THÈSE DE DOCTORAT

- Sommaire -

ÉTUDES ET RECHERCHES SUR L’UTILISATION DU

CHAMP ELECTROMAGNETIQUE EN

MAGNETOTHERAPIE

Responsable Scientifique

Prof. dr. ing. Radu V. CIUPA ing. Anca Iulia FLUERAS

(cas. NICU)

____________________2013____________________

TABLE DE MATIÈRES

PRÉFACE i ABRÉVIATIONS ii LISTE DE TABLES v LISTE DE FIGURES vi CHAPITRE I – INTERACTION DU CHAMP ÉLECTROMAGNÉTIQUE AUX ORGANISMES VIVANTS 1.1. Introduction. 1 1.2. Interactions des champs électriques et magnétiques aux organismes vivants. 3 1.2.1. Influence du champ électrique sur les organismes vivants.

Applications en médecine. 6

1.2.2. Influence du champ magnétique sur les organismes vivants. Applications en médecine.

11

1.3. Normes concernant la limitation de l’exposition aux champs électriques, magnétiques ou électromagnétiques.

14

1.3.1. Restrictions principales. 16 1.3.2 Niveaux de référence. 19 1.4 Conclusions et contributions. 26 CHAPITRE II – STADE ACTUEL DES RECHERCHES SUR LA STIMULATION MAGNÉTIQUE DANS LA MÉDECINE MODERNE 2.1. Introduction. 27 2.2. Champ magnétique statique vs. champ magnétique variable (pulsatile). 29 2.3. Paramètres du champ magnétique pulsatile. 30 2.4. Stimulation magnétique fonctionnelle. Applications en médecine. 31 2.4.1. Stimulation magnétique des nerfs périphériques. 31 2.4.2. Exemple pratique d’utilisation de la stimulation magnétique

fonctionnelle en tant que méthode de diagnostique. 32

2.4.3. Stimulation des muscles abdominaux. 38 2.4.4. Stimulation magnétique transcrânienne. 41 2.4.5. Stimulation magnétique fonctionnelle à basse fréquence. 45 2.5. Notions sur la sécurité des patients. 54 2.5.1. Effets physiologiques du courant électrique. 55 2.5.2. Protection et sécurité du patient à l’utilisation des appareils

médicaux. 57

2.6. Conclusions et contributions. 59 CHAPITRE III – MODÉLISATION, SIMULATION ET RÉALISATION DES BOBINES UTILISÉES EN MAGNÉTOTHÉRAPIE 3.1. Introduction. 61 3.2. Modélisation des bobines de stimulation utilisées en magnétothérapie. 61 3.2.1. Calcul analytique des bobines de stimulation. 65 3.2.2. Modélisation et simulation dans le programme MATLAB des

bobines utilisées en magnétothérapie. 68

3.2.2.1. Simulation dans le programme MATLAB de la bobine de TYPE I.

73

3.2.2.2. Simulation dans le programme MATLAB de la bobine de TYPE II.

79

3.2.2.3. Simulation dans le programme MATLAB de la bobine de TYPE III.

85

3.2.2.4. Simulation dans le programme MATLAB de la bobine pratiquement mise en application.

88

3.3. Réalisation pratique de la bobine de stimulation utilisée en 95

La recherche scientifique au domaine de l’interaction entre les organismes

vivants et les champs électromagnétiques a gagné ampleur dans la dernière décennie. Les communautés scientifiques de la sphère médicale, de l’ingénierie ou de la biophysique ont essayé à démontrer l’influence de ces champs sur les organismes vivants, en particulier sur l’organisme humain. On a considéré nécessaire par la suite l’approche de ce sujet essayant à mettre en évidence les effets positifs des champs électriques ou magnétiques sur l’organisme humain.

À la suite des activités de recherche faites pendant l’élaboration de ce travail et des résultats obtenus, on décrit des conclusions à caractère général relatives au sujet en

magnétothérapie. 3.4. Conclusions et contributions. 96 CHAPITRE IV – CONTRIBUTIONS À LA RÉALISATION D’UN DISPOSITIF MÉDICAL UTILISÉ EN MAGNÉTOTHÉRAPIE 4.1. Développement d’un dispositif médical utilisé en magnétothérapie. 98 4.1.1. Analyse paramétrique dans le programme PSpice du dispositif de

stimulation par la variation du facteur de remplissage (D). 105

4.1.1.1. Simulations PSpice réalisées pour la fréquence de commutation du transistor de 20 [Hz] et le facteur de remplissage D=5 [%].

