Traçabilité RFID à l’aide de petites antennes : application au cas des instruments chirurgicaux : étude et validation d’une solution prototype

RFID traceability using small antennas : application to the case of surgical instruments : design and validation of a prototype solution

• Auteur / Autrice : Megdouda Benamara
• Direction : Gaëlle Lissorgues
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Electronique, Optronique et Systèmes
• Date : Soutenance le 08/12/2017
• Etablissement(s) : Paris Est
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Mathématiques, Sciences et Technologies de l'Information et de la Communication (Champs-sur-Marne, Seine-et-Marne ; 2010-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Laboratoire électronique, systèmes de communication et microsystèmes - Electronique- Systèmes de communication et Microsystèmes / ESYCOM
• Jury : Président / Présidente : Francisco De Oliveira Alves
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Gaëlle Lissorgues, Philippe Pannier, Christophe Delaveaud
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Philippe Pannier, Christophe Delaveaud

Mots clés

Mots clés contrôlés

Traçabilité

Médecine -- Appareils et matériel

Systèmes d'identification par radiofréquence

Mots clés libres

Rfid

Antennes

Traçabilité

Rfid

Antennas

Traceability

Résumé

Le projet ARTIC, Application de la RFID pour la traçabilité des Instruments chirurgicaux, concerne la mise en place d'une solution d’automatisation de la traçabilité dans le secteur hospitalier, en particulier dans la stérilisation et dans la salle d'opération. Le développement d'une telle solution pose plusieurs problèmes. En effet le contrôle et e suivi des instruments doit être rapide et adapté à l'environnement de travail, en tenant compte des exigences inhérentes à ces instruments: stérilisation à l'autoclave (121-138 ° C, vapeur saturée, 1-2 bar) et utilisation par les chirurgiens. La spécification doit combiner l'ergonomie, la résistance à l'autoclave et la fiabilité, tout en étant rapide et générer un petit coût supplémentaire. De plus, une telle solution, doit permettre un contrôle multiple (identification de plusieurs instruments à la fois) dans toutes les directions spatiales possibles (sachant que les instruments sont posés d’une manière aléatoire dans les bacs de stérilisation). La thèse sur la traçabilité RFID à l'aide de petites antennes a pour but de proposer des solutions prototype basé sur le couplage entre les boucles du lecteur et celle du tag, l’optimisation des prototypes a pour but d’atteindre une distance de communication allant jusqu'à 10cm en utilisant une grande antenne du lecteur (ayant la taille des bacs de stérilisation : 50 cm de longueur) et un tag miniature (quelques millimètres). Plusieurs prototypes sont proposés et développés. (1) un prototype antenne du lecteur incluant des résonateurs, qui permet d'augmenter le couplage du système RFID HF. Cette structure a été simulée, réalisée et mesurée. Afin de mettre un lien entre la simulation et la mesure, nous avons développé des modèles d'équations empiriques qui nous permettent à la fois de retrouver l'inductance propre d'un système lecteur N-boucles et aussi l'inductance mutuelle équivalente du système. (2) Une autre solution est une structure multi-boucles torsadées. Elle est basée sur la réorientation des lignes de champ magnétique. Son intérêt est de permettre une détection des tags quel que soit leurs positionnements angulaires

The ARTIC project, concerns the implementation an automatically system used to Tracking Surgical Instruments with Radio Frequency Identification in hospitals, more precisely particular in sterilization and operating room. The development of such solution needs to solve several problems. The control of the instruments must be rapid and adapted to the sterilization: autoclave sterilization (121-138 ° C, 1-2 bar). The specification must combine ergonomics, autoclave resistance and reliability, while being fast and generating low additional cost. Moreover, such a solution must allow multiple control (identification of several instruments at a time) in all possible spatial directions. The thesis on RFID tracking using small antennas aims to propose prototype solutions based on the magnetic coupling between reader and the tag loops. The purpose of the prototype optimization is to reach a communication distance up to 10 cm using a large reader loop antenna (the size of the sterilization trays: 50 cm length) and a miniature tag (few millimeters). Several prototypes are proposed and developed. (1) a prototype of the reader loop antenna including resonators, which allows to increase the magnetic coupling of the RFID system. This structure is simulated, realized and measured. In order to make a link between simulation and measurement, we developed calculations of the equivalent electrical model that allow to find the equivalent inductance of the N-loop reader antenna and also the equivalent mutual inductance of the system entire system. (2) Another solution is a multiple twisted loop reader antenna. It is based on the reorientation of the magnetic field lines. Its interest is to allow a detection of the tags whatever their angular positioning