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Signal, image, vision
/ 16-12-2019
Shao Clémentine
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La décision clinique, concernant le traitement de la dissection aortique de type B, est encore actuellement controversée dans certaines configurations. La simulation numérique est envisagée pour obtenir des informations sur l’hémodynamique de manière non-invasive. Nous avons ; i) proposé une méthode de segmentation semi-automatique pour la simulation fluide ; ii) implémenté des simulations spécifiques patient basées sur une nouvelle méthode pour la définition des conditions aux limites ; iii) créé des modèles d’ordre réduit à partir des simulations fluides dynamiques. Ces modèles permettent de calculer rapidement les contraintes de pression et de cisaillement pour différents scénarios cliniques.
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Electronique
/ 13-12-2019
Yang Kai
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La fabrication et la caractérisation de nanofils de silicium à basse température (≤300 °C) a été menée suivant deux approches: par la méthode des espaceurs et par la méthode de croissance Solide Liquide Solide (SLS). La synthèse des nanofils de silicium a été étudiée à l'aide de deux technologies de dépôts: le dépôt CVD assisté par plasma (PECVD) et le dépôt à couplage inductif (ICP CVD). Les études ont démontré la faisabilité des nanofils de silicium par le procédé ICP-CVD. De plus, les propriétés d'isolation électrique des couches de SiO2 et la fabrication de transistors à effet de champ à couche mince ont été démontrées à l'aide de la technologie de dépôt plasma ICP. Par ailleurs, des nanofils de silicium ont été synthétisés par le procédé SLS à 250 ° C utilisant l'indium comme catalyseur. La croissance 3D de ces nanofils à partir de substrats de silicium (film mince de silicium monocristallin ou amorphe) a été démontrée. Les nanofils sont obtenus sous plasma d'hydrogène. Des études ont été menées en fonction de l'épaisseur de l'indium déposé, de la durée et de la température du plasma d'hydrogène. Les résultats originaux obtenus permettent d'envisager la possibilité de fabriquer des dispositifs électroniques à base de ces nanofils de silicium sur des substrats flexibles basse température.
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Électronique
/ 12-12-2019
Garcia Castro Fatima
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Ce travail de recherche porte sur la fabrication de microcapteurs de déformation sur substrat souple. Les dispositifs sont élaborés et optimisés dans l’objectif de détecter de faibles déformations en temps réel et peuvent trouver des applications en santé en particulier via l’acquisition de faibles signaux électrophysiologiques pouvant être détectés par une déformation, par exemple à la surface de la peau. Le travail comprend le développement technologique des capteurs réalisés sur des substrats souples de très faible épaisseur (Kapton de 25 µm d’épaisseur), à partir de silicium microcristallin déposé par PECVD ou par ICPCVD. Pour chaque type de dépôt, les études de contraintes mécaniques et de stress sont exposées, en particulier via la détermination du facteur de jauge. La caractérisation dynamique des capteurs est réalisée via le développement d’un banc de test spécifique pour les mesures reproductibles de déformation. Les résultats permettent de déterminer des géométries optimisées, capables de suivre en temps réel des déformations complexes allant jusqu’aux signaux de type ECG. Des matrices de capteurs sont également réalisées et testées.
