Belharet Karim

Karim BELHARET
Enseignant chercheur

Adresse : 2 Allée Jean Vaillé, 36000 Châteauroux

Email : karim.belharet@yncrea.fr

Membre du Pôle Robotique Mécatronique à HEI
Membre de l’équipe Robotique au laboratoire PRISME
Responsable de la Recherche à HEI campus Centre

> Projet NANOMA

Acronyme : NANOMA à Nano-Actuators and Nano-Sensors for Medical Applications, est un projet du 7ème programme cadre de l’Union Européenne dans le domaine FP7-ICT-2007.3.6 Micro/nanosystems (de juin 2008 à septembre 2011).

Le projet NANOMA vise le développement d’un système microrobotique de délivrance de médicaments (composé de nano-actionneurs et de nano-capteurs) pour la propulsion et la navigation de microcapsules ferromagnétiques dans le système cardiovasculaire par induction de force à partir de gradients magnétiques générés avec un système d’Imagerie par Résonance Magnétique. La motivation principale du projet NANOMA est le diagnostic précoce et le traitement du cancer du sein chez les femmes. Les traitements actuels de la chimiothérapie peuvent aider à réduire ou à contrôler le cancer pendant un certain temps, mais habituellement, ils ne guérissent pas complètement le cancer.

L’objectif NANOMA présente l’une des tâches les plus difficiles de la médecine moderne non invasive. Une thérapie non invasive pourrait éviter les infections et la formation de cicatrices ; cela nécessiterait moins d’anesthésie, réduirait le temps de récupération et réduirait peut-être aussi les coûts. Cette étude examine si le cancer du sein humain peut être efficacement traité par une nouvelle combinaison de techniques de repérage et de guidage par IRM et de la technologie des microcapsules pour délivrance de médicaments fonctionnalisés.

> Projet MICROROB

Acronyme : MICROROB – Modélisation et Commande d’un Micro-cathéter Robotique délivrant des Vecteurs Thérapeutiques pour la Stimulation Neuronale lors d’un AVC.

Description : l’objectif de ce projet est de contribuer au développement de procédures innovantes pour le ciblage et le traitement de diverses maladies du cerveau (maladie de Parkinson, AVC, etc.).

La maladie de Parkinson est causée par la perte progressive de neurones. Les zones du cerveau touchée par la maladie de Parkinson peuvent notamment être affectée par de nombreux petits accidents vasculaires cérébraux (AVC) qui se produisent au fil du temps, on parle alors de « Parkinson vasculaire ». Ces diverses pathologies sont une cause importante de mortalité dans le monde. Les traitements thérapeutiques sont classiquement basés soit sur des médicaments, ou soit par des procédures chirurgicales. Les traitements médicamenteux possèdent généralement des effets secondaires majeurs, et ont du mal à franchir la barrière hémato-encéphalique. Les techniques chirurgicales restent, quand cela est possible, la stratégie la plus efficace. Toutefois, l’utilisation manuelle des outils de chirurgie minimalement invasive (eg. Cathéter) restent limitée à des zones facilement accessibles du cerveau. Pour améliorer le traitement de ces maladies du cerveau, une première proposition concerne l’amélioration d’une part de la modélisation des interactions de ces outils dans le système cérébral ; et d’autre part de leur contrôle. Pour cela, des micro-cathéters pouvant être magnétiquement contrôlés ont été proposé, comme illustré sur la figure ci-contre. La seconde stratégie, consiste à tirer profit de ces micro-cathéters pour injecter une flottille de nanorobots pour un traitement neurologique encore plus précis et fiable.

> Projet COCHLEROB 1

Acronyme : CochleRob1 – Développement d’un actionneur magnétique pour l’injection et le guidage de particules magnétique dans la cochlée.

Description : Le but du projet consiste à contribuer au développement de procédures innovantes pour l’administration ciblée de médicaments dans l’oreille interne (voir Figure 3), devenue un challenge dans les traitements des surdités neurosensorielles. Dans le cadre de ce projet nous nous intéressons au développement d’une technique d’administration de médicaments intra-cochléaire en utilisant des nanoparticules magnétiques et un système d’injection et de guidage robotisé.

