Les accidents vasculaires cérébraux (AVC) d'origine carotidienne représentent une proportion importante des AVC ischémiques, avec des conséquences souvent dramatiques en termes de mortalité et de handicap, ce qui en fait un enjeu majeur de santé publique. Malgré leur importance clinique, l’absence actuelle de méthodes de diagnostic précises pour évaluer le risque d’AVC lié aux lésions carotidiennes demeure un défi. Les techniques conventionnelles, telles que l’échodoppler et le scanner, ne fournissent pas d’informations suffisamment détaillées sur la composition de la plaque pour permettre aux chirurgiens d’évaluer précisément le risque.
Les dispositifs médicaux portables bénéficient aujourd’hui des avancées technologiques des systèmes électroniques mixtes analogiques numériques, ce qui permet de développer des solutions de diagnostic plus rapides, fiables et non invasives. Dans ce contexte, les micro-ondes (MO) se distinguent par leur potentiel à caractériser les tissus biologiques en fonction de leur composition et ouvrent ainsi de nouvelles voies dans le domaine de la santé.
Cette thèse porte sur la conception de capteurs MO, destinés au diagnostic des plaques d’athérome dans la carotide ainsi que leur intégration dans un dispositif portable permettant d’évaluer, en temps réel, les propriétés diélectriques des tissus biologiques.
Conçus pour être positionnés sur le cou du patient, au niveau de la bifurcation carotidienne, les capteurs exploitent une technologie planaire et s’inspirent des métamatériaux pour réduire leurs dimensions, sans perte de performance. De type CSRR (Complementary Split-Ring Resonator), leur topologie a été optimisée pour permettre une pénétration efficace des ondes électromagnétiques (EM) à travers les tissus jusqu’à la carotide ainsi que pour améliorer leur sensibilité en fréquence et en amplitude. S’appuyant sur des simulations EM, les optimisations ont porté sur la géométrie des résonateurs, leur couplage avec la ligne d’alimentation et le substrat de conception. Elles ont abouti à la fabrication de plusieurs capteurs MO.
Les CSRRs optimisés ont ensuite été analysés à partir d’un modèle électrique équivalent, développé en adaptant la méthodologie conventionnelle d’extraction des éléments du modèle. Cet outil de modélisation s’avère particulièrement pertinent car il permet non seulement de prédire la réponse fréquentielle de ces résonateurs mais également de guider leur conception et leur optimisation.
L’évaluation expérimentale des capteurs MO au niveau de la bifurcation carotidienne a été ensuite réalisée. Des mesures sur des tissus porcins et sur des fantômes monocouches et multicouches ont permis de caractériser les propriétés électromagnétiques des tissus. Parallèlement, un modèle tridimensionnel de la carotide a été développé afin de simuler la réponse des CSRRs optimisés en conditions réelles et d’identifier le capteur le plus performant pour la détection des plaques d’athérome.
Enfin, un système portable d’acquisition et de traitement, intégrant des outils logiciels pour l’extraction en temps réel des propriétés diélectriques, a été réalisé pour la mesure ex vivo des tissus à l’aide des capteurs MO développés. Ses performances ont été validées sur des fantômes diélectriques et ont confirmé la précision, la reproductibilité et la fiabilité du dispositif pour la caractérisation de matériaux diélectriques.