la filière « génie biomédical » (gbio) à l’ucl · 2015. 9. 28. · filière en génie...

La filière « Génie biomédical »

(GBIO) à l’UCL

Majeure, mineure (et master)

24/09/2015

Renaud Ronsse

Université catholique de Louvain

Filière en génie biomédical - UCL/EPL 2

En bref

• Génie biomédical : pluridisciplinaire, situé à l’interface entre les sciences de la santé et les sciences de l’ingénieur.

• La mineure en Génie Biomédical vise à fournir les compétences de base en biologie, biochimie, et anatomie, pour ensuite pouvoir accéder au Master. Elle introduit en outre les grands domaines du génie biomédical.

• La majeure contient les cours de la mineure, plus deux cours de polyvalence polytechniques.

• Le Master couvre les grands domaines du génie biomédical. Il illustre que les compétences de l’ingénieur en analyse, modélisation, conception, et inventivité peuvent se mettre au service du vivant.

• 5 grands domaines: Acquisition et traitement de données biomédicales; Physique médicale et imagerie médicale; Biomatériaux; Biomécanique et robotique médicale; Génie clinique.

Filière en génie biomédical - UCL/EPL 3

Génie biomédical : contexte

• Le génie biomédical: un domaine vaste et prometteur

Filière en génie biomédical - UCL/EPL 4

Génie biomédical : un peu d’histoire

• Dessins anatomiques des

épaules d’un homme par

Leonard de Vinci: il étudie

la musculature de manière

très précise, en la mettant en

rapport avec les

mouvements ainsi que les

efforts réalisés par des

humains. C’est un bel

exemple de génie

biomédical.

Filière en génie biomédical - UCL/EPL 5

Génie biomédical : un peu d’histoire

• Représentation d’une

des premières

machines utilisées

pour les

électrocardiogrammes.

Depuis lors, les

ingénieurs

biomédicaux ont

permis des progrès

énormes.

Filière en génie biomédical - UCL/EPL 6

Génie biomédical : applications

• Grâce aux progrès techniques

les possibilités de

transplantation de tissus et

d’organes sont de nos jours très

importantes.

Filière en génie biomédical - UCL/EPL 7

Génie biomédical : applications

Projet de

séquencement du

génome humain

Analyse de données/signaux

• Exemple: classifier automatiquement

(avant intervention de l’expert/cardiologue)

des signaux cardiaques mesurés

Filière en génie biomédical - UCL/EPL 8

Filière en génie biomédical - UCL/EPL 9

Imagerie et physique médicale

La radiographie: concepts de base

– La radiographie conventionnelle: les rayons X divergent

d’une source et sont projetés sur le détecteur.

Filière en génie biomédical - UCL/EPL 10

Imagerie et physique médicale

Les équipements: caméra à positrons

– Application à des examens cliniques (détection de la

maladie d’Alzheimer).

Filière en génie biomédical - UCL/EPL 11

Imagerie et physique médicale

Les équipements: caméra à positrons

– Exemple d’étude portant sur l’activité cérébrale en cours

d’apprentissage d’une tâche de langage.

Filière en génie biomédical - UCL/EPL 12

Imagerie

Exemples: l’activité électrique du cerveau.

– Mesure de l’activité EEG au moyen d’électrodes de surface

sur le scalp du sujet: casque EEG composé de « cup »

électrodes de 5 à 10 mm de diamètre et remplies de gel

électrolyte conducteur

Filière en génie biomédical - UCL/EPL 13

Biomatériaux

Propriétés, types et applications: métaux

– Prothèses de hanche et de genou (métal + UHMWPE).

Filière en génie biomédical - UCL/EPL 14

Biomatériaux

Propriétés, types et applications: métaux

– Plaques et vis de métal (fractures en orthopédie, images RX).

Filière en génie biomédical - UCL/EPL 15

Biomatériaux

Propriétés, types et applications: métaux

– Soudure de vertèbres et racines dentaires.

Filière en génie biomédical - UCL/EPL 16

Biomatériaux

Recherche en cours: amélioration des propriétés (par

exemple à l’aide de céramiques et verres).

Articulation artificielle

de la hanche où certains

composants de polymère

et de métal ont été

remplacés par des

céramiques (renfort de

l’adhésion et augmentation

de la durabilité).

Filière en génie biomédical - UCL/EPL 19

Biomatériaux

Interaction entre tissu et biomatériau: réponse de guérison

après l’implantation du biomatériau

Filière en génie biomédical - UCL/EPL 21

Biomécanique

Muscles: illustration macroscopique des muscles

Filière en génie biomédical - UCL/EPL 22

Biomécanique

Les propriétés de la peau:

mesure de la déformation

en rotation.

Filière en génie biomédical - UCL/EPL 23

Biomécanique

La manipulation d’objets: mesure des forces.

LF = Load Force (force

tangentielle due à la

charge

GF = Grip Force (force

de serrage)

Filière en génie biomédical - UCL/EPL 24

Biomécanique

La manipulation d’objets: exemple de l’étude de collisions

actives en microgravité (vols paraboliques de l’ESA).

