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KR102279406B1 - 정밀 자가 정렬식 ｃｔ 탐지기 센서 - Google Patents

정밀 자가 정렬식 ｃｔ 탐지기 센서 Download PDF

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KR102279406B1
KR102279406B1 KR1020167008859A KR20167008859A KR102279406B1 KR 102279406 B1 KR102279406 B1 KR 102279406B1 KR 1020167008859 A KR1020167008859 A KR 1020167008859A KR 20167008859 A KR20167008859 A KR 20167008859A KR 102279406 B1 KR102279406 B1 KR 102279406B1
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KR
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detector
module frame
sensor
alignment plate
module
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조제프 제임스 랙시
아브델아지즈 이클레프
바이주 자카리아 바부
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제네럴 일렉트릭 컴퍼니
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Abstract

모듈 프레임 및 이 모듈 프레임 상에 배치되는 복수의 타일링 가능한 탐지기 센서를 포함하는 CT 탐지기 모듈이 개시된다. 각각의 타일링 가능한 탐지기 센서는, 탐지기 요소의 어레이 및 이 탐지기 요소에 직접적으로 또는 간접적으로 결합되는 장착 구조를 포함하여, 모듈 프레임에 대한 탐지기 센서의 장착 및 정렬을 가능하게 한다. 상기 장착 구조는, 탐지기 요소의 어레이와 대체로 반대쪽에 배치되는 정렬판을 포함하며, 여기서 정렬판은 모듈 프레임 상에서 탐지기 센서를 정렬하기 위한 기준점 구조(datum structure)를 형성하는 정렬 핀, 및 모듈 프레임에 대해 탐지기 센서를 고정시키는 패스너를 내부에 수용하도록 구성되는 하나 이상의 나사 형성된 보스를 구비한다. 상기 모듈 프레임은, 모듈 프레임 상에서 탐지기 센서를 정렬시키기 위해, 탐지기 센서가 모듈 프레임 상에 장착될 때 정렬 핀을 수용하는 키이형 특징부(keyed feature)를 포함한다.

Description

정밀 자가 정렬식 ＣＴ 탐지기 센서{PRECISION SELF-ALIGNING CT DETECTOR SENSORS}
본 발명의 실시예는 대체로 진단용 영상화를 위한 방사선 투과 탐지기에 관한 것이며, 보다 구체적으로 복수 개의 타일링 가능한(tileable) 탐지기 센서를 구비한 CT(Computed Tomography) 탐지기 모듈로서, 상기 탐지기 모듈에 자가 정렬 특징부를 구비하는 것인 CT 탐지기 모듈에 관한 것이다.
통상적으로, CT 영상화 시스템(CT imaging system)에 있어서, x-선 소스는, 환자 또는 수화물과 같은 대상자 또는 대상물을 향해 팬(fan) 형상의 비임을 방출한다. 이후에서, 용어 "대상자" 및 "대상물"은 영상화 가능한 임의의 대상을 포함한다. 비임은, 대상자에 의해 감쇠된 이후에, 방사선 탐지기의 어레이에 충돌한다. 탐지기 어레이에서 수신되는 감쇠된 비임 방사선의 강도는 통상적으로 대상자에 의한 x-선 비임의 감쇠에 따라 좌우된다. 탐지기 어레이의 각각의 탐지기 요소는, 각각의 탐지기 요소에 의해 수신되는 감쇠된 비임을 나타내는 개별적인 전기 신호를 발생시킨다. 상기 전기 신호는 아날로그-디지털 변환기로 송신된 후 디지털 영상으로의 처리를 위해 송신된다.
다중 단층 영상화 시스템(multi-slice imaging systems)에 있어서, 각각 복수 개의 탐지기 팩(detector pack) 또는 센서를 포함하는 것인 탐지기 모듈의 나란한 열은, 각각의 단일 어레이 열에 대응하는 데이터가 환자를 통한 단일 박층 영상을 생성하는 데 사용될 수 있도록 배치된다. 탐지기 모듈은 일반적으로 x-선 소스 상에 실질적으로 센터링(centering)되는 아크를 형성하기 위해 나란한 방식으로 함께 배치된다. CT 영상화 시스템의 겐트리(gantry)에 대한 탐지기 모듈의 배치 및 고정에 있어서, 이러한 탐지기 모듈의 배치 및 고정은 상당한 정밀도로 이루어져야만 한다는 것을 인식할 것이며, 이에 따라 CT 영상화 시스템의 제조는 상당한 난이도를 나타내고, 허용 가능한 품질의 CT 영상화 시스템을 고객에게 배송할 수 있게 되기에 앞서 종종 탐지기 모듈의 광범위한 시험, 재작업 및 재정렬을 필요로 한다.
추가적으로, 일단 CT 영상화 시스템이 현장에서 사용 중이면, 탐지기 모듈의 교체는 곤란하며 시간 소모적이다. 즉, 탐지기 모듈에서 결함이 있는 방사선 탐지기를 교체하기 위해서는, 방사선 탐지기를 교환하기 위해 전체 모듈을 제거하고 특수한 오프라인 설비로 이동시켜야 할 필요가 있고, 이 경우 고도로 숙련된 기술자가 교환을 실시하게 된다. 현장에서는, 이러한 정렬용 설비를 사용하는 것이 비현실적이며 바람직하지도 않은데, 왜냐하면 상기 설비를 손상 없이 해당 위치로 운반할 필요가 있고, 더욱이 현장의 엔지니어는 상기 설비를 정확하게 이용하는 방법을 알고 있어야 할 필요가 있으며, 설치 후 방사선 탐지기의 정렬을 검증할 수 있어야 하기 때문이다. 대안으로, 다수의 탐지기 센서로 이루어질 수 있는 전체 모듈은, 단지 결함이 있는 센서만이 아니라 대신 유닛으로서 교환되어야만 한다. 탐지기의 보급이 늘어남에 따라 이러한 문제로 인해 탐지기 제조업자가 현장에서 전체 다중 센서 모듈을 교체하는 것은 더욱 고비용을 초래하게 된다.
따라서, 특수한 정렬 설비 또는 고도로 숙련된 설치 기술자의 기술을 필요로 하지 않으면서 자가 정렬 기능을 제공하는 CT 탐지기를 구성하는 것이 바람직하다. 또한, 이러한 CT 탐지기는 타일링 가능한 구조를 갖도록 하는 것이 바람직하며, 상기 타일링 가능한 구조는, 전체 다중 센서 모듈을 교환하는 대신에 단일 센서 교환/교체가 가능하게 되도록 하면서 설치의 용이성, 확장성, 조기 시험 가능성 및 수리 가능성의 제공을 가능하게 한다.
본 발명의 과제는, 대체로 진단용 영상화를 위한 방사선 투과 탐지기, 보다 구체적으로 복수 개의 타일링 가능한 탐지기 센서를 구비한 CT 탐지기 모듈로서, 상기 탐지기 모듈에 자가 정렬 특징부를 구비하는 것인 CT 탐지기 모듈을 제공하는 것이다.
본 발명의 일 양태에 따르면, CT 시스템은 스캐닝될 대상을 수용하는 개구를 갖춘 회전 가능한 갠트리(gantry), 회전 가능한 갠트리 상에 배치되어 대상을 향해 x-선의 비임을 투사하는 x-선 투사 소스, 및 회전 가능한 갠트리 상에 배치되어 대상에 의해 감쇠된 x-선을 수신하도록 구성되는 복수 개의 탐지기 모듈을 포함한다. 복수 개의 탐지기 모듈은 각각 상부 표면 및 측부 표면을 갖춘 모듈 프레임 그리고 대상에 의해 감쇠된 x-선을 수신하기 위해 모듈 프레임의 상부 표면 상에 배치되는 복수 개의 타일링 가능한 탐지기 센서를 더 포함하며, 여기서 복수 개의 타일링 가능한 탐지기 센서는 각각, 대상을 통해 감쇠된 x-선을 수신하고 이 x-선을 전기 신호로 변환하도록 구성되는 탐지기 요소의 어레이, 및 탐지기 요소의 어레이에 직접적으로 또는 간접적으로 결합되어 모듈 프레임에 대한 탐지기 센서의 정렬 및 장착을 가능하게 하도록 구성되는 장착 구조를 포함하고, 상기 장착 구조는 탐지기 요소의 어레이와 대체로 반대쪽 표면 상에서 탐지기 센서 상에 배치되는 정렬판을 포함한다. 정렬판은 모듈 프레임 상에서 탐지기 센서를 정렬시키기 위한 기준점 구조(datum structure)를 형성하는 정렬 핀, 및 모듈 프레임에 대해 탐지기 요소를 고정시키는 패스너를 내부에 수용하도록 구성되는 하나 이상의 나사 형성된 보스를 포함한다. 상기 모듈 프레임은, 모듈 프레임 상에 탐지기 센서를 정렬시키기 위해, 탐지기 센서가 모듈 프레임 상에 장착될 때 각각의 개별 탐지기 센서의 정렬 핀을 수용하도록 모듈 프레임에 형성되는 키이형 특징부(keyed feature)를 포함한다.
