Capteur médical à ondes millimétriques pour le diagnostic du cancer de la peau
Un capteur médical à ondes millimétriques micro-usiné pour le diagnostic du cancer de la peau
Fritzi Töpfer1 , Sergey Dudorov1 , Dragos Dancila2 , Robin Augustine2 , Xin Hu2 , Lennart Emtestam3 , Kari Gustafsson4 , Lars Tenerz5 , Anders Rydberg2 et Joachim Oberhammer1 1 KTH Royal Institute of Technology, 2 Uppsala University, 3 Karolinska Institutet, 4 ADAKT AB, 5 OPTIGA UN B
1. Motivation médicale
Le cancer de la peau est le cancer le plus répandu chez les 15-45 ans. Les incidents augmentent en moyenne de 3 à 6 % par an depuis les années 1960, et le mélanome fait partie des types de cancer les plus mortels, avec un taux de mortalité de 15 à 20 %. En Suède, environ 2 500 mélanomes et 1 200 précurseurs sont diagnostiqués chaque année, entraînant près de 500 décès en 2011. Un effort de dépistage considérable est nécessaire pour détecter le cancer de la peau : environ 50 à 250 dépistages doivent être effectués pour détecter un seul mélanome. Il n'existe aucune technologie de capteur établie, le diagnostic est jusqu'à présent effectué par des dermatologues hautement qualifiés à l'aide de dermatoscopes et, après extraction, vérifié par analyse histologique. Rien qu'en Suède, environ 100 000 chirurgies cutanées préventives sont pratiquées chaque année, dont la plupart sont inutiles et pourraient être évitées si un outil de diagnostic doté d'une sensibilité/spécificité élevée était disponible. Les services de dermatologie spécialisés deviennent de plus en plus un goulot d'étranglement.
2. Méthode : un capteur à ondes millimétriques de 100 GHz considérablement miniaturisé pour le diagnostic du cancer de la peau
On sait que les ondes électromagnétiques aux fréquences micro-ondes sont capables de distinguer les cellules saines des cellules tumorales, car l'absorption d'énergie au-dessus de 1 GHz est significativement plus élevée en raison de l'augmentation de la teneur en eau libre et liée des tissus à croissance rapide et incontrôlée [1]. La distinction entre tissus sains et tissus cancéreux par les micro-ondes a également été démontrée pour les tumeurs cutanées, incl. CBC [2] et mélanome [3]. Les capteurs macroscopiques à micro-ondes, disponibles jusqu'à 40 GHz, ont un volume d'interaction trop important et ne sont donc pas adaptés à l'analyse précoce de tissus cancéreux cutanés peu profonds et inhomogènes. Cet article présente les résultats d'une sonde à ondes millimétriques micro-usinée fonctionnant à 100 GHz, dont la pointe de sonde ne présente que 0,9 % de la surface de contact d'une sonde à micro-ondes conventionnelle et avec une profondeur de pénétration adaptée aux couches peu profondes de tissus cancéreux de la peau, et de manière unique. combine haute sensibilité et haute résolution. Deux conceptions de sondes différentes, une conception à large bande par KTH et un concept de résonance par UU, ont été mises en œuvre par micro-usinage et caractérisées.
3. Résultats : vérification technique, premières mesures sur peau
Le prototype de sonde 1 (conception KTH) a été vérifié techniquement avec succès, ce qui se traduit par une réactivité de S11/εr=0,47 dB dans la plage de permittivité du cancer/tissus sains à 100 GHz, une reproductibilité meilleure que 1,4 % (1σ), une durée de vie à long terme. stabilité meilleure que 0,6% (1σ) pendant 8h, et une résolution de balayage latéral d'environ 100μm pour une pointe de sonde de 600x300μm2. Les premiers tests sur la peau humaine ont révélé que la sonde peut distinguer clairement les tissus cutanés dans différentes positions du corps (dos de la main, paume, bras), détecter les brûlures cutanées et suivre le processus de guérison des brûlures cutanées (discrimination entre peau brûlée, peau nouvellement brûlée). peau développée, peau normale) et peut distinguer les néoplasmes cutanés bénins de la peau normale et des naevus sous-cutanés (jonctionnels). Le prototype de sonde 2 (conception UU) est une conception de sonde résonante qui a été testée sur des matériaux fantômes composés d'agar, de poudre de polyéthylène et de TX-15. La sonde peut distinguer avec succès 50 %, 75 % et 100 % de matériaux fantômes.
4. Conclusions, perspectives, remerciements
Nous avons présenté un nouveau type de capteur médical à ondes micro-ondes, rendu possible par le micro-usinage. Les sondes ont été optimisées pour le cancer de la peau et offrent des performances de réactivité/résolution uniques par rapport aux sondes micro-ondes classiques. Les prototypes de capteurs ont été caractérisés techniquement avec succès et les mesures sur différents types de peau et anomalies cutanées ont clairement vérifié le fonctionnement du capteur. Actuellement, une demande d’approbation éthique est en cours pour poursuivre les travaux d’évaluation des tissus cancéreux. Le programme VINNOVA Framtidens Hälsa est reconnu pour son financement.
Les références
[1] Mariya Lazebnik et al., Phys. Méd. Biol. 52 (2007) 6093-6115.
[2] RM Woodward et al. , J. Investir. Dermatol., vol. 120, pages 72 à 78, 2003.
[3] A. Ito et al., Cancer Sci., vol 94, no. 3, pp. 308-313, mars 2003.
Figure 1 : Prototypes de capteurs de cancer de la peau à micro-ondes micro-usinés : (a) capteur à large bande, (b) capteur de type résonant ; (c) analyse de la réceptivité ; (d) mesures sur la peau, distinction entre peau brûlée, nouvelle croissance et peau normale ; (e) mesures sur la peau, une tumeur cutanée bénigne/un grain de beauté sous-cutané/une peau normale.
La littérature clinique fait référence à « Un capteur médical à ondes millimétriques micro-usinés pour le diagnostic du cancer de la peau » par KTH Royal Institute of Technology, 2 Uppsala University, 3 Karolinska Institutet, 4 ADAKT AB, 5 OPTIGA AB.