Filière en génie biomédical - UCL/EPL 25

Biomécanique

Problème de l’alignement des axes dans un robot de

rééducation:

Filière en génie biomédical - UCL/EPL 26

Réhabilitation

Une pathologie très courante: l’AVC

Filière en génie biomédical - UCL/EPL 27

Réhabilitation

Réhabilitation robot-assistée

Filière en génie biomédical - UCL/EPL 28

Robotique de réhabilitation

• Pour permettre des thérapies plus longues et plus

intenses;

• Pour faire des choses que le thérapeutes ne peut pas

faire;

• Pour automatiser une partie de la thérapie;

• Pour rendre la thérapie individualisée à chaque

patient;

• Pour fournir des mesures précises et fiables des

fonctions motrices.

• Etc…

Filière en génie biomédical - UCL/EPL 29

Réhabilitation

… ou assistance ?

Filière en génie biomédical - UCL/EPL 30

Robotique de Réhab @ UCL

Ces équipements sont prêts à être testés…

Filière en génie biomédical - UCL/EPL 31

Réhabilitation

Exemple de la prothèse visuelle: la physiologie

Filière en génie biomédical - UCL/EPL 33

Génie biomédical : dans l’hôpital

• Complexité et grande variété des interactions de

l’ingénieur avec le monde de l’hôpital

Filière en génie biomédical - UCL/EPL 34

Génie biomédical : dans l’hôpital

Courtesy Leïla Taktak, 2013

Débouchés

1. La recherche : mieux comprendre pour mieux

soigner…

2. La conception et la fabrication :

développement d’un produit biomédical auprès

d’un fabriquant. Conception, fabrication,

production, vente. Pour répondre aux besoins

des clients, il faut des connaissances

techniques… et médicales.

3. Milieu hospitalier : génie clinique.

Filière en génie biomédical - UCL/EPL 35

Mineure

Filière en génie biomédical - UCL/EPL 36

LGBIO1112

Biologie et

physiologie cellulaire

30h+15h – 5 crédits

LGBIO1114

Organes artificiels et

réhabilitation

30h+30h – 5 crédits

LGBIO1112

Introduction au génie

biomédical

45h+0h – 5 crédits

LIEPR1024

Fondements

neurophysiologiques et

neuropsychologiques du

contrôle et de

l'apprentissage moteurs

45h+0h – 5 crédits

LGBIO1113

Anatomie et

physiologie des

systèmes

30h+15h – 5 crédits

LBIR1220A

Biochimie I

30h+15h – 5 crédits

• 20 crédits « bio », dont 10 EPL

• 10 crédits « génie biomédical »

Majeure: idem, plus:

• LMECA1901 - Mécanique des milieux continus - 30h+30h - 5

crédits

• LINMA1510 - Automatique linéaire - 30h+30h - 5 crédits

Master

• Finalité spécialisée: les grands domaines du génie biomédical

– LGBIO2010 – Bioinformatics - 30h+30h - 5 crédits

– LGBIO2020 – Bioinstrumentation - 30h+30h - 5 crédits

– LGBIO2030 – Biomaterials - 30h+30h - 5 crédits

– LGBIO2040 – Biomenics - 30h+30h - 5 crédits

– LGBIO2050 - Medical Imaging - 30h+30h - 5 crédits

– LGBIO2060 – Modeling of biological systems - 30h+30h - 5 crédits

• Cours « Seminar and project in biomedical engineering: Scientific and industrial

challenges » - 30h+30h - 5 crédits

– Volet « industriel »: en collaboration avec l’ULg et l’ULB. Rencontres de managers,

entrepreneurs, techniciens… du domaine biomédical sous la forme de 3 journées

d’étude (1 par site): Biomedical technologies and industry, Clinical engineering, et

Value-creation and legal environment.

– Volet « projet »: appliquer ces connaissances dans une étude industrielle (cycle de vie

d’un produit).

• TFE (28 crédits)

• Cours de sciences religieuses (2 crédits).

• Cours au choix (55 crédits)

Filière en génie biomédical - UCL/EPL 37

Options du Master

Choisir obligatoirement au-moins une des 5 options ci-

dessous:

• Acquisition and processing of biomedical data

• Medical physics and imaging

• Biomaterials

• Biomechanics and medical robotics

• Clinical engineering

Plus deux options en gestion, de niveau facultaire et

facultatives.

Filière en génie biomédical - UCL/EPL 38

Structure d’une option

• Deux cours d’entrée obligatoires (typiquement 10 crédits).

• Une liste de cours au choix.

• Atteindre un total de minimum 20 crédits.

• Exemple: Acquisition and processing of biomedical data

– Particulièrement pour les étudiants d’une majeure ou mineure en

informatique, en électricité, ou en mathématiques appliquées.

– Cours d’entrée:

Filière en génie biomédical - UCL/EPL 39

LELEC2870 Machine Learning :

regression, dimensionality

reduction and data

visualization

Michel Verleysen 30h+30h 5

crédits

Q1

LELEC2900 Signal processing Benoît Macq,

Luc Vandendorpe

30h+30h 5

crédits

Q2