Brevet FR2955260A1 — publié le 20110722

i SONDE MEDICALE L'invention porte sur une sonde médicale destinée à être introduite à l'intérieur du corps d'un patient pour y délivrer ou acquérir des signaux. Les signaux peuvent être en particulier de type électrique, dans le cas d'une sonde d'enregistrement ou de stimulation neuronale, d'une sonde cardiaque ou d'un implant cochléaire ; il peut également s'agir de signaux acoustiques, dans le cas d'une sonde ultrasonore pour échographie. Quelle que soit leur nature, les signaux délivrés ou acquis par la sonde sont généralement convertis en forme électronique pour faire l'objet de traitement diverses : filtrage, conversion analogique/numérique ou inversement, codage et/ou décodage, multiplexage et/ou démultiplexage, amplification... D'une manière conventionnelle tous ces traitements sont effectués par un appareil de pilotage ou acquisition des données extérieur à la sonde, et le plus souvent non implanté. Les signaux délivrés ou acquis par la sonde doivent donc transiter par des câbles courant à l'intérieur du corps de sonde. Cela implique un risque de défaillance mécanique, qui conduit à limiter le nombre de voies de mesure ou de stimulation. En outre, la propagation sur une longueur de plusieurs centimètres ou plus peut dégrader les signaux. Il serait donc avantageux de disposer de moyens de traitement électronique du signal incorporés à la sonde. Ainsi, le traitement du signal se ferait au plus près de son point d'acquisition (pour une sonde d'enregistrement) ou de délivrance (pour une sonde de stimulation), améliorant la qualité dudit signal et/ou en réduisant la complexité du câblage entre la sonde et l'appareil de pilotage/acquisition des données. Cependant, il est difficile d'introduire des circuits électroniques tels que des circuits intégrés dans une sonde médicale, à la fois pour des raisons d'encombrement et pour ne pas rigidifier la sonde. En effet dans des nombreux cas les sondes médicales ù et notamment celles qui sont destinées à une implantation de longue durée ù doivent être souples. Ces sondes présentent un corps tubulaire flexible ayant une paroi latérale définissant une lumière dans laquelle un stylet rigide peut être introduit afin d'en faciliter l'insertion. Le document US 6,304,784 divulgue une sonde médicale, en particulier neuronale, dont le corps contient des circuits intégrés reliés à la fois à des électrodes de stimulation ou enregistrement neuronal et à des pistes conductrices courant le long du corps de sonde jusqu'à des bornes de connexion à une extrémité de cette dernière. Les circuits intégrés sont réalisés sur des substrats non planaires, ce qui est difficile du point de vue technologique. Ces substrats, en outre, sont déposés sur une fibre constituant une « âme » de la sonde, qui présente donc nécessairement une rigidité relativement importante. Le document W02009/073753 divulgue une sonde ultrasonore dont le corps est formé par un circuit imprimé flexible enroulé, sur lequel, avant enroulement, sont rapportés des circuits intégrés. II en résulte une sonde localement très rigide. L'invention vise à introduire des circuits électroniques, en particulier intégrés, dans des sondes implantables en respectant les contraintes de flexibilité et d'encombrement. Conformément à l'invention, un tel but peut être atteint pas une sonde médicale pour acquérir ou délivrer des signaux à l'intérieur du corps d'un patient comportant un corps de sonde flexible de forme allongée pouvant être introduit pour au moins une partie de sa longueur à l'intérieur dudit corps d'un patient ; caractérisée en ce qu'au moins un substrat portant un ou plusieurs circuits électroniques est disposé à l'intérieur dudit corps de sonde, avec une orientation perpendiculaire à l'axe longitudinal de la sonde. Contrairement aux circuits intégrés orientés dans une direction longitudinale divulgués par les documents précités US 6,304,784 et W02009/073753, les substrats de circuit électronique orientés transversalement conformément à l'invention ne rigidifient pas significativement la sonde. En effet, il est connu de la mécanique des milieux continus (« hypothèse de Navier-Bernoulli ») que les sections perpendiculaires à la fibre neutre d'une poutre soumise à des petites déformations restent planes et normales à la fibre neutre. Ainsi (en première approximation) les substrats des circuits ne subissent aucune sollicitation mécanique lorsque la sonde fléchit. Avantageusement, ledit ou chaque substrat peut présenter une forme qui épouse la section transverse dudit corps de sonde qui présente généralement une forme arrondie, notamment circulaire ou elliptique. D'une manière particulièrement avantageuse, ledit corps de sonde peut présenter une structure tubulaire et comporter une paroi latérale définissant une lumière, ledit