Développement d’antennes pour la détection de tumeurs cancéreuses dans le sein

Le cancer du sein est le cancer le plus fréquemment diagnostiqué chez les femmes. Au cours des dernières années, malgré un nombre de cancer du sein détecté en augmentation, le taux de mortalité dû à cette maladie a diminué grâce à la fois aux énormes progrès de la recherche sur le cancer et aux campagnes de dépistage autorisant un dépistage plus précoce de la maladie ce qui permet un taux de guérison plus élevé. En effet, si la tumeur est identifiée à un stade précoce, un diamètre inférieur au centimètre, la possibilité de guérison sera bien plus élevée. Au cours des dernières décennies, la mammographie par rayons X est devenue la technique de dépistage la plus efficace. Cependant, elle utilise des rayonnements ionisants et, par conséquent, ne doit pas être utilisée pour des contrôles fréquents. En outre, elle nécessite une compression mammaire importante, souvent douloureuse et donc inconfortable pour la femme. De nombreuses technologies alternatives ont été développées pour pallier ces inconvénients. Parmi elles, l’imagerie par résonance magnétique (IRM) est certainement la plus performante mais elle reste chère et les délais d¶attente peuvent être importants. Par ailleurs, l’échographie, quant à elle, est sans risque pour la patiente, non contraignante, mais nécessite un appareillage encombrant et coûteux, ne convenant pas au dépistage de masse. Ainsi, l’imagerie par micro-ondes est une des techniques de dépistage les plus prometteuses et les plus attrayantes et qui fait l¶objet actuellement de très nombreuses études. Cette technique offre, a priori, plusieurs avantages tels qu¶un faible coût, un meilleur confort de la patiente et les ondes générées sont non ionisantes ce qui permet des examens fréquents. De plus, elle est potentiellement plus efficace pour les jeunes femmes qui présentent une densité des tissus mammaires plus importantes. L¶imagerie micro-onde est basée sur le contraste significatif des propriétés diélectriques (« contraste diélectrique ») entre les tissus malins et sains du corps humain. Au cours de la procédure, le sein est illuminé avec des signaux micro-ondes de faible puissance et la réponse est traitée et analysée pour détecter les différences dans les propriétés diélectriques des tissus mammaires dans le spectre micro-ondes. Le contraste diélectrique entre les tissus est utilisé pour détecter les zones anormales, potentiellement cancéreuses, à l’intérieur du sein. Malgré le faible contraste observé dans certains cas entre la permittivité des tissus sains et malins, l’imagerie micro-ondes est toujours encourageante puisque la valeur minimale de 10% du contraste diélectrique (dans le cas de tissus mammaire très dense) reste cependant plus élevée par rapport aux méthodes cliniques existantes par ex. mammographie (2%) et échographie (moins de 10%). Enfin, l’imagerie micro ondes se doit de respecter une DSP (Densité Spectrale de Puissance) inférieure à -41,3 dBm / MHz imposée par le FCC (Federal Communications Commission) aux états-unis dans le cas de signaux ULB (Ultra Large Bande), par conséquent les risques pour la santé semblent moins importants qu’avec les techniques de dépistage précédentes.

Objectifs de la détection et du diagnostic du cancer du sein 

Les techniques non invasives de détection du cancer du sein ont été introduites pour la première fois dans les années 1960 [7]. Depuis lors, l’imagerie mammaire à rayons X a été acceptée comme technique clinique et a pris le nom de « mammographie ». Plusieurs nouvelles techniques d¶imagerie, telles que l¶échographie et l¶IRM, ont été introduites plus tard. Les objectifs de la détection et du diagnostic du cancer du sein comprennent:
a) Une performance améliorée en termes de détection de tumeurs c’est-à-dire, la capacité à correctement identifier leur présence aux premiers stades ; la localisation ou la capacité à correctement déterminer la localisation spatiale des tumeurs et leur propagation ; la caractérisation des masses anormales, et le plus important, déterminer si elles sont des tissus malins ou bénins.
b) Une amélioration de la commodité pour les patientes et la sécurité (dose de rayonnement X, etc..) ; la diminution de l’inconfort de la patiente (par exemple compression mammaire, injection de biomarqueurs) et l¶amélioration du temps d’acquisition des données.
c) La réduction des coûts, de sorte que les projections peuvent être régulières et peuvent couvrir un pourcentage plus élevé de la population. Jusqu’à présent, aucune technique n’a satisfait tous les critères simultanément. Ce chapitre décrit les caractéristiques du cancer du sein et les techniques de détection et de diagnostic présentes actuellement.

