Proposition de stage : Localisation intracérébrale de microrobots par ultrasons

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Type de stage

Stage de Master 2 orienté Recherche

Date ou durée du stage

6 mois à partir de début 2024

Contexte

En chirurgie minimalement invasive, et particulièrement en neurochirurgie, la capacité d’atteindre des zones profondes sans dommage et avec précision reste un défi majeur. Les outils de neurochirurgie, tels que les aiguilles, sont encore limités par leur précision et leur maniabilité. Dans ce contexte, des microrobots, tels que ceux conçus par Robeauté (https://robeaute.com/), constitueraient un outil révolutionnaire pour les neurochirurgiens dans le cadre de leurs opérations. Le microrobot pourrait permettre de réaliser de la délivrance de médicaments, des microbiopsies ou encore des thérapies géniques avec précision et dans des zones difficiles d’accès.

En collaboration avec la société Robeauté, le LIB conçoit de nouvelles approches de localisation cérébrale de microrobots. Les techniques de suivi exploitent la propagation ultrasonore à travers le crâne pour déterminer la position exacte du dispositif médical afin de cibler la zone du cerveau à traiter [Francois et al. 2019, Zarader et al. 2023].

Vue d’artiste des microrobots, DOT, développés par Robeauté

Ces techniques sont similaires à celles que nous avons développées pour l’échographie super-résolue transcrânienne, permettant de reconstruire le réseau vasculaire cérébral en 3D (Couture et al. 2019, Chavignon et al. 2022, voir figure ci-jointe). Cette approche se base sur l’imagerie de diffuseurs ultrasonores circulant dans les vaisseaux sanguins, leur localisation sub-longueur d’onde et leur suivi afin de reconstruire une image 3D pouvant potentiellement aider le diagnostic de nombreuses maladies impliquant la microcirculation, les AVC par exemple.

Échographie super-résolue cérébrale 3D transcrânienne (ULM, tirée de la thèse d’Arthur Chavignon 2021)

Objectif

Le stage, réalisé au LIB, a pour but de concevoir une nouvelle méthode de localisation du microrobot en utilisant des simulations de propagation ultrasonore transcrânienne et un nouveau type de capteur miniaturisé.

Missions

En collaboration avec le thésard actuellement sur le sujet (Pierre Zarader), le stagiaire aura les tâches suivantes :

  • Mise en place d’un nouveau banc d’expérimentation basé un nouveau capteur ultrasonore et sur des simulations de propagation ultrasonore transcrânienne,
  • Intégration du nouveau capteur ultrasonore au microrobot,
  • Tests de suivi in vitro du microrobot
  • Comparaison avec le système de localisation actuel,
  • Participation aux premiers tests in vivo du microrobot.

Compétences

  • Théorie et pratique en propagation des ultrasons,
  • Théorie et pratique en (micro)mécanique,
  • Rédaction et échanges en anglais,
  • Volonté d’évoluer au sein de multiples environnements de recherches (laboratoire de robotique et d’imagerie médicale, environnement de startup) et de multiples domaines (acoustique, robotique, biologie, chirurgie),
  • Travail en autonomie,
  • Tropisme pour les recherches appliquées.

Il n’est pas demandé de maîtriser parfaitement toutes ces notions mais de vouloir les appréhender et les utiliser rapidement.

Références

  1. P. Zarader, Q. François, A. Coudert, B. Duplat, S. Haliyo, and O. Couture, ‘Proof of Concept of an Affordable, Compact and Transcranial Submillimeter Accurate Ultrasound-Based Tracking System’, IEEE Transactions on Biomedical Engineering, pp. 1–11, 2023, doi: 10.1109/TBME.2023.3322302.
  2. François, Quentin, Arthur André, Bertrand Duplat, Sinan Haliyo, et Stéphane Régnier. « Tracking Systems for Intracranial Medical Devices: A Review ». MEDICAL DEVICES & SENSORS 2, no 2 (avril 2019). https://doi.org/10.1002/mds3.10033.
  3. Couture, O., Hingot, V., Heiles, B., Muleki-Seya, P., & Tanter, M. (2018). Ultrasound localization microscopy and super-resolution: A state of the art. IEEE transactions on ultrasonics, ferroelectrics, and frequency control, 65(8), 1304-1320.
  4. Chavignon, A., Hingot, V., Orset, C., Vivien, D., & Couture, O. (2022). 3D transcranial ultrasound localization microscopy for discrimination between ischemic and hemorrhagic stroke in early phase. Scientific reports, 12(1), 1-11.

Informations complémentaires

Confidentialité : oui

Rémunération

Gratifications de stage

Contact

Olivier Couture – olivier.couture[at]sorbonne-universite.fr
Pierre Zarader – pierre[at]robeaute.com

Lieu du stage

Laboratoire d’Imagerie Biomédicale (LIB) – 15 rue de l’École de Médecine 75006 Paris