Conception et réalisation d'un manipulateur robotique pour le guidage d'une sonde magnétique dédiée à l'administration de médicaments dans la cochlée

Design and realization of a robotic manipulator for magnetic probe guidance dedicated to inner ear drug delivery

• Auteur / Autrice : Manel Abbes
• Direction : Gérard Poisson, Hassen Mekki
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Sciences et Technologies Industrielles
• Date : Soutenance le 16/12/2022
• Etablissement(s) : Orléans en cotutelle avec Université de Sousse (Tunisie)
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Mathématiques, Informatique, Physique Théorique et Ingénierie des Systèmes (Centre-Val de Loire ; 2012-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Laboratoire Pluridisciplinaire de recherche en ingénierie des systèmes, mécanique et énergétique (Orléans ; 2008-....) - Networked Objects, Control, and Communication Systems. Sousse (Tunisie)
• Jury : Président / Présidente : Abderraouf Benali
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Abderraouf Benali, Kais Bouzrara, Damien Chablat, Khaled Nouri, Karim Belharet, Ali Douik
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Kais Bouzrara, Damien Chablat

Mots clés

Mots clés contrôlés

Micromanipulation

Anatomie

Cochlée

Essais

Prototypes

Innovation

Mécatronique

Emploi en thérapeutique

Microrobots

Ingénierie

Mots clés libres

Robotique médicale

Cochlée

Actionnement magnétique

Système micro/macro

Nanoparticules magnétiques

Medical robotics

Cochlea

Magnetic actuation

Micro/macro system

Magnetic nanoparticles

Robótica médica

Cóclea

Accionamiento magnético

Sistema micro/macro

Nano-partículas

Résumé

Le traitement des troubles de l'oreille interne reste une opération difficile à pratiquer en raison des barrières anatomiques qui s'opposent à l'accès aux organes à traiter. L'assistance robotique semble être une approche prometteuse. L'utilisation de nanoparticules magnétiques, capables d'accéder à l'oreille interne sans l'endommager, conduit à une administration ciblée et efficace de médicaments dans la cochlée. Plusieurs recherches ont été menées sur la thématique du contrôle de particules magnétiques dans le corps humain via l'utilisation de sources magnétiques. Nous présentons une combinaison d'un système micro-macro à base de 4 aimants permanents qui a été conçue et réalisée, afin de contrôler efficacement la navigation des particules à distance, dans toute la cochlée. La particularité de l'effecteur développé est sa capacité à créer une zone de convergence de forces magnétiques où les nanoparticules peuvent être poussées/tirées. Deux robots manipulateurs ont été développés et prototypés, ayant respectivement une architecture à RCM à 3 DDL et une architecture hybride à 5 DDL (porteur sériel et positionneur de type Delta), permettent le positionnement et l'orientation de l'effecteur dans l'espace autour de la tête d'un patient.

Inner ear disorders' treatment remains challenging due to anatomical barriers. Robotic assistance seems to be a promising approach. The use of magnetic nanoparticles, able to access the inner ear without damaging it, leads to an efficient targeted drug delivery into the cochlea. Several researches have been carried out on the theme of nanoparticles' control in the human body via the use of magnetic sources. We present a combination of a micro-macro system based on 4 permanent magnets that has been designed and realized, in order to effectively control the navigation of magnetic particles remotely, throughout the cochlea. The particularity of the developed effector, is its ability to create a convergence zone of magnetic forces where the nanoparticles can be pushed/pulled. Two manipulator robots have been developed and prototyped, having respectively a serial architecture based on a RCM mechanism (3DOF) and a hybrid architecture, serial carrier and Delta type positioner (5DOF), allowing the positioning and orientation of the latter in the 3D space around a patient's head.

El tratamiento de los trastornos del oído interno sigue siendo una operación difícil de realizar debido a las barreras anatómicas que impiden el acceso a los órganos a tratar. La asistencia robótica es un enfoque prometedor. El uso de nanopartículas magnéticas, capaces de acceder al oído interno sin dañarlo, conduce a una administración de medicamento centrada y eficaz en la cóclea. Se han realizado múltiples investigaciones en el tema del control de partículas en el cuerpo humano mediante el uso de campos magnéticos. Presentamos una combinación de un sistema micro-macro basado en 4 imanes permanentes que fue diseñado y realizado para controlar eficazmente la trayectoria de partículas a distancia, a lo largo de la cóclea. La particularidad del efector desarrollado es su capacidad para crear una zona de convergencia de fuerzas magnéticas donde las nanopartículas pueden ser empujadas y/o haladas. Dos robots manipuladores fueron desarrollados y prototipados teniendo cada uno, respectivamente, una arquitectura de 3 GDL basada en un punto remoto de movimiento (RCM, por sus siglas en inglés) y un híbrido de 5 GDL (manipulador en serie y posicionador tipo Delta), permitiendo el posicionamiento y la orientación del manipulador en el espacio alrededor de la cabeza de un paciente.