I’m looking for a job

I’m currently looking for a job as a R&D Engineer in the biomedical and mechanical areas.

In the course of my doctoral and postdoctoral programs, I have gained a significant expertise in the design and the evaluation of mechanical structures for robotic assistive devices (instrumented knee prosthesis, lower limb exoskeleton for partial body weight support). Several teaching experiences carried out abroad have allowed me to develop effective interpersonal communication skills, as well as a great attitude to propose solutions.

I am highly motivated to take on new challenges within a result-oriented work environment. My biomedical and robotics engineering multidisciplinary background along with my capacity of adaptation will allow me to accomplish different tasks. My resume is available here (in different formats and languages). You can contact me:
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andreacollo2.0 – new content, new layout

Hello everybody! 🙂

I’ve recently renewed my blog, here’s a short list of the latest updates:

  • the content of my Bio and Contact pages;
  • the descriptions of my PhD Thesis and Master Thesis research projects;
  • the new format of my Curriculum Vitae (in english, french and italian);
  • the new layout of this blog (Twenty Eleven theme), selected specifically to improve navigation and readability.

Upcoming: a new page describing my Postdoc research activity & updating the Links page… and hopefully a new entry in the Publications page 😉

Once again, thank you for your views and comments and… stay tuned!

 

La prothèse du genou autonome et adaptative d’Andrea Collo

source: le blog recherche de l’Institut Mines-Télécom

Qui sera le grand gagnant du prix de thèse Futur&Ruptures ? Réponse le 7 avril prochain, lors de la cérémonie de remise des Prix de la Fondation Télécom. Auteurs de thèses distinguées pour leur excellence, les trois lauréats recevront chacun un prix, pour un montant total de 9 500 €. En attendant de connaître le classement final, nous vous présentons dans une série de trois billets leurs travaux, menés au sein des laboratoires des écoles de l’Institut Mines-Télécom. 

IMTbanner

Andrea-ColloAndrea Collo a été récompensé pour ses travaux, menés à Télécom Bretagne, sur le développement d’une prothèse du genou autonome et adaptative, capable de compenser les déséquilibres ligamentaires qui peuvent advenir après l’opération.

L’arthroplastie totale de genou (ATG) est une opération chirurgicale qui consiste à remplacer entièrement l’articulation du genou par une prothèse suite à plusieurs maladies (arthrose, ostéoporose, usure et défauts des tissus mous de l’articulation, déchirures des ligaments et des cartilages). Pour éliminer la douleur et rétablir la mobilité du genou, la prothèse doit être positionnée de manière à ATGgarantir l’équilibre ligamentaire au niveau des deux ligaments collatéraux du genou, les seuls qui ne sont pas enlevés. Or, dans environ 10% des cas, après l’opération, il arrive que les composants prothétiques s’écartent légèrement de leur position de départ, et qu’un des ligaments se relâche. Cela entraîne des douleurs sévères et une mobilité réduite chez le porteur de prothèse, ainsi que l’usure prématurée de la prothèse. À l’heure actuelle, la seule solution pour rétablir des conditions d’équilibre optimales est la chirurgie de reprise, une intervention extrêmement coûteuse (entre 30 et 50 k€) et contraignante à la fois pour le patient et le chirurgien. À l’heure actuelle, environ 19 ATG de reprise sont réalisées chaque jour en France (95 aux USA).

Correction-déséquilibre-ligamentaireAndrea Collo a donc conçu un mécanisme miniaturisé, robuste et biocompatible, qui permet de retendre un ligament relâché en postopératoire sans avoir recours à la chirurgie. Le système est embarqué dans le composant tibial de la prothèse : une vis sans fin permet de déplacer une cale, qui vient soulever le plateau tibial du côté du ligament relâché, ce qui a pour effet de le retendre. Le système d’actionnement est alimenté et contrôlé à distance, par induction magnétique et via un système de télémétrie miniaturisé. Cette technique permet de compenser le déséquilibre ligamentaire et de modifier l’alignement tibiofémoral jusqu’à 3 degrés.

