Brevet FR2930712A1 — publié le 20091106

Dispositif de mesure de pression et/ou de température interrogeable à distance implantable en milieu biologique L'invention se rapporte à un nouveau type de dispositifs à base de capteurs, sans fil et sans batterie, permettant notamment la mesure de la pression artérielle et de la température sanguine, ledit capteur étant implantable directement dans un milieu biologique. II s'agit plus précisément de capteur passif interrogeable à distance via une antenne couplée et avantageusement utilisable dans tout type de milieu organique présentant une perrnittivité diélectrique notablement supérieure à celle du vide. Typiquement sont concernés les milieux biologiques pour lesquels il est particulièrement intéressant de disposer de capteurs permettant des mesures de pression type pression artérielle. De manière générale, la forte permittivité diélectrique des milieux biologiques permet de concevoir des capteurs passifs notamment à ondes de surface fonctionnant à des longueurs d'onde électromagnétique réduites et autorisant par la même des dimensions d'antennes également réduites. Actuellement il a déjà été proposé d'utiliser des capteurs passifs à ondes de surface couramment dénommé � surface acoustic waves � désigné par l'acronyme SAW, pour ce type d'application. Le principe de ce type de capteur est décrit ci-après. Il peut selon l'art connu s'agir notamment de capteur de température et/ou de pression. De manière générale, un système complet se compose d'une unité d'interrogation (constituée elle-même d'une partie émetteur et d'une partie récepteur i .e . E/R) et d'un capteur de température et/ou de pression à ondes acoustiques de surface SAW. Le dispositif SAW est de type résonateur ce qui permet d'accéder à des structures de tailles réduites. Le système d'interrogation ainsi que le capteur SAW sont munis respectivement d'antennes, adaptées à la bande de fréquence de travail (bandes ISM 433 MHz, 868 MHz, 2.45 GHz,...) ou à toute autre bande de fréquence libre d'utilisation, ce qui permet d'effectuer une interrogation sans fil du capteur. Le mode d'interrogation est le suivant : l'émetteur du système d'interrogation envoie un signal d'interrogation (impulsion temporelle d'une porteuse dans la bande ISM, plage temporelle d'émission) vers l'antenne associée au résonateur SAW. Par effet de couplage piézoélectrique, l'onde électromagnétique incidente est transformée en une onde acoustique se propageant à la surface du substrat. Si le signal d'émission présente une fréquence de résonance suffisamment proche de la fréquence propre du résonateur SAW, ce dernier entre en résonance en passant par une période de charge. Il s'établit alors un régime permanent d'oscillations à la fréquence de résonance propre du dispositif SAW. Cette fréquence de résonance est proportionnelle à la vitesse de l'onde de surface dans la cavité résonante qui dépend elle-même de la température et des contraintes vues par le résonateur. A partir de ces connaissances de l'art antérieur, il est possible de réaliser des capteurs passifs interrogeables à distance et ce dans des gammes de longueurs d'onde d'interrogation compatibles avec des milieux biologiques. Dans ce contexte, la présente invention propose un nouveau type de dispositif implantable comportant un capteur passif à base de SAW et capable d'être introduit notamment dans une artère et ainsi susceptible de fournir des informations de pression artérielle et/ou de température sanguine. Plus précisément la présente invention a pour objet un dispositif de mesure de pression et/ou de température interrogeable à distance et comportant au moins un capteur à ondes acoustiques comprenant au moins un résonateur couplé à un élément d'antenne caractérisé en ce qu'il comprend une structure tubulaire expansible, ladite structure intégrant un matériau biocompatible et ledit capteur à ondes acoustiques encapsulé dans le matériau biocompatible. Selon une variante de l'invention, la structure tubulaire comprend une structure métallique en treillis expansible. Selon une variante de l'invention, le capteur est situé sur une paroi de la structure tubulaire. Selon une variante de l'invention, le matériau biocompatible est 30 une résine ou un élastomère. Selon une variante de l'invention, la structure tubulaire comporte une partie rigide non expansible dans laquelle est intégré le capteur. Selon une variante