平行であってもよい。別の実施形態では、押出面３４’は、前面２４及び背面２６に対して傾斜面として形成される。

図３ｃ〜図３ｄは、図２のインターポーザ要素１６を再び示しており、第２面３０の２つの追加の実施形態が、破線で示されている。図３ｃの実施形態では、第２面６０が、前面２４及び背面２６面に対して傾斜面として形成される。第２面６０と前面２４との間の角度は、９０°よりも小さくても、又は大きくてもよいことが理解される。図３ｄの実施形態では、第２面６０’は、曲がった面として形成され、図２に示される実施形態と比較して凹部の形成を可能にする。第２面６０’は、前面２４及び背面２６の外側で横方向に延びるように構成してもよいことが理解される。

図４は、図１のセンサアレイ２２の隣接する２つの検出器１１ａ，１１ｂを示している。集積回路素子１８ａ，１８ｂは、それぞれ、インターポーザ要素１６ａ，１６ｂの第２面３０ａ，３０ｂの外側で横方向に延びる回路部分６２ａ，６２ｂを含む。第１の検出器１１ａの回路部分６２ａは、第２の検出器１１ｂの押出面３４ｂと縦方向に重なるように構成される。回路部分６２ａ，６２ｂの横方向寸法は、好ましくは４〜６ｍｍであるが、これに限定されるものではない。また、第１の検出器の回路部分６２ａは、第２の検出器１１ｂの押出面３４ｂから縦方向に離間される。これは、第１及び第２の検出器１１ａ，１１ｂを交互に配置するのを可能にし、センサアレイ２２の４辺のタイル化を可能にする。さらに、これは、第１の検出器１１ａの回路部分６２ａと基板要素２０ａとの間に相互接続を配置することを可能にする。

図４に示される実施形態では、第１及び第２の検出器１１ａ，１１ｂの基板要素２０ａ，２０ｂは、それぞれ、集積回路素子１８ａ，１８ｂの外側で横方向に延びるように構成される。また、ワイヤボンド６４ａ，６４ｂは、それぞれ、集積回路素子１８ａ，１８ｂの外側で横方向に延びる基板要素２０ａ，２０ｂの一部をコンタクトパッド６６ａ，６６ｂに接続するために設けられ、コンタクトパッド６６ａ，６６ｂは、それぞれの回路部分６２ａ，６２ｂに設けられる。図４に示されるように、第１の検出器１１ａの回路部分６２ａは、第２の検出器１１ｂの集積回路素子１８ｂから横方向に離間している。これは、隣接する２つの集積回路素子１８ａ，１８ｂ同士の間にギャップの形成を可能にし、ワイヤボンド６４ａ等の相互接続を配置することを可能にする。

好ましくは、ワイヤボンド６４ａは、集積回路素子１８ａと基板要素２０ａとの間でＩ／Ｏ及び／又は電力信号を導くように構成される。Ｉ／Ｏ信号は、例えば、デジタル制御信号、データ読み出し信号、及び／又はアナログ信号である。インターポーザ要素１６ａを介してルーティングされた電気信号、特に画素信号は、集積回路素子１８ａによって処理される。好ましくは、処理された画素信号を外部にルーティングする(routed out)必要性はない。この処理の結果は、Ｉ／Ｏ信号を介して読み出すことができる。読み出しデータは、好ましくは、処理された入射光子に対応する画像を形成するために使用される。

有利には、Ｉ／Ｏ及び／又は電力信号は、インターポーザ要素１６ａ，１６ｂを介して導かれていない。これまで知られているセンサ装置では、（図２ｂに示される）画素信号の配線経路とＩ／Ｏ及び／又は電力信号を導くための経路との両方が、インターポーザ要素内に配置される。これは、画素信号の配線経路が、Ｉ／Ｏ及び／又は電力信号を導く経路に容量的に結合されることを意味する。しかしながら、本発明のセンサ装置１０では、一方のＩ／Ｏ及び／又は電力信号と他方の画素信号との間の信号干渉、クロストーク、及びノイズが、大幅に低減される。これは、４辺のタイル化を可能にしながら、より高いシグナル・インテグリティをもたらす。