본 발명의 다른 양태에 따르면, CT 스캔 과정 동안 대상에 의해 감쇠된 x-선을 수신하기 위한 탐지기 모듈은, 상부 표면 및 측부 표면을 포함하는 모듈 프레임, 및 대상에 의해 감쇠된 x-선을 수신하기 위해 모듈 프레임 상에 배치되는 복수 개의 타일링 가능한 탐지기 센서를 포함한다. 복수의 탐지기 센서는, 각각 대상을 통해 감쇠된 x-선을 수신하고 이 x-선을 전기 신호로 변환하도록 구성되는 탐지기 픽셀의 어레이, 그리고 x-선이 수신되는 측부로부터 대향하는 측부 상의 탐지기 요소의 어레이에 직접적으로 또는 간접적으로 결합되는 정렬판을 더 포함하며, 여기서 상기 정렬판은 모듈 프레임 상에 탐지기 센서를 정렬시키기 위해 기준점 구조를 형성하는 정렬 핀, 그리고 모듈 프레임에 대해 탐지기 센서를 고정시키는 패스너를 내부에 수용하도록 구성되는 하나 이상의 나사 형성된 보스를 구비한다. 상기 모듈 프레임은, 모듈 프레임 상에 탐지기 센서를 정렬시키기 위해, 탐지기 센서가 모듈 프레임 상에 장착될 때 각각의 개별 탐지기 센서의 정렬 핀을 내부에 수용하도록 모듈 프레임에 형성되는 기준점 구멍(datum hole)을 포함한다.
본 발명의 또 다른 양태에 따르면, CT 스캔 과정 동안 대상에 의해 감쇠된 x-선을 수신하기 위한 탐지기 모듈은, 모듈 프레임, 그리고 대상에 의해 감쇠된 x-선을 수신하기 위해 모듈 프레임의 상부 표면 상에 배치되며 선택적으로 추가 가능한 복수 개의 탐지기 센서를 포함한다. 복수의 탐지기 센서는, 각각 대상을 통해 감쇠된 x-선을 수신하고 이 x-선을 전기 신호로 변환하도록 구성되는 탐지기 요소의 어레이, 그리고 탐지기 요소의 어레이와 대체로 반대쪽 표면 상에서 탐지기 센터 상에 배치되는 정렬판을 더 포함하며, 상기 정렬판은 모듈 프레임 상에 탐지기 센서를 정렬시키기 위해 기준점 구조를 형성하는 정렬 핀을 포함한다. 상기 모듈 프레임은, 모듈 프레임 상에 탐지기 센서를 정렬시키기 위해, 탐지기 센서가 모듈 프레임 상에 장착될 때 각각의 개별 탐지기 센서의 정렬 핀을 내부에 수용하도록 모듈 프레임에 형성되는 기준점 구멍을 포함한다.
다양한 다른 특징 및 장점은 이하의 상세한 설명 및 도면으로부터 명확해질 것이다.
도면은 본 발명을 수행하기 위해 현재로서 고려되는 바람직한 실시예를 제시한다.
도 1은 CT 영상화 시스템의 도면이다.
도 2는 도 1에 제시된 시스템의 개략적인 블록도이다.
도 3은 CT 시스템 탐지기 어레이의 일 실시예의 사시도이다.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 탐지기 모듈의 사시도이다.
도 5 및 도 6은 본 발명의 실시예에 따른, 도 4의 탐지기 모듈과 함께 사용하기 위한 탐지기 센서에 관한 도면이다.
도 7은 수직 장착 구조에 본 발명의 실시예에 따른 자가 정렬 특징부를 통합한, 도 5 및 도 6의 탐지기 센서의 사시도이다.
도 8a 및 도 8b는 본 발명의 실시예에 따른 수직 장착 구조에 의해 모듈 프레임 상에 장착되는, 도 7의 탐지기 센서에 관한 도면이다.
도 9a 및 도 9b는 수평 장착 구조에 본 발명의 실시예에 따른 자가 정렬 특징부를 통합한, 도 5 및 도 6의 탐지기 센서의 사시도이다.
도 10a 및 도 10b는 본 발명의 실시예에 따른 수평 장착 구조에 의해 모듈 프레임 상에 장착되는, 도 9a 및 도 9b의 탐지기 센서에 관한 도면이다.
도 11은 비침습성 패키지 검사 시스템과 함께 사용하기 위한 CT 시스템의 도면이다.
본 발명의 작동 실시예는 256 단층 CT(Computed Tomography) 시스템과 관련하여 설명된다. 그러나, 이하에서 더욱 상세하게 설명되는 바와 같이, 본 발명은 다른 단일층 구성 및 다층 구성(즉, 원하는 크기를 갖도록 조립될 수 있는 임의의 모듈 기반의 탐지기)과 함께 사용하는 데에도 동등하게 적용 가능하다. 더욱이, 본 발명은 x-선의 탐지 및 변환과 관련하여 설명될 것이다. 그러나, 당업자라면, 본 발명은 다른 고주파 전자기 에너지의 탐지 및 변환에도 동등하게 적용 가능하다는 것을 인식할 것이다. 본 발명은 "3세대" CT 스캐너와 관련하여 설명될 것이지만, 다른 CT 시스템에도 동등하게 적용 가능하다.
도 1 및 도 2를 참고하면, 대표적인 "3세대" CT 스캐너인 CT(Computed Tomography) 영상화 시스템(10)이 갠트리(12)를 포함하는 것으로 도시되어 있다. 갠트리(12)는, 소스(14)의 초점 스폿(15)으로부터 그리고 갠트리(12)의 대향측 상의 탐지기 조립체(18)를 향해 x-선의 비임을 투사하는 x-선 소스(14)를 구비한다. 이제 도 2을 참고하면, 탐지기 조립체(18)는 복수 개의 탐지기 모듈(20) 그리고 제어 및 처리 기판(32)(즉, 전자 기판)에 의해 형성된다. 복수 개의 탐지기 모듈(20)은 획득 데이터의 후속 처리를 수행하는 전지 기판(32)과 함께, 의료 환자(22)를 통과한 투사된 x-선(16)을 감지한다. 각각의 탐지기 모듈(20)은, 충돌하는 x-선 비임 그리고 이에 따라 환자(22)를 통과할 때 감쇠된 비임의 강도를 나타내는 출력을 생성한다. x-선 투사 데이터를 획득하기 위해 스캔하는 동안, 갠트리(12) 및 갠트리 상에 장착된 구성요소는 회전 중심(24)을 중심으로 하여 회전한다.
갠트리(12)의 회전 및 x-선 소스(14)의 작동은 CT 시스템(10)의 제어 메커니즘(26)에 의해 관리된다. 제어 메커니즘(26)은, x-선 소스에 파워 신호 및 타이밍 신호를 제공하는 x-선 제어기(28) 그리고 갠트리(12)의 회전 속도 및 위치를 제어하는 갠트리 모터 제어기(30)를 포함한다. 영상 재구성장치(34)는 전자 기판(32)으로부터 샘플링되고 디지털화된 x-선 데이터를 수신하고 고속 재구성을 수행한다. 재구성된 영상은, 대용량 저장장치(38)에 영상을 저장하는 컴퓨터(36)에 입력으로서 적용된다.
컴퓨터(36)는 또한, 키보드, 마우스, 음성 작동식 제어기 또는 임의의 다른 적절한 입력 장치와 같은 일부 조작자 인터페이스의 형태를 갖는 콘솔(40)을 통해 조작자로부터 명령 및 스캐닝 파라메타를 수신한다. 관련된 디스플레이(42)는 조작자가 재구성된 영상 및 컴퓨터(36)로부터의 다른 데이터를 관찰할 수 있도록 한다. 조작자에 의해 제공된 명령 및 파라메타는, 전자 기판(32), x-선 제어기(28) 및 갠트리 모터 제어기(30)에 제어 신호 및 정보를 제공하기 위해 컴퓨터(36)에 의해 사용된다. 추가적으로, 컴퓨터(36)는, 환자(22) 및 갠트리(12)의 배치를 위해 모터 구동식 테이블(46)을 제어하는 테이블 모터 제어기(44)를 작동시킨다. 특히, 테이블(46)은 전체적으로 또는 부분적으로 도 1의 갠트리 개구(48)를 통해 환자(22)를 이동시킨다.
도 3에 도시된 바와 같이, 탐지기 조립체(18)는 레일(17)들을 포함하며, 이들 레일 사이에는 시준용 블레이드 또는 플레이트(19)가 배치된다. 플레이트(19)는, 이러한 비임이 예컨대 탐지기 조립체(18) 상에 배치되는 도 4의 탐지기 모듈(20)과 충돌하기 이전에 x-선을 시준하도록 그리고 분산된 x-선(16)을 제거하도록 배치된다. 본 발명의 일 실시예에 따르면, 탐지기 조립체(18)는 57개의 탐지기 모듈(20)을 포함하며, 각각의 탐지기 모듈(20)은 픽셀 요소의 어레이 크기(256x16)를 갖는다. 그 결과로서, 탐지기 조립체(18)는 256개의 열(row) 및 912개의 행(column)(16x57개의 탐지기)을 가지며, 이는 갠트리(12)의 각각의 회전을 통해 256개의 단층의 데이터가 동시에 수집될 수 있도록 한다. 그러나, 예시적인 탐지기 모듈(20)은 픽셀 요소의 어레이 크기(256x16)를 갖는 것으로 앞서 설명되었음에도 불구하고, 탐지기 조립체(18)에서의 열 및 행의 개수는 본 발명의 실시예에 따른 탐지기 모듈(20)의 구성에 기초하여 선택적으로 조절될 수 있고, 이에 따라 동시에 수집되는 단층의 개수는 숫자 면에서 더 작을 수도 있으며 더 클 수도 있고, 예컨대 512개 단층까지 동시에 수집될 수 있다.
