Ce stage s'inscrit dans la thématique « Systèmes à Dérivées Non Entières » portée par l'équipe Crone du Groupe Automatique de l'IMS. Le laboratoire est rattaché à l'université de Bordeaux et à Bordeaux INP.

Descriptif du stage

Contexte

Le contexte du projet est la chirurgie cardiaque. La connaissance du comportement thermique des poumons est cruciale pour les anesthésiologistes et chirurgiens cardiologues. Lors des opérations de chirurgie cardiaque, la mise en place d'une circulation extracorporelle (CEC) est souvent nécessaire. Une machine cœur-poumon artificiel est alors reliée au système circulatoire du patient. Les fonctions de ces deux organes (cœur et poumons) sont alors assurées par la machine. Cependant ils se retrouvent exclus de la circulation sanguine et sont privés de sang et d'oxygène pendant toute la durée de l'opération, ce qui entraîne des dommages inévitables pour les tissus de ces organes. Ces dommages sont généralement réversibles chez les patients les plus jeunes, mais peuvent causer des complications importantes chez les patients les plus âgés. Il est néanmoins possible de limiter ces dommages, la solution retenue à l'heure actuelle étant l'hypothermie. L'hypothermie permet de ralentir le métabolisme des cellules pulmonaires et donc de ralentir la progression des dommages. 

Objectif

Modélisation et identification en temps-réel de systèmes linéaires à paramètres variants pour applications aux transferts thermiques dans les poumons. Ce sujet est susceptible de se poursuivre en thèse avec le CHU de Bordeaux. 

Organisation

D’un point de vue théorique, verrous scientifiques et technologiques, les objectifs sont l’établissement de modèles à compacité paramétrique qui permettent de décrire l'évolution de la température des poumons durant les opérations chirurgicales nécessitant une circulation extracorporelle [Duhé, 2022b].

Le travail comprend deux axes de recherche : l’établissement de modèles complexes (en dynamique et en spatial 2D/3D) avec considération de la conduction thermique multi-entrées, des pertes thermiques, de la perfusion et d’advection et qui permettent de décrire l'évolution de la température des deux poumons lors de l'hypothermie.

Le second axe de recherche consiste à établir des modèles mathématiques à peu de paramètres (ou compacité paramétrique), facilement exploitables en temps réel sous forme de modèles fractionnaires implicites et capables de rendre compte des variations thermiques à l'intérieur du poumon et de leur hétérogénéité durant les opérations de chirurgie cardiaque nécessitant une circulation extracorporelle.

Mots clés : Chirurgie cardiaque, Identification en temps-réel, Modélisation, Modèles non entiers, Modèle Thermique, Poumons, Systèmes linéaires à paramètres variants (LPV)

Profil recherché

Niveau : Stage de fin d’études d’école d’ingénieur ou de MASTER 2 (bac +5)

Compétences et connaissances : modélisation des systèmes dynamiques, identification, systèmes non entiers

Outils informatiques : MATLAB, toolbox CRONE

Références bibliographiques

[1]     A. Oustaloup. Diversity and Non-integer Differentiation for System Dynamics. Wiley-ISTE, 2014.

[2]     M. Pellet. “Caractérisation non entière de systèmes biologiques : application au muscle squelettique et au poumon”. PhD thesis. Talence, France: Université Bordeaux 1, July 2013. 

[3] -  P. Melchior, M. Pellet, J. Petit, J.- M. Cabelguen and A. Oustaloup - System identification of thermal transfers inside the lungs using fractional models - 7th Vienna international Conference on Mathematical Modelling (IFAC MATHMOD'12), Vienna, Austria, 14-17 February, 2012.

[4] -  M. Pellet, P. Melchior, Y. Abdelmoumen and A. Oustaloup - Fractional thermal model of the lungs using Havriliak-Negami function - 7th ASME/IEEE International Conference on Mechatronic & Embedded Systems & Applications (ASME/IEEE MESA'11), Washington, DC, USA , August 29-31, 2011.

[5]     J.-F. Duhé, Modélisation d’ordre non entier des transferts thermiques dans les poumons pour des opérations de chirurgie cardiaque. PhD thesis, Université de Bordeaux, Bordeaux, France, 2022.

[6]     S. Victor, J. Duhe, P. Melchior, Y. Abdelmoumen, and F. Roubertie, “Long memory recursive prediction error method for identification of continuous-time fractional models,” Nonlinear Dynamics, vol. 110, pp. 635–648, 06 2022.

[7]     J.-F. Duhé, S. Victor, P. Melchior, Y. Abdelmoumen, and F. Roubertie, “Modeling thermal systems with fractional models: human bronchus application,” Nonlinear Dynamics, vol. 108, pp. 579—595, 2022.

Stage de fin d'études de Master 2 ou 3ème année d'école d'ingénieur, spécialité automatique

connaissances en identification des systèmes dynamiques

connaissances en modélisation thermique

connaissances en systèmes non entiers ou en systèmes LPV sont un plus