Docteur de l'Université Louis Pasteur

Jacques Gangloff

Description

Niveau: Supérieur, Doctorat, Bac+8
Strasbourg I Docteur de l'Université Louis Pasteur Thèse présentée pour obtenir le grade de Discipline : Electronique, Electrotechnique, Automatique Spécialité : Robotique par Wael Bachta Chirurgie Cardiaque à Cœur Battant Conception et commande d'un stabilisateur cardiaque actif Soutenue publiquement le 9 décembre 2008 Membres du Jury Directeur de Thèse : Jacques Gangloff, Professeur, ULP, Strasbourg Rapporteur Externe : Guillaume Morel, Professeur, Université de Pierre et Marie Curie, Paris Rapporteur Externe : François Pierrot, Directeur de Recherche CNRS, LIRMM, Montpellier Rapporteur Interne : Rémy Willinger, Professeur, ULP Examinateur : Tobias Ortmaier, Professeur, Université Leibniz, Hannovre Examinateur : Pierre Renaud, Maître de Conférences, INSA, Strasbourg Invité : Edouard Laroche, Professeur, ULP, Strasbourg

• connaissances pluridisciplinaires


• soutien inconditionnel


• merci de ton attention


• dispositif expérimental


• compensation du mouvement cardiaque


• merci


• pontage coronarien


• prédiction du mouvement cardiaque


• analyse des données expérimentales

Sujets

• Sophie
• Louis Pasteur University
• Renaud
• Pierrot
• Laroche

Informations

• Publié par: profil-zyak-2012
• Publié le: 01 décembre 2008
• Nombre de lectures: 60
• Langue: Français
• Poids de l'ouvrage: 5 Mo