도 4를 참고하면, 본 발명의 예시적인 실시예에 따른 탐지기 모듈(20)의 구성이 도시되어 있다. 탐지기 모듈(20)은 모듈 프레임(52) 상의 상부 표면(54) 및 측부 표면(55)를 갖는 모듈 프레임(52)을 포함한다. 본 발명의 실시예에 따르면, 상부 표면(54)은 평평한 표면, x-선 비임의 원호를 따르거나 따르지 않는 둥근 원호로 형성되는 대략적인 곡선, 또는 복수 개의 각진 패싯(facet)을 갖춘 계단형 구성으로서 구성될 수 있다. 도 4에 도시된 바와 같이, 복수 개의 탐지기 서브 모듈 또는 "센서"(56)는, 환자 또는 대상물을 통해 감쇠된 x-선을 수신 및 처리하기 위해 모듈 프레임(52)의 상부 표면 상에 배치되고 Z축을 따라 정렬된다. 본 발명의 일 실시예에 따르면, 모듈 프레임(52)의 상부 표면(54) 상에 배치되는 탐지기 센서(56)의 개수는, CT 시스템(10)(도 1 참고) 내의 탐지기 모듈(20)의 작동 요건에 기초하여 제조 과정 동안 조절될 수 있다. 즉, 탐지기 모듈(20)의 탐지기 센서(56)는, Z축을 따른 커버리지(coverage)의 크기를 변화시키기 위해(즉, 획득되는 단층의 개수를 변경/조절하기 위해) 탐지기 모듈(20) 내에 포함되는 탐지기 센서(56)의 개수가 조절될 수 있게 탐지기 센서(56)가 필요에 따라 모듈 프레임(52)에 선택적으로 추가될 수 있다는 점에서, 타일링 가능한 탐지기 센서로서 구성된다. 따라서, 예를 들어, 본 발명의 일 실시예에 따르면, 탐지기 모듈(20) 내에 6개의 탐지기 센서(56)가 포함될 수 있다. 그러나, 탐지기 모듈(20)의 다른 실시예는 도 4에 도시된 가상선으로 표시된 바와 같이 예컨대 4개, 8개, 또는 12개의 탐지기 센서(56)를 포함할 수 있다. 각각의 실시예에 있어서, 탐지기 센서(56)는 Z축을 따라 탐지기 모듈의 중심선(58)을 중심으로 하여 대칭 방식으로 상부 표면(54) 상에 배치된다. 따라서, 모듈 프레임(52) 상에서의 탐지기 센서(56)의 존재 및 부존재에 기초하여, 탐지기 모듈(20)은 Z축을 따라 조절 가능한 길이/커버리지를 갖도록 형성될 수 있다는 것을 인식할 것이다.
본 발명의 일 실시예에 따른 탐지기 센서(56)의 상세도가 도 5 및 도 6에 도시되어 있다. 탐지기 센서(56)는, 대상물을 통해 감쇠된 x-선을 수신하여 이 x-선을 아날로그 전기 신호로 변환하도록 구성되는 탐지기 요소 또는 픽셀(60)의 어레이를 포함한다. 일 실시예에 따르면, 탐지기 요소/픽셀(60)은 신틸레이터(scintillator)-포토다이오드 쌍으로부터 형성된다. 신틸레이터-포토다이오드 쌍을 형성함에 있어서, 신틸레이팅 팩 어레이(64)를 형성하기 위해 다수의 신틸레이터 탐지기 요소 또는 픽셀(62)이 배치된다. 예를 들면, 신틸레이팅 팩 어레이(64)는, 각각의 신틸레이팅 팩 어레이(64)가 32개 단층을 포함하도록 하기 위해 신틸레이터 탐지기 요소(62)의 32x16 어레이로 이루어질 수 있다. 신틸레이팅 팩 어레이(64)는 복수 개의 다이오드 요소 또는 픽셀(도시되어 있지 않음)로 형성되는 포토다이오드 어레이(66) 상에 배치되며, 여기서 다이오드 어레이(66)는 예컨대 신틸레이터 탐지기 요소(62)의 개수에 대응하는 다이오드의 32x16 어레이로 형성된다.
도 5 및 도 6에 도시된 바와 같이, 신틸레이터 탐지기 요소(62)는 다이오드 어레이(66)에 광학적으로 커플링(coupling)되며, 다이오드 어레이(66)는 다시 하나 이상의 ASIC(Application Specific Integrated Circuit) 전자 패키지(68)에 전기적으로 커플링된다. ASIC 전자 패키지(68)[즉, 아날로그-디지털(A/D) 컨버터]는, 그 위에[즉, ASIC 전자 패키지(68)의 전면 및 후면 상에] 형성되는 입력/출력(I/O) 상호접속부(70)에 의해 다이오드 어레이(66)에 전기적으로 그리고 기계적으로 커플링된다. I/O 상호접속부(70)는 예컨대 BGA(Ball Grid Array) 유형의 상호접속부로서 형성될 수도 있고, ASIC 전자 패키지(68)를 다이오드 어레이(66)에 전기적으로 그리고 기계적으로 커플링시키는 다른 유사한 접합 디바이스로서 형성될 수도 있다. 본 발명의 일 실시예에 따르면, 각각의 ASIC 전자 패키지(68)는, 집합적으로 패키지(68)를 형성하기 위해 4개의 ASIC 다이(72)와 같이 하나 이상의 개별적인 ASIC 다이(72)를 포함한다.
탐지기 센서(56)는 포토다이오드 어레이(66) 상에 배치되는 신틸레이터 어레이(64)를 포함하는 것으로 앞서 설명된 바 있지만, 본 발명의 실시예는 또한 직접 변환 센서를 포함한다는 것을 인식할 것이다. 즉, 탐지기 센서(56)는 신틸레이터 어레이(64) 및 포토다이오드 어레이(66)를 포함하는 것으로 도 5 및 도 6에 도시되어 있지만, 탐지기 센서(56) 내의 이러한 요소/재료는, 예컨대 카드뮴-텔루르 화합물(CdTe) 또는 카드뮴-아연-텔루르 화합물과 같이 x-선을 직접 전기 신호로 변환하는 직접 변환 재료로 대체될 수 있음을 인식할 것이다. 추가적으로, 도 5 및 도 6에 도시된 것과 상이한 센서 구조도 또한 본 발명의 범위에 속하는 것으로 간주된다는 것을 인식할 것이다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, ASIC 전자 패키지(68)는 부분적으로, 포토다이오드 어레이(66)로부터 수신된 신호의 아날로그-디지털(A/D) 변환을 수행하도록 구성된다. 즉, ASIC 전자 패키지(68)는 포토다이오드 어레이(66)로부터 수신되는 아날로그 전기 신호를 다이오드 어레이로부터 수신된 신호의 레벨에 기초하여 디지털 숫자로 변환하도록 기능한다. 따라서, 일 실시예의 작동에 있어서, x-선은 신틸레이터 탐지기 요소(62) 내에서 충돌하여 패키지 어레이(64)를 가로지르는 광자를 발생시키고 다이오드 어레이(66) 내의 포토다이오드 픽셀/요소 상에서 탐지되며, 여기서 이에 응답하는 다이오드 어레이(66)에 의해 생성되는 아날로그 신호는 디지털 신호/숫자로의 변환을 위해 ASIC 전자 패키지(68)에 의해 수신된다.
또한, 도 5 및 도 6에 도시된 바와 같이, 기판 층(74)(즉, ASIC 패키지 기판)은 ASIC 전자 패키지(68) 아래에 그리고 신틸레이터 패키지 어레이(64)에 대향하게 배치된다. 기판 층(74)은 다층 세라믹(MLC; Multi-Layer Ceramic)과 같은 전기 절연 재료로 형성되며, 탐지기 센서(56)에 지지/강성을 제공하도록 구성된다. 기판 층(74)과 ASIC 전자 패키지(68) 사이에는 플렉스 회로(flex circuit; 76)가 배치되는데, 이 플렉스 회로는 ASIC 전자 패키지(68)에 부착되어 ASIC 전자 패키지로부터의 신호를 탐지기 모듈(20)(도 4 참고)의 제어 및 처리 기판(32)에 라우팅하고, 또한 제어 및 처리 기판(32) 내외로 제어 및 동력을 전달한다. 플렉스 회로(76)는, 플렉스 회로가 ASIC 전자 패키지(68)로부터의 디지털 신호/숫자를 전송하는 기능을 한다는 점에서 "디지털 플렉스 회로"의 형태이다. 플렉스 회로(76)는 ASIC 전자 패키지(68)와 인터페이싱(interfacing)하도록[즉, I/O 상호접속부(70)와 인터페이싱하도록] 구성되는 커넥터/전기 접합 가능 영역(78) 그리고 탐지기 모듈(20)(도 4 참고)의 제어/처리 기판(32)과 인터페이싱하도록 구성되는 커넥터(80)를 포함한다. 일 실시예에 따르면, 플렉스 회로(76)의 커넥터/전기 접합 가능 영역(78)은, 그 내부에 형성되어 ASIC 전자 패키지(68)에 대해 [다리(pedestal)를 통해] 기판 층(74)을 열적으로 접합시키기 위해 ASIC 전자 패키지(68) 내의 ASIC 다이에 대응하는 구멍(도시되어 있지 않음)을 구비하고 있다. 추가적으로, 일 실시예에 따르면, 구성요소들을 함께 접합시키기 위해서 뿐만 아니라 탐지기 센서(56)에 대한 별도의 열적 인터페이스를 제공하기 위해서 ASIC 전자 패키지(68)와 플렉스 회로(76) 사이에는 또한 열 접착제(thermal adhesive; 79)가 마련된다.
