Standard Phantoms for EM Device testing
Fantômes anthropomorphiques pour le développement de dispositifs médicaux micro-ondes
Résumé
Microwave imaging offers a variety of devices for patient diagnosis, monitoring, and treatment. To develop and evaluate these devices, it is necessary to design anthropomorphic reference phantoms with physical and dielectric characteristics similar to those of the human body. The first objective of this thesis is to propose anthropomorphic phantoms adapted to the devices developed by the partners of the EMERALD project.After a brief review of the different types of existing phantoms, liquid phantoms are chosen because they are easy to produce, stable over time and wide band. A systematic approach based on 3D representations, electromagnetic simulations and cross-validations, has been performed to achieve a standard methodology for the development of several printed anthropomorphic phantoms suitable for different microwave imaging systems.In this thesis, numerical versions of several phantoms i.e. the head, breast, axillary, and liver are modeled from MRI and CT scans of patients for assessing the microwave imaging systems developed in the frame of the EMERALD project. This opens new avenues in the standardizing of phantoms for assessing the microwave imaging system. By importing these numerical files into electromagnetic solvers, the effect of properties of the phantoms and experimental conditions are studied, which gives the opportunity to study the performance of the microwave imaging system before any experiment. Moreover, by using the numerical version of the phantom it is possible to extract the outer shape of the organ and use it as a priori information in an inverse scattering algorithm to improve the spatial resolution of the microwave images.
L’imagerie micro-onde offre une variété de dispositifs médicaux pour le diagnostic, le monitoring et le traitement des patients. Pour développer et évaluer ces dispositifs, il est nécessaire de concevoir des fantômes de référence ayant des caractéristiques physiques et diélectriques similaires à celles du corps humain. Dans cette thèse, des fantômes anthropomorphiques adaptés aux dispositifs développés par les partenaires du projet EMERALD sont proposés. Les fantômes liquides sont choisis car ils sont faciles à produire, stables dans le temps et large bande. Une approche systématique basée sur des représentations 3D, des simulations électromagnétiques et des validations croisées est réalisée afin d'établir une méthodologie standard pour le développement de fantômes anthropomorphiques imprimés. Les versions numériques de plusieurs fantômes, à savoir la tête, le sein, l'aisselle et le foie traité, sont modélisés à partir de scans IRM et CT de patients. Ceci ouvre de nouvelles voies dans la standardisation des fantômes pour évaluer les systèmes d'imagerie par micro-ondes. En important ces fichiers numériques dans des solveurs électromagnétiques, l'effet des propriétés des fantômes et des conditions d’expérimentations sont étudiés, ce qui permet d'évaluer les performances du dispositif avant toute expérimentation. De plus, il est possible d'extraire le contour du modèle et de l'utiliser comme information a priori dans un algorithme de diffraction inverse pour améliorer la résolution spatiale des images microonde. La reconstruction d’une tumeur dans un modèle de sein anthropomorphique avec la méthode de décomposition en valeurs singulières tronquée, en donne une illustration.
Domaines
Electromagnétisme
Origine : Version validée par le jury (STAR)