Cette thèse étudie l’approche multimodale basée sur le traitement de signal sur graphe (TSG) pour intégrer la connectivité cérébrale structurelle et les signaux BOLD, mesurés par l’IRM de diffusion et fonctionnelle, respectivement. Dans une première partie, nous utilisons la théorie des graphes pour extraire les régions cérébrales liées à la dépression. Puis, du point de vue du TSG, nous montrons que l’analyse multimodale apporte une plus grande précision dans la classification d'adolescents anxieux et dépressifs, par rapport aux analyses unimodales. Dans une deuxième partie, nous essayons d’améliorer la localisation du signal à la fois dans le domaine spatial et spectral du graphe. Pour ce faire, nous concevons des paquets d’ondelettes sur graphe afin de créer un nouvel ensemble de transformées qui prennent mieux en compte la structure sous-jacente du graphe. Ensuite, nous exploitons et étendons l’approche Slepian de graphe qui vise à se concentrer sur un ensemble spécifique de nœuds sans exclure le sous-graphe. Nous proposons une décomposition spectrale des signaux BOLD dans des structures cérébrales localisées ainsi qu’une méthode de filtrage permettant d’examiner les patterns d’interactions entre les réseaux cérébraux. Dans une troisième partie, nous développons l’apprentissage sur graphe en utilisant les réseaux de neurones convolutionnels pour intégrer la structure et la fonction.

Cette thèse porte sur l'amélioration de la segmentation et de la détection des lésions de sclérose en plaques (SEP) dans l'IRM de la moelle épinière, une tâche important et complexe en pratique clinique. Une étude de la segmentation manuelle des lésions a mis en évidence une variabilité importante entre les experts, soulignant la nécessité de méthodes automatisées robustes et sensibles. Pour y répondre, nous avons étudié des stratégies de fusion pour combiner l'information de plusieurs images acquises avec des séquences IRM différentes. La fusion tardive s’est révélée particulièrement efficace, surpassant nettement les modèles basés sur une seule séquence. Enfin, la thèse introduit LesionSCynth, un cadre simple et efficace pour la synthèse de lésions réalistes de la moelle épinière, ce qui permet d'améliorer les performances dans des contextes de données limitées et de réduire la dépendance aux annotations manuelles. Globalement, les contributions de cette thèse font progresser le développement d’outils de segmentation fiables, généralisables et économes en données pour l’analyse des lésions de la moelle épinière dans la SEP.

Le testicule humain, en tant que site immuno-privilégié, est susceptible d’abriter certains virus bien au-delà de leur élimination systémique. Cette capacité à constituer un réservoir viral, en particulier pour des virus émergents tels que Zika (ZIKV), soulève d’importantes questions en santé publique, notamment en lien avec la transmission sexuelle. Si certains virus, comme le virus des oreillons, déclenchent une réponse inflammatoire aiguë associée à une clairance virale, d’autres comme le ZIKV persistent silencieusement dans les cellules germinales, contribuant à une excrétion prolongée dans le sperme. Dans ce contexte, mon projet de thèse a eu pour objectif d’étudier les interactions entre virus émergents et testicule humain à travers trois axes principaux :(i) l’infection testiculaire par CHIKV dont l’excrétion séminale prolongée a été récemment observée ; (ii) l’exploration des populations immunitaires gonadiques au cours de la vie; (iii) la caractérisation des réponses immunitaires innées des cellules myoïdes péritubulaires (PMCs). J’ai démontré pour la première fois la capacité du CHIKV à infecter le testicule humain ex vivo ainsi que le testicule simien in vivo, avec un tropisme marqué pour les PMCs. En culture, ces cellules se sont révélées fortement permissives à l’infection, contrairement aux cellules germinales non permissives. L’impact de l’infection sur les PMCs suggère un possible effet délétère de l’infection par le CHIKV sur l’homéostasie testiculaire et la fertilité. J’ai également établi un atlas des populations immunitaires gonadiques humaines à partir de données de transcriptomique unicellulaire, identifiant des populations hétérogènes de macrophages dans les gonades. Ces résultats forment un socle indispensable à la caractérisation de leurs fonctions lors d’une infection virale. Enfin, j’ai mis en évidence le rôle de sentinelles des PMCs dans le testicule. Leurs réponses immunes innées différentielles selon les virus et les voies de PRR activées (RIG-I/MDA5/TLR3, TLR2/6, STING) pourraient contribuer à orienter l’issue des infections virales du testicule vers la clairance ou la persistance. Dans l’ensemble, mes travaux apportent un éclairage nouveau sur le tropisme de virus émergents pour le testicule et sur la réponse des cellules testiculaires face à ces infections. Ils ouvrent notamment la voie à des investigations dans des cohortes de patients afin de déterminer l’impact de l’infection CHIKV sur la fertilité masculine. Ils soulignent également la spécificité fonctionnelle des PMCs, et offrent des pistes pour mieux comprendre les mécanismes qui sous-tendent la persistance ou l’élimination virale dans le testicule humain. Ces données sont importantes pour mieux comprendre, anticiper et prévenir les risques liés aux infections virales testiculaires.

