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Présentation des acteurs
L’Institut des Systèmes Intelligents et de Robotique (ISIR)
L’avènement des robots et des systèmes d’intelligence artificielle induit des transformations profondes dans nos sociétés. Les chercheuses et les chercheurs de l’ISIR contribuent à les anticiper en travaillant sur l’autonomie des machines et leur capacité à interagir avec les êtres humains. Rassemblés en équipes pluridisciplinaires, les chercheuses et les chercheurs créent des drones, micro-pinces, prothèses bioniques, robots sociaux, bras chirurgicaux et toutes sortes de systèmes intelligents et interactifs, physiques, virtuels ou de réalité mixte. Leurs applications adressent des enjeux sociétaux majeurs : santé, industrie du futur, transports, et service à la personne.
Le Laboratoire d’Imagerie Biomédicale (LIB)
Le Laboratoire d’Imagerie Biomédicale (LIB) est spécialisé dans la recherche fondamentale et appliquée de méthodes d’imagerie biomédicale morphologique, fonctionnelle et moléculaire sur le petit animal et l’homme. Les thématiques de recherche sont ciblées sur les principales priorités de santé publique du XXIe siècle: os, cancer, maladies cardiovasculaires et neurologiques. Nous travaillons sur de nouvelles méthodologies de diagnostic et de traitement dans notre domaine principal d’investigation autour des modalités microscopiques en lumière blanche, ultrasonores, IRM, CT et SPECT-PET.
Robeauté
La société Robeauté se consacre au développement d’un microrobot pour des applications de neurochirurgie nécessitant une grande précision. Le robot, capable de naviguer en 3D dans les tissus cérébraux, permettra d’atteindre des zones sensibles du cerveau et de réaliser de la collecte de données en direct. Au carrefour de la robotique, de la physique, des sciences des matériaux, de la chimie, de la biologie et de la médecine, ce dispositif médical modulaire se compose d’un support standard avec de multiples extensions, permettant au dispositif de s’adapter à différentes indications médicales : implanter une électrode, délivrer des molécules, prélever des tissus ou collecter des données en direct à l’aide de capteurs.
Sujet de thèse
Deux thèses de doctorat ont déjà porté sur la localisation intracérébrale du microrobot développé par Robeauté. La première s’est d’abord concentrée sur un état de l’art des différentes technologies de suivi envisageables, avant de proposer les ultrasons comme solution privilégiée pour un suivi précis, en temps réel, facilement déployable et non-invasif [1]. La seconde thèse a d’abord porté sur la réalisation d’une preuve de concept d’un système de suivi ultrasonore transcrânien, démontrant une précision submillimétrique à travers une plaque d’épaisseur constante (Fig. 1) [2]. Un système de suivi ultrasonore complet et adapté à une application clinique a ensuite été réalisé (Fig. 2). Ce système a récemment démontré son efficacité lors de tests post-mortem et in vivo [3].
Forte de son caractère interdisciplinaire, la thèse proposée se concentrera sur la poursuite du développement du système de suivi du microrobot, en explorant des pistes de recherche au carrefour de la robotique, des ultrasons biomédicaux, de l’imagerie médicale et de la biologie.
Une première piste consistera à explorer de nouvelles possibilités de capteurs à embarquer sur le microrobot, l’objectif étant la réduction de taille tout en conservant une performance suffisante pour un suivi temps réel précis.
Une seconde piste de recherche portera sur l’utilisation de simulations de propagation ultrasonore transcrânienne basées sur des images du crâne obtenues par tomodensitométrie. Ces simulations permettront de mieux prendre en compte l’effet du crâne sur la propagation des ultrasons dans le cerveau, et ainsi d’améliorer la précision de localisation intracérébrale du microrobot (Fig. 3A).
Une troisième piste consistera à combiner la localisation par ultrasons du microrobot à la microscopie de localisation ultrasonore (ULM) développée par Olivier Couture, qui permet de cartographier le réseau vasculaire cérébrale (Fig. 3B). En effet, combinée à la localisation du microrobot, cette modalité d’imagerie permettra au neurochirurgien de connaître l’environnement vasculaire autour du microbot et d’adapter sa trajectoire afin d’éviter l’endommagement d’artères ou de zones cérébrales sensibles.
Fruit d’une collaboration industrielle entre la société Robeauté et deux laboratoires de recherche universitaires, la thèse portera autant sur de la recherche théorique que sur son adaptation au système de suivi fonctionnel du microrobot. Le doctorant sera donc amené à collaborer étroitement avec les chercheurs de Robeauté pour intégrer son travail au système de déploiement du microrobot, et participera activement aux tests post-mortem et in vivo sur l’animal et l’humain.
Les étapes prévues sont les suivantes :
- Suivi transcrânien in vitro du microrobot par capteur micrométrique embarqué,
- Développement d’un nouvel algorithme de localisation basé sur les simulations de propagation ultrasonore transcrânienne,
- Combinaison du tracking du microrobot avec les images par microscopie de localisation ultrasonore,
- Tests de suivi ex vivo et in vivo du microrobot sur l’animal et l’humain.
Compétences
- Bases solides en Physique
- 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.
Durée de la thèse : 3 ans
Début de la thèse : Courant 2024 ou 2025
Lieux de la thèse
Laboratoire d’Imagerie Biomédicale (LIB) – Campus des Cordeliers, 15 rue de l’école de médecine, Paris – 75006
Institut des Systèmes Intelligents et de Robotique (ISIR) – Campus Pierre et Marie Curie, 4 place Jussieu, Paris – 75005
Robeauté – Pépinière RIVP Pole Innovation Paris Santé Cochin 8-12 Rue Méchain, Paris – 75014
Contact
- Olivier Couture (LIB) –
- Sinan Haliyo (ISIR) – sinan.haliyo@sorbonne-universite.f
- Pierre Zarader (Robeauté) –
Candidature
Les pièces à joindre pour la candidature sont : CV, Lettre de motivation, Lettres de recommandation et coordonnées de deux références (ancien tuteur de stage, enseignant…).
Informations complémentaires
Un stage de fin d’études de 6 mois, ou une période d’essai de 3 mois, sera effectué avant le début de la thèse.
Confidentialité : Oui
Références
[1] Q. François, ‘Microrobot guidance through neuronavigation for microrobotic neurosurgery’, 2020.[2] 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 Trans. Biomed. Eng., vol. 71, no. 3, pp. 893–903, Mar. 2024, doi: 10.1109/TBME.2023.3322302.
[3] P. Zarader, ‘Transcranial ultrasound tracking of a neurosurgical microrobot’, Sorbonne Université, 2024.
[4] A. Chavignon, ‘Microscopie par localisation ultrasonore dans les modèles d’accidents vasculaires cérébraux’, 2022.