ou chaque substrat étant disposé à l'intérieur de ladite lumière. Dans ce cas, ledit ou chaque substrat peut présenter une forme généralement annulaire de manière à définir un passage pour un stylet destiné à rigidifier la sonde en vue de son introduction dans ledit corps. En variante, ledit corps de sonde peut être plein, ou massif, auquel cas son insertion dans le corps du patient peut être facilité par l'utilisation d'une canule. Le ou les substrats introduits dans la sonde peuvent être des substrats de circuits imprimés ou hybrides ou bien des puces microélectroniques de type monolithique, la réalisation intégrée (monolithique) étant particulièrement préférée. Or, il faut considérer que de manière conventionnelle les puces électroniques, réalisées collectivement sur une plaquette de silicium, sont individualisées par sciage. Cette opération est très peu couteuse, mais elle conduit nécessairement à des puces de forme rectangulaire, ce qui n'est pas optimal pour la mise en oeuvre de l'invention. Cette limitation peut être surmontée en ayant recours à des techniques de découpe du substrat telles que la gravure anisotrope, en particulier sèche (voir à ce propos les documents US 7,297,610 et US 2005/0200004), et la découpe laser (voir le document US 2008/0220206). Ainsi, selon un mode de réalisation préféré de l'invention ledit ou chaque substrat peut être une puce électronique sur laquelle un ou plusieurs circuits électroniques sont intégrés de manière monolithique, découpée par un procédé choisi parmi : la gravure anisotrope et la découpe laser. Selon différents modes de réalisation de l'invention : - La sonde peut présenter des moyens de connexion reliant ledit ou au moins un circuit électronique à un dispositif extérieur de pilotage ou d'acquisition de données. - Une surface externe de ladite sonde peut porter des électrodes, destinées à rentrer en contact avec un tissu du corps dudit patient pour acquérir ou délivrer des signaux électriques, ledit ou au moins un dit circuit électronique étant connecté électriquement à ces électrodes. - La sonde peut comporter une pluralité de tels substrats, alignés le long dudit axe longitudinal et connectés électriquement entre eux. - Les circuits électroniques réalisés sur différents substrats peuvent être reliés entre eux par un couplage non filaire, de type capacitif ou inductif. En variante, ces circuits électroniques peuvent être reliés entre eux par des connexions filaires flexibles. - Ledit ou chaque substrat peut présenter un contour dentelé, ce qui permet de le fixer plus fermement dans le corps de sonde. La sonde de l'invention peut être notamment choisie parmi : une sonde de neurostimulation électrique profonde, une sonde de stimulation cardiaque, une sonde cochléaire. D'autres caractéristiques, détails et avantages de l'invention ressortiront à la lecture de la description faite en référence aux dessins annexés donnés à titre d'exemple et qui représentent, respectivement : - La figure 1, une vue en coupe d'une sonde médicale selon un mode de réalisation de l'invention ; - Les figures 2A, 2B et 2C, trois vues de détail en coupe d'une sonde selon trois variantes dudit mode de réalisation de l'invention ; - La figure 3, une vue schématique de la face avant d'une plaquette de silicium sur laquelle sont réalisées les puces utilisées pour la réalisation d'une sonde selon ledit mode de réalisation de l'invention ; et - Les figures 4A, 4B et 4C, trois étapes d'un procédé de fabrication desdites puces. Une sonde médicale selon un mode de réalisation de l'invention comprend un corps de sonde 10 de forme tubulaire allongée, réalisé en matériau souple et biocompatible, par exemple choisi parmi les silicones, les siloxanes, le polyuréthane, le polyvinyle chlorure, le benzocyclobutène (BCB) et le parylène. Ce corps de sonde 10 présente une extrémité distale 13, en forme de pointe, destinée à être introduite dans le corps d'un patient, et une extrémité proximale 11, qui peut être ouverte, destinée à rester à l'extérieur dudit corps. Des électrodes 14 de stimulation et/ou d'enregistrement de signaux neuroélectriques font saillie de la surface latérale du corps de sonde à proximité de son extrémité distale. Des bornes 12 sont prévues du côté de l'extrémité proximale pour connecter la sonde à un dispositif extérieur de pilotage et/ou d'acquisition de données. Un stylet 40 peut être introduit à l'intérieur du corps de sonde, parallèlement à son axe longitudinal, afin de la rigidifier en vue de son insertion dans le corps du patient. En variante, le corps de sonde peut être plein, ou massif, et ne comporter pas de lumière. Dans ce cas, si sa rigidité est insuffisante, l'insertion peut être facilitée par l'utilisation d'une canule, d'une manière connue en soi. Des substrats 20 portant des circuits électroniques sont