La maladie d’Alzheimer est l’une des maladies neurodégénératives les plus courantes. En France, environ 1 million de personnes sont touchées par cette maladie. Cette maladie se caractérise par l’apparition dans le cerveau de plaques séniles et de dégénérescences neurofibrillaires dues à l’auto-association des protéines Tau. De nos jours, il n’existe aucun traitement efficace pour ralentir ou stopper la maladie, ni de diagnostic fiable. L’objectif de cette étude est de développer une molécule capable d’inhiber la formation des neurodégénérescences en ciblant la fibrillation de Tau et de localiser les lésions grâce à un radionucléide. À partir de la séquence PHF6/β1 jouant un rôle crucial dans la formation des filaments, une cinquantaine d’hexapeptides ont été synthétisés. Ces hexapeptides ont été classées en fonction de leurs propriétés amyloïdes et agrégatives puis testées sur un modèle mono-peptidique in vitro PHF6-PHF6. Six hexapeptides ont montré une inhibition de plus de 50% de la fibrillation de PHF6, sans augmenter la formation des structures sédimentables après 24h. Par ailleurs, aucun des hexapeptides n’induit de mortalité cellulaire à 24h et 48h. Deux d’entre eux ont été couplés au chélateur de métal, le DOTA puis radiomarqués au Scandium-44 ou au Cuivre-64 pour créer des sondes moléculaires. Les expériences ont permis d’identifier les conditions optimales de radiomarquage et de confirmer la stabilité des sondes dans des solutions biologiques in vitro, sans induire de toxicité sur la viabilité cellulaire. Des études complémentaires sont prévues pour évaluer l’effet préventif des hexapeptides sur le développement des lésions cérébrales pathologiques et pour localiser ces lésions dans un modèle murin transgénique.

Cette thèse s’intéresse aux effets des substances per- et polyfluoroalkylées (PFAS) sur la santé cardiométabolique des enfants, à partir de la cohorte mère-enfant PELAGIE. Trois études ont été menées à partir de données cliniques recueillies à l’âge de 12 ans, combinant des mesures d’exposition aux PFAS à deux périodes sensibles : la période prénatale et la période péripubertaire. L’analyse porte sur un large panel d’indicateurs cardiométaboliques et hépatiques : données anthropométriques, marqueurs lipidiques, glycémiques, hormonaux et enzymes hépatiques. Les résultats révèlent des associations différenciées selon le sexe, le statut pubertaire et le moment de l’exposition. Chez les filles post-ménarche, certaines expositions prénatales sont associées à des profils métaboliques plus favorables, tandis que des profils plus défavorables sont observés chez les filles préménarches et les garçons prépubères. Enfin, l’étude hépatique met en évidence une sensibilité particulière du foie aux PFAS, avec des réponses divergentes selon le sexe. Ces travaux soulignent l'importance d’étudier les effets des expositions environnementales précoces sur la santé des enfants, en tenant compte du moment de l’exposition et des caractéristiques développementales.

