Conception, caractérisation et optimisation de SPAD en technologie Dalsa HV CMOS 0.8 μm pour intégration dans un 3D-SiPM

Résumé : Les photodiodes à avalanche monophotonique (SPAD) sont d'intérêts pour les applications requérant la détection de photons uniques avec une grande résolution temporelle, comme en physique des hautes énergies et en imagerie médicale. En fait, les matrices de SPAD, souvent appelés photomultiplicateurs sur silicium (SiPM), remplacent graduellement les tubes photomultiplicateurs (PMT) et les photodiodes à avalanche (APD). De plus, il y a une tendance à utiliser les matrices de SPAD en technologie CMOS afin d'obtenir des pixels intelligents optimisés pour la résolution temporelle. La fabrication de SPAD en technologie CMOS commerciale apporte plusieurs avantages par rapport aux procédés optoélectroniques comme le faible coût, la capacité de production, l'intégration d'électronique et la miniaturisation des systèmes. Cependant, le défaut principal du CMOS est le manque de flexibilité de conception au niveau de l'architecture du SPAD, causé par le caractère fixe et standardisé des étapes de fabrication en technologie CMOS. Un autre inconvénient des matrices de SPAD CMOS est la perte de surface photosensible amenée par la présence de circuits CMOS. Ce document présente la conception, la caractérisation et l'optimisation de SPAD fabriqués dans une technologie CMOS commerciale (Teledyne DALSA 0.8µm HV CMOS - TDSI CMOSP8G). Des modifications de procédé sur mesure ont été introduites en collaboration avec l'entreprise CMOS pour optimiser les SPAD tout en gardant la compatibilité CMOS. Les matrices de SPAD produites sont dédiées à être intégrées en 3D avec de l'électronique CMOS économique (TDSI) ou avec de l'électronique CMOS submicronique avancée, produisant ainsi un SiPM 3D numérique. Ce SiPM 3D innovateur vise à remplacer les PMT, les APD et les SiPM commerciaux dans les applications à haute résolution temporelle. L'objectif principal du groupe de recherche est de développer un SiPM 3D avec une résolution temporelle de 10 ps pour usage en physique des hautes énergies et en imagerie médicale. Ces applications demandent des procédés fiables avec une capacité de production certifiée, ce qui justifie la volonté de produire le SiPM 3D avec des technologies CMOS commerciales. Ce mémoire étudie la conception, la caractérisation et l'optimisation de SPAD fabriqués en technologie TDSI-CMOSP8G.

Systèmes RBS par ions lourds avec détecteur temps-de-vol

Mémoire numérisé par la Direction des bibliothèques de l'Université de Montréal.

Systèmes RBS par ions lourds avec détecteur temps-de-vol

Mémoire numérisé par la Direction des bibliothèques de l'Université de Montréal.

Détection des lésions focales hépatiques malignes. Comparaison de l'échographie, de la porto-tomodensitométrie, de la tomodensitométrie tardive et de l'imagerie par résonance magnétique [Detection of malignant focal hepatic lesions. Comparison of ultrasonography, computerized tomography during arterial portography, delayed computerized tomography and magnetic resonance imaging]

AIMS: This study was performed to compare the sensitivity of ultrasonography, computerized tomography during arterial portography, delayed computerized tomography, and magnetic resonance imaging to detect focal liver lesions. Forty three patients with primary or secondary malignant liver lesions were studied prior to surgical intervention. METHODS: The results of the imaging studies were compared with intraoperative examination of the liver, intraoperative ultrasonography and pathology results (29 patients). In the non-operated (14 patients) group, we compared the number of lesions detected by each technique. RESULTS: One hundred and forty six lesions were detected. There was 84% sensitivity with computerized tomography during arterial portography, 61.3% with delayed scan, 63.3% with magnetic resonance imaging and 51% with ultrasonography in operated patients. In patients who did not undergo surgery, magnetic resonance imaging was more sensitive in detecting lesions. CONCLUSIONS: In operated and non-operated patients series, CT during arterial portography had the highest sensitivity, but magnetic resonance imaging had the most consistent overall results.

