PIXSIC : détecteur silicium pixelisé pour application intracérébrale Jean-Claude Clémens, Denis Fougeron, Michel Jevaud, Julia Maerk, Mohsine Menouni 5-7 juin 2012Journées VLSI – PCB – FPGA - IAOCAO – IN2P3 CPPM-CNRS-Université de la Méditerranée-Marseille

contexte  Projet ANR (Financement : ANR-09-BLAN )  Il repose sur la collaboration de 5 laboratoires :  1: CPPM (Centre de Physique de Particules de Marseille)  2: IMNC (Imagerie et Modélisation en Neurobiologie et Cancérologie)  3: CERN  4: CERMEP (Centre d’Etude et de Recherche Multimodal et Pluridisciplinaire en Imagerie du vivant)  5: CNPS (Centre de Neuroscience de Paris-Sud L. Balasse 2, D. Benoit 2, M. Benoit 3, J.C. Clemens 1, S. Fieux 4, D. Fougeron 1, A. Genoux 2, P. Gisquet-Verrier 5, J. Graber-Bolis 1, B. Janvier 2, M. Jevaud 1, P. Laniece 2, J. Maerk 1, M. Menouni 1, C. Morel 1, F. Pain 2, C. Tourvielle 4, L. Zimmer juin 2012Journées VLSI – PCB – FPGA - IAOCAO – IN2P3 2/10

principe  Projet PIXSIC: conception d’une Sonde IntraCérébrale PIXelisée optimisée pour l'imagerie du cerveau in vivo chez l'animal éveillé et libre de ses mouvements  A : aiguille en silicium: mesure locale d’une concentration de β+ provenant d’un radiotraceur (18F, 11C)  B : PCB « Picpus2 »: PCB de 1cm², 4 couches, classe 5, ép.:0.4mm  C : électronique « sac à dos »: Gestion d’alimentations (VDD, VHT) Microcontrôleur (dialogue avec le circuit Picpus2) Circuit RF (dialogue avec le poste d’acquisition) PCB classe 6, 4 couches, 8cm² Poids: 25 g 5-7 juin 2012Journées VLSI – PCB – FPGA - IAOCAO – IN2P3 RF cable ~1 cm A B C 4cm 2cm 3/10

Sonde Pixsic  10 pixels (200µmx500µm) P+ polarisés en inverse sur un support silicium haute résistivité  2, 3 anneaux de garde.  Optimisation du volume de détection minimum vs sensibilité ainsi que la VHT.  Piste et plages d’accueil pour le bonding  Sonde coatée au parylène 5-7 juin 2012Journées VLSI – PCB – FPGA - IAOCAO – IN2P3 Pixel: 200 µm x 500, 2 guard-rings 4 of 13 sonde : 17 mm x 690 µm x 200 µm 4/10

ASIC Picpus2 (1/2)  Cahier des charges  Gamme d’énergie entre 15 et 500keV  Linéarité indispensable entre 15 et 30keV  Bruit de la chaine 1ke- (4keV)  Seuil le plus bas possible (15-20keV)  Circuit mixte en techno. XFAB 0.35µm  10 voies de lecture + 1 voie de test  CSA, filtre, comparateur, DAC 10 bits 5-7 juin 2012Journées VLSI – PCB – FPGA - IAOCAO – IN2P3 5/10

 Partie numérique: connexion à l’électronique sac à dos via Din, Dout, Clock  Confirmation de l’envoi d’une commande,  Configuration du chip,  Lecture des compteurs,  Lecture de la configuration,  Gestion de l’injection interne. 5-7 juin 2012Journées VLSI – PCB – FPGA - IAOCAO – IN2P3 ASIC Picpus2 (2/2) « sac à dos » 6/10

résultats  Consommation: 0,5mW (sans buffers)  Gain Préampli: 2.8mV/ke-  Gain filtre: 30mV/ke-  linéarité jusqu’à 80ke- (~290keV)  Bruit:  Voie déconnectée: 400e-  Voie connectée Selon type de sonde 800/1ke- type A 600e- type B (géométrie mesurable) 5-7 juin 2012Journées VLSI – PCB – FPGA - IAOCAO – IN2P3 7/10

Côté biologie 5-7 juin 2012 Journées VLSI – PCB – FPGA - IAOCAO – IN2P3  1eres mesures sur un animal anesthésié  2 sondes implantées dans le striatum  1 sonde béta microprobe (IMNC)  1 sonde pixsic  Réponse au radiotraceur 11C  Amplitudes différentes en fonction de la distance de la source  Observation de la décroissance de l’activité du radiotraceur possible 8/10

Perspective: techno. HVCMOS  Le détecteur et l’électronique front-end sont sur le même support.  Possibilité d’intégrer la chaine analogique dans la zone de détection  Diminution des interconnexions ≡ diminution du bruit et de la diaphonie)  Reste le traitement numérique dans le chip associé 5-7 juin 2012Journées VLSI – PCB – FPGA - IAOCAO – IN2P3 9/10

conclusion  Le principe de la sonde Pixsic est validée  40 FE livrés aux biologistes avec son conditionnement  Le capteur respecte le cahier des charges et les mesures effectuées du dispositif dans son environnement sont encourageantes.  La suite chez l’animal éveillé…  Perspective de l’électronique front end possible avec la techno. HV.(prolongation ANR, …)  Publications PIXSIC :  1 dépôt de brevet, 2 présentations WMIC (World Molecular Imaging Congress (San Diego 2011, Dublin 2012), 1 rapport IEEE Medical Imaging Conference juin 2012 Journées VLSI – PCB – FPGA - IAOCAO – IN2P3 10/10