Design and evaluation of CMUTs for medical ultrasound imaging with a focus on non-invasive blood pressure waveform monitoring

Résumé

Cette thèse étudie les transducteurs ultrasonores micromachiné (MUT) pour la surveillance non invasive de la forme d’onde de la pression artérielle (PA), en mettant plus particulièrement l’accent sur les transducteurs ultrasonores micromachiné capacitifs (CMUT). Le travail combine : (i) une revue critique des dispositifs ultrasonores pour la mesure de la forme d’onde de PA ; (ii) une analyse expérimentale de la topologie des CMUT, du facteur de qualité et de l’amortissement ; et (iii) le développement d’un procédé de fabrication hybride de type CMUT intégrant des conducteurs imprimés avec des cavités et des membranes issues de la microfabrication de surface. Premièrement, la thèse présente une revue de la littérature sur les dispositifs ultrasonores pour la surveillance continue et non invasive de la forme d’onde de PA, en examinant les approches à base de transducteurs piézoélectriques massifs, de PMUT et de CMUT. L’analyse met en évidence que la plupart des systèmes rapportés reposent encore sur des sondes massives ou sur des PMUT, et que les solutions fondées sur des CMUT en particulier sur des substrats flexibles ou à faible coût restent largement sous-explorées. Deuxièmement, quatre topologies de CMUT, fabriquées par le procédé PolyMUMPs, sont étudiées, combinant des bras de type ressorts ou rectilignes avec des ancrages basculants (« rocker ») ou fixes. La vibrométrie laser Doppler en air et sous vide est utilisée pour mesurer la fréquence de résonance et le facteur de qualité en fonction de la tension de polarisation continue et de l’excitation alternative. Un point de fonctionnement commun, normalisé par rapport à la tension de pull-in, est défini, et les données mesurées air/vide sont analysées à l’aide d’un modèle additif, afin de séparer les pertes fluidiques des pertes intrinsèques. La comparaison des quatre permutations montre que les ancrages basculants constituent la principale source de pertes intrinsèques, ce qui les rend adaptés aux applications à faible facteur de qualité, où une haute résolution axiale est recherchée, tandis que les bords rectilignes à ancrage fixe procurent un facteur Q élevé, mieux adapté aux opérations d’émission/réception efficaces. Enfin, une structure hybride de type CMUT est réalisée sur verre en combinant une électrode inférieure en aluminium déposée par pulvérisation cathodique, une couche sacrificielle en LOR lithographiée avec AZ 5214E, une membrane en SU-8 percée de trous de gravure et une électrode supérieure en argent sérigraphié et entièrement réticulé. La compatibilité thermique et chimique du procédé est établie, et un réseau 2 × 2 est fabriqué. Les mesures de profilométrie et de vibrométrie confirment une épaisseur d’argent imprimé d’environ 9.2 μm, deux résonances mécaniques nettes à 1.01 MHz et 1.42 MHz avec des facteurs de qualité d’environ Q1 ≈ 6.6 et Q2 ≈ 235, ainsi qu’une tension de collapse d’environ 20 V. Ces résultats montrent que des dispositifs de type CMUT peuvent être réalisés avec un ensemble réduit d’équipements, offrant une plateforme pratique pour de futurs capteurs ultrasonores de forme d’onde de pression artérielle (BP) à faible coût et potentiellement flexibles, avec une durée de fabrication réduite.

Date	23 janv. 2026
langue originale	Anglais américain
Établissement diplômant	École de technologie supérieure
Superviseur	Ricardo Izquierdo (Directeur(-trice)), Paul Vahé Cicek (Codirecteur(-trice)) & Alexandre Robichaud (Codirecteur(-trice))