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Conception et implémentation d'un système de contrôle thermique appliqué au scanner LabPET II à Haute Performance

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Oukaira, Aziz (2020). Conception et implémentation d'un système de contrôle thermique appliqué au scanner LabPET II à Haute Performance. Thèse. Gatineau, Université du Québec en Outaouais, Département d'informatique et d'ingénierie, 124 p.

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Résumé

Dans l’imagerie de la médecine nucléaire moderne et plus précisément dans la tomographie à émission de positrons à base de photodiodes à avalanche (PDA-TÉP), on envisage toujours à réduire l’échelle, et à augmenter la résolution spatiale et temporelle des capteurs TÉP et de l’électronique frontale (ÉF) pour les nouvelles générations comme le scanner LabPET II à Haute Performance. L’avantage visé de cette démarche est d’augmenter la qualité et la résolution de l’image médicale TÉP en 3D. Ce scanner développé à l’Université de Sherbrooke avec une collaboration de l'Université du Québec en Outaouais au niveau des aspects thermiques très critiques pour son fonctionnement, à cause du nombre très grand des ASICs et une chaine des DSPs, le scanner LabPET II est devenu compliqué à contrôler thermiquement.
Plusieurs paramètres influencent le comportement du scanner LabPET II et rendent le contrôle thermique très difficile tels que la géométrie complexe du scanner LabPET II, le nombre élevé de sources de chaleur (864 ASICs) et la présence de phénomènes de transfert thermique (conduction, convection et rayonnement). Dans cette thèse, il y a deux objectifs pour contrôler et stabiliser thermiquement le scanner LabPET II, d’abord évacuer la chaleur pour réduire la température globale du scanner et garder la stabilité thermique du scanner LabPET II (très critique) en temps réel. La température du détecteur PDA (Photo Diode Avalanche) doit rester stable à moins de 32 °C ± 2%. La problématique réside dans la structure complexe du scanner et dans le fait qu’il possède trente-six Radial Bord avec huit cent soixante-quatre ASICs au total (24 ASICs X 36 Radial Board), soit une puissance totale de 518.4 W (864 ASICs X 0.6 W). Pour assurer la stabilité thermique du scanner LabPET II, nous avons adopté une approche de conception et de développement en trois phases : quantifier le problème d’abord pour ensuite proposer une solution en respectant les contraintes spécifiques au scanner LabPET II.
Dans une première phase, nous avons proposé une nouvelle méthodologie et une approche pour vérifier la validité de la solution, avec deux techniques numériques et l’analyse de transfert thermique soit la CFD (Computational Fluid Dynamics) et HTA (Heat Transfer Analysis) à l’aide de deux outils numériques COMSOL et NISA. Ainsi, les deux types d’analyses ont été menés : la première sans convection et la deuxième avec convection forcée en injectant de l’air frais. Nos résultats montrent qu’une méthode de convection d’air forcée est suffisamment efficace pour refroidir et stabiliser la DB et ces pixels sous certaines conditions.
Dans une deuxième phase, nous avons développé un algorithme de contrôle de la stabilité thermique pour le scanner LabPET II. Cet algorithme basé sur la technique des mesures thermiques par RO (Ring Oscillator) et des modules Pelletier TEC pour extraire l’information des caractéristiques thermiques des surfaces. La faisabilité et la performance de cette solution ont été démontrées par des simulations numériques.
Dans une troisième phase, nous avons implémenté nos résultats sur la carte FPGA, afin de valider nos techniques et méthodes développées pour les ASICs du scanner LabPET II, ensuite nous avons conçu un capteur de température RO avec la technologie CMOS en utilisant la librairie TSMC 65 nm.

Type de document: Thèse (Thèse)
Directeur de mémoire/thèse: Lakhssassi, Ahmed
Co-directeurs de mémoire/thèse: Taheri, Shamsodin
Mots-clés libres: Scanner LabPET II; PDA-TÉP; CFD; HTA; TEC; ASIC; FPGA; RO; CMOS; TSMC 65 nm
Départements et école, unités de recherche et services: Informatique et ingénierie
Date de dépôt: 28 sept. 2020 18:45
Dernière modification: 28 sept. 2020 18:45
URI: http://di.uqo.ca/id/eprint/1179

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