Imagerie par DXA: le couteau suisse multifonction [DXA imaging: the multifunction Swiss army knife?].

Les importants progrès dans la qualité et la résolution des images obtenues par «absorptiométrie biphotonique à rayons X» ou DXA ont amélioré certaines modalités existantes et favorisé le développement de nouvelles fonctions permettant d'affiner de manière significative la prise en charge de nos patients dans diverses pathologies. On peut par exemple améliorer la prédiction du risque fracturaire par l'analyse indirecte de la micro et de la macroarchitecture osseuse, rechercher les marqueurs de pathologies associées (recherche de fractures vertébrales ou de fractures fémorales atypiques), ou évaluer le statut métabolique par la mesure de la composition corporelle. Avec les appareils DXA les plus performants, on pourra bientôt déterminer l'âge osseux, estimer le risque cardiovasculaire (par la mesure de la calcification de l'aorte abdominale), ou prédire la progression de l'arthrose articulaire et son évolution après la prise en charge chirurgicale dans la routine clinique. The significant progress on the quality and resolution of the images obtained by "Dual X-ray Absorptiometry" or DXA has permitted on one hand to improve some existing features and on the other to develop new ones, significantly refining the care of our patients in various pathologies. For example, by improving the prediction of fracture risk by indirect analysis of micro- and macro-architecture of the bone, by looking for markers of associated bone diseases (research vertebral fractures or atypical femoral fractures), or by assessing the metabolic status by the measurement of body composition. With the best performing DXA devices we will soon be able, in clinical routine, to determine bone age, to estimate cardiovascular risk (by measuring the calcification of the abdominal aorta) or to predict the progression of joint osteoarthritis and its evolution after surgical management.

Développement et validation de méthodes visant une utilisation optimale d'antennes réceptrices en imagerie par résonance magnétique

Différentes méthodes ayant pour objectif une utilisation optimale d'antennes radio-fréquences spécialisées en imagerie par résonance magnétique sont développées et validées. Dans un premier temps, il est démontré qu'une méthode alternative de combinaison des signaux provenant des différents canaux de réception d'un réseau d'antennes mène à une réduction significative du biais causé par la présence de bruit dans des images de diffusion, en comparaison avec la méthode de la somme-des-carrés généralement utilisée. Cette réduction du biais engendré par le bruit permet une amélioration de l'exactitude de l'estimation de différents paramètres de diffusion et de diffusion tensorielle. De plus, il est démontré que cette méthode peut être utilisée conjointement avec une acquisition régulière sans accélération, mais également en présence d'imagerie parallèle. Dans une seconde perspective, les bénéfices engendrés par l'utilisation d'une antenne d'imagerie intravasculaire sont étudiés. Suite à une étude sur fantôme, il est démontré que l'imagerie par résonance magnétique intravasculaire offre le potentiel d'améliorer significativement l'exactitude géométrique lors de mesures morphologiques vasculaires, en comparaison avec les résultats obtenus avec des antennes de surface classiques. Il est illustré qu'une exactitude géométrique comparable à celle obtenue grâce à une sonde ultrasonique intravasculaire peut être atteinte. De plus, plusieurs protocoles basés sur une acquisition de type balanced steady-state free-precession sont comparés dans le but de mettre en évidence différentes relations entre les paramètres utilisés et l'exactitude géométrique obtenue. En particulier, des dépendances entre la taille du vaisseau, le rapport signal-sur-bruit à la paroi vasculaire, la résolution spatiale et l'exactitude géométrique atteinte sont mises en évidence. Dans une même optique, il est illustré que l'utilisation d'une antenne intravasculaire permet une amélioration notable de la visualisation de la lumière d'une endoprothèse vasculaire. Lorsque utilisée conjointement avec une séquence de type balanced steady-state free-precession utilisant un angle de basculement spécialement sélectionné, l'imagerie par résonance magnétique intravasculaire permet d'éliminer complètement les limitations normalement engendrées par l'effet de blindage radio-fréquence de l'endoprothèse.