탐지기 센서의 조절 가능하고 가변적인 특성에 기초하여 탐지기 모듈 내의 탐지기 센서(56)의 구조 및 포함에 의해 탐지기 센서의 타일링 성능 및 크기 설정과 관련하여 추가적인 장점이 마련된다. 즉, 본 발명의 일 실시예에 따르면, 탐지기 센서(56)의 구성은 성능 및 확장성에 대한 최적화를 위해 변할 수 있다. 즉, 탐지기 센서(56)는 32x16의 탐지기 픽셀/요소[즉, 32개의 층 및 16개의 채널]의 어레이를 구비한 것으로 앞서 설명된 바 있지만, 탐지기 센서(56)는 픽셀/요소의 다수의 NxM 어레이 중 임의의 어레이를 구비하도록 형성될 수 있다는 것을 인식할 것이며(예컨대, N은 16, 32 또는 64이고 M은 예를 들어 16, 24 또는 32임), 여기서 어레이의 크기는 비용, 성능, 수율, 시험 시간 확장성, 신뢰성 등에 기초하여 최적화된다. 이에 대응하여, 탐지기 센서(56)의 치수는 변할 수 있으며, 여기서 탐지기 센서(56)는 탐지기 모듈(20)의 정확한 구성에 기초하여 길이 면에서 10 mm 내지 최대 40 mm의 길이(즉, Z축을 따른 치수)를 갖는다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 각각의 탐지기 센서(56)는 추가적으로 프레임[예컨대, 프레임(52), 도 4 참고] 내로 센서를 플러깅(plugging) 가능하게 하는 자가 정렬 특징부를 갖도록 구성되며, 상기 프레임은 상응하는 키이형 특징부(keyed feature)를 갖는다. 상기 자가 정렬 특징부는 탐지기 센서를 위한 정렬 기준면(alignment datum surface)을 형성하며 이는 고정 또는 조정을 전혀 필요로 하지 않는 정확도로 센서의 배치를 가능하게 한다. 개별적인 탐지기 센서의 공장에서의 교체 및 현장에서의 교체는, 정밀 정렬부를 갖춘 특수 장비 또는 도구를 사용하지 않으면서 자가 정렬 특징부를 이용하여 행해질 수 있고, 이에 따라 진정한 플러그 앤 플레이(plug-and-play)식 탐지기 센서 능력이 제공된다.
이제 도 7, 도 8a 및 도 8b를 참고하면, 본 발명의 일 실시예에 따라, 자가 정렬 특징부를 포함하는 탐지기 센서(56)의 도면 그리고 집합적으로 탐지기 모듈(20)을 형성하기 위해 이러한 탐지기 센서를 대응하는 모듈 프레임(52)에 결합하는 것에 관한 도면이 도시되어 있다. 우선 도 7을 참고하면, 모듈 프레임 상에서 탐지기 센서의 정밀 배치를 가능하게 하는 정렬 기준 특징부를 제공하며 탐지기 센서 상에 형성되고 대체로 "수직" 장착 구조(84)로 불리는 것을 포함하는 탐지기 센서(56)가 도시되어 있다. 수직 장착 구조(84)는 신틸레이팅 팩 어레이(64)에 대향하는(즉, x-선이 수신되는 측에 대향하는) 탐지기 구조의 일측 상에서 탐지기 센서(56)에 영구적으로 부착되는 정렬판(86)을 포함하며, 여기서 정렬판(86)은 신틸레이팅 팩 어레이(64)에 정밀 정렬된다. 본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 정렬판은, 예컨대 접착제 또는 다른 적합한 재료 등에 의해 탐지기 센서(56)의 후방에서 기판 층(74)에 고정된다. 정렬판(86)은, 탐지기 센서(56)의 주요 구성요소[즉, 신틸레이팅 팩 어레이(64), 포토다이오드 어레이(66)]에 대해 평행하게 배향되는 대체로 평평한 구조로서 형성된다.
정렬판(86)은, 탐지기 센서(56)가 대응하는 모듈 프레임(52)(도 4 참고) 상에 자가 정렬되도록 하기 위해 정렬판으로부터 외측을 향해 연장되어 정렬판에 형성되는 정렬 핀(88)을 포함한다. 즉, 이하에서 더욱 상세하게 설명되는 바와 같이, 정렬 핀(88)은, 모듈 프레임(52)에 형성되어 이 정렬 핀(88)을 수용함으로써 정렬된 조립체를 형성하는, 매칭되는 키이형 특징부와 짝을 이루도록 구성되기 때문에, 정렬 핀(88)은 탐지기 센서(56)가 대응하는 모듈 프레임(52) 상에 자가 정렬되도록 하는 기준점 구조로서의 역할을 한다. 2개의 정렬 핀이 정렬판(86)의 대체로 대향하는 단부들 상에 형성되는 것으로 도시되어 있지만, 기준점 구조로서의 역할을 하기 위해 더 많은 개수의 정렬 핀(88)이 정렬판에 형성될 수 있다는 것을 인식할 것이다.
정렬판(86)은 또한, 모듈 프레임(52) 상에 수직 장착 구조(84)[및 탐지기 센서(56)]를 부착시키도록 구성되며 정렬판에 형성되는 결합용 특징부(mating feature; 90)를 포함한다. 예시적인 실시예에 따르면, 결합용 특징부(90)는 정렬판(86)의 중앙 영역에 형성되는, 나사 형성된 보스로서 형성되며, 여기서 나사 형성된 보스(90)는, 나사 형성된 보스(90)에 의해 각각의 나사가 수용될 때 모듈 프레임(52)에 대한 탐지기 센서(56)의 확실한 부착을 가능하게 한다.
예시적인 실시예에 따르면, 수직 장착 구조(84)는 또한 탐지기 센서(56)가 장착되도록 되어 있는 모듈 프레임(52)과 정렬판(86) 사이에서 정렬판(86) 상에 배치되는 열 간극 패드(92; thermal gap pad)를 포함한다. 열 간극 패드(92)는, 열 간극 패드(92)의 추가를 가능하게 하며 정렬판에 형성되는 리세스형 포켓(94) 내에 배치된다. 리세스형 포켓(94)은, 탐지기 센서(56)가 모듈 프레임(52)에 고정될 때 작은 열 저항을 갖는 일관성 있는 저변동의 열적 인터페이스[일관성 있는 수준의 간극 패드 압축에 따름]가 열 간극 패드(92)를 통해 형성되도록 정밀 가공된다. 탐지기 센서(56)의 정밀 온도 제어를 가능하게 하기 위해 일관성 있는 작은 열 저항이 요구되며, 열 간극 패드(92)를 포함함으로써 탐지기 센서(56)와 모듈 프레임(52) 사이의 열 접촉 저항을 취급 및 제어할 수 있는 능력이 마련된다. 본 발명의 일 실시예에 따르면, 열 간극 패드(92)는 임의의 개수의 적절한 열적 인터페이스 재료(TIM; Thermal Interface Material)로 형성될 수 있다. 적절한 TIM의 예에는, 한정하는 것은 아니지만, 접착제, 그리스(grease), 겔, 패드, 필름, 액체 금속, 압축 가능한 금속, 및 상 변화 재료(phase change material)가 포함된다. 예컨대, 압축 가능한 금속은 충분히 연성이어서 이웃하는 표면들 사이의 긴밀한 접촉을 형성하며, 예컨대 인듐을 포함할 수 있다. 도 7에 도시된 바와 같이, 일 실시예에 따르면, 열 간극 패드(92)는, 개구(96) 그리고 열 간극 패드 내에/열 간극 패드를 관통하여 형성되어 정렬판(86)의 정렬 핀(88) 및 나사 형성된 보스(90)를 각각 수용하는 한 쌍의 노치(98)를 포함한다.