図５は、図４とは別の実施形態を示す。検出器１１ｃ，１０ｄは、基板要素２０ａ，２０ｂがフレキシブル基板６８ｃ，６８ｄで置き換えられている点以外は、図４に示したものと本質的に同じである。フレキシブル基板６８ｃ，６８ｄは、好ましくは、それぞれのコンタクトパッドを介して、第１及び第２の検出器１１ｃ，１１ｄの対応する回路部分６２ｃ，６２ｄと電気的に接続される。好ましい実施形態では、フレキシブル基板６８ｃ，６８ｄは、それぞれ、ダイレクト・フリップチップ及び／又はプリント回路基板（PCB）を含む。

上に示した全ての実施形態では、インターポーザ要素１６の押出し部３２，１６’，１６ａ〜１６ｄは、エッチング、具体的には化学エッチング、研削、及び／又は機械的ミリングによって実現してもよい。あるいはまた、押出し部３２は、インターポーザ要素１６，１６’，１６ａ〜１６ｄの製造中に形成してもよい。個々の検出器１１の１つ又は複数の構成要素は、好ましくは、矩形、具体的には前面２４に対して垂直な法線面に対して正方形断面を含むが、六角形又は円形の断面で実現してもよい。

図６は、被験体の放射線信号を検出するための画像化システム７０の概略図を示しており、この画像化システム７０は、複数の放射線信号７４を生成するための放射線源７２と、生成された放射線信号７４、特に光子を被験体７８に導くための放射線方向付け手段７６と、被験体７８を透過した有向した放射線信号７４を検出するためのセンサ装置１０とを含む。放射線源７２は、好ましくは点線源(point source)であってもよい。センサ装置１０は、図１〜図５の前述した実施形態のいずれかに従うことができる。センサ装置１０は、被験体７８に対して放射線源７２及び放射線方向付け手段７６の反対側に配置される。

好ましくは、センサ装置１０は、直線状に整列した検出器１１のアレイを含む。あるいはまた、図７の別の実施形態に従った画像化システム７０’に示されるように、センサ装置１０’は、湾曲を形成するように整列した検出器１１のアレイを含む。さらに好ましくは、図７の画像化システム７０’の放射線源７２’は、内部の放射線方向付け手段を含み、放射線源７２’も、湾曲して形成される。例えば、放射線源７２’は、湾曲面に配置された複数の個別の点線源を含む。好ましくは、放射線源７２’及びセンサ装置１０’は、リング状に配置され、且つ放射線信号７４’が様々な方向で患者７８に衝突し得るように、軸線周りに回転可能である。図６の画像化システム７０の放射線源７２及び／又はセンサ装置１０も、軸線周りに回転可能であることが理解される。また、図６のセンサ装置１０も、図７に示されるように検出器１１の湾曲したアレイを含んでもよい。

画像化システム７０，７０’は、ＣＴ画像化システム、好ましくは、スペクトルＣＴ画像化システムであってもよい。この目的のために、放射線源７２、７２’は、熱及び／又は固体状態電子エミッタ、タングステン・フィラメント、タングステン・プレート、電界エミッタ、熱電界エミッタ、ディスペンサー・カソード、熱電子陰極、光エミッタ及び／又は強誘電体陰極等の当技術分野で知られている方法の１つ又は複数を用いてＸ線を放出するように構成される。システムコントローラは、画像化システム７０，７０’の電力及び／又は信号を制御する画像化システム７０，７０’に統合してもよい。１つ又は複数のディスプレイも、画像化システム７０、７０’を用いて生成された医用画像を表示するために統合してもよい。ＣＴ画像化システム、特にスペクトルＣＴ画像化システムは、典型的には、１０００ｍｍ×６４ｍｍ以上のカバー範囲を有する。４辺のタイル化のために、個々の検出器１１は、モザイク状の検出器１０，１０’を形成するように配置される。

本発明について、図面及び前述の詳細な説明において詳細に図示及び説明してきたが、このような図示及び説明は、例又は例示であり、限定的なものではないとみなすべきである。本発明は、開示された実施形態に限定されるものではない。開示された実施形態に対する他の変形形態は、図面、明細書の開示、及び従属請求項の検討から、特許請求の範囲に記載された発明を実施する当業者により理解され、実施することができる。

特許請求の範囲において、用語「備える、有する、含む(comprising)」は、他の要素又はステップを排除するものではなく、不定冠詞「１つの(a, an)」は、複数を除外するものではない。単一の要素又は他のユニットは、特許請求の範囲に記載された、いくつかのアイテムの機能を満たすことができる。特定の手段が互いに異なる従属請求項に記載されているという単なる事実は、これらの手段の組合せが有利に使用できないことを示すものではない。