Modélisation pharmacocinétique en imagerie par résonance magnétique et en tomographie d’émission par positrons appliquée à un modèle de glioblastome chez le rat

Résumé : En imagerie médicale, il est courant d’associer plusieurs modalités afin de tirer profit des renseignements complémentaires qu’elles fournissent. Par exemple, la tomographie d’émission par positrons (TEP) peut être combinée à l’imagerie par résonance magnétique (IRM) pour obtenir à la fois des renseignements sur les processus biologiques et sur l’anatomie du sujet. Le but de ce projet est d’explorer les synergies entre l’IRM et la TEP dans le cadre d’analyses pharmacocinétiques. Plus spécifiquement, d’exploiter la haute résolution spatiale et les renseignements sur la perfusion et la perméabilité vasculaire fournis par l’IRM dynamique avec agent de contraste afin de mieux évaluer ces mêmes paramètres pour un radiotraceur TEP injecté peu de temps après. L’évaluation précise des paramètres de perfusion du radiotraceur devrait permettre de mieux quantifier le métabolisme et de distinguer l’accumulation spécifique et non spécifique. Les travaux ont porté sur deux radiotraceurs de TEP (18F-fluorodésoxyglucose [FDG] et 18F-fluoroéthyle-tyrosine [FET]) ainsi que sur un agent de contraste d’IRM (acide gadopentétique [Gd DTPA]) dans un modèle de glioblastome chez le rat. Les images ont été acquises séquentiellement, en IRM, puis en TEP, et des prélèvements sanguins ont été effectués afin d’obtenir une fonction d’entrée artérielle (AIF) pour chaque molécule. Par la suite, les images obtenues avec chaque modalité ont été recalées et l’analyse pharmacocinétique a été effectuée par régions d’intérêt (ROI) et par voxel. Pour le FDG, un modèle irréversible à 3 compartiments (2 tissus) a été utilisé conformément à la littérature. Pour la FET, il a été déterminé qu’un modèle irréversible à 2 tissus pouvait être appliqué au cerveau et à la tumeur, alors qu’un modèle réversible à 2 tissus convenait aux muscles. La possibilité d’effectuer une conversion d’AIF (sanguine ou dérivée de l’image) entre le Gd DTPA et la FET, ou vice versa, a aussi été étudiée et s’est avérée faisable dans le cas des AIF sanguines obtenues à partir de l’artère caudale, comme c’est le cas pour le FDG. Finalement, l’analyse pharmacocinétique combinée IRM et TEP a relevé un lien entre la perfusion du Gd-DTPA et du FDG, ou de la FET, pour les muscles, mais elle a démontré des disparités importantes dans la tumeur. Ces résultats soulignent la complexité du microenvironnement tumoral (p. ex. coexistence de divers modes de transport pour une même molécule) et les nombreux défis rencontrées lors de sa caractérisation chez le petit animal.

Exploration du Plexus Brachial en Imagerie par Résonance Magnétique 3T.

Objectifs: Optimiser la visualisation du plexus brachial dans le cadre d'un examen par résonance magnétique (IRM), avec prise en compte des paramètres techniques. Matériels et méthodes: L'IRM est devenue la technique de choix pour explorer le plexus brachial en raison de ses capacités techniques (rapport signal/bruit, contraste). Pour cela, nousavons optimisé d'une part des séquences de routine et d'autre part des séquences 3D, dans le but de différencier les structures nerveuses et les tissusenvironnants. Une analyse technique des examens sera réalisée sur la base d'un échantillon de patients de morphotypes variés. Résultats: La morphologie de la région étudiée, différente d'un patient à l'autre, influence la qualité de l'examen. Effectivement, l'épaisseur de tissu (graisseux oumusculaire) présent au niveau du plexus brachial et plus particulièrement celle qui sépare l'air ambiant de l'air présent dans les poumons , demande certainsajustements techniques tels que : shimming, plan d'acquisition et reconstruction issue des séquences 3D. Conclusion: Dans le cadre de cet examen peu fréquent, le manipulateur joue un rôle important tant par les ajustements techniques que par ses connaissances anatomiques,afin de produire une imagerie du plexus brachial de haute précision et de grande qualité.