107

4.1.1.2 Simulation PSpice pour la bobine à L=50 [mH], f= 20 [Hz], D=10 [%].

109

4.1.2. Simulation Pspice pour une fréquence variable: 10[Hz]; 20[Hz]; 100[Hz].

110

4.1.3. Simulations Pspice réalisées à une fréquence f=200 [Hz] et inductance L=2.5[mH]; 16[mH]; 50[mH], D=10 [%].

112

4.1.4. Simulations Pspice réalisées à une fréquence f=200 [Hz], inductance L=16.3 [mH]; facteur de remplissage D=5 [% ]- 40 [%].

114

4.1.5. Simulations Pspice réalisées à une fréquence f=50 [Hz], inductance L=16.3 [mH] et facteur de remplissage D=5 [%] – 40 [%].

115

4.1.6. Simulations Pspice réalisées pour la fréquence des impulses de courant variable en temps, inductance L=50[mH] et facteur de remplissage D=10 [%].

118

4.2. Tester le dispositif médical. 120 4.3. Validation des résultats par mesures sur l’équipement. 122 4.4. Conclusions et contributions. 125 CHAPITRE V – ANALYSE DE RISQUE POUR UN DISPOSITIF MÉDICAL À APPLICATION EN PHYSIOTHÉRAPIE 5.1. Introduction. 126 5.2. Analyse de risque pour la bobine de travail utilisée en magnétothérapie. 131 5.3. Conclusions et contributions. 138 CHAPITRE VI - CONCLUSIONS ET CONTRIBUTIONS 6.1. Conclusions finales. 139 6.2. Contributions personnelles. 141 6.3. Perspectives de continuation des recherches. 142 BIBLIOGRAPHIE 143 ANNEXES 153 A1 Extrait du programme Matlab mis en application pour le design optimal des

bobines de stimulation. 154

A2 Législation – extrait du SR EN 60601. 157 A3 Deux travaux significatifs publiés par les auteurs au domaine de la thèse. 162

cause, des conclusions qui permettent la formulation des contributions originales assumées par l’auteur concernant la magnétothérapie en tant que méthode adjuvante.

MOTS-CLÉS: champ électromagnétique, magnétothérapie, design des bobines,

circuit de stimulation, analyse de risque. STRUCTURE DE LA THÈSE Le but de la première partie de la thèse, les chapitres I et II, consiste dans

l’exemplification de l’influence des champs électriques et magnétiques, surtout sur l’organisme humain. La recherche dans ce domaine est motivée par le nombre réduit de travaux scientifiques qui traitent les effets positifs causés par l’exposition contrôlée aux champs électriques et/ou magnétiques à basse fréquence. On a eu en vue la réalisation d’une étude complexe qui puisse comprendre un nombre représentatif de travaux qui traitent sur l’interaction entre le champ électromagnétique et les organismes vivants.

Au chapitre III, on développe une méthode de calcul analytique des bobines de stimulation qui sera validée ultérieurement à l’aide de l’algorithme mis en pratique dans le programme Matlab. L’algorithme réalisé permet la modification des paramètres constructifs de la bobine de stimulation stimulée, pouvant effectuer des analyses comparatives de la distribution du champ électrique total induit dans le tissu stimulé. On a déterminé les valeurs du champ électrique induit dans le tissu stimulé pendant le procédée de magnétothérapie. Pour valider les résultats obtenus par stimulation, on a fait pratiquement la bobine TYPE III.

Au Chapitre IV on propose un schéma électrique équivalent pour un équipement de thérapie à champ magnétique pulsateur à basse fréquence. On démarre du schéma de principe du dispositif, faisant la mise en pratique du modèle du circuit de commande du stimulateur dans l’utilitaire PSpice. On effectue l’analyse comparative de performance selon les paramètres du système proposé. On fait l’étude comparative entre les données obtenues de l’analyse des formes d’onde des courants de stimulation et les tensions sur la bobine de stimulation stimulée et les données obtenues après les mesures par l’équipement expérimental. On teste l’équipement expérimental conçu et réalisé à base du circuit simulé à l’aide de la bobine projetée et réalisée par l’auteur de la thèse.

Le Chapitre V complète l’étude effectuée par une analyse de risque d’un équipement médical en phase de test, considérant un facteur de risque l’échauffement de la bobine de stimulation. On a fait aussi une étude systématisée concernant la législation roumaine en vigueur sur les équipements et les dispositifs à usage médical.

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