Innovativer ams Chip für Computertomographie als Beginn einer neuen Ära kostengünstiger CT-Bildgebung in der Medizin

Premstätten, Österreich (18. Dezember 2019) – ams (SIX: AMS), ein weltweit führender Anbieter von Hochleistungssensorlösungen, hilft dabei, die Kosten für Computertomographie-Scanner (CT) erheblich zu senken. Dank des Know-how von ams bei der Entwicklung und der Integration von Sensoren ermöglicht der Sensor-IC AS5950 verbesserte CT-Detektoren für bessere Bilder bei geringeren Systemkosten.
Der AS5950 ist ein CMOS-Bauteil, in dem ein hochempfindliches Fotodioden-Array und ein 64-kanaliger A/D-Wandler auf einem zusammengefasst sind. Als integrierter Chip lässt sich der AS5950 in einem CT-Detektormodul leichter einbauen. Bisher mussten die Hersteller von CT-Scannern ein diskretes Fotodioden-Array auf einer komplexen Leiterplatte bestücken und über lange Leiterbahnen mit einem eigenen Auslese-Chip verbinden. In 8- und 16-Slice CT-Scannern verbessert der AS5950 dramatisch den Signal-Rauschabstand und verringert gleichzeitig die Material- und Produktionskosten der Hersteller.
 

Jose Vinau, Marketing Director für den Geschäftsbereich Medical & Specialty Sensors bei ams, erklärte hierzu: „ams möchte dabei helfen, CT-Scanner erschwinglicher und auf der ganzen Welt verfügbar zu machen. Die Einführung des AS5950 und dieses Moduls senkt die Hürden bei der Montage und Herstellung eines Röntgendetektors.“
 

Innovation stimuliert Wachstum des Markts

ams schätzt, dass der Markt für medizinische Bildgebung – bei 8- und 16-Slice CT-Scannern – mit einer kumulierten jährlichen Wachstumsrate von 10 bis 15% wachsen wird. Die ams-Innovation, Fotodioden und A/D-Wandler in einem Chip zu integrieren, wird dabei helfen, 8- und 16-Slice CT-Scanner für Käufer von medizinischen Geräten finanziell interessanter zu machen und damit dazu beitragen, die Nachfrage zu steigern und das Wachstum des Markts zu beschleunigen.
Der AS5950 hat eine optimale Pixelgröße von 0,98 x 0,98 mm². Sie kann jedoch mit einer verhältnismäßig kurzen Vorlaufzeit an die spezifischen Bedürfnisse einzelner OEMs angepasst werden.
Der Sensor kann für die Herstellung eines CT-Moduls in einem Wire-Bonding-Prozess direkt auf das Substrat aufgebracht werden. ams hat zusammen mit Partnern das AS5950M, eine Referenzentwicklung für ein CT-Modul, erstellt, welches die Integration in einen kompletten CT-Detektor vereinfacht. Dieses an zwei Seiten anreihbare Modul besteht aus entweder 2 x 2 Stück AS5950, auf einem Substrat montiert um eine Sensorfläche von 32 x 16 mm² zu erhalten, oder 2 x 4 Stück AS5950 für eine Sensorfläche von 32 x 32 mm².

Berechnen schärferer medizinischer Bilder

Die integrierte Architektur des AS5950 verbessert die Bildqualität, da die kürzeren Verbindungen zwischen dem Fotodioden-Array und der Ausleseschaltung einen viel besseren Signal-Rauschabstand erlauben, als die Verbindung von Fotodioden und A/D-Wandler über eine Leiterplatte. Die Vorteile sind:

• Höhere Bildqualität --> Das typische Rauschen im hochauflösenden Modus beträgt nur 0,20 fC für einen Messbereich von 455 pC. Des Weiteren sorgt die hohe Linearität des A/D-Wandlers von ±300 ppm und die Gesamtlinearität von ±600 ppm (einschließlich Fotodiode) für eine hohe Bildqualität.
• Geringere Eigenerwärmung --> Die äußerst niedrige Verlustleistung von typ. 0,65 mW pro Kanal ermöglicht den Herstellern eine kostengünstige Luftkühlung ihrer CT-Scanner. Ein integrierter Temperatursensor erlaubt die Überwachung der Temperatur am Silizium.

Der AS5950 bietet außerdem eine niedrige Integrationszeit von nur 200 µs, um hohe Rotationsgeschwindigkeiten des Scanners zu unterstützen. Der Zugriff auf die digitalen Daten erfolgt über eine SPI-Schnittstelle, über die auch die folgenden Einstellungen konfiguriert werden können:

• Aktiver Sensorbereich --> Dank des dreiseitig anreihbaren Konzepts kann bei der Sensorgröße in Z-Richtung zwischen 16 mm und 32 mm gewählt werden.
• Pixelauflösung --> Das adaptive Array kann entweder im hochauflösenden Modus mit einer Standard-Pixelgröße von 0,98 x 0,98 mm oder in der Betriebsart große Abdeckung in der Z-Achse durch Verbinden von jeweils zwei Pixeln mit einer Gesamtgröße von 1,96 x 0,98 mm betrieben werden.
• Aussteuerungsbereich --> Je nach der angewandten Strahlendosis kann der maximale Strom der Fotodioden über drei Vollaussteuerungsbereiche zwischen 200 nA und 600 nA konfiguriert werden.

Das Sensor-IC AS5950 und das Referenzmodul AS5950M sind ab sofort als Muster erhältlich. Zum Anschluss des Sensors sowie der Referenzentwicklung des Moduls ist außerdem ein Evaluierungs-Kit verfügbar. Es wird mit einem FPGA-Board und einer Software zur Demonstration aller relevanten Leistungsparameter geliefert.
Detailliertere technische Informationen finden Sie unter https://ams.com/as5950.