Système d'imagerie micro-ondes associant réseau d’antennes micro-patch et intelligence artificielle : application à la caractérisation et au diagnostic précoces du cancer du sein

Microwave imaging system combining micro-patch antenna array and artificial intelligence : application to the early characterization and diagnosis of breast cancer

• Auteur / Autrice : Abel Rangel Trejo
• Direction : Latifa Fakri-Bouchet
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Électronique-RF et Intelligence artificielle
• Date : Soutenance le 24/03/2023
• Etablissement(s) : Lyon 1
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Électronique, électrotechnique, automatique (Lyon)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Institut des Sciences Analytiques
• Jury : Président / Présidente : Emmanuelle Vulliet
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Gayo Diallo, Youssef Zaim Wadghiri, Hamid Kokabi, Olivier Tillement
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Gayo Diallo, Youssef Zaim Wadghiri
• DOI : 10.70675/029975f2z45e9z4ae6zb852z10ce582a39e2

Mots clés

Mots clés contrôlés

Cancer du sein

Diagnostic

Imagerie microonde

Microcapteurs

Innovation

Intelligence artificielle

Emploi en diagnostic

Mots clés libres

Imagerie par microondes

Intelligence artificielle

Micro antenne de patch

Cancer du sein

Micro-capteurs RF

Systèmes d'imagerie à micro-Ondes

Deep Learning

Réseaux de neurones artificiels

Fantôme biologique (modèle de sein)

Microwave Imaging

Artificial Intelligence

Microstrip Patch Antenna

Breast Cancer

RF MircoSensors

Systèmes d'imagerie à micro-Ondes

Deep Learning

Artificial Neuronal Network

Biological Phantom (Breast Model)

Résumé

Le cancer du sein (CS) est le cancer le plus diagnostiqué. Il touche 1 femme sur 8 au cours de leur vie, en particulier dans les pays développés. Il représente 22% des cancers diagnostiqués et il représente 18% des causes de décès chez la femme, avec plus de 12 000 décès annuels en France, plus de 93 000 en Europe et plus de 685 000 dans le Monde. Un diagnostic précoce du CS est essentiel car la tumeur peut être agressive si elle n'est pas traitée à temps, ce qui entraîne un mauvais pronostic, des complications, un traitement fastidieux et une augmentation des coûts de soins. Les méthodes de dépistage actuelles, notamment la mammographie numérique, l'échographie (US), la tomographie à rayons X (CT), l'imagerie par résonance magnétique (IRM) et la tomographie par émission de positons (TEP) sont peu accessibles et restent relativement coûteuses. De plus, certaines de ces technologies sont invasives, ionisantes, douloureuses et de faible résolution en particulier pour les tissus denses. Par conséquent, le développement d'un système de dépistage portable à faible coût, est nécessaire pour rendre le diagnostic précoce accessible, sans considérations géographiques ou socioéconomiques. Pour ce travail de thèse, nous avons développé un nouveau système de détection précoce du cancer du sein basé sur les propriétés diélectriques des tissus. En effet, lorsqu'un tissu est exposé à des ondes électromagnétiques, il présente, des propriétés électriques unique dites ''signatures diélectriques ou empreintes''. Notre méthode est basée sur le principe du système d’imagerie micro-ondes (MWI) utilisant des antennes Microstrip, fonctionnant à des fréquences spécifiques (entre 3,4 et 8,5 GHz) dans le spectre hors licence Européen et Américain, avec une gamme de fréquences proches de celles du WIFI et Bluetooth. Avec ce système, nous aurons à la fois une détection non invasive, prédictive, précise, sélective et reproductible ; mais aussi une technologie disruptive qui peut s'appliquer à d'autres pathologies ou dans d’autres domaines. Ce système offre un gain et une avancée considérable avec une précision accrue de 23% et une spécificité à 100%, tout en étant complémentaire aux modalités d’imagerie existantes. Ce projet a été lauréat de plusieurs concours dont le i-PhD 2022, décerné par BPI-France. Aujourd’hui ce projet est en cours d’incubation et maturation par PULSALYS, la SATT de Lyon et Saint-Etienne pour la création d’une Start-Up.

The Breast cancer (BC) is the most diagnosed cancer. It affects 1 in 8 women during their lifetime, especially in developed countries. It represents 22% of all diagnosed cancers and accounts for 18% of causes of death in women, with more than 12,000 annual deaths in France, more than 93,000 in Europe and more than 685,000 worldwide. BC early diagnosis is essential because the tumor can be aggressive if not treated in time, leading to poor prognosis, complications, tedious treatment, and increased healthcare costs. Current screening methods, including digital mammography, ultrasound (US), X-ray tomography (CT), magnetic resonance imaging (MRI), and positron emission tomography (PET); but they are not widely available and remain relatively expensive. Moreover, some of these technologies are invasive, ionizing, painful and of low resolution especially for dense tissues. Therefore, the development of a low-cost, portable screening system is needed to make early diagnosis accessible, without geographic or socioeconomic considerations. In this thesis project, we have developed a new system for the early detection of breast cancer based on the dielectric properties of tissues. Indeed, when a tissue is exposed to electromagnetic waves, it presents unique electrical properties called ''dielectric signatures or imprints''. Our method is based on the principle of the Microwave Imaging System (MWI) using Microstrip antennas, operating at specific frequencies (between 3.4 and 8.5 GHz) in the unlicensed European and American spectrum, i.e., frequencies near to those of WIFI and Bluetooth. With this system, we will have a non-invasive, predictive, accurate, selective, and reproducible detection, but also a disruptive technology that can be applicable to other pathologies or other fields. This system offers a considerable enhancement in terms of gain, an increased accuracy of 23% and a specificity of 100%, while being complementary to existing imaging modalities. This project has won several competitions including the i-PhD 2022, awarded by BPI-France. Today this project is incubated and matured by PULSALYS, the SATT of Lyon and Saint-Etienne for the creation of a Start-Up.