Un aimant permanent ne permet que d’attirer des particules magnétiques vers lui non pas d’exercer une force de poussée sur ces dernières. Pour utiliser un seul aimant permanent pour l’injection des particules magnétiques à travers la RWM, il faut positionner l’aimant de l’autre côté de la tête. Et cela augmente considérablement la taille de l’aimant permanent capable d’injecter les nanoparticules magnétiques.

L’actionneur magnétique à base d’aimants permanents que nous avons proposé (Figure 5) est capable de générer à la fois une force d’attraction et une force de poussée. Cet actionneur est composé de deux aimants permanents fixés à l’aide d’une structure mécanique pour former une configuration particulière. Cette configuration permet de générer 5 points de Lagrange ou la force magnétique est nulle. Le point L2 nous intéresse particulièrement pour l’application envisagée. En effet les forces magnétiques de poussée et d’attraction converge vers ce point ce qui lui donne la particularité d’être stable. L’existence d’un point stable, permet d’exploiter cet actionneur pour le guidage de particules magnétiques en boucle ouverte et ne pas avoir recours à une modalité d’imagerie pour la localisation des particules magnétiques.

> Projet COCHLEROB 2

Acronyme : CochleRob2 – Développement d’une plateforme robotique le guidage et le positionnement de l’actionneur magnétique autour de la tête d’un patient.

Description : L’objectif du projet consiste à proposer une plateforme robotique pour l’injection et le guidage de particules magnétiques dans la cochlée. Cette plateforme est composée d’un actionneur magnétique, d’un manipulateur robotique et d’un système de localisation optique.

Thèse de doctorat

[TH-1] Lyes MELLAL, Modélisation et commande de Microrobots Magnétiques pour le Traitement Ciblé du Cancer (2013-2016)
[TH-2] Walid Amokrane, Développement d’un Actionneur à Aimants Permanents pour l’Injection et le Guidage de Particules Magnétiques dans l’Oreille Interne (2014-2018)
[TH-3] Azaddien Zarrouk, Développement de Méthodes de Vison pour le Guidage de Particules Magnétiques dans la Cochlée (2016-2019)
[TH-4] Manel Abbes, Développement d’un Manipulateur Robotique pour le Positionnement d’un Actionneur Magnétique Autour de la Tête (2016-2019)
[TH-5] Tarik Kroubi, Mise en Œuvre d’une Plateforme Hybride pour le l’Actionnement et le Guidage de Particules Magnétiques (2016-2019)

 

Stage Master 2 Recherche

[M2-1] Azaddien Zarrouk, Etalonnage et Commande de Microrobots à l’Aide d’Imagerie Microscopique, Université de Montpellier (5mois-2016)
[M2-2] Tassadit Debiane, Modélisation et estimation d’un microrobot nageur, Université de Tizi-Ouzou (5 mois-2017)
[M2-3] Housseyne Nadour, Modélisation, Conception et Commande d’un Manipulateur Robotique pour le Positionnement d’un Actionneur Magnétique autour de la Tête du Patient, Ecole Centrale Nantes (5 mois-2018)[M2-4] Aziza Ben Halima, Modélisation, simulation et Commande d’un Microrobot Magnétique dans un Liquide et sous l’Effet d’un Champ Magnétique, Institut Sigma Clermont-Ferrand (5 mois-2018)

Autres
Articles dans des revues internationales sélectives :

