Tomographie d’impédance électrique à l’aide d’une matrice de microélectrodes : vers l’imagerie des nerfs périphériques

Electrical impedance tomography using a microelectrode array : towards peripheral nerve imaging

• Auteur / Autrice : Alexandre Fouchard
• Direction : Olivier David, Stéphane Bonnet
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Biotechnologie, instrumentation, signal et imagerie pour la biologie, la médecine et l'environnement
• Date : Soutenance le 06/11/2015
• Etablissement(s) : Université Grenoble Alpes (ComUE)
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale ingénierie pour la santé, la cognition, l'environnement (Grenoble ; 1995-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Laboratoire d'électronique et de technologie de l'information (Grenoble, Isère, France ; 1967-....) - Institut des neurosciences de Grenoble (Isère, France ; 2007-....) - Laboratoire électronique des systèmes santé (CEA Cadarache ; 20..-2015) - Fonctions cérébrales et neuromodulation (Grenoble, Isère, France ; 2011-....)
• Jury : Président / Présidente : Maureen Clerc
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Didier Clarençon
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Mustapha Nadi, Noël Burais

Mots clés

Mots clés contrôlés

Neuromodulation

Impédance électrique

Problèmes inverses

Modélisation CFD

Mots clés libres

Bioélectromagnétisme

Modélisation numérique

Problèmes inverses

Instrumentation biomédicale

Tomographie par impédance électrique

Neuromodulation

Bioelectromagnetism

Numerical modeling

Inverse Problems

Biomedical Instrumentation

Electrical Impedance Tomography

Neuromodulation

Résumé

La neuromodulation offre une possibilité de traitement pour des pathologies pharmoco-resistantes. Dans ce domaine, l'émergence de matrices d'électrodes à l'échelle microscopique ouvre la voie à des interfaces neurales sélectives. Cependant, leur fonctionnalité est réduite par le manque d'information sur l'anatomie fonctionnelle du nerf ciblé. L'objectif global de ce projet de thèse est d'explorer les possibilités d'imager un nerf de manière non-invasive par tomographie d'impédance électrique (EIT). Modalité d'imagerie des tissus mous, l'EIT déduit des cartes de conductivité à partir de mesures sur la frontière du domaine étudié. Une plateforme expérimentale a été mise en place et a permis de valider les développements des méthodes numériques effectués pour la prédiction des données et l'estimation des paramètres. Des tests in vivo ont été réalisés dans le contexte de la stimulation du nerf vague et du nerf sciatique. Des spécifications pour de futures expériences ont été déduites, avec l'utilisation d'électrodes plus robustes comprenant un plus grand nombre de contacts par section.

Neuromodulation offers treatments for drug resistant pathologies. In this field, the emergence of micro-scale multi-electrode arrays paves the way for selective neural interfaces. But they suffer from the lack of information on the nerve functional anatomy. The global aim of this PhD project is to explore the possibilities of imaging the inside of a nerve in a non-invasive way through electrical impedance tomography (EIT). As a soft-field imaging modality, EIT infers conductivity maps from boundary measurements. An experimental platform was built and allowed the validation of numerical methods developed for data prediction and parameter estimation. In vivo tests were performed in the context of vagus and sciatic nerve stimulation. Specifications were deduced for future experiments, with more reliable electrodes, embedding a higher number of contacts per cross-section.