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Signal, image, vision
/ 11-12-2019
Shen Jun
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Cette thèse porte sur le développement d’une solution de réalité augmentée dans le cadre de la chirurgie robotisée et plus particulièrement pour la chirurgie transorale des tumeurs de la base de langue et la chirurgie laparoscopique des cancers du bas rectum. Une des problématiques pour les chirurgiens est de repérer sur la vue endoscopique les limites de la tumeur et les marges de résections. Celles-ci sont en effet non visibles directement. L’échographie peropératoire est largement utilisée pour repérer les tumeurs lors des interventions. Nous proposons donc une solution de réalité augmentée dans laquelle l’information extraite de l’échographie est reprojetée sur la vision binoculaire de la station de chirurgie robotisée afin de guider le chirurgien dans la résection de la tumeur. Plusieurs verrous de cette chaîne de traitement ont été repérés et étudiés. Nous avons ainsi proposé une nouvelle méthode pour la calibration de sondes d’échographie. Nous avons démontré que cette méthode était plus facile à mettre en œuvre, plus rapide et plus précise que les méthodes proposées dans la littérature. Cette sonde calibrée, associée à des outils de localisation et de calibration de la sonde endoscopique nous a permis de proposer une solution de réalité augmentée qui permettait de reprojeter l’information acquise sur l’image sur la vue endoscopique avec des erreurs inférieures à 1 mm. Nous avons alors établi la preuve de concept de l’application de cette chaîne de réalité augmentée dans deux expérimentations, l’une sur un fantôme physique en silicone du rectum et l’autre sur une langue de mouton en ex-vivo. Les résultats expérimentaux ont montré que l’information augmentée avait permis au chirurgien de percevoir avec précision les marges de résections des tumeurs simulées et d’accomplir le geste opératoire à l’aide de cette perception.
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Automatique, productique et robotique
/ 09-12-2019
Delamare Quentin
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Le champ de la robotique aérienne pour l’interaction physique permet aujourd’hui à un robot aérien d’appliquer un effort maîtrisé sur un objet ou sur l’environnement alors qu’il vole. En s’inspirant de l’utilisation des contacts faite en robotique humanoïde, nous proposons dans cette thèse de s’appuyer sur ces approches pour dépasser l’idée que l’environnement est une contrainte, en exploitant le contact physique avec celui-ci dans le but de réaliser de la locomotion aérienne. Cette idée est étudiée et démontrée au travers de simulations et expérimentations d’une nouvelle plateforme robotique aérienne consistant en un quadrirotor équipé d’un bras robotique a 1 degré de liberté. D’autre part, nous avons aussi étudié le problème de la génération de trajectoires dont la sensibilité aux paramètres du modèle est minimale. Ce problème est généralisé à n’importe quel robot, et se révèle particulièrement approprié dans le cas du quadrirotor du fait de l’incertitude importante concernant ses paramètres inertiels et d’actionnement. Pour traiter ce problème, nous définissons et utilisons la ''sensibilité de l’état aux paramètres'' afin de générer des trajectoires dont la sensibilité aux paramètres est minimale, garantissant une forte robustesse.
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Signal, image, vision
/ 02-12-2019
Mylona Eugenia
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La radiothérapie externe est un traitement locorégional du cancer. L’objectif de la radiothérapie impose un compromis entre la délivrance d’une dose maximale dans la tumeur afin d’augmenter le contrôle local et la curabilité, et d’une dose minimale aux organes sains afin de limiter la toxicité. Les symptômes urinaires peuvent être liés à l’irradiation de régions spécifiques de la vessie ou de l'urètre. Dans ce cas, la dose reçue par l'ensemble de la vessie peut ne pas suffire à expliquer la toxicité urinaire. Dans le contexte du traitement du cancer de la prostate par radiothérapie, ce travail de thèse vise à analyser les corrélations spatiales entre la dose et les effets secondaires, cette problématique étant abordée dans un cadre d'analyse de population. Pour évaluer la contribution de l'urètre à la toxicité urinaire, nous proposons une méthode de segmentation basée sur plusieurs atlas pour identifier avec précision cette structure sur les images CT. Nous utilisons ensuite deux méthodes pour analyser la distribution de dose spatiale. L'une basée sur la construction de cartes 2D dose-surface (DSM) couplée à des comparaisons pixel par pixel et l'autre basée sur des cartes 3D dose-volume (DVM) combinées à des comparaisons par voxel. Les sous-régions identifiées ont été validées dans des populations externes, ouvrant la perspective d'une planification de traitement spécifique du patient. Nous étudions également le potentiel d'une amélioration complémentaire de la prédiction en exploitant de méthodes d'apprentissage automatique.