de l'invention, le capteur est un capteur de pression comportant au moins deux résonateurs, chaque résonateur étant 35 couplé à une antenne intégrée. Selon une variante de l'invention, l'élément d'antenne appartient à une structure tubulaire métallique. Selon une variante de l'invention, le capteur est un capteur de pression et de température, comportant un premier résonateur de référence, un second résonateur pour mesurer la température et un troisième résonateur sensible à la pression, chaque résonateur étant couplé à une antenne intégrée. Selon une variante de l'invention, le capteur est un capteur de pression et/ou de température, comportant un empilement de plusieurs substrats comportant chacun un résonateur et une antenne intégrée, réalisé par l'intermédiaire de murs périphériques. Selon une variante de l'invention, les murs périphériques sont de type pâte de verre. Selon une variante de l'invention, le résonateur sensible à la pression est en position tête-bêche par rapport au résonateur de référence. L'invention a aussi pour objet l'utilisation d'un dispositif selon l'invention pour mesurer une pression artérielle et/ou une température sanguine caractérisée en ce que la structure expansible est placée sur un ballon situé à l'extrémité d'un cathéter destiné à être introduit dans une artère. L'invention a encore pour objet un procédé de fabrication d'un dispositif selon l'invention comprenant les étapes suivantes : - la réalisation d'une ouverture sur une partie périphérique d'une structure tubulaire expansible; - la mise en place de ladite structure tubulaire expansible sur un mandrin présentant une rainure; - le positionnement du capteur dans l'ouverture de la structure tubulaire positionnée sur le mandrin et en regard de ladite rainure ; - le dépôt d'une résine d'enrobage biocompatible permettant 30 d'encapsuler ledit capteur ; - le retrait de la structure tubulaire dudit mandrin. L'invention sera mieux comprise et d'autres avantages apparaîtront à la lecture de la description qui va suivre donnée à titre non limitatif et grâce aux figures annexées parmi lesquelles : la figure 1 illustre une vue schématique d'un capteur à ondes de surface équipé de brins d'antenne selon l'art connu ; la figure 2 est une vue schématique en coupe d'un capteur à ondes de surface packagé ; la figure 3 est une vue schématique en coupe d'un système intégrant un capteur de pression avec substrat piézoélectrique aminci ; la figure 4 est une vue schématique en coupe d'un système intégrant deux capteurs à ondes de surface ; la figure 5 une vue schématique en coupe d'un dispositif implantable selon l'invention, comprenant trois capteurs à ondes de surface montés sur un support biocompatible ; les figures 6a à 6f illustrent les différentes étapes d'un exemple de procédé de fabrication d'un dispositif de l'invention ; les figures 7, 8 et 9 sont des vues schématiques en coupe de différentes étapes de mise en place d'un dispositif de l'invention au sein d'une artère ; la figure 10 illustre une vue schématique en coupe d'un dispositif selon l'invention implanté dans une artère. L'invention propose une solution innovante de capteurs, sans fil et 25 sans batterie, permettant notamment la mesure de la pression artérielle et de la température sanguine implantable directement dans un milieu biologique, typiquement dans une artère humaine. Nous allons décrire ci-après plus en détails un capteur utilisé dans un dispositif de l'invention comportant plusieurs résonateurs à ondes de 30 surface, permettant la mesure de la pression et de la température in situ. La figure 1 illustre une vue schématique de dessus d'un capteur à ondes de surface 10 constitué d'un substrat piézoélectrique 12, d'une structure résonante, appelée résonateur et de deux brins d'antenne d'émission 14a. Le résonateur est composé d'un transducteur 16 et de deux 35 ensembles de réflecteurs 18. Le substrat piézoélectrique 12 peut être du 10 15 20 Quartz, du Niobate de Lithium (LiNbO3), clu Tantalate de Lithium (LiTaO3) ou tout autre matériau piézoélectrique. La partie transducteur 16 du résonateur est constituée d'une alternance d'électrodes métalliques 20, appelé transducteur interdigité (IDT 5 pour InterDigital Transducer), alternativement connectées aux deux brins de l'antenne 14a. Les deux ensembles de réflecteurs 18 sont constitués d'une alternance d'électrodes métalliques 22. La largeur des électrodes