Anatomie du sein

Dans le cadre de notre étude, il est important tout d¶abord de bien connaitre l¶anatomie du sein qui se montre complexe. En effet, le sein est composé d¶une glande mammaire, de fibres de soutien (ligaments de Cooper) et de graisse (tissu adipeux) ; le tout est recouvert par la peau. La quantité de chacune de ses composantes peut varier d¶une femme à l¶autre selon le poids et l¶âge. Le sein est situé au-dessus du muscle pectoral. On trouve également dans le sein des nerfs, des vaisseaux sanguins et lymphatiques. La glande mammaire est divisée en 15 à 20 sections qu¶on appelle lobes, composés de lobules. Ceux-ci sont reliés à des canaux qui se rendent sous le mamelon (situé au centre du sein). On peut également observer des chaînes de ganglions lymphatiques qui filtrent les microbes et protègent le corps contre l¶infection et la maladie.

Le cancer du sein

Le cancer du sein est un problème de santé majeur chez les femmes, car il est l¶une des formes de cancer les plus courantes. Chaque année, un million de nouveaux cas sont enregistrés dans le monde, ce qui implique que ce type de cancer est le plus diagnostiqué au monde. En France également, il constitue le premier type de cancer chez la femme. Par exemple, selon un sondage réalisé en 2010, 52500 nouveaux cas de cancer du sein ont été estimés, soit plus d¶un tiers (34%) de l¶ensemble des nouveaux cas de cancers féminins en France. Cette tumeur maligne prend naissance dans les cellules du sein. Elle se développe le plus souvent dans les cellules qui couvrent les canaux, ou tubes, qui transportent le lait des glandes au mamelon (figure (1)). Elle peut se former aussi dans les lobules. Ces deux types de cancer peuvent rester localisés, sans infiltrer les tissus voisins. On parle alors d¶un cancer in situ (« resté en place »), ou bien ils peuvent se propager dans les tissus voisins du sein et endommager d¶autres organes. On parle alors de cancer infiltrant .

Toutes ces raisons font que le diagnostic de cette maladie à un stade précoce est un véritable défi.

La probabilité du cancer du sein chez les femmes est très faible à l¶âge de vingt ans et augmente progressivement à l’âge de quarante-cinq ans et augmente de façon spectaculaire après cinquante ans. On note que cinquante pour cent du cancer de sein est diagnostiqué chez les femmes de plus de soixante-cinq ans, ce qui indique la nécessité constante d’un dépistage annuel tout au long de la vie d’une femme [10]. Cette maladie touche surtout les femmes mais les hommes peuvent aussi en être atteints. Ainsi pour 100 femmes atteintes d’un cancer du sein, un homme pourrait développer la maladie.

Différence entre tumeurs bénignes et tumeurs malignes

Les tumeurs du sein peuvent être divisées en deux catégories : tumeurs bénignes et tumeurs malignes. Les tumeurs bénignes communes du sein comprennent la brosse, la croissance d¶un tissu ressemblant à une cicatrice, et des kystes, qui sont des sacs liquidiens anormaux. On peut aussi dire que la tumeur bénigne n¶est pas dangereuse à l¶opposé de la tumeur maligne. La discrimination entre les tumeurs bénignes et malignes repose principalement sur la teneur en eau dans la tumeur [11 [12][13][14]. De plus, la morphologie est une autre caractéristique utile dans la discrimination entre les tumeurs bénignes et malignes en termes de tailles, surface et densité. Une tumeur maligne a généralement une surface irrégulière à périphérie spéculée alors qu¶une tumeur bénigne a une surface plus lisse et une forme à peu près sphérique [14]. On distingue traditionnellement 5 formes différentes de masses (tumeurs) : ronde, ovale, lobulaire, irrégulière ou à distorsion architecturale .

Types de tumeurs du sein 

Il y a plusieurs types de tumeurs du sein et la plupart d’entre eux commencent dans le canal et les tissus lobulaires. Les premiers stades des tumeurs malignes ou cancer apparaissent souvent sous forme de carcinome canalaire in situ (CCIS) et de carcinome lobulaire in situ (CLIS). Lorsque les cellules cancéreuses se trouvent uniquement à l¶intérieur des canaux ou des lobules, sans que la tumeur ait infiltré le tissu qui les entoure, on parle de cancer in situ (µresté en place¶) – le cancer canalaire in situ ou carcinome canalaire in situ est le plus fréquent : huit cancers sur dix sont des cancers canalaires in situ. Ils sont le plus souvent découverts lors d¶un dépistage systématique (une mammographie ou un examen des seins par le médecin). – le cancer lobulaire in situ (ou néoplasie lobulaire in situ) est plus rare. Il est plutôt considéré comme un facteur de risque de développer un cancer du sein que comme un cancer. Sa prise en charge est différente des autres cancers du sein.