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Photonique
/ 28-11-2019
Benyahya Kaoutar
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La demande croissante du trafic de données sera alimentée par des technologies révolutionnaires telles que la réalité virtuelle (VR), la réalité augmentée (AR) et l’Internet des objets (IoT). Par conséquent, les réseaux optiques devraient répondre aux besoins de ces services en termes de débit, faible temps de réponse et grande fiabilité. En effet, les hauts débits représentent un besoin critique pour les systèmes de communication à fibre optique déployés dans les réseaux locaux ainsi que dans les centres de données. Pour ces deux applications, les systèmes basés sur la modulation d'intensité et la détection directe de cette dernière sont très attractifs en raison de leur faible coût et de leur compatibilité avec les applications à courte distance. Dans le cadre de cette thèse, nous répondons à la nécessité d’augmenter les débits pour les systèmes de communication optiques à courte distance basés sur le multiplexage de groupe de modes et la détection directe. Tout d'abord, nous visons à augmenter la capacité des fibres multimodes standard déjà déployées dans les réseaux locaux et à l’intérieur des centres de données où la distance est inférieure à 5 km. Deuxièmement, nous étendons notre solution aux applications avec des distances de déploiement plus longues telles que les connexions entre les centres de données. Dans les deux cas, les architectures des liens optiques, y compris les émetteurs, les récepteurs et les fibres optiques, sont analysées. De plus, les formats de modulation adaptés aux systèmes basés sur la détection directe tels que le format de modulation mono-porteuse 4-PAM et celui multi-porteuse DMT sont comparés dans le contexte de la transmission basée sur le multiplexage spatial. Nous avons démontré les avantages du multiplexage de groupes de modes combiné à la détection directe pour augmenter le débit transmit sur une seule fibre. Premièrement, 5 Tb / s ont été démontré sur 2,2 km de fibre multimode conventionnelle (OM2). Deuxièmement, un record de transmission de 14,5 Tb / s sur fibre OM2 est démontré au moment correspondant à sa réalisation. Enfin, 200 Gb / s sur 20 km de fibre faiblement multimode (FMF) a été démontré, ce qui étend les avantages du multiplexage par groupes de modes aux applications à longue distance par rapport aux réseaux LAN où la distance maximale est limitée à 5 km.
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Signal, image, vision
/ 28-11-2019
Manandhar Sandeep
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Ce travail de thèse porte sur l’estimation et l'évaluation de champs de vitesse 3D dans des séquences d'images 3D de microscopie à fluorescence. Nous nous sommes intéressés aux méthodes de mise en correspondance et aux méthodes variationnelles pour l'estimation du mouvement entre volumes 3D de la séquence. Pour l'appariement, nous avons développé deux extensions 3D originales de PatchMatch, les deux incorporant une mesure de similarité exploitant la signature de Census discrète : une méthode exploitant les super-pixels et qui procède couche par couche dans le volume, et une méthode multi-résolution s’appliquant directement aux volumes. Nous avons par ailleurs conçu une méthode de segmentation des protubérances sur la surface de la cellule et une étape d'appariement des éléments segmentés reposant sur une représentation en mailles triangulaires. En ce qui concerne l'estimation dense des flots 3D, nous avons élaboré plusieurs méthodes variationnelles. Si toutes exploitent la signature Census continue des voxels dans le terme d’attache aux données, elles se distinguent par la nature du terme de régularisation : L2, L1 ou TV. Nous avons également combiné la méthode 3D PatchMatch avec la méthode variationnelle pour appréhender à la fois des mouvements de grande et de petite amplitude. Pour l'évaluation visuelle, nous avons proposé trois techniques différentes de visualisation des flots 3D par code couleur. Elles offrent des vues synthétiques 2D pertinentes du flot 3D calculé, respectivement couche par couche dans le volume, selon des projections tri-planaires, ou par affichage sur l’image obtenue par projection d'intensité maximale. De plus, nous avons défini une nouvelle mesure d’erreur quantitative pour évaluer la précision du flot 3D estimé, lorsqu'aucune vérité-terrain n’est disponible. Elle s'exprime comme la différence angulaire entre l'orientation principale locale dans le volume source et celle correspondante dans le volume rétro-reconstruit à partir du flot 3D calculé. Nous avons testé nos méthodes sur des séquences d'images microscopiques réelles contenant des cellules de mélanome MV3 dans un environnement de collagène. En comparant avec la méthode d'Amat et al. et notre extension 3D de la méthode classique de Horn-et-Schunck, nous avons pu en déduire que nos méthodes sont les plus performantes.