도 8a 및 도 8b에 도시된 바와 같이, 복수 개의 탐지기 센서(56)가 모듈 프레임(52) 상에 배치되며, 여기서 각각의 탐지기 센서(56)는 모듈 프레임(52)에 대해 정렬되고, 각각의 탐지기 모듈(56) 상에 마련된 수직 장착 구조(84)에 의해 모듈 프레임에 대해 고정된다. 이미 앞서 언급된 바와 같이, 모듈 프레임(52)은 모듈 프레임에 형성되는 키이형 특징부를 포함하며, 이 키이형 특징부는 수직 장착 구조(84) 상에 형성되는 정렬 기준 핀(88)과 매칭되고, 수직 장착 구조(84)는 탐지기 센서(56)가 모듈 프레임(52) 상에 배치될 때 정렬 핀(88)을 수용한다. 도 8a 및 도 8b에 도시된 바와 같이, 기준점 구멍(102) 및 기준점 슬롯(104)은 모듈 프레임(52) 상에 장착되도록 되어 있는 각각의 개별 탐지기 센서(56)를 위해 모듈 프레임(52)에 형성되며, 여기서 정렬 핀(88)은 기준점 구멍(102) 및 기준점 슬롯(104) 내에 수용되어 모듈 프레임(52) 상에 위치하는 탐지기 센서(56)의 자가 정렬을 가능하게 한다. 탐지기 센서(56)가 모듈 프레임(52) 내로 끼워 넣어질 때, 탐지기 센서의 위치는 이에 따라 설정되며 조정 가능하지 않다.
모듈 프레임(52)에 각각의 탐지기 센서(56)를 고정시키기 위해, 나사 형성된 개구(106)가 각각의 기준점 구멍-기준점 슬롯 쌍(102, 104) 사이에서 모듈 프레임(52)을 관통하여 형성되며, 여기서 나사 형성된 개구(106)는 모듈 프레임(52)의 상부 표면(54)까지 연장된다. 도 8a에 도시된 바와 같이, 나사 형성된 개구(106)는 내부에 패스너(108)(예컨대, 나사)를 수용하며, 이 패스너는 모듈 프레임(52)을 관통하여 연장되어, 탐지기 센서(56)에 고정된 수직 장착 구조(84)의 결합용 특징부(90)(예컨대, 나사 형성된 보스)에 수용된다. 패스너(108)를 조여서 모듈 프레임(52)에 대해 탐지기 센서(56)를 고정시킬 수 있으며, 여기서 패스너(108)를 조이면 수직 장착 구조(84)의 열 간극 패드(92)의 일관성 있는 압축이 또한 가능하게 되고, 이에 따라 탐지기 센서(56)와 모듈 프레임(52) 사이의 전체적인 접촉 저항(뿐만 아니라 저항의 변동)이 조절되며, 작은 열 저항을 가지면서 일관성 있는 저변동의 열적 인터페이스가 열 간극 패드(92)를 통해 형성된다.
또한, 도 8a 및 도 8b에 도시된 바와 같이, 모듈 프레임(52)은, 모듈 프레임을 탐지기 조립체(18)(도 3 참고)의 레일(17)과 정렬 및 결합시키기 위한 특징부를 모듈 프레임 상에 포함한다. 모듈 프레임(52)은 레일(17) 상의 대응하는 특징부와 결합되는 레일 기준점 위치설정용 구멍(110)을 포함하며, 이에 따라 탐지기 모듈(20)의 프레임은 레일(17)과 자가 정렬된다. 또한 레일(17)에 대한 모듈 프레임의 고정을 위해 모듈 프레임(52) 상에 결합용 특징부(112)가 마련된다.
이제 도 9a, 도 9b, 도 10a 및 도 10b를 참고하면, 본 발명의 다른 실시예에 따라, 자가 정렬 특징부를 포함하는 탐지기 센서(56)의 도면 그리고 이러한 탐지기 센서(56)를 대응하는 모듈 프레임(52)에 결합하는 것에 관한 도면이 도시되어 있다. 우선 도 9a 및 도 9b를 참고하면, 모듈 프레임 상에 탐지기 센서(56)를 정밀 배치할 수 있게 하는 정렬 기준점 구조를 제공하며 본 명세서에서 대체로 "수평" 장착 구조(114)라고 불리는 것이 형성되어 있는 탐지기 센서(56)가 도시되어 있다. 수평 장착 구조(114)는, 탐지기 센서(56)의 주요 구성요소[즉, 신틸레이팅 팩 어레이(64), 포토다이오드 어레이(66)]에 대해 평행하게 배향되는 하위 부재(118) 그리고 이 하위 부재(118)로부터 외측을 향해 수직으로 연장되는 길이방향 부재(120)를 구비하는 L자형 정렬판(116)을 포함한다. L자형 정렬판(116)은 신틸레이팅 팩 어레이(64)에 대향하는 탐지기 구조의 일측 상에서 탐지기 센서(56)에 영구적으로 부착되며, 여기서 L자형 정렬판(116)의 바닥 부재(118)는 신틸레이팅 팩 어레이(64)에 정밀 정렬된다. 일 실시예에 따르면, 상기 바닥 부재(118)는, 예컨대 접착제 또는 다른 적합한 재료 등에 의해 탐지기 센서(56)의 후방에서 기판 층(74)에 고정된다. 추가적으로, 일 실시예에 따르면, 바닥 부재(118)는, 그 후방측으로 연장되는 탐지기 센서(56)의 SMT 디지털 커넥터(124)를 수용함으로써 탐지기 센서(56)에 수평 장착 구조(114)를 부착시키는 컷아웃(cut-out)으로서 바닥 부재 상에 형성되는 컷 아웃을 포함한다. 그러나, L자형 정렬판(116)은, 예컨대 탐지기 센서(56)가 도 5 및 도 6에 도시된 바와 같이 직접 플렉스 부착부(direct flex attach; 76)를 포함하는 경우, 컷아웃(122)이 형성되어 있지 않은 바닥 부재(118)를 포함할 수도 있다.
도 9a 및 도 9b에 도시된 바와 같이, L자형 정렬판(116)의 길이방향 부재(120)는, 대응하는 모듈 프레임 상에서의 탐지기 센서(56)의 자가 정렬을 가능하게 하기 위해 [모듈 프레임(56)에 결합되도록 되어 있는 면 상에서] 길이방향 부재(120)로부터 외측을 향해 연장되며 길이방향 부재 상에 형성되는 정렬 핀(122)을 포함한다. 즉, 정렬 핀(122)은, 모듈 프레임(52)에 형성되어 이 정렬 핀(122)을 수용하는 매칭되는 키이형 특징부와 짝을 이루도록 구성되어 정렬된 조립체를 형성하기 때문에, 정렬 핀(122)은 탐지기 센서(56)가 대응하는 탐지기 모듈 프레임(52) 상에 자가 정렬되도록 하는 기준점 구조로서의 역할을 한다. 2개의 정렬 핀(122)이 L자형 정렬판(116)의 길이방향 부재(120)의 대체로 대향하는 단부들 상에 형성되는 것으로 도시되어 있지만, 기준점 구조로서의 역할을 하기 위해 더 많은 개수의 정렬 핀(122)이 형성될 수 있다는 것을 인식할 것이다.
L자형 정렬판(116)은 또한, 모듈 프레임(52) 상에 수평 장착 구조(114)[및 탐지기 센서(56)]를 부착시키도록 구성되며 정렬판 상에 형성되는 결합용 특징부(124)를 포함한다. 예시적인 실시예에 따르면, 결합용 특징부(124)는 L자형 정렬판(116)의 길이방향 부재에 형성되는, 나사 형성된 보스로서 형성되며, 여기서 나사 형성된 보스(124)는, 나사 형성된 보스(124)에 의해 각각의 패스너 또는 나사가 수용될 때 모듈 프레임(52)에 대한 탐지기 센서(56)의 확실한 부착을 가능하게 한다.
예시적인 실시예에 따르면, 수평 장착 구조(114)는 또한 탐지기 센서(56)가 장착되도록 되어 있는 모듈 프레임(52)과 정렬판(116) 사이에 있도록 L자형 정렬판(116)의 길이방향 부재(120) 상에 배치되는 열 간극 패드(126; thermal gap pad)를 포함한다. 열 간극 패드(126)는, 열 간극 패드(126)의 추가를 가능하게 하며 상기 길이방향 부재에 형성되는 리세스형 포켓(128) 내에 배치된다. 리세스형 포켓(128)은, 탐지기 센서(56)가 모듈 프레임(52)에 고정될 때 작은 열 저항을 갖는 일관성 있는 저변동의 열적 인터페이스[일관성 있는 수준의 간극 패드 압축에 따름]가 열 간극 패드(126)를 통해 형성되도록 정밀 가공된다. 탐지기 센서(56)의 정밀 온도 제어를 가능하게 하기 위해 일관성 있는 작은 열 저항이 요구되며, 열 간극 패드(126)를 포함함으로써 탐지기 센서(56)와 모듈 프레임(52) 사이의 열 접촉 저항을 취급 및 제어할 수 있는 능력이 마련된다. 본 발명의 일 실시예에 따르면, 열 간극 패드(126)는 임의의 개수의 적절한 열적 인터페이스 재료(TIM; Thermal Interface Material)로 형성될 수 있다. 적절한 TIM의 예에는, 한정하는 것은 아니지만, 접착제, 그리스(grease), 겔, 패드, 필름, 액체 금속, 압축 가능한 금속, 및 상 변화 재료(phase change material)가 포함된다. 예컨대, 압축 가능한 금속은 충분히 연성이어서 이웃하는 표면들 사이의 긴밀한 접촉을 형성하며, 예컨대 인듐을 포함할 수 있다. 도 9a 및 도 9b에 도시된 바와 같이, 일 실시예에 따르면, 열 간극 패드(126)는, 나사 형성된 보스(124)와 정렬되며 L자형 정렬판(116)의 길이방향 부재(120)의 정렬 핀(122)들을 각각 수용하고 열 간극 패드에/열 간극 패드를 관통하여 형성되는 한 쌍의 구멍(132) 및 한 쌍의 개구(130)를 포함한다.