Les tumeurs mammaires malignes les plus courantes comprennent les infiltrations. Lorsque les cellules cancéreuses ont infiltré le tissu qui entoure les canaux et les lobules, on parle de cancer ou carcinome infiltrant. On peut distinguer :
– Le cancer canalaire infiltrant (CCI) qui est le cancer infiltrant le plus fréquent. Huit cancers sur dix sont des cancers canalaires infiltrants.
– Le cancer lobulaire infiltrant (CLI) qui est plus rare.
Les cancers infiltrants peuvent se propager vers les ganglions ou vers d¶autres parties du corps. Les ganglions le plus souvent atteints par les cellules du cancer du sein se trouvent sous les bras, au niveau des aisselles; on les appelle les ganglions axillaires. [7] Parmi tous les cancers du sein, le CCI représente environ 80% des cas aux États-Unis, alors que ce type ne représente que 5% des cas dans le monde. D’autres cancers du sein peu fréquents comprennent le cancer du sein mammaire (1% à 3%), le carcinome médullaire (5%) et la tumeur tubulaire (2%) [2].

Différents cancers du sein 

Quand le cancer du sein est découvert, d¶autres tests sont nécessaires pour savoir s¶il s¶est propagé à d¶autres parties du corps; on appelle ça le « Staging ». Le médecin se base sur le stade du cancer pour planifier le traitement [16]. Selon la taille de la tumeur et la propagation de la maladie au niveau d¶autres organes, on peut distinguer 4 stades comme suit :

Stade 1:
La taille de la tumeur ne dépasse pas 2cm et le cancer ne s¶est pas propagé en dehors du sein.

Stade 2:
Ce stade est atteint dans l¶une de ces conditions:
– La taille de la tumeur ne dépasse pas 2cm, mais la maladie s¶est propagée aux ganglions axillaires.
– La taille de la tumeur a une taille comprise entre 2 et 5cm avec ou sans propagation vers les ganglions de l¶aisselle.
– La taille dépasse les 5cm, mais sans propagation vers les ganglions de l¶aisselle.

Stade 3:
– Il est défini par une des conditions suivantes :
– La taille de la tumeur est plus petite que 5cm et elle s¶est propagée aux ganglions axillaires et ces derniers sont attachés entre eux ou à d¶autres structures.
– La taille de la tumeur est plus grosse que 5cm et la maladie s¶est propagée vers les ganglions axillaires.
– Le cancer s¶est propagé vers les tissus voisins du sein (la peau ou la paroi thoracique, incluant les côtes et les muscles du thorax).
– Le cancer s¶est propagé vers les ganglions lymphatiques situés à l¶intérieur de la paroi thoracique.

Stade 4:
Le cancer s¶est propagé vers d¶autres organes du corps, souvent les os, les poumons ou le cerveau ou encore localement vers a peau et les ganglions lymphatiques internes du cou. La propagation des cellules cancéreuses à partir de la tumeur locale vers d¶autres parties du corps constitue une métastase.

Table des matières

I. Introduction
II. Objectifs de la détection et du diagnostic du cancer du sein
III. Anatomie du sein
III.1 Le cancer du sein
III.1.1 Différence entre tumeurs bénignes et tumeurs malignes
III.2 Types de tumeurs du sein
III.3 Différents cancers du sein
IV. Méthodes de dépistage actuellement utilisées
IV.1 Mammographie
IV.2 Echographie
IV.2.1 Imagerie par Résonance Magnétique ou IRM
V. Imagerie micro-onde
V.1 Propriétés diélectriques des tissus humains
V.1.1 Historique
V.1.2 Contraste entre tissus sains et tissus malins
V.2 Motivation de l’utilisation des micro-onde
V.3 Avantages de l’imagerie micro-onde
VI. Méthodes utilisées pour la détection des tumeurs du sein
VI.1 Imagerie par voie micro-onde passive (Thermographie)
VI.1.1 Imagerie par voie micro-onde hybride
VI.1.2 Imagerie micro-onde active
VII. Fréquences disponibles
VIII. Approches de l’imagerie micro-onde
IX. Conclusion

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