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Signal, image, vision
/ 13-11-2019
Denize Julien
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L'étude de l'utilisation hivernale du sol représente un enjeu majeur afin de préserver et d'améliorer la qualité des sols et des eaux de surfaces. Cependant la connaissance des dynamiques spatio-temporelles associées à l'utilisation du sol en période hivernale demeure aujourd'hui encore un défi pour la communauté scientifique. C'est dans ce contexte que s'inscrivent ces travaux de thèse dont l'objectif est d'évaluer le potentiel de séries temporelles d'images optiques et RSO à haute résolution spatiale pour l'étude de l'utilisation des sols en période hivernale à une échelle locale et régionale. Pour se faire, une méthodologie a été établie afin : (i) de déterminer la méthode de classification la plus adaptée pour identifier l'usage des sols en hiver; (ii) de comparer des images RSO Sentinel-1 et optiques Sentinel-2; (iii) de définir la configuration RSO la plus adaptée en comparant trois séries temporelles d'images (Alos-2, Radarsat-2 et Sentinel-1).Les résultats ont tout d'abord mis en évidence l'intérêt de l'algorithme de classification Random Forest pour discriminer à une échelle fine les types d'usage des sols en hiver qui sont très variés. Dans un second temps, ils ont souligné l'intérêt des données Sentinel-2 pour cartographier l'utilisation hivernale des sols à une échelle locale et régionale. Enfin, ils ont permis de déterminer qu'une série temporelle dense d'images Sentinel-1 était la configuration RSO la plus adaptée afin d'identifier l'utilisation hivernale du sol. De manière générale, si cette thèse a permis de montrer que les données Sentinel-2 sont les plus adaptées pour étudier l'utilisation du sol en période hivernale, les images RSO ont tout leur intérêt dans les régions où le couvert nuageux est important, les séries temporelles denses Sentinel- 1 ayant été définies comme les plus performantes.
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Signal, Image et Vision
/ 08-11-2019
Rizkallah Jennifer
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Le cerveau humain est un réseau complexe. Une fonction cognitive efficace est garantie lorsque le cerveau reconfigure d’une manière dynamique l'organisation de son réseau durant le temps. Les études ont montré que la plupart des troubles cérébraux, y compris les maladies neuro-dégénératives et mentales, se caractérisent par des altérations du réseau cérébral structurel et/ou fonctionnel. Il existe donc une forte demande pour des nouvelles méthodes non invasives, basées sur les réseaux et faciles à utiliser, permettant d'identifier ces réseaux pathologiques. La méthode appelée connectivité de sources en électroencéphalographie (EEG) permet de suivre la dynamique des réseaux cérébraux large échelle avec une excellente résolution temporelle. C’est dans ce contexte que s’inscrivent mes travaux de thèse qui prolongent les développements méthodologiques et cliniques de notre équipe de recherche sur la connectivité fonctionnelle au niveau des sources cérébrales. L’objectif de mes travaux de thèse est double : i) progresser sur les aspects méthodologiques de la méthode connectivité de sources en EEG et ii) utiliser cette méthode dans une application clinique en lien avec les troubles de la conscience. Ma thèse se divise donc en deux grandes parties, avec deux études réalisées dans chaque partie. Dans la première partie (aspects méthodologiques), j’ai abordé, dans une première étude, la capacité de la méthode connectivité de sources en EEG à suivre les altérations dynamiques des réseaux cérébraux durant une tâche cognitive rapide. Puis dans une seconde étude, j’ai testé l’effet du problème de l’étalement spatial des sources sur la reconstruction des réseaux fonctionnels. Dans la deuxième partie (applications cliniques), j’ai analysé les altérations dans les réseaux cérébraux chez les patients souffrant d’un désordre de la conscience, en utilisant une analyse statique pour la première étude et une analyse dynamique pour la deuxième étude.
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