Publication

A 5x5 SPADnet Digital SiPM Tile for PET Applications

Edoardo Charbon, Claudio Bruschini, Gabor Nemeth
2015
Article de conférence
Résumé

SPADnet is a sensor platform for the detection and processing of gamma photons generated in a PET system. SPADnet uses the novel technique of deferred coincidence detection, whereas timestamps associated with gamma events and their energy are routed at high speed (up to 3.3 million events per second) over a 2Gbps network, along with synchronization information. In this work, we describe SPADnet's key building block, a tile of SPADnet-I chips. SPADnet-I is a 50 mm2, 8x16 pixel digital SiPM where each pixel includes an array of 720 SPADs and the logic to count photons and record their arrival time. A fill factor of 42.9% is achieved. A distributed adder provides the number of photons detected throughout the whole array every 10 ns. On-chip triggering logic monitors this value in real time to discriminate gamma events from dark counts. The chip features a 10.8% energy resolution and a CRT of 288ps when coupled to a 3x3x10 mm3 LYSO crystal. High spatial resolution is obtained by combining the data generated by each pixel to efficiently locate the gamma absorption in the 2D space even when coupled to large arrays of crystal needles as small as 1.12x1.12mm2. The tile is built on a 5x5 array of SPADnet-I sensors. A Xilinx Spartan6 FPGA controls the whole module and monitors the gamma activity across the 25 sensors. Here, the large amount of data generated for each detected gamma is processed in real time to extract energy, position and time-of-arrival. Pile-up detection and energy windowing are applied to the events, which are then fed to a network of tiles for coincidence detection. A centralized snooper recognizes coincidence pairs while thermal, Compton, and single events are discarded. The system is inherently scalable, as it enables single- or multi-rings of photonic modules for potentially large PET systems.

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Concepts associés (35)
Rayon gamma
vignette|Des rayons gamma sont produits par des processus nucléaires énergétiques au cœur des noyaux atomiques. Un rayon gamma (ou rayon γ) est un rayonnement électromagnétique à haute fréquence émis lors de la désexcitation d'un noyau atomique résultant d'une désintégration. Les photons émis sont caractérisés par des énergies allant de quelques keV à plusieurs centaines de GeV voire jusqu'à pour le plus énergétique jamais observé. Les rayons gamma furent découverts en 1900 par Paul Villard, chimiste français.
Spectrométrie gamma
La spectrométrie gamma est une technique de mesure nucléaire permettant d'identifier certains éléments radioactifs par la mesure de l'énergie des rayonnements gamma qu'ils émettent. Elle diffère de la technique du compteur Geiger, qui ne détecte que la présence de rayonnements gamma sans fournir d'information sur la nature de la source détectée. La mesure par spectrométrie gamma permet de construire des spectres, qui sont des histogrammes donnant les quantités de photons détectés en fonction de leur énergie.
Économies d'énergie
Les économies d'énergie sont les gains obtenus en réduisant la consommation d'énergie ou les pertes sur l'énergie produite. Les économies d'énergie sont devenues un objectif important des pays fortement consommateurs d'énergie vers la fin du , notamment après le choc pétrolier de 1973 puis à partir des années 1990, afin de répondre à plusieurs inquiétudes : la crainte d'un épuisement des ressources naturelles, particulièrement des combustibles fossiles ; le réchauffement climatique résultant des émissions de gaz à effet de serre ; les problèmes politiques et de sécurité d'approvisionnement dus à l'inégale répartition des ressources sur la planète ; le coût de l'énergie que la combinaison de ces phénomènes peut faire augmenter.
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Mountaintop Gamma Ray Observations of Three Terrestrial Gamma‐Ray Flashes at the Säntis Tower, Switzerland With Coincident Radio Waveforms

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