Le projet de thèse proposé permettra d’appuyer une thématique du laboratoire GREEN sur la conception d’actionneurs électriques de topologies originales. Il s’agit de développer un concept novateur d’actionneur pour la chirurgie guidée par l'Imagerie par Résonance Magnétique. Une collaboration avec le milieu biomédical spécialisé en IRM permettra de mener à bien cette thèse.
Un actionneur électrique pour une application de type chirurgie guidée par IRM nécessite des petits déplacements précis. De plus, il doit être compatible IRM et opérer dans un espace confiné. Les exigences de compatibilité IRM comprennent : 1) la sécurité IRM, 2) la préservation de la qualité d'image, et 3) la capacité à fonctionner sans être affecté par les champs électriques et magnétiques du scanner. Les normes interdisent les matériaux ferromagnétiques car ils provoquent des artefacts d'image. Par ailleurs, les forces magnétiques qu’ils subissent peuvent les amener à se comporter comme un projectile dangereux. Les métaux non ferromagnétiques sont autorisés. Cependant, les matériaux conducteurs présents à proximité de l'iso-centre du scanner subissent des courants de Foucault dus aux bobines de gradient et de radiofréquence dont le champ magnétique perturbe l'homogénéité du champ principal B0.
Dans la littérature, il existe plusieurs types d’actionneurs non magnétiques utilisés dans différentes applications en IRM.
Pour les interventions de guidage d'aiguille pour réaliser des biopsies, les moteurs à ultrasons sont utilisés. Les mesures de compatibilité IRM ont montré que lorsque ces moteurs sont placés à l'intérieur du tunnel du scanner d’IRM et sont mis sous tension, il y a une réduction importante du rapport signal/bruit d'imagerie.
Beaucoup de travaux de recherches récents se concentrent sur les actionneurs pneumatiques qui ne causent pas de réduction du rapport signal/bruit. Ils nécessitent néanmoins une installation hydraulique complexe et encombrante.
Les moteurs électrostatiques constituent une alternative aux solutions décrites précédemment. Malheureusement, la densité de couple d’un actionneur électrostatique est faible ce qui limite son utilisation dans les applications liées à la robotique et à la chirurgie médicale.
Concernant les actionneurs « magnétiques » compatibles IRM, des travaux de recherche sont peu nombreux. Il existe une topologie d’actionneur alimentée et contrôlée par le scanner IRM pour le guidage d’aiguille. Le principe de fonctionnement repose sur l’utilisation d’un ou plusieurs petits corps ferromagnétiques intégrés dans l'actionneur qui servent à convertir l'énergie électromagnétique des bobines de gradients en énergie mécanique. Bien que le moteur soit compatible IRM et autonome en énergie, le contrôle des forces est délicat et les performances sont limitées.
Aucune des solutions décrites ci-dessus ne répond aux besoins en actionneurs précis et compact de manière satisfaisante. C’est ainsi que nous proposons la conception d’un prototype d’actionneur électrique fonctionnant dans un champ magnétique constant (champ B0 d’un scanner IRM). Un actionneur électrique comporte un inducteur et un induit. L’originalité du projet de thèse réside dans l’utilisation du champ statique B0 pour assurer la conversion électromécanique. L’induit sera constitué de bobines en cuivre. L’actionneur fonctionnera dans un environnement fortement contraint puisqu’il doit être compatible IRM (présence de champs à haute fréquence produits par les antennes et les bobines de gradients).