Imotep : un circuit intégré pour l’imagerie TEP du petit animal V. BEKAERT, N. CHEVILLON, X. FANG, C. FUCHS, J. SAHR, R. SEFRI, J. WURTZ, D. BRASSE

Plan Introduction :  Imagerie TEP à l’IPHC  Circuit IMOTEP Résultats des tests sur table Résultats des tests avec détecteurs Conclusion & Perspectives 2

3 Développement du TEP à l’IPHC µTEP  Voies totales:  256 × 4 × 2 = 2048  Solution :  8 carte PCB  4 ASICs/carte  64 voies/ASIC  Performances cherchées :  Efficacité de détection : 15%  Résolution spatial : 1 mm 3 IMOTEP IMOTEPD IMOTEPA μTEP μCT μSPECT AMISSA Photodétecteurs  PMT  SiPM  MCP-PMT

IMOTEP 4 Mesure de charges Mesure de temps Ch0 Ch63 64 Voies IMOTEP en quelques chiffres TechnologieCMOS 0,35 µmSurface30,4 mm2 Impédance d’entrée180 ΩBruit rms300 µV Consommation8,5 mW/voieGamme de fonctionnement Qlq fC à ~100 pC INL< 1%Résolution (temps)625 ps Crosstalk0,001%Jitter (rms)100 ps

Test sur table 5 Générateur Alimentation Oscilloscope Carte d’horloge Schéma de la carte d’injection Pour émuler le signal de sortie du détecteur, on injecte un échelon de tension dans un condensateur (impulsion en courant). Carte PET256 Chips IMOTEP

Mesure de charge 6 Bruit RMS < 1,3 mV (10,5 coups ADC 14 bits avec LSB de 122 µV)

7 Réglage du gain Le réglage du gain est linéaire (DAC 6 bits) La saturation apparait à la valeur DAC > 35 DAC = 20 DAC = 35 DAC = 8 DAC = 32 DAC = 40

8 Efficacité du trigger Plage de déclenchement ≈ 40 fC Seuil minimum de déclenchement augmente quand le nombre de voies déclenchées augmente 5 voies déclenchées 16 voies déclenchées 40 fC

9 Crosstalk Charge d’entrée > 10 pC  crosstalk résistif Crosstalk  Pas de diffusion de charge dans les voies victimes  l’énergie mesurée pour ces voies est celle de leur ligne de base  pas d’impact sur la mesure d’énergie des voies activées

Non-linéarité 10 Voie 3Voie 30 Voie 60

Mesure du temps Balayage de délai du signal d’entrée avec un pas de 10 ps Jitter < 100 ps 11

Non-linéarité du TDC 12 DNL < 0,4 LSB; INL < 0,6 LSB

Dispersion de mesure du temps (64 voies) 13 2 LSB max

Test avec le détecteur (PM) 14 PM LYSO Cristal 22 Na PM : Hamamatsu H Synchro en coïncidence TTL Electronique PET256 Une voie Signal de déclenchement Vers PC Ethernet PM PET256Oscilloscope Énergie mesurée20,3 pC20 pC Résolution à 511 KeV24,2%23,8% Photon γ

Test en coïncidence 15 PM Cristal : 3x3x5 cm 3 22 Na PM : Hamamatsu H Electronique PET256 Une voie Vers PC Ethernet PM Une voie t1-t2 Canaux TDC Nb. Coups σ = 2 LSBs

Conclusion Mesure d’énergie  Bruit RMS < 1,3 mV  Non-linéarité max < 3%  Crosstalk  négligeable  Gamme d’entrée  ~50 fC – ~100 pC par voie Mesure du temps  Bin = 625 ps  DNL < 0,4 LSB ; INL < 0,6 LSB  Jitter < 100 ps 16

Perspectives 17 Nouvelle version d’IMOTEP (en cours de test)  Amélioration du plan d’alimentation  Nouveau discriminateur (plus rapide, consomme moins)  Minimiser l’influence de nombre des voies déclenchées sur le seuil de déclenchement  Nouveaux : monostable, mémoire, …  Nouveau TDC  Bin réglable  312 ps – 625 ps  la dispersion de mesure du temps par évènement entre les voies (2 LSBs  1 LSB)