Extrait

Thèse présentée pour obtenir le grade de
Docteur de l'Université Louis Pasteur
Strasbourg I
Discipline : Electronique, Electrotechnique, Automatique
Spécialité : Robotique
par Wael Bachta
Chirurgie Cardiaque à Cœur Battant
Conception et commande d'un stabilisateur cardiaque actif
Soutenue publiquement le 9 décembre 2008
Membres du Jury
Directeur de Thèse : JacquesGangloff, Professeur, ULP, Strasbourg
Rapporteur Externe : GuillaumeMorel, Professeur, Université de Pierre et Marie Curie, Paris
Rapporteur Externe : FrançoisPierrot, Directeur de Recherche CNRS, LIRMM, Montpellier
Rapporteur Interne : Rémy Willinger, Professeur, ULP
Examinateur : TobiasOrtmaier, Professeur, Université Leibniz, Hannovre
Examinateur : PierreRenaud, Maître de Conférences, INSA, Strasbourg
Invité : EdouardLaroche, Professeur, ULP, StrasbourgRemerciements
Ma gratitude va tout d'abord à l'ensemble des membres du jury, qui m'ont fait l'honneur
d'accepterd'évaluermathèseetplusparticulièrementà messieursGuillaumeMoreletFrançois
Pierrot, pour l'intérêt qu'ils ont témoigné à l'égard de mon travail en consentant à en être les
rapporteurs.
Je remercie très sincèrement Jacques, mon directeur de thèse, de m'avoir offert
l'opportunité de travailler sur une thématique aussi passionnante. Tes connaissances pluridisciplinaires,
tes conseils avisés, ta grande disponibilité et ton soutien infaillible tout au long de ma thèse
m'ontétéd'uneprécieuseaide.J'aiégalementbeaucoupappréciédepartagertonenthousiasme
et ton désir d'innovation.
Et puis un grand merci à toi Pierre. Je te remecrcie de ta grande patience au tout début de
mathèse,lorsquetum'initiaisàlaconceptionmécanique,puisdetesconstantsencouragements
et conseils, de ton profond investissement et de ta grande disponibilité tout au long de ces trois
années,etcejusquedansladernièrelignedroite.Tuétaistoujourspartantpourdonneruncoup
de main, toujours disponible pour relire un article. L'étendue de tes compétences, ta force de
proposition et ta grande rigueur m'ont permis de progresser et de faire avancer ce projet, tandis
que ta gentillesse et ta bonne humeur ont rendu notre collaboration très plaisante.
Je remercie égalementEdouardde sa contribution sur lesaspectsrelevant de l'automatique.
Tes vastes connaissances m'ont aidé à progresser très rapidement sur des techniques avancées
de l'automatique, et cela dans un cadre de travail agréable.
Merci à Sophie, ma tutrice pédagogique, qui m'a accueilli avec beaucoup de gentillesse
à l'IUTdeHaguenau.Sabonnehumeuretsesconseilsjudicieuxontaccompagnéetfacilitémes
premiers pas de moniteur.
Jeremercietouslescollèguesdel'équipeAVRpourlabonneambiance,enparticulier"lesvieux"
(Florent, Philippe et Laurent), pour leurs conseils, leur aide et les bons moments passés dans
leur bureau. Merci à Michel de Mathelin, de m'avoir accueilli au sein de son équipe.
Jeremerciel'ensembledescollèguesdel'IRCADpourl'environementdetravailtrèsagréable.
Merci à Antonello et Alain pour les inoubliables expériences in vivo.
Jeremerciemesamispourleursoutien,plusparticulièrementCarine,Julie,Virginie,Hamza
et Jean-Louis pour leur présence le jour de ma soutenance.
Merciàmesparentsetmapetitesoeur,pourleuramouretleursoutieninconditionnel.Merci
à papa, qui est venu assister à ma soutenance.
Enfin, un grand merci à toi Barbara pour m'avoir soutenu et encouragé avec abnégation.
Merci de ton attention et merci d'avoir partagé avec moi les moments de joie comme les
moments de doute.
12Table des matières
Introduction 7
1 État de l'art et contributions 11
1.1 Anatomie, fonctionnement et pathologies du cœur . . . . . . . . . . . . . . . . . 11
1.2 Revascularisation des coronaires . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 16
1.2.1 Angioplastie . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 16
1.2.2 Pontage coronarien . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 17
1.2.3 Angioplastie ou pontage coronarien? . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 18
1.3 Techniques de pontage coronarien . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 19
1.3.1 Pontage coronarien sur un cœur à l'arrêt . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 19
1.3.2 Pontage coronarien à cœur battant . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 25
1.4 Compensation robotisée des mouvements physiologiques . . . . . . . . . . . . . . 27
1.4.1 Compensation du tremblement . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 28
1.4.2 Compensation des mouvements dûs à la respiration . . . . . . . . . . . . . 28
1.4.3 Compensation du mouvement cardiaque . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 30
1.5 Contributions de la thèse . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 34
2 Analyse et prédiction du comportement cardiaque 37
2.1 Analyse des efforts cardiaques . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 38
2.1.1 Dispositif expérimental . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 38
2.1.2 Rappel des propriétés du mouvement cardiaque . . . . . . . . . . . . . . . 38
2.1.3 Propriétés des efforts cardiaques . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 39
2.2 Comportement viscoélastique . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 43
2.2.1 Dispositif expérimental . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 44
2.2.2 Analyse des données expérimentales . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 45
2.3 Prédiction du mouvement cardiaque . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 48
2.3.1 État de l'art . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 48
2.3.2 La modulation d'amplitude . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 57
2.3.3 Comparaison des résultats de prédiction . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 60
3Table des matières
2.3.4 Discussion . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 63
2.4 Conclusion . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 65
3 Conception de stabilisateurs cardiaques actifs 71
3.1 Contexte de conception . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 72
3.2 Choix technologiques . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 73
3.2.1 Mécanismes compliants . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 73
3.2.2 Actionnement piézoélectrique . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 73
3.3 Stabilisateur à un degré de liberté : Cardiolock 1 . . . . . . . . . . . . . . . . . . 75
3.3.1 Choix de la cinématique . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 76
3.3.2 Dimensionnement . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 77
3.3.3 Analyse du comportement . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 81
3.3.4 Validation expérimentale . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 83
3.4 Stabilisateur à deux degrés de liberté : Cardiolock 2 . . . . . . . . . . . . . . . . . 87
3.4.1 Cinématique . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 87
3.4.2 Dimensionnement . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 92
3.4.3 Analyse du comportement . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 94
3.4.4 Validation expérimentale . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 103
3.5 Conclusion . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 104
4 Commande d'un stabilisateur cardiaque actif 107
4.1 Méthodologie de commande et d'analyse de la robustesse . . . . . . . . . . . . . 108
4.1.1 CommandeH . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 108∞
4.1.2 –analyse . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 112
4.2 Modélisation et identification . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 113
4.2.1 Modélisation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 113
4.2.2 Identification . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 117
4.3 Synthèse de lois de commande . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 122
4.3.1 Correcteur sans connaissance a priori . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 123
4.3.2 Correcteur avec connaissance de la fréquence cardiaque . . . . . . . . . . 125
4.3.3 Correcteur avec utilisation d'un modèle du mouvement cardiaque . . . . . 127
4.3.4 Discussion . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 129
4.4 Résultats expérimentaux . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 131
4.5 Expérience in vivo . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 132
4.6 Conclusion . . . . . . . . . .