Etude du procédé de réalisation de micro-antennes souples implantables pour l’Imagerie médicale par Résonance Magnétique

Study on the fabrication process of soft implantable microcoils for medical Magnetic Resonance Imaging

• Auteur / Autrice : Magdalèna Couty
• Direction : Michaël Tatoulian, Elisabeth Dufour-Gergam
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Physique
• Date : Soutenance le 07/12/2012
• Etablissement(s) : Paris 11
• Ecole(s) doctorale(s) : Ecole doctorale Sciences et Technologies de l'Information, des Télécommunications et des Systèmes (Orsay, Essonne ; 2000-2015)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Institut d'électronique fondamentale (Orsay, Essonne ; 19..-2016)
• Jury : Président / Présidente : Luc Darrasse
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Michaël Tatoulian, Elisabeth Dufour-Gergam, Luc Darrasse, Didier Léonard, Stéphane Serfaty, Philippe Coquet, Franck Lethimonnier
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Didier Léonard, Stéphane Serfaty

Mots clés

Mots clés contrôlés

Micro-fabrication

Plasmas froids

Imagerie par résonance magnétique

Antennes miniatures

Mots clés libres

Antennes miniatures

IRM

Implantable

Traitements plasmas

PDMS

Transfert

Microcoils

MRI

Implantable

Plasmas treatments

PDMS

Transfer

Résumé

L' Imagerie médicale par Résonance Magnétique (IRM) constitue un outil puissant pour le diagnostic et le suivi de pathologies dans le cadre des modèles développés sur petit animal en neurosciences. Cette application requiert une haute résolution spatiale et un Rapport Signal à Bruit(RSB) élevé, rendus possibles par l’utilisation d’un haut champ magnétique (7 T) et d’une antenne miniature à forte sensibilité, implantée à proximité de la zone d’intérêt. Le design monolithique de l’antenne, appelé Résonateur Multi-tours à Lignes de Transmission (RMLT), permet la miniaturisation en dessous du centimètre et sa réalisation par les technologies de microfabrication en salle blanche.Afin de réduire l’aspect invasif de l’implantation, l’antenne a été réalisée sur support souple :FEP Téflon® ou PDMS. Pour résoudre les problèmes d’adhérence liés à ces matériaux polymères, des traitements plasmas spécifiques ont été mis en œuvre pour le FEP Téflon® tandis qu’un procédé de transfert de motifs dédié au PDMS a été élaboré. Outre la fiabilité mécanique, l’épaisseur du revêtement PDMS assurant la bio compatibilité de l’antenne a été optimisée pour limiter le couplage diélectrique avec les tissus et ainsi conserver des caractéristiques électromagnétiques appropriées à l’IRM à 7 T lorsque l’antenne est implantée. L’ensemble de ces travaux a permis la réalisation des premières images du cerveau du rat acquises in vivo avec une micro-antenne souple implantée. Ces images ont démontré un RSB amélioré d’un facteur 5, comparées à celles acquises avec une antenne commerciale quadrature. D’autres applications et perspectives dans le domaine biomédical sont ouvertes par ces travaux comme des capteurs pour la détermination des propriétés diélectriques des tissus, et des microbobines et des capteurs de pression intégrés dans les canaux microfluidiques.

Magnetic Resonance Imaging (MRI) is a powerful tool for the diagnosis and the monitoring of diseases in the frame of research models developed on small animal in neurosciences. This application requires a high spatial resolution and a high Signal to Noise Ratio (SNR) using a high magnetic field (7 T) and a highly sensitive miniaturized coil, implanted near the interest area. The coilmonolithic design, called Multi-turn Transmission Lines Resonator (MTLR), allows theminiaturization below the centimeter scale and the clean-room technology. To reduce the invasive aspect of implantation, the coil was fabricated on a flexible substrate: FEP Teflon® or PDMS. To overcome adhesion issues related to these polymers, specific plasma treatments were applied to FEPTeflon® while a transfer process dedicated to PDMS was developed. Besides mechanical reliability, the thickness of the PDMS coating ensuring the coil biocompatibility, was optimized to limit the dielectric coupling with tissues and thus to keep suitable electromagnetic characteristics for 7 T MRI when the coil is implanted. This work allowed the achievement of the first images of the rat brain acquired in vivo using an implanted soft coil. These images have shown a 5-fold enhanced SNRcompared with the ones acquired using a commercial quadrature coil. Other applications in the biomedical field are open by this work: sensors for the dielectric characterization of tissues, integrated microcoils and pressure sensors in microfluidic channels.