Adrien Mialland soutiendra sa thèse réalisée au Gipsa-Lab le 6 novembre 2023 à 9h30 à la Maison de la Création et de l'Innovation (Saint-Martine-d'Hères) et en visioconférence.
Titre : Conception de la commande d’un système d’occlusion de la trachée pour un larynx artificiel implantable actif.
Direction : Agnès Bonvilain
Résumé : Cette thèse étudie la faisabilité d’un larynx artificiel implantable actif devant permettre la restauration des fonctions du larynx, perdues suite à une laryngectomie totale. Plus particulièrement, nous nous intéressons à la restauration de la déglutition, cette dernière étant la seule fonction laryngée posant un risque vital de fausse route, lors d’une déglutition. Ainsi, afin de rendre possible la reproduction du mécanisme de protection des voies aériennes propre au larynx, nous étudions la faisabilité d’une détection en temps réel et implantable de la déglutition, devant permettre le développement ultérieur d’un mécanisme implantable actif de protection des voies aériennes. Dans un premier chapitre, nous commençons par étudier l’anatomie du cou, le processus de déglutition, et les méthodes actuelles de restauration des fonctions laryngées. Nous exposons les limites de leur fonctionnement, qui n’est pas pensé autour d’une restauration définitive des voies aériennes, et nous décrivons ensuite l’incapacité de la seule tentative de larynx artificiel précédemment implanté, à reproduire la déglutition par une approche uniquement passive. Le deuxième chapitre propose ainsi une analyse approfondie des muscles du cou et l’élaboration d’une méthode de mesure novatrice, au sein d’un protocole de recherche clinique et en collaboration avec un médecin otorhinolaryngologiste, afin d’enregistrer l’activité des muscles stylohyoïdien et digastrique postérieur par électromyographie (EMG) intramusculaire. Nous formulons l’hypothèse qu’ils permettraient la conception future d’une méthode de détection de la déglutition. En outre, nous mesurons également les muscles sous-mandibulaires, par EMG de surface. Ceux-ci ayant été largement étudiés, ils sont utilisés comme base de comparaison et permettent d’accéder au début de la déglutition. Pour finir, le son de la déglutition est mesuré avec un accéléromètre, afin de définir une limite temporelle de détection de la déglutition, à partir de laquelle les voies aériennes sont en danger d’aspiration. Le troisième chapitre propose alors une analyse statistique approfondie des timings et des modes de recrutement de chacun des muscles. Nous montrons ainsi le potentiel nettement supérieur des muscles stylohyoïdien et digastrique postérieur, en comparaison des muscles sous-mandibulaires, à fournir une activité stable et dédiée, dès les premiers instants de la déglutition et avant la limite temporelle de détection. Le quatrième chapitre évalue ensuite le potentiel de chacun des muscles au sein de stratégies de détection temps réel par apprentissage machine. Nous montrons ainsi le potentiel nettement supérieur de notre approche en comparaison des stratégies actuelles et des muscles sous-mandibulaires. En particulier le muscle stylohyoïdien démontrait une nette amélioration des performances, et le muscle digastrique postérieur fournissait la détection la plus précoce, principalement avant la limite temporelle. Le cinquième chapitre propose une réflexion sur le larynx artificiel, en tant que prothèse laryngée active devant détecter la déglutition et protéger les voies aériennes, tout en s’intégrant au sein des voies aériennes nouvellement reconstruites. Nous explorons les méthodes de reconstruction et discutons des avantages de l’aorte cryoconservée pour reproduire un conduit trachéal. Pour finir, le sixième chapitre explore les contraintes inhérentes à un système actif de fermeture, et propose de futures lignes de recherche. Nous terminons par l’analyse d’un prototype de laboratoire, qui utilise les signaux préalablement acquis, et nous montrons la possibilité de détecter la déglutition et de fermer les voies aériennes en temps réel en moins 30ms.
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