Développement d'antennes pour la détection de tumeurs cancéreuses dans le sein

Antennas design for cancerous tumors detection in the breast

• Auteur / Autrice : Zahra Katbay
• Direction : André Pérennec, Sawsan Sadek-Hage Chehade, Raafat Lababidi, Marc Le Roy
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Electronique
• Date : Soutenance le 11/07/2018
• Etablissement(s) : Brest en cotutelle avec Université Libanaise
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Mathématiques et sciences et technologies de l'information et de la communication (Rennes)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Laboratoire en sciences et techniques de l'information, de la communication et de la connaissance
• Partenaire(s) de recherche : Etablissement d'accueil : Université Libanaise
• Jury : Président / Présidente : Mohammad Rammal
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : André Pérennec, Sawsan Sadek-Hage Chehade, Raafat Lababidi, Marc Le Roy, Mohammad Rammal, Elias Rachid, Mohammed Ismail, Ali Hamie
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Elias Rachid, Mohammed Ismail

Mots clés

Mots clés contrôlés

Antennes (électronique)

Imagerie microonde

Imagerie

Cancer du sein

Mots clés libres

Tumeurs

Modèle du sein

Distribution de champ

Maximisation d'énergie

Reconstruction d'image

Tumor

Breast model

Field distribution

Energy maximization

Image reconstruction

Résumé

Le cancer du sein, l'une des principales causes de mortalité féminine dans le monde, peut être traité avec plus d’efficacité s'il est détecté à un stade précoce. L'imagerie micro-ondes (MWI), technique émergente, apparait comme prometteuse pour compléter les méthodes de diagnostics actuelles. Elle est non-ionisante et potentiellement peu coûteuse, possédant ainsi des caractéristiques clés pour être un bon candidat pour la détection de masse et pour un dépistage fréquent. Cette thèse résume les résultats d'une recherche novatrice menée sur un système micro-onde visant au dépistage dans les tissus mammaires. Une première technique de détection fréquentielle directe est proposée en utilisant une antenne compacte HFA mise en cavité spécifiquement conçue pour une utilisation en contact direct avec le sein. Les résultats de simulations sont analysés et comparés à des mesures faites au CHRU à Brest, ce qui a permis de valider un modèle fantôme dispersif du sein mais aussi de mettre en évidence les limites de cette 1ère technique. Une 2ème approche ULB est proposée dans laquelle une étude de la distribution du champ électrique à l’intérieur du modèle est menée pour deux types d’antennes ULB dédiée à une utilisation en contact direct de la peau, un monopole et une Vivaldi directive, toutes deux insérées dans une cavité. Cette étude comparative a mis en évidence l'intérêt d’utiliser une antenne directive pour cette application. Finalement, une étude élaborée dans le domaine temporel est menée en utilisant deux configurations d’antennes, une configuration mono-statique et une autre bi-statique afin d’étudier la possibilité de la détection tumorale et de la reconstruction d’image. Cette étude permet de justifier la mise au point d’un système antennaire dont l’objectif est de focaliser le maximum d’énergie dans le sein, notamment en concevant les antennes pour une utilisation en contact direct avec la peau pour augmenter la probabilité de la détection des tumeurs cancéreuses.

Breast cancer, one of the primary causes of women mortality worldwide, can be effectively treated if detected at its early stage. Microwave Imaging (MWI), an emerging technique, promises to complement the currently used diagnostic modalities.It is safe, non-ionizing and potentially inexpensive, thus possessing key features to make it a good candidate for frequent and mass screenings.This thesis summarizes the results of an innovative research conducted on a microwave system for breast tissue screening.A first direct frequency detection technique is proposed using a compact HFA antenna inside cavity specifically designed for use in direct contact with the breast. The simulations results are analyzed and compared to measurements made at CHRU of Brest, which validated a dispersive breast phantom model and demonstrated the limits of this first technique.A second UWB approach is proposed in which a study of the electric field distribution inside the model is conducted for two types of UWB antennas dedicated to use in direct skin contact, a monopole and a directive Vivaldi, all two inserted into a cavity.This comparative study has highlighted the interest of using a directional antenna for this application.Finally, the thesis focuses on time domain study using two configurations of antennas, a single-static configuration and another bi-static to study the possibility of tumor detection and image reconstruction and justifying the development of an antenna system whose objective is to focus the maximum energy in the breast to increase the probability of detection.