Vers une caractérisation sans contact de l'évolution des tissus organiques par des capteurs RF multifréquences

Towards non-contact characterization of organic tissue changes by multi-frequency RF sensors

• Auteur / Autrice : Alexiane Pasquier
• Direction : Stéphane Serfaty, Pierre-Yves Joubert, Yohan Le Diraison
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Electronique et Optoélectronique, Nano- et Microtechnologies
• Date : Soutenance le 26/01/2022
• Etablissement(s) : université Paris-Saclay
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Electrical, optical, bio : physics and engineering (Orsay, Essonne ; 2015-....)
• Partenaire(s) de recherche : Equipe de recherche : II - Instrumentation et imagerie
• Partenaire(s) de recherche : Référent : École normale supérieure Paris-Saclay (Gif-sur-Yvette, Essonne ; 1912-....)
• Partenaire(s) de recherche : graduate school : Université Paris-Saclay. Graduate School Sciences de l’ingénierie et des systèmes (2020-….)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Systèmes et applications des technologies de l'information et de l'énergie (Gif-sur-Yvette, Essonne ; 2002-....) - Centre de nanosciences et de nanotechnologies (Palaiseau, Essonne ; 2016-....)
• Jury : Président / Présidente : Hamid Kokabi
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Katia Grenier, Jacques Felblinger, Yann Le Bihan
• Jury : Rapporteur / Rapporteuse : Katia Grenier, Jacques Felblinger

Mots clés

Mots clés contrôlés

Détection du signal

Mesure sans contact

Radiofréquences

Mots clés libres

Antennes et capteurs inductifs radiofréquences

Multifréquence

Permittivité complexe

Détection et caractérisation non invasives

Mesure sans contact

Milieux organiques

Radio frequency inductive antennas and sensors

Multi-Frequency

Complex permittivity

Non-Invasive detection and characterization

Non-Contact measurement

Organic media

Résumé

Une technique de caractérisation diélectrique sans contact de tissus organiques mettant en œuvre de capteurs radiofréquences (RF) multifréquences à haute sensibilité, a été développée. Celle-ci repose sur l'utilisation de nouveaux résonateurs RF passifs à ligne de transmission (WMFR), dont la structure originale leur permet d'entrer en résonance sur un jeu de fréquences prédéterminées, et sur l'utilisation d'un système instrumental de contrôle à distance des WMFR par couplages inductifs multifréquences et multicapteurs. Les résonateurs WMFR sont utilisés comme des capteurs inductifs capables d'émettre un champ magnétique à différentes fréquences vers le milieu organique à caractériser et, par réciprocité, de mesurer les variations de ce champ induit, qui sont liées aux propriétés diélectriques complexes du milieu à chacune des fréquences considérées. Associé à un modèle électrique équivalent multifréquence, le système développé permet de remonter aux changements des propriétés complexes des milieux investigués sur un jeu de fréquences donné, et de produire ainsi une analyse multi-échelle, spatialement et / ou au cours du temps. Des essais expérimentaux ont permis de valider l'approche pour la localisation de contrastes diélectriques locaux et l'évolution temporelle de milieux organiques. Ces travaux ouvrent la voie au développement de dispositifs non invasifs et bas coût de suivi 3D ou 4D multi-échelle de tissus organiques.

A non-contact dielectric characterization technique of organic tissues using high sensitivity multifrequency radio-frequency (RF) sensors has been developed. It is based on the use of new passive RF transmission line resonators (WMFR), whose original structure allows them to enter into resonance on a set of predetermined frequencies, and on the use of an instrumental system of remote control of the WMFR by multifrequency and multisensor inductive couplings. The WMFR resonators are used as inductive sensors able to transmit a magnetic field of various frequencies towards the organic medium to be characterized and, by reciprocity, to measure the variations of this induced field, which are related to the complex dielectric properties of the medium at the considered frequencies. Associated with a multi-frequency equivalent electrical model, the developed system allows to trace the changes of the complex properties of the investigated media on a given set of frequencies, and thus to produce a multi-scale analysis, spatially and/or over time. Experimental tests have validated the approach for the localization of local dielectric contrasts and the temporal evolution of organic media. This work opens the way to the development of non-invasive and low cost devices for 3D or 4D multiscale monitoring of organic tissues.