Développement d'une méthode de localisation en temps réel pour des procédure de catheterisation utilisant des capteurs magnéto résistifs géants et la variation spatiale d'un point de champ nul

Cette thèse explore le développement d’un système de suivi magnétique en temps réel pour la cathétérisation, utilisant des capteurs à magnétorésistance géante (GMR) et la méthode d’un point de champ nul, dite FFP pour « Field-Free-Point ». L’objectif principal est de proposer une alternative aux techniques traditionnelles de fluoroscopie par rayons X, afin de réduire l’exposition aux rayonnements ionisants tout en améliorant la précision du suivi des cathéters et fils-guides. Les travaux débutent par une analyse des limites des méthodes existantes, notamment la fluoroscopie, qui expose les patients et le personnel médical à des rayonnements nocifs. Une revue des alternatives, telles que la navigation bioélectrique, l’imagerie par ultrasons, le suivi par IRM ainsi qu’électromagnétique (EMT), est présentée. La méthode FFP, appartenant à cette dernière catégorie, combinée aux capteurs GMR, est proposée comme solution innovante pour un suivi précis et sans rayonnement. Les chapitres expérimentaux détaillent la mise en œuvre d’un système de suivi expérimental en 1D, 2D, et simulations en 3D. En 1D, les tests comparent deux méthodes d’acquisition (courant continu et détection synchrone), révélant que la méthode en courant continu offre une meilleure fréquence d’acquisition, essentielle pour un suivi en temps réel. En 2D, l’étude évalue différentes trajectoires FFP, et la trajectoire en spirale d’Archimède s’est révélée la plus performante en termes de précision et d’homogénéité. Enfin, les simulations en 3D démontrent la faisabilité du suivi dans un volume tridimensionnel. L’intégration des capteurs GMR dans des dispositifs médicaux, tels que des cathéters commerciaux ou des fibres polymères, est également explorée, confirmant la viabilité de cette technologie pour des applications cliniques. Les perspectives futures incluent l’optimisation des trajectoires FFP, le calcul dynamique de celle-ci, ainsi que la miniaturisation des capteurs pour une compatibilité accrue avec les dispositifs médicaux existants.

This thesis explores the development of a real-time magnetic tracking system for catheterization, using giant magnetoresistive (GMR) sensors and the innovative field-free point (FFP) method. The primary goal is to provide an alternative to traditional X-ray fluoroscopy techniques, reducing exposure to ionizing radiation while improving the precision of catheter and guidewire tracking. The work begins with an analysis of the limitations of existing methods, particularly X-rays fluoroscopy, which exposes patients and medical staff to nefarious radiation. A review of alternatives, such as bioelectric navigation, ultrasound imaging, MRI imaging and electromagnetic tracking (EMT), is presented. The FFP method, in the last category, combined with GMR sensors, is proposed as an innovative solution for precise and radiation-free tracking. The experimental chapters detail the implementation of an experimental tracking system in 1D, 2D, and simulations in 3D. In 1D, tests compare two acquisition methods (direct current and lock-in amplification), revealing that the direct current method offers better acquisition frequency, essential for real-time tracking. In 2D, the study evaluates different FFP trajectories, and the Archimedean spiral (Asprial) trajectory proved to be the most effective in terms of accuracy and uniformity. Finally, 3D simulations demonstrate the feasibility of tracking in a three-dimensional volume. The integration of GMR sensors into medical devices, such as commercial catheters or polymer fibers, is also explored, confirming the viability of this technology for clinical applications. Future prospects include optimizing FFP trajectories, dynamically compute them and further miniaturizing sensors for better compatibility with existing medical devices.