コンピュータプログラムは、光記憶媒体、又は他のハードウェアと一緒に又はその一部として供給される固体媒体等の適切な媒体上に格納又は分散されるだけでなく、インターネット又は他の有線若しくは無線通信システム等を介して他の形態で配布することもできる。

請求項における任意の参照符号は、特許請求の範囲を限定するものとして解釈すべきではない。

Claims (15)

1. 複数の検出器を有するセンサアレイを含む、Ｘ線放射線信号を検出するためのセンサ装置であって、各検出器は、
   被験体を透過する又は該被験体から放射される複数の放射線信号を受けるためのレシーバ面と、
   前記受けた放射線信号を複数の対応する電気信号に変換するためのセンサ素子と、
   第１面と第２面との間で横方向に延びるインターポーザ要素であって、該インターポーザ要素は、前記センサ素子に面する前面と、背面とを含み、前記背面に設けられた背面コンタクト構成に前記電気信号を導くために、前面コンタクト構成が、前記前面に設けられる、インターポーザ要素と、
   前記背面に面しており且つ前記背面コンタクト構成に電気的に接続される集積回路素子であって、該集積回路素子は、前記第２面で背面の外側で横方向に延びる回路部分を含む、集積回路素子と、を備えており、
   前記背面は、前記前面に対して平行であり、前記前面は、押出面を含む押出し部により前記第１面で背面の外側で横方向に延びており、前記センサアレイの第１の検出器の前記回路部分は、第１の検出器に隣接する第２の検出器の前記押出面と縦方向に重なり、且つ前記押出面から縦方向に離間される、
   センサ装置。
2. 前記押出面は、前記前面と前記背面との間に配置される、請求項１に記載のセンサ装置。
3. 前記押出面は、前記前面に対して平行な表面部分を含む、請求項１に記載のセンサ装置。
4. 前記インターポーザ要素の前記第１面は、前記前面と前記押出面とを接続する上側面、及び／又は前記背面と前記押出面とを接続する下側面を含み、前記上側面及び前記下側面の少なくとも一方は、前記前面に対して垂直である、請求項１に記載のセンサ装置。
5. 前記インターポーザ要素の前記第２面は、前記前面に対して垂直である、請求項１に記載のセンサ装置。
6. 前記検出器は、前記集積回路素子、特に前記回路部分に電気的に接続された基板要素をさらに含む、請求項１に記載のセンサ装置。
7. 前記基板要素は、前記回路部分の外側で横方向に延びるように構成される、請求項６に記載のセンサ装置。
8. 前記基板要素は、前記回路部分に設けられたコンタクトパッドにワイヤボンドにより電気的に接続される、請求項６に記載のセンサ装置。
9. 前記検出器は、フレキシブル基板をさらに含む、請求項１に記載のセンサ装置。
10. 第１の検出器の前記集積回路素子は、第２の検出器の前記集積回路素子から横方向に離間される、請求項１に記載のセンサ装置。
11. 前記前面コンタクト構成は、複数の前面コンタクトパッドを含み、前記背面コンタクト構成は、複数の背面コンタクトパッドを含み、各前面コンタクトパッドは、前記電気信号の１つを前記背面コンタクトパッドの対応する１つに導くように構成される、請求項１に記載のセンサ装置。
12. 各前面コンタクトパッドには、第１の横方向寸法が設けられ、各背面コンタクトパッドには、第２の横方向寸法が設けられ、第１の横方向寸法は、第２の横方向寸法よりも大きい、請求項１１に記載のセンサ装置。
13. 前記前面コンタクトパッドの数は、前記背面コンタクトパッドの数と同じである、請求項１１に記載のセンサ装置。
14. 前記インターポーザ要素は、プレス層、特にプレスされたポリアミド層を用いて形成される、請求項１に記載のセンサ装置。
15. Ｘ線放射信号を検出するための画像化システムであって、当該画像化システムは、
    複数のＸ線放射信号を生成するためのＸ線放射源と、
    前記生成されたＸ線放射信号を被験体に導くための放射線方向付け手段と、
    有向した前記Ｘ線放射信号を検出するための、請求項１に記載のセンサ装置と、を有する、
    画像化システム。

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