Pour établir le comportement pharmacocinétique de nouveaux radiotraceurs en imagerie moléculaire, il est nécessaire d’approfondir l’analyse réalisée à partir d ’une image par l’ajout d’une mesure dynamique de la radioactivité dans le sang. L’Université de Sherbrooke développe présentement une plateforme microfluidique d’échantillonnage et d’analyse permettant la mesure de la radioactivité du plasma en temps réel. L’objectif du présent projet de maîtrise était de réaliser le composant optoélectronique responsable de la détection des positrons et de l’intégrer à la puce microfluidique. L’option retenue a été l’utilisation de photodiodes PIN en silicium. Un procédé de fabrication, ainsi qu’une série de photomasques ont été développés afin de produire une première itération de prototypes. Les détecteurs ont été conçus de manière à optimiser leur sensibilité en fonction du type de rayonnement à détecter. En effet, la région de détection doit être suffisamment épaisse et sensible pour absorber le maximum de particules énergétiques. Également, il est essentiel de minimiser le courant de fuite en noirceur afin d’obtenir un photocourant directement proportionnel à l’énergie des radiations incidentes. Les caractéristiques électriques obtenues avec les premiers détecteurs ont été démontrées proches des performances de détecteurs commerciaux similaires. De plus, il a été possible d’intégrer un canal microfluidique au substrat contenant les photodiodes et d’en réaliser l’encapsulation sans altérer les performances électriques initiales des détecteurs. Une courbe de l’activité radioactive du l8F a été mesurée, celle-ci se comparant à l’activité théorique associée à ce radioisotope communément utilisé en TEP. Enfin, un spectre en énergie des émissions radiatives du 18F a été mesuré et comparé aux performances de systèmes utilisant des photodiodes commerciales. D a été démontré que le prototype offrait un rapport signal sur bruit similaire aux systèmes basés sur des photodiodes commerciales. Des problèmes durant la fabrication ont cependant compromis les performances de la deuxième itération de détecteurs. Une série de recommandations finales afin d’éviter ces problèmes a été émise suite à la deuxième itération réalisée lors de ce projet de maîtrise.

L'objectif de cette thèse est de réaliser un système radio-sur-fibre bidirectionnel fonctionnant dans la bande des fréquences millimétriques autour de 60 GHz. La solution proposée est basée sur l'utilisation d'une photodiode PIN en tant que mélangeur optoélectronique. Une étude théorique associée à une caractérisation non-linéaire et large bande de la photodiode a permis de modéliser le comportement mélangeur de la photodiode. Le modèle de photodiode obtenu a ensuite été utilisé pour optimiser les performances du mélangeur optoélectronique puis du système radio-sur-fibre complet. Des mesures expérimentales ont permis de vérifier la compatibilité du système proposé avec les spécifications du standard ECMA 387 proposé pour régir la création de réseaux locaux aux fréquences de 60 GHz, pour au moins les deux premiers débits proposés (394 Mb/s et 794 Mb/s). / The aim of this thesis is to develop a bidirectional millimeter-wave radio-over-fiber system. The proposed system is based on the use of a p-i-n photodiode as an optoelectronic mixer. A theoretical study coupled with a non-linear and wideband photodiode characterization allows modeling of the photodiode mixing process. Then, the developed photodiode model was used to optimize the optoelectronic mixer efficiency and finally, to optimize the complete radio-over-fiber system efficiency. Experimental measurement has been made to check the compliance of the developed system with the specifications of the ECMA 387 standard that is proposed for the use of the 60 GHz frequency band. Measurement complies with the standard for at least the first data rates (394 Mb/s and 794 Mb/s).

