Electronique, capteurs et actionneurs intégrés compatibles IRM

Opération 17 : Electronique, capteurs et actionneurs intégrés compatibles IRM (INESS, LSIIT, IRCAD, IPB-LINC)

(a) Circuit intégré d’amplification de signaux ECG acquis en milieu IRM (3,8mm x 2,9mm), (b) Démonstrateur de capteur ECG fonctionnant en milieu IRM. Le circuit intégré présenté en (a) est recouvert d’une résine noire de protection. Les batteries alimentant le circuit sont amagnétiques, (c) Dessin des masques d’un capteur de champ magnétique à effet Hall en technologie CMOS, compatible IRM (250 µm x 70 µm).

L’Imagerie par Résonance Magnétique (IRM) est un formidable outil d’imagerie médicale, beaucoup moins nocif que l’imagerie par rayons X. Cependant, l’environnement IRM, de part la présence d’un fort champ magnétique statique (entre 1,5T et 7T) et de séquences de gradients de champ superposés lors des prises d’images, est très contraignant lorsque l’on veut introduire dans la zone d’analyse un dispositif additionnel tel qu’un capteur ou un actuateur. Lorsqu’il contient des éléments ferromagnétiques, l’objet introduit peut devenir dangereux pour le patient en raison de la très forte attraction due au champ statique de l’IRM. De même, les gradients de champ induisent des courants de Foucault dans les câbles métalliques amenant l’énergie électrique ou transmettant le signal. Ces câbles s’échauffent par effet Joule et peuvent brûler le patient. D’autre part, les courants électriques permettant le fonctionnement du dispositif (capteur ou actuateur) perturbent localement le champ magnétique et l’image obtenue. Inversement, les gradients de champ nécessaires à l’acquisition des images produisent des signaux électriques perturbateurs par effet inductif. Ces perturbations peuvent aller jusqu’à noyer totalement le signal utile des capteurs. Ainsi, pour fonctionner correctement et ne pas perturber l’image, l’objet introduit doit être le plus petit possible afin de minimiser les effets inductifs. D’autre part, il doit être amagnétique et fonctionner sous faible courant pour minimiser les champs parasites et les courants dans les câbles d’alimentation. Ces spécificités sont réunies en utilisant les technologies de la micro-électronique : le silicium est amagnétique ; de nombreux capteurs et/ou micro-actionneurs sont réalisables par micro-usinage ; les objets produits peuvent avoir des volumes aussi petits que 100µm x 1mm x 1mm ; les systèmes fonctionnent généralement sous faibles courants (quelques centaines de microampères). D’autre part, la co-intégration sur la même puce de l’électronique de traitement permet souvent de simplifier la transmission des signaux. L’InESS a récemment développé des circuits intégrés de traitement de signaux ECG et des micro-capteurs magnétiques à effet Hall fonctionnant en environnement IRM (figure 15). Ce travail va se poursuivre à court terme, avec pour but l’amélioration de la résolution des capteurs, le passage à une mesure 3D et la transmission du signal sous forme numérique pour s’affranchir des perturbations. En parallèle, nous envisageons d’explorer la possibilité de fabriquer des micro-actuateurs électromagnétiques tirant profit du champ statique de l’IRM. A moyen terme, l’intégration de micro-capteurs thermiques et mécaniques (force, accélération) est envisagée. L’objectif est de fournir des systèmes de traitement du signal, des capteurs ou des actuateurs intégrés, compatibles IRM, pour les applications d’IRM interventionnelle ou d’IRM fonctionnelle.