Modélisation et commande de l'implant cochléaire actif

Modeling and control of active cochlear implant

• Auteur / Autrice : Lingxiao Xun
• Direction : Alexandre Kruszewski, Gang Zheng
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Automatique, génie informatique, traitement du signal et des images
• Date : Soutenance le 14/03/2024
• Etablissement(s) : Centrale Lille Institut
• Ecole(s) doctorale(s) : École graduée Mathématiques, sciences du numérique et de leurs interactions (Lille ; 2021-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Centre de Recherche en Informatique, Signal et Automatique de Lille - Centre de Recherche en Informatique- Signal et Automatique de Lille (CRIStAL) - UMR 9189 / CRIStAL
• Jury : Président / Présidente : Philippe Poignet
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Alexandre Kruszewski, Gang Zheng, Brahim Tamadazte, Guillaume Laurent, Rosane Ushirobira
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Brahim Tamadazte, Guillaume Laurent
• DOI : 10.70675/de0cb4eezab86z4914zafc6zc15133aabcf8

Mots clés

Mots clés contrôlés

Commande automatique

Méthode des éléments finis

Implants cochléaires

Chirurgie robotique

Mots clés libres

Chirurgie de l’implant cochleaire

L’array d’´electrodes

Théorie des tiges de Cosserat

Commande

Cochlear implant surgery

Electrode array

Cosserat rod theory

Control

Résumé

Selon les statistiques de l'Organisation Mondiale de la Santé, plus de 5 % de la population mondiale souffre d'une perte auditive incapacitante. Les appareils auditifs sont assez efficacement utilisés pour les personnes partiellement sourdes. Cependant, bien qu'efficaces pour les pertes auditives partielles, les appareils auditifs traditionnels sont souvent insuffisants pour les individus atteints de surdité sévère. Dans de tels cas, la chirurgie d'implant cochléaire apparaît comme une solution préférable. Néanmoins, l'implantation manuelle traditionnelle se heurte aux complexités de l'anatomie humaine et aux subtilités des procédures. Parmi les principaux défis se trouvent les risques d'endommager des structures sensibles comme le nerf facial et la propension de la rangée d'électrodes à se plier dans la cochlée, entravant une implantation complète. Malgré la précision des techniques manuelles, la visibilité limitée et la forte dépendance à la stabilité et à l'expertise du chirurgien comportent intrinsèquement des risques. Ces dernières années, des avancées significatives ont été réalisées dans la technologie des implants cochléaires, notamment en matière de modélisation mécanique, de simulation et de contrôle. Cependant, des défis tels que la complexité computationnelle et la précision de la simulation persistent. Cette thèse détaille des progrès substantiels dans la technologie des Implants Cochléaires Actifs (ACI). Dans cette thèse, nous introduisons d'abord un nouveau modèle électronique et mécanique pour la rangée d'électrodes de l'implant cochléaire, en utilisant la théorie des tiges de Cosserat. Deuxièmement, nous introduisons un modèle de dynamique de contact novateur pour l'implant cochléaire, basé sur la théorie de Cosserat. Enfin, cette thèse développe une loi de commande optimale basée sur le nouveau modèle électro-mécanique, qui permet un contrôle avancé de suivi de trajectoire couplé à plusieurs entraînements. Des tests rigoureux à travers des expériences et des simulations confirment sa robustesse et sa fiabilité, marquant un pas en avant dans l'amélioration de la précision et de la sécurité des procédures d'implant cochléaire

According to the statistic of World Health Organization, over 5% of the world's population has disabling hearing loss. Hearing aids are quite successfully used for the partially deafened people. Traditional hearing aids, while effective for partial hearing loss, often fall short for individuals with severe deafness. In such cases, cochlear implant surgery emerges as a preferable solution. Traditional manual implantation, however, grapples with the complexities of human anatomy and procedural intricacies. Among the primary challenges are the risks of damaging sensitive structures like the facial nerve and the propensity of the electrode array to bend within the cochlea, impeding complete implantation. Despite precision in manual techniques, the limited visibility and heavy reliance on the surgeon's steadiness and expertise inherently carry risks. In recent years, significant advancements have been made in cochlear implant technology, especially in mechanical modeling, simulation, and control. However, challenges such as computational complexity and simulation precision persist. This thesis, details substantial progress in Active Cochlear Implants (ACI) technology. In this thesis, we first introduce a novel electronic and mechanical model for the cochlear implant's electrode array, employing Cosserat rod theory. Second, we introduce a pioneering contact dynamics model for cochlear implant, based on Cosserat theory. Lastly, this thesis develops an optimal control law based on the new electro-mechanical model, which enables advanced multi-drive coupled trajectory tracking control. Rigorous testing through experiments and simulations confirms its robustness and reliability, marking a step forward in enhancing precision and safety in cochlear implant procedures.