Chirurgie cardiaque à coeur battant : Conception et commande d’un stabilisateur cardiaque actif

Beating heart surgery : Design and control of a an active cardiac stabilizer

• Auteur / Autrice : Waël Bachta
• Direction : Jacques Gangloff
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Électronique, Electrotechnique, Automatique. Robotique
• Date : Soutenance en 2008
• Etablissement(s) : Université Louis Pasteur (Strasbourg) (1971-2008)

Mots clés

Mots clés contrôlés

Coeur -- Chirurgie

Dispositifs médicaux implantables

Mots clés libres

Stabilisateur cardiaque actif

Résumé

Le pontage coronarien à coeur battant est réalisé grâce à l'utilisation de stabilisateurs cardiaques qui visent à réduire le mouvement de la zone à opérer. Les performances de ces dispositifs passifs sont loin d'être suffisantes. Nous proposons dans cette thèse le principe de stabilisation active. Ce principe consiste à doter les stabilisateurs cardiaques d'actionneurs et à annuler le mouvement résiduel évalué par des mesures extéroceptives grâce à une loi de commande performante. L'interaction entre le muscle cardiaque et un stabilisateur passif est tout d'abord analysée. Ensuite, deux stabilisateurs cardiaques actifs, basés sur l'utilisation de liaisons compliantes et d'un actionnement piézoélectrique, sont proposés. Finalement, la méthodologie H_infini est adoptée afin de synthétiser des lois de commande performantes pour la stabilisation active. Nous proposons notamment une loi de commande prédictive intégrant un algorithme original de prédiction du mouvement du coeur.

Beating heart artery bypass grafting is nowadays possible thanks to the use of passive mechanical stabilizers. These devices however exhibit an important residual motion, incompatible with the required surgical accuracy. In this work, the active stabilization approach is proposed: actuation is integrated in the cardiac stabilizer, and the residual motion of the area of interest is canceled using an exteroceptive measurement to feed a control loop. First the interaction between the myocardium and a passive stabilizer is analyzed. Then two active stabilizers, composed of compliant joints and piezo actuators, are proposed. Finally, The H_infinity methodology is used to design efficient control laws in order to achieve the stabilization of the area of interest. A predictive controller using a novel prediction algorithm is highlighted.