Design and Implementation of a Fuzzy Controller for Steering Microparticles Inside Blood Vessels by Using a MRI System

Le présent mémoire porte sur l'étude de la conception et la réalisation d'un contrôleur flou avec une seule entrée et multiples sorties. Une telle étude vise à pouvoir contrôler un appareil clinique d'Imagerie par résonance magnétique (IRM) pour fournir des forces de pilotage dans le but de naviguer une microparticule ferromagnétique ou une agrégation de ces microparticules le long d'une trajectoire prédéfinis à l'intérieur du système cardio-vasculaire humaine. L'algorithme de ce contrôleur a été proposé sur un modèle mathématique du fluide dynamique, et sa validité a été vérifiée par les résultats préliminaires de simulations en 2-D générés avec les logiciels MATLAB et C++. À l'aide d'un IRM clinique, des expériences de navigation en temps réel sur des petites perles ainsi que des microparticules ont également été réalisées dans un flux pulsatile. Connexes données expérimentales peuvent prouver que, malgré certaines limites, ce type de contrôleur flou a le potentiel pour devenir le contrôleur approprié appliqué à la navigation par résonance magnétique (NRM).

Abstract

In this thesis, a Single-Input-Multiple-Output (SIMO) fuzzy controller is designed to drive an upgraded clinical real-time Magnetic Resonance Imaging (MRI) machine to provide steering forces for a single microparticle and an aggregation of ferromagnetic microparticles in the human cardiovascular system according to a pre-defined pathway. Based on a fluid dynamic mathematical model, the validity of this kind of controller has firstly been tested by preliminary 2-Dimensional (2-D) simulation results with MATLAB/C++ hybrid programming. With both the beads and real microparticles, real-time experiments were also performed with simulated Magnetic Resonance (MR) sequences and 2-D pulsatile flow. Related experimental data also illustrates that, despite some limitations, this kind of fuzzy controller has the potential to be the appropriate controller for Magnetic Resonance Navigation (MRN).