[ACL1] K. BELHARET, D. FOLIO, A. FERREIRA, ‘’MRI-based Microrobotic System for the Propulsion and Navigation of Ferromagnetic Microcapsules‘’, Minimally Invasive Therapy and Allied Technologies, Vol.19, N.3 2010, pp.157-169.
[ACL2] K. BELHARET, D. FOLIO, A. FERREIRA, “Three-Dimensional Controlled Motion of a Microrobot using Magnetic Gradients’’, Advanced Robotics, Vol.25, No.8, pp. 1069-1083, May 2011.
[ACL3] K. BELHARET, D. FOLIO, A. FERREIRA, “Simulation and Planning of a Magnetically Actuated Microrobot Navigating in the Arteries”, IEEE-Transactions on Biomedical Engineering, Vol.60, Issue 4, April 2013, pp.994-1001.
[ACL4] L. MELLAL, K. BELHARET, D. FOLIO, A. FERREIRA. « Optimal Structure of Particles-based Superparamagnetic Microrobots: Application to MRI guided Targeted Drug Therapy « . Journal of Nanoparticle Research, Vol 99: pp. 1-14, 2015.
[ACL5] L. MELLAL, D. FOLIO, K. BELHARET, A. FERREIRA. « Modeling of Optimal Targeted Therapies using Drug-Loaded Magnetic Nanoparticles for the Liver Cancer ». IEEE Transactions on NanoBioscience, Jan 2016.
[ACL6] C. DAHMEN, K. BELHARET, D. FOLIO, A. FERREIRA, S. FATIKOW. « MRI-based Imaging and Tracking of an Untethered Ferromagnetic Microcapsule Navigating in Liquid ». International Journal of Optomechatronics, Taylor & Francis, 2016, 10 (2), pp.73-96
[ACL7] A. TRIKI, A. MAIDI, K. BELHARET, J-P. CORRIOU. « Robust control strategy for a conduction-convection system based on the scenario optimization ». Journal of Control, Automation and Electrical Systems, August 2017, vol 28, Issue 4, pp 482-492.
[ACL8] W. AMOKRANE, K. BELHARET, M. SOUISSI, A. BOZORG GRAYELI, A. FERREIRA. « Macro-micro manipulation platform for inner ear drug delivery ». Journal of Robotics and Automation Systems.

Chapitres d’ouvrages scientifiques :

[OS1] K. BELHARET, D. FOLIO, A. FERREIRA, « MRI-based Navigation of Microrobotic system for Targeted Therapy », in Robotics for Minimally Invasive Surgery, Edited by Paula Gomes, WoodHead Editor, 2012.
[OS2] W. AMOKRANE, K. BELHARET, A. FERREIRA, « Optimization of the magnetic forces for drug delivery in the inner ear », Ed. Springer, “Microbiorobotics”, 2017

 Conférences internationales avec comité de lecture :

