Chirurgie Cardiaque à Cœur Battant

Strasbourg I
Docteur de l’Université Louis Pasteur
Thèse présentée pour obtenir le grade de
Discipline : Electronique, Electrotechnique, Automatique
Spécialité : Robotique
par Wael Bachta
Chirurgie Cardiaque à Cœur Battant
Conception et commande d’un stabilisateur cardiaque actif
Soutenue publiquement le 9 décembre 2008
Membres du Jury
Directeur de Thèse : Jacques Gangloff, Professeur, ULP, Strasbourg
Rapporteur Externe : Guillaume Morel, Professeur, Université de Pierre et Marie Curie, Paris
Rapporteur Externe : François Pierrot, Directeur de Recherche CNRS, LIRMM, Montpellier
Rapporteur Interne : Rémy Willinger, Professeur, ULP
Examinateur : Tobias Ortmaier, Professeur, Université Leibniz, Hannovre
Examinateur : Pierre Renaud, Maître de Conférences, INSA, Strasbourg
Invité : Edouard Laroche, Professeur, ULP, Strasbourg

Remerciements
Ma gratitude va tout d’abord à l’ensemble des membres du jury, qui m’ont fait l’honneur
d’accepter d’évaluer ma thèse et plus particulièrement à messieurs Guillaume Morel et François
Pierrot, pour l’intérêt qu’ils ont témoigné à l’égard de mon travail en consentant à en être les
rapporteurs.
Je remercie très sincèrement Jacques, mon directeur de thèse, de m’avoir offert l’opportu-
nité de travailler sur une thématique aussi passionnante. Tes connaissances pluridisciplinaires,
tes conseils avisés, ta grande disponibilité et ton soutien infaillible tout au long de ma thèse
m’ont été d’une précieuse aide. J’ai également beaucoup apprécié de partager ton enthousiasme
et ton désir d’innovation.
Et puis un grand merci à toi Pierre. Je te remecrcie de ta grande patience au tout début de
ma thèse, lorsque tu m’initiais à la conception mécanique, puis de tes constants encouragements
et conseils, de ton profond investissement et de ta grande disponibilité tout au long de ces trois
années, et ce jusque dans la dernière ligne droite. Tu étais toujours partant pour donner un coup
de main, toujours disponible pour relire un article. L’étendue de tes compétences, ta force de
proposition et ta grande rigueur m’ont permis de progresser et de faire avancer ce projet, tandis
que ta gentillesse et ta bonne humeur ont rendu notre collaboration très plaisante.
Je remercie également Edouard de sa contribution sur les aspects relevant de l’automatique.
Tes vastes connaissances m’ont aidé à progresser très rapidement sur des techniques avancées
de l’automatique, et cela dans un cadre de travail agréable.
Merci à Sophie, ma tutrice pédagogique, qui m’a accueilli avec beaucoup de gentillesse
à l’IUT de Haguenau. Sa bonne humeur et ses conseils judicieux ont accompagné et facilité mes
premiers pas de moniteur.
Je remercie tous les collègues de l’équipe AVR pour la bonne ambiance, en particulier "les vieux"
(Florent, Philippe et Laurent), pour leurs conseils, leur aide et les bons moments passés dans
leur bureau. Merci à Michel de Mathelin, de m’avoir accueilli au sein de son équipe.
Je remercie l’ensemble des collègues de l’IRCAD pour l’environement de travail très agréable.
Merci à Antonello et Alain pour les inoubliables expériences in vivo.
Je remercie mes amis pour leur soutien, plus particulièrement Carine, Julie, Virginie, Hamza
et Jean-Louis pour leur présence le jour de ma soutenance.
Merci à mes parents et ma petite soeur, pour leur amour et leur soutien inconditionnel. Merci
à papa, qui est venu assister à ma soutenance.
Enfin, un grand merci à toi Barbara pour m’avoir soutenu et encouragé avec abnégation.
Merci de ton attention et merci d’avoir partagé avec moi les moments de joie comme les mo-
ments de doute.
1

2

Table des matières
Introduction 7
1 État de l’art et contributions 11
1.1 Anatomie, fonctionnement et pathologies du cœur . . . . . . . . . . . . . . . . . 11
1.2 Revascularisation des coronaires . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 16
1.2.1 Angioplastie................................... 16
1.2.2 Pontagecoronarien............................... 17
1.2.3 Angioplastie ou pontage coronarien ? . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 18
1.3 Techniques de pontage coronarien . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 19
1.3.1 Pontage coronarien sur un cœur à l’arrêt . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 19
1.3.2 Pontage coronarien à cœur battant . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 25
1.4 Compensation robotisée des mouvements physiologiques . . . . . . . . . . . . . . 27
1.4.1 Compensation du tremblement . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 28
1.4.2 Compensation des mouvements dûs à la respiration . . . . . . . . . . . . . 28
1.4.3 Compensation du mouvement cardiaque . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 30
1.5 Contributions de la thèse . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 34
2 Analyse et prédiction du comportement cardiaque 37
2.1 Analyse des efforts cardiaques . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 38
2.1.1 Dispositif expérimental . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 38
2.1.2 Rappel des propriétés du mouvement cardiaque . . . . . . . . . . . . . . . 38
2.1.3 Propriétés des efforts cardiaques . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 39
2.2 Comportement viscoélastique . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 43
2.2.1 Dispositif expérimental . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 44
2.2.2 Analyse des données expérimentales . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 45
2.3 Prédiction du mouvement cardiaque . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 48
2.3.1 Étatdel’art................................... 48
2.3.2 La modulation d’amplitude . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 57
2.3.3 Comparaison des résultats de prédiction . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 60
3