act2Pour ce projet, il s’est appuyé sur la prothèse intelligente précédemment développée par Shaban Almouahed : grâce à quatre capteurs de force piézoélectriques intégrés dans la partie tibiale de la prothèse, elle est capable de détecter le relâchement d’un ligament et d’envoyer les données récoltées au chirurgien par radiofréquence. Grâce à ces données, celui-ci peut estimer au millimètre près le nombre de tours de vis nécessaires pour retendre le ligament. Il lui suffit ensuite d’actionner le mécanisme développé par Andrea Collo. Le chercheur a mis au point un prototype fonctionnel, testé avec succès sur un simulateur de genou. Il vient d’obtenir un financement sur 24 mois de l’Agence nationale de la recherche (ANR projet Emerge), qui va lui permettre d’améliorer encore son prototype, notamment la miniaturisation du moteur qui actionne le mécanisme, et peut-être d’entrer en phase de validation clinique.

2014 in review

The WordPress.com stats helper monkeys prepared a 2014 annual report for this blog.

Here’s an excerpt:

The concert hall at the Sydney Opera House holds 2,700 people. This blog was viewed about 22,000 times in 2014. If it were a concert at Sydney Opera House, it would take about 8 sold-out performances for that many people to see it.

Click here to see the complete report.

Voyage au cœur du genou avec Andrea Collo, concepteur d’un implant intelligent

publié dans Lexians (écrit par Delphine Lucas)

andrea-collo-2Andrea Collo a soutenu ses travaux de thèse intitulés « Study, Design and Evaluation of an Actuated Knee Implant for Postoperative Ligament Imbalance Correction » le 27 octobre dernier à Télécom Bretagne. Ses travaux de recherche ont eu lieu au département Image et traitement de l’information de Télécom Bretagne, au Latim ainsi qu’au LIRMM. Rencontre avec ce talentueux concepteur d’un implant intelligent, novateur, compact et robuste.

Delphine Lucas : Quel était le contexte lorsque vous avez débuté vos travaux de recherche ?

Andrea Collo : Tout est parti en 2006 d’une idée d’Éric Stindel, directeur du Latim, de développer une prothèse intelligente du genou. Cette sorte de prothèse active pourrait communiquer avec le chirurgien orthopédiste en envoyant des données pendant et surtout après la chirurgie. L’arthroplastie totale de genou est une chirurgie qui consiste à remplacer entièrement l’articulation du genou par le biais d’une prothèse (souvent en titane). La prothèse rétablit la géométrie naturelle du fémur et du tibia, tout en conservant leur mobilité relative. L’équilibrage ligamentaire est une phase clé de l’acte chirurgical : le praticien doit positionner les composants prothétiques tout en mettant en place des conditions de tensions appropriées au niveau du genou. La tension de ces deux ligaments garantit le bon alignement du membre inférieur pour une bonne mobilité post-opératoire. Après l’opération, le genou opéré s’adapte à la présence de la prothèse et des micro-changements peuvent se produire entre les composants prothétiques. Ces imprécisions sont incontrôlables et peuvent compromettre les conditions d’équilibre ligamentaire mises en place lors de la chirurgie. À l’heure actuelle, la seule solution à ce problème est la chirurgie de reprise. Cette dernière intervient dans environ 10% des cas de pose de prothèse totale de genou et est extrêmement coûteuse. L’idée d’Éric Stindel était donc d’éviter la chirurgie de reprise en proposant une prothèse intelligente capable de compenser toutes les conditions de déséquilibre ligamentaire.

Pouvez-vous nous expliquer simplement en quoi consistait votre projet de thèse ?

cale-280x191Mon projet de thèse s’est inscrit dans la continuité des travaux de recherche de Shaban Almouahed, qui a travaillé sur la détection du déséquilibre ligamentaire postopératoire. Il a conçu un modèle original de prothèse de genou qui repose sur l’utilisation de quatre capteurs de force piézoélectriques embarqués dans le composant tibial. Cet implant est à même de détecter toute condition de laxité (relâchement) ligamentaire post-opératoire. L’idée pour ma thèse était ensuite de concevoir un mécanisme miniaturisé, embarqué lui aussi dans le composant tibial, pour retendre un ligament collatéral relâché sans chirurgie et rétablir ainsi l’équilibre ligamentaire. Ce projet ambitieux est novateur et fortement pluridisciplinaire : il fait appel à des notions cliniques importantes, avec plusieurs contraintes de mécanique, d’électronique et de biocompatibilité.