prévus à l'intérieur du corps de sonde. Ces substrats sont de type planaire, orientés perpendiculairement à l'axe longitudinal du corps de sonde, ancrés dans la paroi latérale de ce dernier par leurs portions périphériques. Le corps de sonde peut être réalisé par surmoulage de l'empilement de substrats , par exemple dans un élastomère biocompatible. Bien que cela ne soit pas représenté sur les figures, le bord latéral des substrats 20 peut être dentelé pour permettre un meilleur accrochage dans la paroi latéral du corps de sonde 10. La forme des substrats 20 épouse la section du corps de sonde, qui est généralement arrondie (circulaire ou elliptique). Avantageusement, comme cela est représenté sur les figures 1 et 3, les substrats peuvent présenter une forme généralement annulaire de manière à définir un passage 21 pour le stylet 40. Les circuits électroniques portés par les substrats 20 sont reliés électriquement aux bornes 12 de connexion avec des appareils extérieurs, ainsi qu'aux électrodes 14 de stimulation et/ou d'enregistrement de signaux. Ces connexions 31, 32 peuvent être réalisées au moyen de fils de platine iridié ; en tout cas, elles doivent être compatibles avec la flexibilité du corps de sonde. En outre, les circuits portés par des substrats différents doivent être reliés entre eux, par des moyens qui seront décrits plus loin, en référence aux figures 2A et 2B. Les substrats 20 peuvent être des substrats de circuits imprimés ou hybrides, portant des circuits intégrés ou a éléments discrets. De préférence, cependant, il s'agira de puces microélectroniques intégrées de manière monolithique. Les puces 20 comportent un substrat semiconducteur 200, en silicium ou silicium-sur-isolant (SOI, de l'anglais « silicon on insulator »), de préférence aminci jusqu'à une épaisseur de l'ordre de 50 pm. Des circuits intégrés 210, comportant un ou plusieurs niveaux de métallisation 270, sont réalisés par des techniques conventionnelles de photolithographie sur une face de ce substrat. Des vias 220 traversent l'épaisseur du substrat pour réaliser des reprises de contact sur la face opposée. Une couche 230 de scellement hermétique est déposée sur la face avant de la puce, des reprises de contact 260 étant prévues à travers ladite couche. Des circuits intégrés 210 réalisés sur des puces différentes sont reliés entre eux à l'aide de liaisons filaires ou sans fils. Les liaisons filaires (figure 2A) sont constituées par des fils flexibles 240 reliant les reprises de contact en face arrière d'une puce aux reprises de contact face avant 260 d'une autre puce adjacente. II est important que ces fils soient suffisamment longs pour permettre un déplacement relatif des deux puces en cas de flexion du corps de sonde. L'utilisation de puces « double face » peut être évitée en prévoyant un couplage par l'intermédiaire d'un bus, réalisé par exemple au moyen d'un feuillard platiné 280 passant le long des puces, comme représenté sur la figure 2B. 7 En variante (figure 2C) des liaisons sans fils 250 par couplage inductif ou capacitif sont rendues possibles par des pistes métalliques déposées sur les faces avant et arrière des puces 20. Ces connexion, filaires ou sans fils, peuvent transporter tant 5 des signaux que l'énergie électrique d'alimentation des circuits. Les circuits électroniques portés par les substrats 20 permettent un traitement sophistiqué des signaux transmis des électrodes 14 aux bornes 12 ou vice-versa : amplification, filtrage, conversion analogique/numérique ou numérique/analogique, multiplexage ou 10 démultiplexage, compression/codage etc. Ces circuits peuvent également comprendre des capteurs électriques ou microélectromécaniques. Par exemple, dans le cas d'une sonde de stimulation cardiaque, il est possible de prévoir un accéléromètre microélectromécanique modulant le signal de stimulation électrique délivré au tissu cardiaque. 15 Les figures 4A, 4B et 4C montrent différentes étapes de la fabrication de puces 20 adaptées pour la mise en oeuvre de l'invention. Les différentes puces sont réalisées, d'une manière collective, sur une plaquette de silicium ou SOI, selon des procédés conventionnels. Cependant, les différentes puces réalisées sur une même plaquette ne sont 20 pas séparées par découpe à la scie diamant ; simplement, des tranchées 70 d'une profondeur typique de 50 pm (plus généralement, comprise entre 20 pm et 100 pm) sont gravées à travers un masque de photolithographie « dur » en oxyde de silicium, ou en résine photosensible. La gravure est de préférence sèche et anisotrope ; une gravure humide et isotrope est aussi 25 possible, mais présente l'inconvénient de fragiliser le substrat. En variante, les tranchées peuvent être creusées par découpe laser. Ces techniques permettent d'obtenir des puces de formes arbitraires, notamment annulaires. Les nias 220 sont gravés sur la même profondeur. Les parties des substrats non attaquées par la gravure sont 30 collées à une « poignée » 60, par exemple en pyrex, silice ou silicium par une couche 61 d'adhésif, de préférence thermosensible ou photosensible lorsque la poignée est suffisamment transparente au rayonnement envisagé. 