Direction de recherche : Sylvain FERUGLIO

Co-encadrement : DENOULET Julien

Modélisation d'un implant médical intelligent dans son environnement pour le monitorage fonctionnel de la moelle épinière

La moelle épinière (ME) fait partie du système nerveux central. Elle prend naissance dans le cerveau et est responsable de fonctions importantes, telles que la transmission d'informations nerveuses entre le cerveau et la périphérie, ainsi que les réflexes du tronc et des extrémités. Un traumatisme de la ME peut entraîner une perte de sensation et de contrôle d'une partie du corps dans les cas mineurs, ou une paralysie totale dans les cas graves.
Le monitorage en temps réel de l'état fonctionnel de la ME au cours d'une chirurgie rachidienne, telle que la chirurgie de la scoliose, est essentiel pour éviter les conséquences graves d'un dommage involontaire à la ME lors de l’acte opératoire. Cependant, il n’existe pas, à l'heure actuelle, de méthode permettant d'obtenir des informations suffisantes sur les évolutions de la fonction de la ME avant qu'elle ne soit atteinte. L’emploi de l’Imagerie Optique Diffuse (IOD) multilongueurs d'onde semble être une alternative prometteuse pour répondre à ce besoin. Elle permet en effet de monitorer en temps réel les caractéristiques hémodynamiques de tissues biologiques, qui sont des indicateurs importants pour évaluer leur état fonctionnel.
Dans le cadre de cette thèse, on se propose de mettre en œuvre cette technique à travers la modélisation, la réalisation et le test de dispositifs spécifiques. Tout d'abord, la modélisation du système de monitorage en interaction avec l'environnement biologique de la ME est réalisée en SystemC/AMS. Cela permet d’estimer les performances du système en cours de développement et de les optimiser, mais aussi d’étudier certaines caractéristiques physiologiques de la ME. Cette approche de modélisation multidomaine (p. ex., optique, biologie, électronique) présente les avantages d'être flexible, facile à modifier et adaptable pour d’autres applications. Un prototypage du système de monitorage a aussi été effectué. Basé sur les résultats de la simulation et les données expérimentales, un module de transmission sans-fil de dernière génération est notamment mis en œuvre pour gagner en ergonomie par rapport à l’application visée. Enfin, les données d’expérimentations sur modèle porcin sont traitées afin d’extraire des informations physiologiques pertinentes, ce qui fournit une référence pour un processus de traitement des signaux de la ME.
Ces trois parties se complètent pour aboutir à une proposition d’un dispositif médical qui pourrait être employé dans le futur sur l’homme pour aider les médecins à déterminer l'état fonctionnel de la ME en temps réel et éviter les traumatismes irréversibles lors d'une intervention chirurgicale du rachis et de sa périphérie.

Publications 2021-2023

• 2023
  • N. Mainard, S. Li, K. Messaoudene, F. Canavese, E. Charnacé, R. VIALLE, S. Feruglio : “Utilité de la spectroscopie proche de l’infrarouge intra-opératoire dans le prévention des lésions neurologiques lors de la prise en charge chirurgicale d’une déformation de la colonne vertébrale. Etude préliminaire”, Congrès annuel de la Société Française de Chirurgie Rachidienne - SFCR 2023, Amiens, France (2023)
  • N. Mainard, S. Li, K. Messaoudene, F. Canavese, E. De Charnacé, R. VIALLE, S. Feruglio : “Utilité de la spectroscopie proche de l’infrarouge intra-opératoire dans le prévention des lésions neurologiques lors de la prise en charge chirurgicale d’une déformation de la colonne vertébrale. Etude préliminaire”, Colloque en TéléSANté et dispositifs biomédicaux, Aubervilliers, France (2023)
• 2022
  • S. Li : “Modélisation d’un implant médical intelligent dans son environnement pour le monitorage fonctionnel de la moelle épinière”, thèse, soutenance 30/11/2022, direction de recherche Feruglio, Sylvain, co-encadrement : Denoulet, Julien (2022)
  • N. Mainard, O. Tsiakaka, S. Li, J. Denoulet, K. Messaoudene, R. VIALLE, S. Feruglio : “Intraoperative Optical Monitoring of Spinal Cord Hemodynamics Using Multiwavelength Imaging System”, Sensors, vol. 22 (10), pp. 3840, (MDPI) (2022)
• 2021
  • S. Li, J. Denoulet, O. Tsiakaka, S. Feruglio : “Multi-domain Modeling and Simulation of an Oximeter: PVT Variations Impact of Opto-electronic Devices on the SpO2 Quantification”, Proceedings of the 11^th International Conference on Simulation and Modeling Methodologies, Technologies and Applications - SIMULTECH,, Online Streaming, France, pp. 303-310, (SCITEPRESS - Science and Technology Publications) (2021)
  • O. Tsiakaka, S. Li, J. Denoulet, S. Feruglio : “Spinal cord monitoring by NIRS in reflection and transmission modes”, 2021 10^th International IEEE/EMBS Conference on Neural Engineering (NER), Online, Italy, (IEEE) (2021)