Miniaturisation et robustesse des composants font-ils bon ménage ?

La difficulté était de concevoir un dispositif adapté à l’espace réduit disponible (environ 7×5 cm de plateau tibial sur seulement 5 mm d’épaisseur) sans diminuer la robustesse de la prothèse ni créer de faiblesse au niveau de l’os. Il a donc fallu miniaturiser au maximum les pièces mécaniques, micro-moteurs, capteurs, câbles, antennes… En outre, le mécanisme miniaturisé doit être capable de résister aux sollicitations importantes qui se génèrent dans le genou lors des activités de la vie quotidienne. Par exemple, lors de la marche normale, la force tibiofémorale maximale qui peut se développer dans le genou peut dépasser de trois fois le poids corporel (environ 260 kg) ; encore pire pour la descente d’escaliers (cinq fois le poids corporel) ou le mouvement de swing du golf (sept fois).
Avec les imprimantes 3D, comme celle du Fablab de l’École, il est possible de créer aisément des prototypes, mais il faut aussi traiter les nombreux verrous technologiques qui se posent, notamment celui de la miniaturisation du micro-moteur… Cela sera levé d’ici quelques années, j’en suis certain !

Techniquement, comment fonctionne le dispositif et comment le praticien va t-il l’actionner ?

prothèseLors d’une visite de contrôle, le patient est invité à faire quelques pas afin de générer de l’énergie à l’intérieur de la prothèse. Les piézos, utilisés principalement comme capteurs de force, peuvent être exploités comme générateurs d’énergie électrique. Cette énergie alimente un système de télécommunication à distance miniaturisé embarqué dans la quille du composant tibial de la prothèse. Le traitement des données recueillies par les piézos permet de calculer la force tibiofémorale nette et son point d’application dans la prothèse ; avec ces informations, le praticien peut ensuite estimer le soulèvement latéral de la plateforme tibiale nécessaire à retendre le ligament collatéral relâché.
Le mécanisme miniaturisé embarqué dans la plateforme tibiale peut être contrôlé par radiofréquence (RFID) et alimenté par induction magnétique : cette dernière est une technique de transfert d’énergie sans contact qui repose sur l’utilisation combinée de deux bobines. On aurait donc une prothèse contrôlée et alimentée à distance sans besoin ni de câbles ni de batteries. Techniquement, le mécanisme que j’ai conçu repose sur l’utilisation combinée d’une cale (ou un coin, si cela est plus évocateur) et d’une vis sans fin. Grâce à une cale, trois fois plus fine que longue, la force de sortie est multipliée. La vis (guidée par le micro-moteur) passe à travers la cale et la fait translater latéralement dans la plateforme tibiale. Lors de sa translation, la cale glisse sous un plateau tibial mobile et le soulève latéralement comme souhaité. Et voilà, le tour est joué, il est ainsi possible de retendre un ligament collatéral relâché !

Votre recherche est ambitieuse et fait appel à des compétences pluri-disciplinaires, quel est votre parcours ?

Après une licence en génie biomédical à Gênes en Italie, j’ai poursuivi le Master Européen en Robotique Avancée (Emaro), dispensé pendant deux ans entre l’Université de Gênes et l’École Centrale de Nantes. Ensuite, ma recherche d’un sujet de thèse dans le domaine de la robotique médicale m’a conduit à trouver ce beau projet entièrement financé par l’Institut Mines-Télécom/Télécom Bretagne, dans le cadre du programme Futur & ruptures. La collaboration entre deux laboratoires français, le Latim (Laboratoire de traitement de l’information médicale) à Brest et le Lirmm (Laboratoire d’informatique, de robotique et de microélectronique) à Montpellier a été globalement positive et m’a permis d’acquérir les compétences nécessaires à l’avancement du projet. Mes encadrants pour cette thèse étaient Éric Stindel du Latim, Chafiaa Hamitouche-Djabou du département Image et traitement de l’information à Télécom Bretagne et Philippe Poignet pour le Lirmm. Un financement sur 24 mois de l’Agence nationale de la recherche (ANR projet Emerge) vient d’être acté. Cela va permettre de poursuivre mes travaux de thèse pour le développement de la première prothèse instrumentée de genou autonome en énergie et adaptative.

