Technologies cMUTs Basse Fréquence : application à la mesure des Mouvements du Tissu Cérébral et à l’Evaluation de la qualité Osseuse. – COSTUM

Parmi les méthodes d'imagerie médicale au sens large les ultrasons sont une modalité particulièrement intéressante car non invasive, non ionisante et peu couteuse. La nature a bien fait les choses : les tissus humains laissent se propager des ondes acoustiques longitudinales de fréquence suffisante et peu d'organes ne peuvent bénéficier des possibilités échographiques modernes. Deux exceptions très notables toutefois, et importantes en termes de santé publique liée au vieillissement : le squelette et le cerveau. Les ultrasons se propagent mal à travers l'os, il faut utiliser des fréquences assez basses pour éviter un niveau d'atténuation rédhibitoire. Par conséquent le cerveau non accessible derrière la boîte crânienne d'épaisseur irrégulière défocalisante, n'est pour l'instant pas un organe échographiable.
De nouvelles pistes se font jour : il est possible de détecter en BF, par des techniques d'élastographie, les mouvements naturels du cerveau liés à l'onde du pouls sanguin, on a donc une possibilité d'exploration in situ des effets conjoints du flux sanguin et de la réponse mécanique du cerveau. Par ailleurs, il est récemment apparu que l'os cortical, vis à vis des ultrasons, se comporte comme un guide d'onde capable de propager plusieurs modes dans une large bande de fréquence (100 kHz jusqu'à 2 MHz). L'os cortical offre donc des perspectives extrêmement riche pour l'évaluation de la qualité osseuse et la prédiction des risques de fracture. En l'occurence, les vitesses des modes sont sensibles à la densité minérale osseuse, mais aussi à l'épaisseur de l'os cortical et les propriétés élastiques du tissu.
Sur le plan technologique, une rupture est attendue dans le domaine de la transduction ultrasonore : substituer les traditionnels matériaux piézo-électriques par des composants en silicium sur lesquelles sont gravés des milliers de microcomposants capacitifs aptes à vibrer. Cette technologie appelée cMUTs (Capacitive Micromachined Ultrasonics Transducers) présente une propriété remarquable pour ces applications : en BF (< 2 MHz) les cMUTs ont des comportements plus élastiques qu'inertiels, et les amplitudes de déplacementpeuvent atteindre quelques centaines de nm, pour des tensions inférieures à 100 Vpp. Ce projet est un développement expérimental, il vise à concevoir des barrettes cMUTs BF afin de répondre à l'une des principales limites de l'échographie aujourd'hui, le franchissement de la barrière osseuse. Nous visons deux applications, majeures pour le suivi du vieillissement de la population, la mesure des mouvements du tissu cérébral et l'évaluation de la qualité osseuse.
Pour la première application, une barrette cMUT sera conçue (1,5 MHz) et intégrer à un échographe à forte cadence d'acquisition d'image. La détection des mouvements sera menée en post-traitement sur les lignes RF fournies par la machine, nécessitant une phase de développement et d'implémentation d'algorithmes de calculs dédiés. Pour l'évaluation de l'os cortical, la sonde cMUT conçue sera intégrée à l'appareil d'analyse "multi-mode" conçu par l'équipe du Laboratoire d'Imagerie Paramétrique (LIP UMR CNRS) dans le cadre du projet EVA (ANR-Tecsan 2006). La topologie reprendra celle actuellement existante. Pour les deux sujets, le projet prévoit une phase d'intégration et de tests in vitro avec comparaison aux technologies standards. Ce projet se termine par une phase de faisabilité clinique, sujets sains en premier lieu, pour une évaluation complète des deux plateforme d'imagerie développées.