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Caractérisations thermiques par thermographie IR et méthode de stabilisation thermique cellulaire par impact de jets d'air pour les détecteurs de tomographie par émission de positrons à base de photodiodes à avalanche

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Saydé, Michel (2020). Caractérisations thermiques par thermographie IR et méthode de stabilisation thermique cellulaire par impact de jets d'air pour les détecteurs de tomographie par émission de positrons à base de photodiodes à avalanche. Thèse. Gatineau, Université du Québec en Outaouais, Département d'informatique et d'ingénierie, 175 p.

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Résumé

LabPET II est un projet de scanneur TEP préclinique nouvelle génération pour animaux de taille moyenne (lapin). Il est actuellement dans sa dernière phase de développement. On cherche à apporter plusieurs améliorations grâce à la nouvelle génération des détecteurs de tomographie d’émission par positrons à base de photodiodes d’avalanches (TEP-PDA). Ces améliorations vont aider à rehausser la résolution des images pour détecter des détails sous le millimètre (autrefois impossible à déceler).
Dans LabPET II un capteur élémentaire TEP (pixel) est composé d'un cristal scintillateur (LYSOL) couplé à un PDA pour un total de 18432 pixels. Ces derniers sont alignés sur le périmètre intérieur du cylindre (64 x 288 avec la face vers l’intérieur) pour former le champ de vision spatial du scanneur. Une « Detector Board » (DB) qui est un PCB comporte deux ASICs (sur la première surface) et 64 pixels (sur la deuxième). Les ASICs intègrent l'électronique frontale qui constitue les circuits d’acquisitions de données et de traitement des signaux en provenance des pixels.
La stabilité thermique des pixels et des ASICs est très importante pour une performance optimale dans les PDA-TÉP. Dans LabPET II, la température des DB doit rester stable à moins de 32 °C ± 2%. La problématique réside dans la structure complexe du scanneur et dans le fait que l’ASIC est une source majeure de chaleur (0,6 W). Les ASICs sont placés à proximité des pixels et les deux sont confinés dans des espaces très restreints. Ce placement est avantageux du point de vue électrique(pour des raisons d’optimisation du rapport S/B, de synchronisme, etc.), mais il est catastrophique du point de vue thermique. Nos mesures montrent que la température de surface de la DB atteint 75 °C en mode permanent (avec une convection naturelle à la température ambiante).
Dans cette thèse, nous avons adopté une approche de conception et de développement à deux phases : quantifier le problème d’abord pour ensuite optimiser la solution.
Dans une première phase, nous montrons nos résultats de caractérisation thermiques de la carte DB dans un espace spatial. Nous avions obtenu ces résultats avec à partir des méthodes empiriques et analytiques. Ces méthodes utilisent surtout des mesures thermographiques IR et des analyses discrètes sur des gradients thermiques. Nos résultats montrent qu’une méthode pratique à convection d’air forcé est suffisamment efficace pour refroidir et stabiliser la DB et ces pixels sous certaines conditions.
Dans une deuxième phase, nous avons développé et optimisé une méthode de stabilisation thermique dite cellulaire par impact de jets d'air (Cellular Air Impingement (CAI)) pour le scanneur LabPET II. Cette méthode utilise un système à des plaques froides pour refroidir et stabiliser la température de l’air convectif. Des radiateurs sont installés sur les ASICS et un système de distribution de l’air convectif alimente une mer de cellules. Cette dernière va refroidir et stabiliser la température des DB et des pixels (et probablement d’autres parties du scanneur). La température de l’air convectif et la pression statique dans le système de distribution sont contrôlées par des contrôleurs PID.

Type de document: Thèse (Thèse)
Directeur de mémoire/thèse: Lakhssassi, Ahmed
Co-directeurs de mémoire/thèse: Kengne, Emmanuel
Départements et école, unités de recherche et services: Informatique et ingénierie
Date de dépôt: 07 mai 2021 19:22
Dernière modification: 07 mai 2021 19:22
URI: http://di.uqo.ca/id/eprint/1266

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