본 발명의 일 실시예에 따라, 수평 장착 구조(114)를 통해 모듈 프레임(52)에 탐지기 센서(56)를 결합시키는 것은 도 10a 및 도 10b에 도시되어 있다. 이미 앞서 언급된 바와 같이, 모듈 프레임(52)은 모듈 프레임에 형성되는 키이형 특징부(즉, 기준점 개구)를 포함하며, 이 키이형 특징부는 수평 장착 구조(114) 상에 형성되는 정렬 기준 핀(122)과 매칭되고, 키이형 특징부는 탐지기 센서(56)가 모듈 프레임(52) 상에 배치될 때 정렬 핀(122)을 수용한다. 도 10에 도시된 바와 같이, 기준점 구멍(134) 및 기준점 슬롯(136)은 모듈 프레임(52) 상에 장착되도록 되어 있는 각각의 개별 탐지기 센서(56)를 위해 모듈 프레임의 측면(55) 상에서 모듈 프레임(52)에 형성되며, 여기서 정렬 핀(122)은 기준점 구멍(134) 및 기준점 슬롯(136) 내에 수용되어 모듈 프레임(52) 상에 위치하는 탐지기 센서(56)의 자가 정렬을 가능하게 한다. 탐지기 센서(56)가 모듈 프레임(52) 내로 끼워 넣어질 때, 탐지기 센서의 위치는 이에 따라 설정되며, 조정 가능하지 않다.
모듈 프레임(52)에 대해 각각의 탐지기 센서(56)를 고정시키기 위해, 각각의 기준점 구멍-기준점 슬롯 쌍(134, 136) 사이에서 모듈 프레임(52)의 측면(55)에는 나사 형성된 개구(138)가 형성된다. 도 10b에 도시된 바와 같이, 나사 형성된 개구(138)는, 모듈 프레임(52)에 형성되는 나사 형성된 개구(138)에 수용되도록 되어 있으며 정렬판(116)의 결합용 특징부(즉, 나사 형성된 보스)(124)를 통해 연장되는 패스너(140)(예컨대, 나사)를 그 내부에 수용한다. 패스너(140)를 조여서 모듈 프레임(52)에 대해 탐지기 센서(56)를 고정시킬 수 있으며, 여기서 패스너(140)를 조이면 수평 장착 구조(114)의 열 간극 패드(126)의 일관성 있는 압축이 또한 가능하게 되고, 이에 따라 탐지기 센서(56)와 모듈 프레임(52) 사이의 전체적인 접촉 저항(뿐만 아니라 저항의 변동)이 조절되며, 작은 열 저항을 갖는 일관성 있는 저변동의 열적 인터페이스가 열 간극 패드(126)를 통해 형성된다. 다른 실시예에 따르면, 모듈 프레임(52)에 대해 탐지기 센서(56)를 고정시키기 위해, 정렬판(116)으로부터의 스터드(도시되어 있지 않음)가 너트(도시되어 있지 않음)와 함께 사용될 수 있다.
도 10a 및 도 10b에 도시되어 있지는 않지만, 모듈 프레임(52)은, 모듈 프레임(52)을 탐지기 조립체(18)의 레일(17)(도 3 참고)에 대해 정렬 및 결합시키기 위한 특징부를 포함한다. 즉, 도 8에 도시된 바와 같이 그리고 앞서 설명된 바와 같이, 모듈 프레임(52)은 레일(17) 상의 대응하는 특징부와 결합되는 레일 기준점 위치설정용 구멍(110)을 포함하며, 이에 따라 탐지기 모듈(20)의 모듈 프레임은 레일(17)과 자가 정렬된다. 또한, 레일(17)에 대한 모듈 프레임의 고정을 위해 모듈 프레임(52) 상에 결합용 특징부(112)가 마련된다.
유리하게는, 탐지기 센서(56) 상의 수직 장착 구조(84) 또는 수평 장착 구조(114) - 구체적으로는 정렬판(86, 116) 및 그 위의 정렬 기준 핀(88, 122) - 그리고 정렬 기준 핀을 수용하기 위한 매칭되는 키이형 특징부/기준점 구멍(102, 104)을 갖춘 모듈 프레임(52)을 포함하면, 탐지기 모듈(20)에 대한 탐지기 센서(56)의 자가 정렬이 가능하게 된다. 탐지기 센서(56)의 제거 및 교체는 정밀 설비 또는 고도로 숙련된 기술자의 도움 없이도 가능하며, 이에 따라 자가 정렬식 탐지기 센서(56)는 테스트 베이(test bay), 갠트리 테스트 수트(gantry test suite) 또는 현장에서 특별한 공구 없이 용이하게 제거 및 설치될 수 있다. 추가적으로, 장착 구조(84, 114) 및 모듈 프레임(52) 구성을 통해 (다수의 탐지기 센서 모듈 전체의 교환 대신) 단일 탐지기 센서(56)의 교환 및 시험이 가능하여, 진정한 플러그 앤 플레이 능력이 마련되고 시간 및 비용 절감이 가능해지는 반면, 여전히 단일 탐지기 센서의 정밀 정렬이 가능하다.
이제 도 11을 참고하면, 본 발명의 다른 실시예에 따른 탐지기 모듈(20)의 구성이 도시되어 있다. 탐지기 모듈(20)은, 계단형 구성을 갖도록 형성되는 상부 표면을 갖는 모듈 프레임(142)를 포함하며, 이에 따라 모듈 프레임 상에 복수 개의 패싯(facet)을 포함한다. 상기 패싯은 모듈 프레임(142)을 따라, 즉 Z축을 따라 길이방향으로 정렬되며, 여기서 각각의 패싯은 환자 또는 대상물을 통해 감쇠되는 x-선을 수신 및 처리하기 위한 탐지기 센서(56)를 수용하도록 크기 설정 및 구성된다. 본 발명의 일 실시예에 따르면, 모듈 프레임(142)의 상부 표면 상에는 8개의 패싯이 형성되며, 여기서 탐지기 센서(56)는 각각의 패싯 상에 배치되어 각각의 탐지기 센서(56)에서의 탐지기 요소의 각각의 32x16 어레이의 총합은 탐지기 모듈(20)에 대해 탐지기 요소의 256x16의 어레이 크기를 형성한다. 그 결과로서, 탐지기 모듈(20)은 갠트리(12)(도 1 참고)의 매 회전을 통해 256개 단층의 데이터를 동시에 수집하게 된다.
이제 도 11을 참고하면, 패키지 또는 수화물 물품이 통과할 수 있는 개구(154)를 갖춘 회전 가능한 갠트리(152)를 포함하는 패키지/수화물 검사 시스템(150)이 도시되어 있다. 회전 가능한 갠트리(152)는 고주파 전자기 에너지 소스(156)뿐만 아니라 도 4 내지 도 10에 도시된 것과 유사한 탐지기 모듈(20)을 갖춘 탐지기 조립체(158)를 수용한다. 또한, 개구(154)를 통해 스캔될 패키지 또는 수화물 물품을 자동적으로 그리고 연속적으로 통과시키기 위해 구조물(164)에 의해 지지되는 컨베이어 벨트(162)를 포함하는 컨베이어 시스템(160)이 마련된다. 대상물(166)은 개구(154)를 통해 컨베이터 벨트(162)에 의해 공급되며, 이후 영상 데이터가 획득되고, 컨베이어 벨트(162)는 제어된 방식으로 그리고 연속적인 방식으로 개구(154)로부터 패키지(166)를 제거한다. 그 결과로서, 우편물 검사자, 수화물 취급자, 및 다른 보안 요원은, 폭발물, 칼, 총, 밀수품 등과 관련하여 패키지를 열어보지 않고도 패키지(166)의 내용물을 검사할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따라, 탐지기 모듈(20)(도 4 내지 도 10 참고)을 패키지/수화물 검사 시스템(150)에 통합시키면 패키지(166)의 스캐닝 시간을 줄일 수 있다. 즉, 탐지기 모듈(20)에 의해 256개 층이 획득될 수 있기 때문에, 탐지기 모듈(20)(도 4 내지 도 10 참고)은 갠트리(152)의 1 회전 중에 더 큰 체적의 패키지를 시스템(150)이 스캔할 수 있도록 해준다. 따라서, 패키지/수화물 검사 시스템(150)에 의한 패키지(166)의 보다 효율적인 스캐닝은, 시스템(150)에 통합되는 탐지기 모듈(20)(도 4 내지 도 10 참고)에 의해 달성된다.