8 Ensuite, le substrat collé à la poigné est aminci par usinage de sa face arrière de telle sorte que le résiduel soit d'épaisseur comprise entre 20 et 100 pm, idéalement 50 pm. De cette manière, les vias 220 deviennent passants, et les tranchées 70 séparent les différentes puces les unes des autres. Ensuite, la poignée est détachée, libérant les puces. Ces dernières sont enfin recouvertes par un second substrat de même géométrie, par exemple en pyrex ou en silicium, qui est scellé par-dessus la face avant afin d'obtenir une bonne étanchéité. Le scellement peut être de type eutectique ou anodique. Le deuxième substrat est de préférence en pyrex, car le scellement peut alors être réalisé à environ 400°C (contre 900°C pour un scellement Si- Si) : on limite ainsi un possible endommagement des circuits intégrés sous l'effet de la chaleur. Dans un exemple de réalisation, le diamètre interne du circuit annulaire est compris entre 0 et 500 pm, et le diamètre externe est compris entre 1 et quelques mm, le diamètre de 1,27 mm étant préféré car il correspond au diamètre nominal de sondes de neurostimulation. REVENDICATIONS1. Sonde médicale pour acquérir ou délivrer des signaux à l'intérieur du corps d'un patient, comportant un corps de sonde flexible (10) de forme allongée pouvant être introduit pour au moins une partie de sa longueur à l'intérieur dudit corps d'un patient ; caractérisée en ce qu'au moins un substrat planaire (20) portant un ou plusieurs circuits électroniques (210) est disposé à l'intérieur dudit corps de sonde, avec une orientation perpendiculaire à l'axe longitudinal de la sonde. 2. Sonde médicale selon la revendication 1, dans laquelle 10 ledit ou chaque substrat présente une forme qui épouse la section transverse dudit corps de sonde. 3. Sonde médicale selon la revendication 2, dans laquelle ladite section transverse du corps de sonde présente une forme arrondie. 4. Sonde médicale selon l'une des revendications 15 précédentes, dans laquelle ledit corps de sonde présente une structure tubulaire et comporte une paroi latérale définissant une lumière, ledit ou chaque substrat étant disposé à l'intérieur de ladite lumière. 5. Sonde médicale selon la revendication 4, dans laquelle ledit ou chaque substrat présente une forme généralement annulaire de 20 manière à définir un passage (21) pour un stylet (40) destiné à rigidifier la sonde en vue de son introduction dans ledit corps. 6. Sonde médicale selon l'une des revendications précédentes, dans lequel ledit corps de sonde est plein. 7. Sonde médicale selon l'une des revendications 25 précédentes, dans laquelle ledit ou chaque substrat (20) est une puce électronique sur laquelle un ou plusieurs circuits électroniques sont intégrés de manière monolithique, découpée à partir d'une plaquette semiconductrice par un procédé choisi parmi : la gravure anisotrope et la découpe laser. 8. Sonde médicale selon la revendication 7, dans lequel ledit 30 ou chaque substrat est de type aminci. 9. Sonde médicale selon l'une des revendications précédentes, dans lequel ladite sonde présente des moyens de connexion 2955260 io (31) reliant ledit ou au moins un circuit électronique à un dispositif extérieur de pilotage ou d'acquisition de données. 10. Sonde médicale selon l'une des revendications précédentes, dans lequel une surface externe de ladite sonde porte des 5 électrodes (14), destinées à rentrer en contact avec un tissu du corps dudit patient pour acquérir ou délivrer des signaux électriques, ledit ou au moins un dit circuit électronique (210) étant connecté électriquement à ces électrodes. 11. Sonde médicale selon l'une des revendications précédentes comportant une pluralité de tels substrats (20), alignés le long dudit axe longitudinal et connectés électriquement entre eux. 12. Sonde médicale selon la revendication 11, dans laquelle les circuits électroniques réalisés sur différents substrats sont reliés entre eux par un couplage non filaire (250), de type capacitif ou inductif. 13. Sonde médicale selon la revendication 11, dans laquelle 15 les circuits électroniques réalisés sur différents substrats sont reliés entre eux par des connexions filaires flexibles (240). 14. Sonde médicale selon l'une des revendications précédente, dans laquelle ledit ou chaque substrat présente un contour dentelé. 20 15. Sonde médicale selon l'une des revendications précédentes, choisie parmi : une sonde de neurostimulation électrique profonde, une sonde de stimulation cardiaque, une sonde cochléaire.