[ACTI1] K. BELHARET, D. FOLIO, A. FERREIRA, “3D MRI-based Predictive Control of a Ferromagnetic Microrobot Navigating in Blood Vessel’’, IEEE International Conference on Biomedical Robotics and Biomechatronics (BIOROB’10), Tokyo, Japan, September 2010.[ACTI2] K. BELHARET, D. FOLIO, A. FERREIRA, “Endovascular Navigation of Ferromagnetic Microrobot using MRI-based Predictive Control’’, IEEE International Conference on Intelligent Robots and Systems (IROS’10), Taipei, Taiwan, October 18-22, 2010, pp.2804-2809.
[ACTI3] K. BELHARET, D. FOLIO, A. FERREIRA, « Control of a Magnetic Microrobot Navigating in Microfluidic Arterial Bifurcations through Pulsatile and Viscous Flow”, IEEE International Conference on Intelligent Robots and Systems (IROS12), Vilamoura, Portugal, 2-8 Oct 2012.
[ACTI4] K. BELHARET, D. FOLIO, A. FERREIRA, « Untethered Microrobot Control in Fluidic Environment using Magnetic Gradients”, International Symposium on Optomechatronics Technologies (ISOT12), Paris, France, 29-31 Oct 2012.
[ACTI5] K. BELHARET, C. YANG, D. FOLIO, A. FERREIRA, « Model Characterization of Magnetic Microrobot Navigating in Viscous Environment”, International Symposium on Optomechatronics Technologies (ISOT13), Jeju Island, Corée du Sud, 28-30 Oct 2013.
[ACTI6] N. AMARI, K. BELHARET, D. FOLIO, A. FERREIRA, « Motion of a Micro/Nanomaniplator using a Laser Beam Tracking System”, International Symposium on Optomechatronics Technologies (ISOT13), Jeju Island, Corée du Sud, 28-30 Oct 2013.
[ACTI7] K. BELHARET, D. FOLIO, A. FERREIRA, « Vision-Based Force Sensing of a Magnetic Microrobot in Viscous Flow”, IEEE International Conference on Robotics and Automation (ICRA14), Hong Kong, Chine, 31 Mai-7 Jun 2014.
[ACTI8] K. BELHARET, D. FOLIO, A. FERREIRA. « Study on Rotational and Unclogging Motions of Magnetic Chain-Like Microrobot ». IEEE Int. Conference on Intelligent Robots and Systems (IROS14), Chicago, Illinois, USA, 14-18 Sept 2014.
[ACTI9] G. LATERM, C. GUIGOU, A. OUDOT, B. COLLIN, J. BOUDON, A. GEISSLER, K. BELHARET, A. FERREIRA, A. BOZORG. « Superparamgnetic nanoparticles driven by external magnetic field for targeted drug administration to the inner ear: feasibility and toxicity ». 7th International Symposium on Meniers Disease and Inner Ear Disorders, Rome, Italy, Oct 2015.
[ACTI10] L. MELLAL, D. FOLIO, K. BELAHRET, A. FERREIRA. « Magnetic Microrobot Design Framework for Antiangiogenic Tumor Therapy ». IEEE Int. Conference on Intelligent Robots and Systems (IROS15), Hamburg, Germany, 28 Sept-02 Oct 2015
[ACTI11] L. MELLAL, D. FOLIO, K. BELAHRET, A. FERREIRA. « Optimal Control of Multiple Magnetic Microbeads Navigating in Microfluidic Channels ». IEEE Int. Conference on Robotics and Automation (ICRA16), Stockholm, Sweden, May 16-2, 2016
[ACTI12] L. MELLAL, D. FOLIO, K. BELAHRET, A. FERREIRA. « Estimation of interaction Forces between Two Magnetic Bolus-like Microrobots ». Int. Conference on Manipulation, Automations and Robotics at Small Scales (MARSS16), Paris, France, July 18-22, 2016
[ACTI13] W. AMOKRANE, K. BELAHRET, M. SOUISSI, A. FERREIRA.  » Modeling and validation of a magnetic actuator based rectangular permanent magnets « . Int. Conference on Manipulation, Automations and Robotics at Small Scales (MARSS17), Montréal, Canada, July 17-21, 2017
[ACTI14] L. MELLAL, D. FOLIO, K. BELAHRET, A. FERREIRA.  » Motion control analysis of two magnetic microrobots using the combination of magnetic gradient and oscillatory magnetic field « . Int. Conference on Manipulation, Automations and Robotics at Small Scales (MARSS17), Montréal, Canada, July 17-21, 2017
[ACTI15] W. AMOKRANE, K. BELAHRET, M. SOUISSI, A. FERREIRA.  » Forward kinematics of serial manipulator based on permanent magnets for micro-bead propulsion « . Int. Conference on Autonomous Robot Systems and Competitions (ICARSC17), Coimbra, Portugal, April 26-27, 2017
[ACTI16] W. AMOKRANE, K. BELAHRET, M. SOUISSI, A. FERREIRA. « Design and Prototyping of a Magnetic Actuator Based Permanent Magnets for Microbead Navigation in Viscous Environment ». IEEE/RSJ International Conference on Intelligent Robots and Systems (IROS17), Vancouver, BC, Canada, September 24-28, 2017
[ACTI17] A. ZARROUK, K. BELAHRET, A. TAHRI. « Calibration of Magnetic Platform Prototype for Vision-Based Drugs Delivery inside Human Cochlea ». IEEE/RSJ International Conference on Intelligent Robots and Systems (IROS17), Vancouver, BC, Canada, September 24-28, 2017
[ACTI18] W. AMOKRANE, K. BELAHRET, M. SOUISSI, A. FERREIRA. « Open-Loop Drug Delivery Strategy to the Cochlea using a Permanent Magnetic Actuator ». IEEE/RSJ International Conference on Robotics and Automation (ICRA18), Brisbane, Australia, May 21-25, 2018
[ACTI19] M. ABBES, M. SUISSI, K. BELAHRET, G. POISSON, H. MEKKI. « A novel Remote-Center-of-Motion Serial Manipulator for Inner Ear Drug Delivery« . IEEE/RSJ International Conference on Robotics and Automation (AIM18), Auckland, New Zealand, July 9-12, 2018.