Améliorations futures

L'expérience accumulée grâce à la réalisation de ce projet permet tout de même de faire plusieurs remarques et recommandations pour un futur détecteur à un ou plusieurs CTN partagés récupérant en tout ou en partie les éléments développés ici. Tout d'abord, l'annexe

A(disponible au bureau des directeurs de recherche) contient de nombreuses recommanda- tions concernant l'arbre de portes OU. Les éléments de la ligne à retard du discriminateur devraient aussi être revus pour s'assurer de minimiser la gigue électronique. Il faudra ensuite rapidement mettre des eorts pour transférer les connexions vers l'extérieur sur la partie inférieure de l'empilement vertical. Ceci implique aussi le développement d'une empreinte de soudure appropriée sur le circuit imprimé ou la réalisation d'un interposeur pouvant gérer la distribution des signaux si leur densité est trop importante.

La version courante n'a pas reçu d'attention particulière à la consommation d'énergie. Beaucoup d'éléments très simples, tel que la fermeture des mémoires tampons entre les acquisitions apporteraient une économie d'énergie. De plus, les registres de conguration utilisent des bascules D, qui pourraient être remplacées par des cellules SRAM utilisant de 4 à 6 fois moins de transistors, avec un courant de fuite statique inférieur.

7.4 Conclusion

L'article présente dans ce chapitre une architecture de matrice PAMP à lecture logique partageant un seul CTN par unité de surface de détection. L'emphase sur la faible gigue et les résultats préliminaires permettent d'anticiper de très bonnes performances temporelles

108 CHAPITRE 7. ARCHITECTURE D'ACQUISITION en coïncidence et de démontrer le potentiel des technologies à empilement vertical. Pas contre, les délais de fabrication et d'assemblage n'ont pas permis l'obtention de résultats au niveau système au moment d'écrire ces lignes.

L'expérience acquise avec cette preuve de concept servira rapidement aux prochaines mou- tures des systèmes de détection optoélectroniques de ce type. Cependant, il n'est pas clair si ces systèmes obtiendront la précision temporelle souhaitée avec un seul CTN par ma- trice, si chaque PAMP devra avoir un CTN dédié ou si un compromis intermédiaire sera susant. Le chapitre suivant s'eorce de trouver réponse à cette question toujours dans le contexte des mesures en temps de vol pour la TEP.

CHAPITRE 8

Étude sur les systèmes à étampes multiples

8.1 Avant-propos

Auteurs et affiliation :

Marc-André Tétrault : étudiant au doctorat, Université de Sherbrooke, Faculté de génie, Département de génie électrique et de génie informatique

Audrey Corbeil Therrien : étudiante au doctorat, Université de Sherbrooke, Faculté de génie, Département de génie électrique et de génie informatique

William Lemaire : étudiant à la maîtrise, Université de Sherbrooke, Faculté de génie, Département de génie électrique et de génie informatique

Réjean Fontaine : Professeur, Université de Sherbrooke, Faculté de génie, Départe- ment de génie électrique et de génie informatique

Jean-François Pratte : Professeur, Université de Sherbrooke, Faculté de génie, Dé- partement de génie électrique et de génie informatique

État de l’acceptation : Accepté le 5 février 2017

Date de révision : Version électronique publiée le 8 février 2017. Version manuscrite sous presse.

Revue : IEEE Transactions on Nuclear Science

Référence : c○ 2017 IEEE. Réimpression, avec permission, [Tétrault et al., 2017, sous presse]

Titre français : Compromis sur les matrices de CTN dans les détecteurs SiPM à lecture logique actuels et futurs pour l'imagerie TEP avec temps de vol

Contribution au document :

Cet article présente une étude analysant l'impact du partage ou non des CTN dans un détecteur à matrice PAMP à lecture logique sur la mesure temporelle. Elle quantie à l'aide de simulations l'avantage procuré par une architecture intégrant un CTN

110 CHAPITRE 8. ÉTUDE SUR LES SYSTÈMES À ÉTAMPES MULTIPLES par cellule PAMP par rapport à utiliser un seul CTN, et ce pour le scintillateur LYSO ainsi que pour un scintillateur hypothétique de prochaine génération. L'étude conclut en indiquant quels sont les paramètres déterminant le nombre de CTN à intégrer dans un détecteur PAMP à lecture logique pour balancer les performances temporelles sans limiter l'ajout d'autres fonctionnalités d'acquisition de données en temps réel ou de traitement de données en temps réel.

Résumé français :

La détection de la radiation utilisée en tomographie d'émission par positrons (TEP) exploite l'information temporelle pour retrancher le bruit de fond et raner la loca- lisation spatiale avec la technique du temps de vol. Des résolutions temporelles de l'ordre de 10 ps LMH pourraient non seulement améliorer le contraste des images re- construites, mais pourraient aussi ouvrir la voie à la reconstruction d'image directe, c'est-à-dire sans passer par les méthodes itératives ou par rétroprojection ltrée. Ac- tuellement, les montages expérimentaux basés sur les SiPM ou leurs équivalents en circuits logiques atteignent 73 ps LMH de résolution temporelle en coïncidence, où le processus de scintillation limite la performance temporelle. Ceci va changer avec l'optimisation des mécanismes plus rapides de production de la lumière (photons prompts), auquel cas le système optoélectronique contribuera à nouveau à la bar- rière de résolution temporelle. Bien que la règle de base de réduire au maximum la gigue électronique soit de mise pour les futurs systèmes de lecture optoélectronique, d'autres aspects de conception à l'échelle du microsystème demandent une étude. En plus de la gigue électronique, les concepteurs devraient aussi considérer le nombre et la résolution des convertisseurs temps numérique (CTN) à intégrer ainsi que les algorithmes de traitement de signal. Ce manuscrit présente une procédure de simu- lation paramétrique pour des SiPM numériques qui évalue la résolution temporelle en coïncidence (RTC) basée sur ces aspects et l'estimateur par maximum de vrai- semblance (aussi connu sous le nom Best Linear Unbiased Estimator, BLUE). La procédure vise à guider la conception de microsystèmes actuels et futurs opérant en temps réel et utilisés en TEP.

Pour des petits scintillateurs LYSO de 1,1 × 1,1 × 3,0 mm3_{, les simulations indiquent}

que, dans le cas des détecteurs SiPM à faible gigue électronique et avec 18.2% de probabilité de photodétection (PDP), moins de quatre étiquettes temporelles ob- tiennent presque la meilleure RTC avec le BLUE (tout juste sous les 100 ps LMH), mais avec une amélioration limitée par rapport à n'utiliser que la première étiquette temporelle (5%). D'un autre côté, si l'expérience considère un matériau hypothétique

8.1. AVANT-PROPOS 111 similaire au LYSO, mais générant 2.5% de photons prompts, alors le BLUE fournit une amélioration de 80 à 200% par rapport à n'utiliser que la première étiquette temporelle et atteint presque le niveau des 10 ps LMH. Dans ce cas-ci, l'algorithme doit s'appuyer sur quelques dizaines d'étiquettes temporelles numérisées, produisant des spécications techniques très diérentes par rapport aux scintillateurs LYSO standards.

Note : Contient quelques modications syntaxiques par rapport à la version publiée suite aux commentaires du jury, mais le propos est identique.

112 CHAPITRE 8. ÉTUDE SUR LES SYSTÈMES À ÉTAMPES MULTIPLES