따라서, 본 발명의 일 양태에 따르면, CT 시스템은 스캐닝될 대상물을 수용하는 개구를 갖춘 회전 가능한 갠트리, 회전 가능한 갠트리 상에 배치되어 대상물을 향해 x-선의 비임을 투사하는 x-선 투사 소스, 및 회전 가능한 갠트리 상에 배치되며 대상물에 의해 감쇠된 x-선을 수신하도록 구성되는 복수 개의 탐지기 모듈을 포함한다. 복수 개의 탐지기 모듈은 각각, 상부 표면 및 측부 표면을 갖춘 모듈 프레임 그리고 대상물에 의해 감쇠된 x-선을 수신하기 위해 모듈 프레임의 상부 표면 상에 배치되는 복수 개의 타일링 가능한 탐지기 센서를 더 포함하며, 여기서 복수 개의 타일링 가능한 탐지기 센서는 각각 대상물을 통해 감쇠된 x-선을 수신하도록 그리고 이 x-선을 전기 신호로 변환하도록 구성되는 탐지기 요소의 어레이, 및 탐지기 요소의 어레이에 직접적으로 또는 간접적으로 결합되어 모듈 프레임에 대한 탐지기 센서의 정렬 및 장착을 가능하게 하도록 구성되는 장착 구조를 포함하고, 상기 장착 구조는 탐지기 요소의 어레이와 대체로 반대쪽 표면 상에서 탐지기 센서 상에 배치되는 정렬판을 포함한다. 정렬판은, 모듈 프레임 상에서 탐지기 센서를 정렬시키기 위한 기준점 구조(datum structure)를 형성하는 정렬 핀, 및 모듈 프레임에 대해 탐지기 요소를 고정시키는 패스너를 내부에 수용하도록 구성되는 하나 이상의 나사 형성된 보스를 포함한다. 상기 모듈 프레임은, 모듈 프레임 상에서 탐지기 센서를 정렬시키기 위해, 탐지기 센서가 모듈 프레임 상에 장착될 때 각각의 개별 탐지기 센서의 정렬 핀을 수용하도록 모듈 프레임에 형성되는 키이형 특징부(keyed feature)를 포함한다.
본 발명의 다른 양태에 따르면, CT 스캔 과정 동안 대상물에 의해 감쇠된 x-선을 수신하기 위한 탐지기 모듈은, 상부 표면 및 측부 표면을 포함하는 모듈 프레임, 그리고 대상물에 의해 감쇠된 x-선을 수신하기 위해 모듈 프레임 상에 배치되는 복수 개의 타일링 가능한 탐지기 센서를 포함한다. 복수의 탐지기 센서는, 각각 대상자를 통해 감쇠된 x-선을 수신하도록 그리고 이 x-선을 전기 신호로 변환하도록 구성되는 탐지기 픽셀의 어레이, 그리고 x-선이 수신되는 측부로부터 대향하는 측부 상의 탐지기 요소의 어레이에 직접적으로 또는 간접적으로 결합되는 정렬판을 더 포함하며, 여기서 상기 정렬판은 모듈 프레임 상에서 탐지기 센서를 정렬시키기 위해 기준점 구조를 형성하는 정렬 핀, 그리고 모듈 프레임에 대해 탐지기 센서를 고정시키는 패스너를 내부에 수용하도록 구성되는 하나 이상의 나사 형성된 보스를 구비한다. 상기 모듈 프레임은, 모듈 프레임 상에서 탐지기 센서를 정렬시키기 위해, 탐지기 센서가 모듈 프레임 상에 장착될 때 각각의 개별 탐지기 센서의 정렬 핀을 수용하도록 모듈 프레임에 형성되는 기준점 구멍을 포함한다.
본 발명의 또 다른 양태에 따르면, CT 스캔 과정 동안 대상물에 의해 감쇠된 x-선을 수신하기 위한 탐지기 모듈은, 모듈 프레임, 그리고 대상물에 의해 감쇠된 x-선을 수신하기 위해 모듈 프레임의 상부 표면 상에 배치되는, 선택적으로 추가 가능한 복수 개의 탐지기 센서를 포함한다. 복수의 탐지기 센서는, 각각 대상자를 통해 감쇠된 x-선을 수신하도록 그리고 이 x-선을 전기 신호로 변환하도록 구성되는 탐지기 요소의 어레이, 그리고 탐지기 요소의 어레이와 대체로 반대쪽 표면 상에서 탐지기 센서 상에 배치되는 정렬판을 더 포함하며, 상기 정렬판은 모듈 프레임 상에서 탐지기 센서를 정렬시키기 위해 기준점 구조를 형성하는 정렬 핀을 포함한다. 상기 모듈 프레임은, 모듈 프레임 상에서 탐지기 센서를 정렬시키기 위해, 탐지기 센서가 모듈 프레임 상에 장착될 때 각각의 개별 탐지기 센서의 정렬 핀을 내부에 수용하도록 모듈 프레임에 형성되는 기준점 구멍을 포함한다.
이상 기술된 설명은, 최적 양태를 비롯한 본 발명을 개시하기 위해 그리고 또한 임의의 장치 또는 시스템을 제조 및 이용하고 임의의 통합된 방법을 실행하는 것을 비롯하여 당업자가 본 발명을 실시할 수 있도록 하기 위해 예시를 이용하고 있다. 본 발명의 특허 가능한 범위는 청구범위에 의해 한정되며, 당업자에게 가능한 다른 예를 포함할 수 있다. 이러한 다른 예는, 청구범위의 문자적 언어와 상이하지 않은 구조적 요소를 구비하고 있는 경우, 또는 청구범위의 문자적 언어와 실질적이지 않은 차이를 갖는 등가의 구조적 요소를 구비하는 경우, 청구범위에 속하도록 의도된다.

Claims (20)

  1. CT 시스템으로서,
    스캔될 대상을 수용하기 위한 개구를 구비하는 회전 가능한 갠트리(gantry),
    상기 대상을 향해 x-선의 비임을 투사하며 회전 가능한 갠트리 상에 배치되는 x-선 투사 소스, 및
    회전 가능한 갠트리 상에 배치되며 상기 대상에 의해 감쇠된 x-선을 수신하도록 구성되는 복수 개의 탐지기 모듈
    을 포함하며, 상기 복수 개의 탐지기 모듈은 각각,
    상부 표면 및 측부 표면을 갖는 것인 모듈 프레임;
    상기 대상에 의해 감쇠된 x-선을 수신하기 위해 모듈 프레임의 상부 표면 상에 배치되는 복수 개의 타일링 가능한(tileable) 탐지기 센서
    를 포함하고, 상기 복수 개의 타일링 가능한 탐지기 센서는, 각각
    상기 대상을 통해 감쇠된 x-선을 수신하고 이 x-선을 전기 신호로 변환하도록 구성되는 탐지기 요소의 어레이, 및
    상기 탐지기 요소의 어레이에 직접적으로 또는 간접적으로 결합되며 모듈 프레임에 대해 탐지기 센서를 장착 및 정렬시키도록 구성되는 장착 구조로서, 상기 장착 구조는 탐지기 요소의 어레이와는 대체로 반대쪽 표면 상에서 탐지기 센서 상에 배치되는 정렬판을 포함하는 것인 장착 구조
    를 포함하며, 상기 정렬판은
    모듈 프레임 상에 탐지기 센서를 정렬시키기 위해 기준점 구조(datum structure)를 형성하는 정렬 핀, 및
    탐지기 센서를 모듈 프레임에 고정시키는 패스너를 내부에 수용하도록 구성되는 하나 이상의 나사 형성된 보스(threaded boss)
    를 포함하고,
    상기 모듈 프레임은, 모듈 프레임 상에 탐지기 센서를 정렬시키기 위해, 탐지기 센서가 모듈 프레임 상에 장착될 때 각각의 개별 탐지기 센서의 정렬 핀을 내부에 수용하도록 모듈 프레임에 형성되는 키이형 특징부(keyed feature)를 포함하며,
    상기 장착 구조는, 정렬판과, 모듈 프레임의 측부 표면 및 상부 표면 중 탐지기 센서가 고정되는 표면 사이에 배치되는 열 간극 패드(thermal gap pad)를 더 포함하며, 상기 열 간극 패드는 정렬판에 형성되는 리세스형 포켓(recessed pocket) 내에 배치되며 열적 인터페이스 재료(TIM; Thermal Interface Material)를 포함하고, 상기 열적 인터페이스 재료는 탐지기 센서와 모듈 프레임 사이에서 작은 열 저항을 갖는 일관성 있는 저변동의 열적 인터페이스를 제공하는 것인 CT 시스템.
  2. 제1항에 있어서, 상기 복수 개의 탐지기 모듈은 각각
    아날로그 전기 신호를 수신하고 이 아날로그 전기 신호를 디지털 신호로 변환하기 위해 탐지기 요소의 어레이에 전기적으로 그리고 기계적으로 결합되는 ASIC(Application Specific Integrated Circuit) 전자 패키지;
    탐지기 요소의 어레이와는 반대쪽의 ASIC 전자 패키지의 후방 표면 상에 배치되는 전기 절연 ASIC 패키지 기판 층
    을 더 포함하며,
    상기 장착 구조의 정렬판은 상기 기판 층에 직접 부착되는 것인 CT 시스템.
