PIXSIC : détecteur silicium pixelisé pour application intracérébrale Jean-Claude Clémens, Denis Fougeron, Michel Jevaud, Julia Maerk, Mohsine Menouni 5-7.

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1 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

2 contexte  Projet ANR (Financement : ANR-09-BLAN-0102-02)  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 4 5-7 juin 2012Journées VLSI – PCB – FPGA - IAOCAO – IN2P3 2/10

3 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

4 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

5 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

6  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

7 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

8 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

9 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

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 2010 5-7 juin 2012 Journées VLSI – PCB – FPGA - IAOCAO – IN2P3 10/10