métalliques 20 du transducteur 16, leur espacement, la largeur des lignes métalliques 22 des ensembles de réflecteurs 18, leur espacement, leur nombre ainsi que le type de substrat piézoélectrique 12 permettent de définir les caractéristiques du résonateur telles que la fréquence de résonance par exemple. Ainsi, chaque capteur (pression et température) est défini pour résonner à une fréquence particulière. L'application d'une pression et/ou d'une température sur le substrat piézoélectrique 12 engendre une variation de la fréquence de résonance du capteur. La mesure du paramètre physique se fait alors en comparant la fréquence du résonateur de pression/température à la fréquence d'un résonateur appelé référence. Un système de capteurs de température et de pression peut comprendre avantageusement trois résonateurs (pression, température et référence), réalisés sur trois substrats piézoélectriques différents. Il est aussi possible d'avoir deux résonateurs (référence et pression par exemple) sur le même substrat piézoélectrique. Les différents éléments métalliques que sont les électrodes métalliques 20 du transducteur 16, les lignes métalliques 22 de deux ensembles de réflecteurs 18 et les deux brins d'antenne 14a, peuvent être réalisés par différentes technologies de photolithographie, largement connues dans le domaine des semi conducteurs. Les métaux, ainsi que leurs alliages , utilisables pour la réalisation de ces différents éléments sont, par exemple, l'aluminium (Al), le tungstène (W), le platine (Pt), le cuivre (Cu), le titane (Ti) ou tout autre métal ou alliage compatible des procédés de photolithographie et compatibles des applications de résonateurs à onde de surface. La réalisation de deux brins d'antennes 14a permet d'obtenir un système de mesure de pression et de température, interrogeable à distance. Il est important de noter que l'antenne peut être directement intégrée avec 6 les résonateurs. Dans certains cas où celle-ci ne peut pas être réalisée sur le substrat piézoélectrique, le support correspondant à la structure tubulaire sur laquelle est fixé le capteur peut également servir de support pour l'antenne, si cette structure est par exemple métallique. Une variante de l'invention consiste à modifier la structure de la structure tubulaire pour que celle-ci fasse office d'antenne. La figure 2 illustre une vue schématique en coupe d'un capteur à ondes de surface packagé 24 en vue d'une implantation dans un milieu 1 o biologique. Ce packaging est composé d'un capot 26 et de murs 28, séparant le substrat piézoélectrique 12 du capot 26, formant ainsi une cavité hermétique 30. Le capot 26 est constitué d'un matériau aux caractéristiques 15 mécaniques et diélectriques identiques à celles du substrat piézoélectrique. Dans la plupart des cas, le matériau du capot est le même que le substrat piézoélectrique. Les murs 28 sont réalisés par différentes techniques telles que le frittage de pâte de scellement, préalablernent déposée par sérigraphie par 20 exemple. Une fois le scellement entre le capot et le substrat piézoélectrique réalisé, les murs 28 permettent d'assurer une cavité 30 entre les deux substrats, cavité nécessaire à la propagation des ondes de surface. En fonction des applications envisagées, il est possible de faire varier la pression à l'intérieur de la cavité. Cette pression sert alors de référence par 25 rapport à la pression à mesurer. Ce procédé de fabrication, réalisé de manière collective, est très largement répandu dans l'industrie du serni conducteur et est couramment appelé MEMS (pour Micro-Electro-Mechanical Systems). 30 La figure 3 est une vue schématique en coupe d'un système intégrant un capteur de pression avec substrat piézoélectrique aminci 34. L'étape d'amincissement du substrat piézoélectrique 12 est principalement réalisée sur le capteur de pression en vue d'obtenir la sensibilité voulue aux variations de pression. L'opération d'amincissement 35 peut être réalisée de différentes manières, collectives ou unitaires, telles que le polissage mécanique, le rodage (dénommé couramment � grinding �), la gravure (dénommé couramment � etching �) par exemple. Cette option peut être aussi envisagée pour des raisons de réduction de taille en vue d'une implantation en milieu biologique. La figure 4 est une vue schérnatique en coupe d'un système intégrant deux capteurs à ondes de surface 32, positionnés tête-bêche. Cette option peut être envisagée pour des raisons de réduction de taille en vue d'une implantation en milieu biologique. 