  3. 제1항에 있어서, 상기 모듈 프레임의 키이형 특징부는 모듈 프레임의 상부 표면에 형성되며, 상기 모듈 프레임은, 모듈 프레임의 상부 표면까지 모듈 프레임을 관통하여 형성된, 나사 형성된 개구를 더 포함하고, 상기 나사 형성된 개구는 탐지기 센서를 모듈 프레임에 고정시키는 패스너(fastener)를 수용하도록 구성되는 것인 CT 시스템.
  4. 제3항에 있어서, 각각의 탐지기 센서에 대해, 상기 장착 구조는 수직 장착 구조를 포함하며, 이 경우, 상기 정렬판은 탐지기 요소의 어레이에 대해 평행하게 배향되는 대체로 평면적인 구조를 가져서, 정렬판의 정렬 핀은 모듈 프레임의 상부 표면에 형성되는 각각의 키이형 특징부 내에 수용되고 하나 이상의 나사 형성된 보스는 모듈 프레임에서의 각각의 나사 형성된 개구를 통해 배치되는 패스너를 수용하여, 모듈 프레임 상에 탐지기 센서를 정렬 및 고정시키는 것인 CT 시스템.
  5. 제1항에 있어서, 상기 모듈 프레임의 키이형 특징부는 모듈 프레임의 측부 표면들 중 하나에 형성되며, 상기 모듈 프레임은, 모듈 프레임의 하나의 측부 표면까지 모듈 프레임을 관통하여 형성되는, 나사 형성된 개구를 더 포함하고, 상기 나사 형성된 개구는 탐지기 센서를 모듈 프레임에 고정시키는 패스너를 수용하도록 구성되는 것인 CT 시스템.
  6. 삭제
  7. 삭제
  8. 제1항에 있어서, 상기 복수 개의 타일링 가능한 탐지기 센서는 각각 Z축을 따라 탐지기 모듈의 커버리지(coverage)의 크기를 변동시키도록 모듈 프레임에 선택적으로 추가 가능하고, 각각의 개별 탐지기 센서의 장착 구조는 모듈 프레임 상에서 탐지기 센서를 정렬시켜 각각의 탐지기 센서에 대해 플러그 앤 플레이(plug-and-play) 능력을 제공하는 것인 CT 시스템.
  9. 제1항에 있어서, 상기 모듈 프레임은 회전 가능한 갠트리 상에 부착되는 레일 구조에 대해 모듈 프레임을 정렬 및 결합시키도록 구성되는 정렬용 특징부를 포함하는 것인 CT 시스템.
  10. CT 스캔 과정 동안 대상에 의해 감쇠된 x-선을 수신하기 위한 탐지기 모듈로서,
    상부 표면 및 측부 표면을 포함하는 모듈 프레임;
    상기 모듈 프레임 상에 배치되어 대상에 의해 감쇠된 x-선을 수신하는 복수 개의 타일링 가능한 탐지기 센서
    를 포함하며, 상기 복수 개의 탐지기 센서는 각각,
    상기 대상을 통해 감쇠된 x-선을 수신하고 이 x-선을 전기 신호로 변환하도록 구성되는 탐지기 픽셀의 어레이, 그리고
    x-선이 수신되는 측에 대향하는 측 상에서 탐지기 픽셀의 어레이에 직접적으로 또는 간접적으로 결합되는 정렬판
    을 포함하며, 상기 정렬판은,
    모듈 프레임 상에 탐지기 센서를 정렬시키기 위해 기준점 구조(datum structure)를 형성하는 정렬 핀;
    탐지기 센서를 모듈 프레임에 고정시키는 패스너를 내부에 수용하도록 구성되는 하나 이상의 나사 형성된 보스
    를 포함하고,
    상기 모듈 프레임은, 모듈 프레임 상에서 탐지기 센서를 정렬시키기 위해, 탐지기 센서가 모듈 프레임 상에 장착될 때 개별 탐지기 센서 각각의 정렬 핀을 내부에 수용하도록 모듈 프레임에 형성되는 기준점 구멍을 포함하며,
    상기 복수 개의 타일링 가능한 탐지기 센서는 각각, 정렬판에 형성되는 리세스형 포켓 내에 배치되는 열 간극 패드를 더 포함하여, 상기 열 간극 패드는 탐지기 센서가 모듈 프레임에 고정될 때 정렬판과 모듈 프레임 사이에서 압축되고, 상기 열 간극 패드는, 탐지기 센서와 모듈 프레임 사이에서 작은 열 저항을 갖는 일관성 있는 저변동의 열적 인터페이스를 제공하는 열적 인터페이스 재료(TIM; Thermal Interface Material)를 포함하는 것인 탐지기 모듈.
  11. 삭제
  12. 제10항에 있어서, 상기 정렬판은, 탐지기 요소의 어레이에 대해 평행하게 배향되어 탐지기 요소의 어레이에 직접적으로 또는 간접적으로 결합되는 대체로 평면적인 정렬판을 포함하며, 상기 대체로 평면적인 정렬판 상에는 정렬 핀 및 단일의 나사 형성된 보스가 형성되고,
    상기 대체로 평면적인 정렬판의 정렬 핀은 모듈 프레임의 상부 표면에 형성되는 각각의 기준점 구멍에 수용되며, 상기 대체로 평면적인 정렬판의 단일의 나사 형성된 보스는, 모듈 프레임의 상부 표면까지 모듈 프레임에 관통 형성된 각각의 나사 형성된 개구를 통해 배치되는 패스너를 수용하여, 탐지기 센서를 모듈 프레임 상에 고정시키는 것인 탐지기 모듈.
  13. 삭제
  14. 제10항에 있어서, 상기 복수 개의 타일링 가능한 탐지기 센서는 각각,
    아날로그 전기 신호를 수신하고 이 아날로그 전기 신호를 디지털 신호로 변환하기 위해 탐지기 픽셀의 어레이에 전기적으로 그리고 기계적으로 결합되는 ASIC 전자 패키지;
    ASIC 전자 패키지에 연결되어 ASIC 전자 패키지로부터의 디지털 신호를 수신하고 이 디지털 신호를 탐지기 모듈의 전자 기판에 전달하는 디지털 플렉스 회로(digital flex circuit);
    탐지기 센서에 대한 지지를 제공하기 위해 탐지기 픽셀의 어레이와는 반대쪽의 ASIC 전자 패키지의 후방 표면 상에 배치되는 기판 층
    을 더 포함하고, 상기 정렬판은 상기 기판 층에 직접적으로 결합되는 것인 탐지기 모듈.
  15. 삭제
  16. CT 스캔 과정 동안 대상에 의해 감쇠된 x-선을 수신하기 위한 탐지기 모듈로서,
    모듈 프레임;
    상기 대상에 의해 감쇠된 x-선을 수신하기 위해 모듈 프레임의 상부 표면 상에 배치되며 선택적으로 추가 가능한 복수 개의 탐지기 센서
    를 포함하며, 상기 복수 개의 탐지기 센서는, 각각
    상기 대상을 통해 감쇠된 x-선을 수신하고 이 x-선을 전기 신호로 변환하도록 구성되는 탐지기 요소의 어레이;
    탐지기 요소의 어레이와는 대체로 반대쪽 표면 상에서 탐지기 센서 상에 배치되는 정렬판으로서, 상기 정렬판은 모듈 프레임 상에 탐지기 센서를 정렬시키기 위한 기준점 구조를 형성하는 정렬 핀을 포함하는 것인 정렬판
    을 포함하고,
    상기 모듈 프레임은, 모듈 프레임 상에서 탐지기 센서를 정렬시키기 위해, 탐지기 센서가 모듈 프레임 상에 장착될 때 각각의 개별 탐지기 센서의 정렬 핀을 내부에 수용하도록 모듈 프레임에 형성되는 기준점 구멍을 포함하며,
    상기 복수 개의 탐지기 센서는 각각, 정렬판에 형성되는 리세스형 포켓 내에 배치되는 열 간극 패드를 더 포함하여, 상기 열 간극 패드는 탐지기 센서가 모듈 프레임에 고정될 때 정렬판과 모듈 프레임 사이에서 압축되고, 상기 열 간극 패드는, 탐지기 센서와 모듈 프레임 사이에서 작은 열 저항을 갖는 일관성 있는 저변동의 열적 인터페이스를 제공하는 열적 인터페이스 재료(TIM)를 포함하는 것인 탐지기 모듈.
  17. 삭제
  18. 제16항에 있어서, 상기 정렬판은 탐지기 요소의 어레이에 대해 평행하게 배향되어 탐지기 요소의 어레이에 직접적으로 또는 간접적으로 결합되는 대체로 평면적인 정렬판을 포함하며, 상기 대체로 평면적인 정렬판 상에는 정렬 핀 및 단일의 나사 형성된 보스가 형성되고,
    상기 대체로 평면적인 정렬판의 정렬 핀은 모듈 프레임의 상부 표면에 형성되는 각각의 기준점 구멍에 수용되며, 상기 대체로 평면적인 정렬판의 단일의 나사 형성된 보스는, 모듈 프레임의 상부 표면까지 모듈 프레임에 관통 형성된 각각의 나사 형성된 개구를 통해 배치되는 패스너를 수용하여, 탐지기 센서를 모듈 프레임 상에 정렬 및 고정시키는 것인 탐지기 모듈.
  19. 삭제
  20. 삭제
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