Quand peut-on espérer voir ce type de prothèse intelligente arriver au bloc opératoire ?

A priori, ce système novateur permettrait à des milliers de personnes d’éviter la chirurgie de reprise. Il reste encore à optimiser et à valider définitivement les choix de conception. Une phase de validation clinique est indispensable pour vérifier la fiabilité et l’efficacité du système et des expérimentations in vivo sont également nécessaires. Il faudra compter entre 10 à 15 ans avant que des patients puissent profiter de ce dispositif. Patience est mère de toutes les vertus.

Knee Replacement : some hints

Knee Replacement is a surgical procedure that aims to replace the weight-bearing surfaces of the knee joint. The proximal part of the tibia and the distal part of the femur may turn out to be damaged, either because of rheumatoid arthritis, osteoarthritis, or traumatic injury. Such suboptimal conditions of the knee articulation (the largest joint in the human body) lead to pain and disability for the patient. In order to restore perfect mobility conditions, after a bone cut procedure the orthopaedic surgeon removes the damaged bone parts and most of the cartilages and knee soft tissues. The geometry of the bones, which plays a key role for the joint stability and mobility, is completely restored by means of the installed prosthetic components. A common knee prosthesis consists of a femoral and a tibial component, a patellar cap and a polyethylene insert (that replaces the menisci). Components are designed so that smooth movements and minimal wear are always ensured. In order to make the components better join to the cut bones, a specific acrylic cement can be employed during the installation.

TKR

After the surgical operation the patient normally undergoes a rehabilitation period of about 6 months. The patient slowly “learns” how to perform daily activities with their brand new knee. The ideal surgical outcome consists, in the long term, in the possibility to live a normal life without being limited by the prosthesis for most daily activities.

total vs unicompartmentalThere are many different types of implants. When Knee Replacement is found to be necessary, the surgeon discusses with the patient about the clinical needs and all the possible implants. The basic principle is to reduce as much as possible the bone volume interested by the bone cut stage. Some people can benefit from just a partial (or unicompartmental) knee replacement, that is when the prosthesis replaces only one knee compartment (medial or lateral).

Concerning the material which prosthetic components are made of, there are many constraints. As already said, the set up of a proper compromise between stability and mobility of the prosthetic joint is a great surgical challenge. Thus, each component must be at the same time strong (enough to take weight-bearing loads) and flexible (enough to avoid undesired deformations and mechanical failure). But the most important constraint is represented by biocompatibility: the risk of rejection must be avoided. Biocompatibility strongly reduces the choice of usable materials (nowadays, prostheses are mainly in titanium or cobalt-chrome alloy).

revision surgery radioIn normal conditions, knee implants ensure a 15-20 years lifespan. When pathologies or suboptimal balance conditions occur on a prosthetic knee, this value is no longer ensured and risks being strongly reduced. In such cases, the only solution is represented by revision surgery. The patient undergoes a second Knee Replacement surgery in order to remove the suboptimal prosthesis and install a new one. This leads to a new hospitalisation period, a further bone cut procedure (revision components usually have longer stems that insert into the bones, as shown by the figure) and, of course, to a second rehabilitation period. Revision surgery always turns out to be more stressful than the first one: human body doesn’t appreciate when someone is playing with its parts, thus the probability of rejection increases and the recovery period gets harder.

My PhD project aims to develop a new generation of knee implants, able to compensate for suboptimal balance conditions without the need for revision surgery 🙂

sources: uno y dos