10 Les différents capteurs décrits ci-dessus peuvent avantageusement être intégrés dans un dispositif de l'invention, et plus précisément au niveau d'une structure tubulaire métallique de type stent destiné notamment à être introduit au sein d'une artère pour en mesurer la pression artérielle. 15 La figure 5 illustre une vue schématique en coupe d'un dispositif implantable selon l'invention, comprenant trois capteurs à ondes de surface montés sur un support biocompatible 34. Les trois capteurs utilisés ici sont un capteur de pression, sur substrat aminci, 36, assemblé avec le capteur de 20 référence 38 et un capteur de température 40. Ces trois capteurs sont positionnés/intégrés dans un stent métallique 42 dont la particularité est d'avoir une zone rigide non déformable 44. Les capteurs sont englobés dans une résine de protection biocompatible 46, déposée à l'aide d'une seringue par exemple. 25 Avantageusement, une antenne non intégrée est intégrée au stent 42, par exemple dans la zone rigide du stent 42. Cette antenne 14b peut aussi être englobée dans une résine de protection biocompatible 46. Une alternative de cette variante de l'invention consiste à se servir du stent 42 comme antenne. 30 II est rappelé que, de manière générale, un stent est un petit treillis métallique extensible qui est glissé dans une cavité naturelle (artère,...) pour la maintenir ouverte. Il est essentiellement utilisé dans des artères au cours d'une angioplastie (technique, médico-chirurgicale de modification/augmentation du 35 diamètre d'un vaisseau sanguin couramment réalisée dans le cas de5 maladies pour lesquelles les diamètres des vaisseaux sanguins sont affectés (occlusion, sténoses,...). Néanmoins, le stent étant métallique, donc constituant un corps métallique étranger, il peut entraîner l'apparition de caillot par agrégat plaquettaire. Des traitements médicamenteux (antiagrégants plaquettaires) sont donc nécessaires pour empêcher l'apparition de ces problèmes. Afin de réduire le risque d'apparition de caillot, le stent est protégé par une résine biocompatible qui vient englober partiellement ou entièrement le métal. 1 o Nous allons décrire ci-après un exemple de procédé de fabrication d'un dispositif selon l'invention destiné à être implanté dans une artère, dont les étapes sont illustrés en figures 6a à 6f. - on réalise dans un premier temps une ouverture rectangulaire 42a au sein du stent 42, permettant le positionnement du capteur. Cette 15 ouverture peut avoir des dimensions en fonction de l'emplacement dans lequel il sera placé dans le corps humain ; - on procède alors à la mise en place du stent sur un mandrin 43 spécifiquement usiné pour recevoir les capteurs. Cet usinage se compose principalement d'une rainure 43a ; 20 - on procède alors à la mise en place du capteur à base de SAW dans la zone ouverte du stent par placement effectué par exemple par procédé de report et placement automatisé ; - le dépôt d'une résine d'enrobage biocompatible 46 peut être fait à l'aide d'une seringue ou par trempage. La résine est ensuite polymérisée 25 sous l'effet de la température. Pour la mesure de la pression sanguine, il est important que la résine d'encapsulation ne déborde pas sur la face du capteur qui mesure la pression (soit celle qui est à l'intérieur du stent). Après polymérisation, il est possible de retirer le stent sans 30 endommager les capteurs en ajoutant au mandrin existant un raccord rainuré de diamètre légèrement supérieur à celui du mandrin. On utilise les caractéristiques élastiques du stent. Il est important de noter que le fond de la rainure du raccord se trouve au même niveau que le fond de la rainure du mandrin. Une fois le stent retiré du raccord, il est prêt à être utilisé en vue d'une implantation et notamment dans le cadre d'angioplastie. Les figure 7, figure 8 et figure 9 sont des vues schématiques en 5 coupe des étapes de mise en place d'un stent 42 une fois réalisé en vue des applications précitées. Tout d'abord, le stent est installé sur un ballon dégonflé 50 situé au bout d'un cathéter 52 (figure 7). Le cathéter est ensuite introduit dans l'artère 48. Le ballon 50 est ensuite gonflé (figure 8), ce qui entraîne une expansion 10 du stent 42 qui vient alors se coller à la paroi de l'artère 48. Le ballon 50 est