On ne sait jamais quand une opportunité d’innover pourrait se présenter et, si elle est saisie, quelle différence vous pouvez faire dans la vie des gens.
Une telle opportunité s’est présentée à Broadcom dans le domaine de la détection du cancer. Nous innovons dans la technologie optique depuis plus de 50 ans. Ces innovations se sont largement concentrées sur l’amélioration de technologies telles que les communications et les capteurs. Cette fois, notre innovation a finalement aidé les médecins et leurs patients – et a conduit à d’autres applications que nous n’avions même pas envisagées.
Tout a commencé avec une technologie peu connue appelée « photomultiplicateur au silicium » ou SiPM. SiPM est un capteur optique de nouvelle génération qui permet aux gens de « voir » des choses qu’ils ne pourraient pas détecter sans lui. SiPM peut détecter, mesurer et quantifier des niveaux de rayonnement aussi faibles qu’un seul photon de lumière. De plus, sa réponse électrique à un seul photon est extrêmement rapide. Ces capacités sont fondamentales pour Scanners TEP, qui aident à diagnostiquer plusieurs formes de cancer. Il peut également être utilisé pour la technologie d’imagerie laser, ou LIDARpour les véhicules autonomes et les applications de numérisation et de cartographie 3D, l’astrophysique et les domaines connexes.
Une opportunité de rupture technologique
Nous avons étudié le marché pour voir où nous pourrions concevoir et faire progresser la technologie optique et éventuellement perturber un marché. Nous avons découvert que le marché des capteurs en silicium utilisés dans les scanners TEP et à d’autres fins d’imagerie nucléaire était majoritairement dominé par un seul fournisseur. C’était une opportunité que nous pensions pouvoir saisir et un marché sur lequel notre expertise dans le développement de puces sur mesure nous permettrait de faire quelque chose de différent.
Nous avons appris que la technologie optique prédominante utilisée en médecine nucléaire, le tube photomultiplicateur, était à la fois ancienne et coûteuse. Dans le même temps, des partenaires et clients potentiels se tournaient vers une technologie plus récente : SiPM. Mais il y avait un problème : il leur était difficile et coûteux de l’utiliser largement dans les systèmes de nouvelle génération.
SiPM est une technologie disruptive. Les tubes photomultiplicateurs s’apparentent aux amplificateurs à lampes utilisés dans les anciennes radios et téléviseurs. Le SiPM, quant à lui, peut être comparé aux transistors à semi-conducteurs, qui ont remplacé les amplificateurs à lampes, augmentant ainsi la miniaturisation et les performances de tous les systèmes et dispositifs électroniques.
Le SiPM présente de nombreux avantages par rapport aux tubes photomultiplicateurs : taille plus petite, puissance inférieure, coût inférieur et durée de vie plus longue. Avec les développements récents, leurs performances sont devenues bien meilleures que les tubes en termes de sensibilité et de rapidité de réponse. Pour toutes ces raisons, SiPM est le seul choix pour les systèmes PET modernes.
Cela nous a donné l’opportunité d’être la technologie disruptive qui refait ce marché.
Prendre l’avantage
Notre première étape a été de créer une équipe et une usine de fabrication. Nous avons fait appel à un expert possédant la meilleure vue d’ensemble de la technologie de pointe SiPM. Nous étions catégoriques sur le fait que nous voulions le meilleur SiPM possible ; notre consultant nous a indiqué un petit institut de recherche en Italie.
L’institut développait des SiPM sur des tranches de silicium, adaptés à la recherche mais pas à la production en série. Nous avons transféré la fabrication chez nos propres fonderies partenaires, modifié la taille des puces et réduit les coûts tout en améliorant les performances. Après avoir développé l’emballage, nous avons lancé notre premier produit avec un partenaire mondial.
Au cours des années suivantes, nous avons amélioré le paramètre le plus critique de nos SiPM afin de fournir un capteur optimisé pour les machines PET. En conséquence, en 2023, notre principal client a atteint le record mondial de la « résolution du temps de coïncidence » la plus rapide, un paramètre important pour la résolution et la qualité des images TEP.
Innover de nouvelles opportunités de marché
En créant cette première application dans les scanners TEP, nous avons reconnu que la technologie SiPM pouvait être utilisée dans d’autres applications. Aujourd’hui, nous vendons nos produits basés sur SiPM à plusieurs autres fabricants mondiaux tout en développant de nouvelles applications SiPM, telles que :
- Technologie LIDAR automobile
- Opérations minières où les entreprises l’utilisent pour « voir » dans les montagnes à la recherche d’éléments tels que le cuivre
- Cytométrie en flux ou appareils utilisés pour analyser les caractéristiques des cellules ou des particules, qui peuvent aider à diagnostiquer certains cancers du sang
Pas seulement détecter mais traiter les données
Pour les scanners TEP de pointe, il est crucial d’enregistrer les événements de rayonnement le plus rapidement possible. Le timing et la précision sont primordiaux. Les machines doivent voir et lire la lumière émise par le scintillateur en dizaines de centaines de picosecondes, soit un billionième de seconde.
Cette fonctionnalité est extrêmement difficile à améliorer car elle dépend de tous les composants du module de détection, y compris le traitement des signaux électriques. Aujourd’hui, les fabricants de PET utilisent des composants externes discrets pour capturer les informations, mais cela est à la fois fastidieux et coûteux. Pour surmonter cette limitation, nous avons créé un nouveau type de puce : un ASIC « de lecture ». Nous avons optimisé l’ASIC et notre technologie SiPM pour les applications qui doivent « voir » dans des situations de faible luminosité.
Désormais, les clients peuvent générer le signal électrique, l’amplifier, le convertir en informations numériques via nos modules SiPM et nos ASIC de lecture. Aucune perte de données et un traitement très rapide, ce qui est crucial pour des applications telles que la détection du cancer avec des scanners TEP de pointe.
Il nous a fallu huit ans pour développer et optimiser notre technologie SiPM, bouleversant ainsi le marché. Nous sommes désormais prêts à continuer d’innover pour faire la différence dans des domaines comme la médecine nucléaire.
Pour en savoir plus sur notre technologie SiPM, va ici.
À propos de Martin Weigert
Broadcom
Martin Weigert est vice-président et directeur général de la division Produits de fibres industrielles. Il est responsable de la conception et du développement de produits de fibre optique destinés aux marchés industriels, automobiles et émergents.
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