Les études expérimentales sur les petits animaux de laboratoire sont devenues un axe essentiel de recherche dans la plupart des domaines de la biologie moléculaire, de la toxicologie et de la pharmacologie. Elles sont grandement facilitées par le développement de scanners dédiés, incluant des tomographes d'émission par positrons (TEP) à haute résolution pour petits animaux. En effet, en mesurant la biodistribution dynamique d'un radiotraceur in vivo, la TEP permet de mesurer des processus physiologiques et biochimiques à un niveau moléculaire. Des modèles mathématiques peuvent alors être appliqués pour décrire la cinétique des radiotraceurs et extraire des paramètres biologiques d'intérêt comme la perfusion, la consommation d'oxygène ou la consommation de glucose de l'organe étudié. Pour calculer ces constantes cinétiques, il est nécessaire d'obtenir les concentrations tissulaires et plasmatiques du radiotraceur en fonction du temps. Alors que la courbe tissulaire est dérivée des images TEP, il n'est pas toujours possible d'en extraire la courbe sanguine. Habituellement elle est obtenue par le prélèvement manuel d'échantillons sanguins, mais cette procédure peut s'avérer très délicate, surtout sur de très petits animaux comme les souris. Un Compteur Sanguin [micro]volumétrique (CS[micro]) automatisé a donc été développé pour faciliter la mesure de la radioactivité dans le sang. Le CS[micro], qui est l'objet de ce mémoire, est constitué d'un module de détection [bêta] à base de photodiodes PIN et d'un module de contrôle comprenant une pompe pousse-seringue à microvolumes. Cette dernière prélève continuellement du sang d'une canule artérielle ou veineuse à une vitesse réglable pour le faire passer devant les détecteurs. La détection directe des positrons par des photodiodes permet de minimiser la sensibilité aux rayonnements gamma environnants et donc de diminuer l'encombrement du système de détection, principalement par l'amincissement du blindage. L'appareil est entièrement contrôlé par ordinateur pour la sélection du protocole de prélèvement sanguin, les réglages et l'affichage en temps réel des données. Il peut être utilisé seul ou intégré à la caméra LabPET(TM) pour corréler la courbe sanguine avec une séquence d'imagerie TEP dynamique. Différentes caractéristiques physiques du compteur sanguin [micro]volumétrique ont été évaluées. Sa sensibilité absolue se situe entre 3,5 et 23% pour les isotopes les plus couramment utilisés en TEP ([indice supérieur 18]F, [indice supérieur 11]C, [indice supérieur 13]N, [indice supérieur 64]Cu). Le système est linéaire pour les activités utilisées sur modèle animal (1 à 15 kBq/[micro]1) et très peu sensible au bruit de fond radioactif ambiant.Les effets de la dispersion ont été mesurés pour différents cathéters, différentes distances entre l'animal et le détecteur et différentes vitesses de prélèvement. Le système utilisé avec un cathéter PE10 s'est révélé insensible aux interférences électromagnétiques (EMI). Un renfort du blindage EMI permet également de limiter grandement le bruit dans le cas d'un cathéter PE50 avec des animaux de la taille d'un rat. La stabilité à court terme est de l'ordre des variations engendrées par la statistique de Poisson. Enfin, une variation de seulement 0,07% a été observée dans la mesure de l'activité d'une même source repositionnée cinq fois dans le détecteur. Différentes études animales ont été entreprises pour compléter la caractérisation du système. La courbe sanguine obtenue avec le CS[micro] a été comparée avec succès avec des courbes provenant d'un échantillonnage manuel et d'une région d'intérêt (ROI) tracée sur l'image TEP. Des mesures de la consommation myocardique en glucose chez le rat et de la perfusion sanguine du myocarde chez la souris ont également été réalisées avec succès. Le compteur sanguin [micro]volumétrique s'avère donc un outil efficace donnant des mesures précises et reproductibles. Il permet de diminuer l'exposition du personnel tout en augmentant l'efficacité des études pharmacocinétiques en recherche biomédicale et pharmaceutique.

L'objectif de cette thèse est de réaliser un système radio-sur-fibre bidirectionnel fonctionnant dans la bande des fréquences millimétriques autour de 60 GHz. La solution proposée est basée sur l'utilisation d'une photodiode PIN en tant que mélangeur optoélectronique. Une étude théorique associée à une caractérisation non-linéaire et large bande de la photodiode a permis de modéliser le comportement mélangeur de la photodiode. Le modèle de photodiode obtenu a ensuite été utilisé pour optimiser les performances du mélangeur optoélectronique puis du système radio-sur-fibre complet. Des mesures expérimentales ont permis de vérifier la compatibilité du système proposé avec les spécifications du standard ECMA 387 proposé pour régir la création de réseaux locaux aux fréquences de 60 GHz, pour au moins les deux premiers débits proposés (394 Mb/s et 794 Mb/s).