ensuite dégonflé (figure 9) et le cathéter retiré 52. La figure 10 illustre une vue schématique en coupe du dispositif de l'invention, implanté au niveau d'une artère 48. Les capteurs sont placés 15 contre la paroi de l'artère 48. La surface 54 du capteur de pression 36, surface préalablement amincie, et la surface 56 du capteur de température 40 sont directement en contact avec le flux sanguin circulant dans l'artère 58, permettant la mesure de la pression artérielle et la température sanguine. Le positionnement des capteurs dans une zone rigide du stent (c'est-à-dire non 20 déformable) permet d'éviter les problèmes de désolidarisation de la résine du stent 42 lors de l'opération de gonflage du ballon 50. Il est à noter que la résine cl'encapsulation biocompatible et hermétique est choisie suffisamment rigide pour éviter que le capteur ne se désolidarise du stent lorsque le ballonnet est gonflé puis dégonflé lors de la 25 pose. REVENDICATIONS1. Dispositif de mesure de pression et/ou de température interrogeable à distance et comportant au moins un capteur à ondes acoustiques comprenant au moins un résonateur couplé à un élément d'antenne caractérisé en ce qu'il comprend une structure tubulaire expansible (42), ladite structure intégrant un matériau biocompatible (46) et ledit capteur à ondes acoustiques (36, 38, 40) encapsulé dans le matériau biocompatible. 2. Dispositif de mesure de pression et/ou de température, 10 interrogeable à distance selon la revendication 1, caractérisé en ce que la structure tubulaire comprend une structure métallique en treillis expansible. 3. Dispositif de mesure de pression et/ou de température, interrogeable à distance selon l'une des revendications 1 ou 2, caractérisé en 15 ce que le capteur est situé sur une paroi interne de la structure tubulaire. 4. Dispositif de mesure de pression et/ou de température, interrogeable à distance selon l'une des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que le matériau biocompatible est une résine. 5. Dispositif de mesure de pression et/ou de température, interrogeable à distance selon l'une des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que la structure tubulaire comporte une partie rigide non expansible dans laquelle est intégré le capteur. 25 6. Dispositif de mesure de pression et/ou de température, interrogeable à distance selon l'une des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que le capteur est un capteur de pression comportant au moins deux résonateurs, chaque résonateur étant couplé à une antenne intégrée. 7. Dispositif de mesure de pression et/ou de température, interrogeable à distance selon l'une des revendications 1 à 6, caractérisé en ce que le capteur est un capteur de pression et de température, comportant 20 30un premier résonateur de référence, un second résonateur pour mesurer la température et un troisième résonateur sensible à la pression, chaque résonateur étant couplé à une antenne intégrée. 8. Dispositif de mesure de pression et/ou de température, interrogeable à distance selon l'une des revendications 1 à 7, caractérisé en ce que le capteur est un capteur de pression et/ou de température, comportant un empilement de plusieurs substrats comportant chacun un résonateur et une antenne intégrée, réalisé par l'intermédiaire de murs périphériques. 9. Dispositif de mesure de pression et/ou de température, interrogeable à distance selon la revendication 8, caractérisé en ce que les murs périphériques sont de type pâte de verre (pv). 10. Dispositif de mesure de pression et/ou de température, interrogeable à distance selon l'une des revendications 8 ou 9, caractérisé en ce que le résonateur sensible à la pression est en position supérieure dans l'empilement et en position tête-bêche par rapport au résonateur de référence. 11. Procédé de fabrication d'un dispositif de mesure selon l'une des revendications 1 à 10, caractérisé en ce qu'il comprend les étapes suivantes : - la réalisation d'une ouverture sur une partie périphérique d'une structure tubulaire expansible; - la mise en place de ladite structure tubulaire expansible sur un mandrin présentant une rainure; - le positionnement du capteur dans l'ouverture de la structure tubulaire positionnée sur le mandrin et en regard de ladite rainure ; - le dépôt d'une résine d'enrobage biocompatible permettant d'encapsuler ledit capteur ; - le retrait de la structure tubulaire dudit mandrin.