La radiothérapie externe vise à administrer des doses élevées de rayonnements ionisants de manière ciblée aux tissus tumoraux, tout en épargnant au maximum les tissus sains environnants. Le workflow conventionnel repose sur l'imagerie scanner (CT), dont le faible contraste des tissus mous entraîne des incertitudes dans la délimitation des volumes cibles. L’IRM, grâce à sa meilleure résolution des tissus mous, constitue une alternative prometteuse. Toutefois, l’IRM ne fournit ni les informations sur la densité électroniques, élément indipensable au calcul de dose. Cette thèse développe des méthodes avancées de traitement d’image pour améliorer la radiothérapie adaptative guidée par IRM, en particulier via la génération d’images CT synthétiques (sCT) à partir d’IRM. Pour améliorer la généralisation des modèles, la synthèse s’appuie sur des paires IRM/CT provenant de plusieurs centres. Un recalage non rigide innovant, utilisant une sCT intermédiaire, a également été conçu pour améliorer l’alignement entre IRM et CT. L’ensemble repose sur un réseau de neurones non supervisé. Par ailleurs, l’optimisation du workflow en IRM-linac permet une adaptation du traitement en temps réel grâce à l’acquisition quotidienne d’IRM. Cela permet l’estimation dynamique et le cumul des doses délivrées, guidant les décisions cliniques. En somme, cette recherche contribue à renforcer la précision et la fiabilité de la radiothérapie adaptative guidée par IRM, dans le but d’améliorer les résultats cliniques pour les patients.

L’encéphalite infectieuse est une affection rare, avec une incidence estimée à 7/100000 habitants/an dans les pays occidentaux. L’étude nationale de cohorte des encéphalites infectieuses en France (ENCEIF) a inclus prospectivement 494 patients entre 2016 et 2019 au sein de 62 centres hospitaliers en France Métropolitaine (132 (27%) encéphalites à Herpes simplex virus 1 (HSV-1), 65 (16%) à Varicella zoster virus (VZV), 26 (5%) au virus de l’encéphalite à tiques). L’admission en réanimation a été nécessaire dans 42% des cas. HSV-1 était majoritaire chez les patients nécessitant une admission en réanimation (72 patients, soit 36% des encéphalites infectieuses). Les facteurs associés au mauvais pronostic (Glasgow outcome scale ≤ 3) à la sortie d’hospitalisation étaient : l’immunodépression, les signes focaux à l’admission, les anomalies à l’imagerie cérébrale, une faible cellularité du liquide cérébrospinal et le délai d’initiation de l’aciclovir. Ce délai influe fortement sur le pronostic des encéphalites à HSV-1, mais nous n’avons pas retrouvé d’impact significatif sur les encéphalites à VZV. Les fortes doses d’aciclovir n’étaient pas associées au pronostic dans les encéphalites à HSV-1 ou à VZV. Concernant le devenir à long terme, les variables associées indépendamment au pronostic étaient l’age, l’immunodépression, les anomalies à l’imagerie cérébrale, l’hospitalisation en réanimation et l’agent étiologique. L’amélioration du pronostic fonctionnel prend du temps au décours d’une encéphalite infectieuse et elle peut être incomplète. Le pronostic fonctionnel au décours d’une encéphalite infectieuse reste mauvais. La vie quotidienne des patients et des proches est durablement impactée.

L’essor de l’intelligence artificielle en santé ouvre de nouvelles perspectives pour l’aide à la décision clinique, notamment en réanimation, où la complexité des données et l’urgence des décisions rendent l’optimisation des prises en charge essentielle. Pourtant, le développement et l’intégration des systèmes d’aide à la décision clinique (SADC) basés sur l’intelligence artificielle restent limités par des défis techniques, méthodologiques, et organisationnels. Cette thèse propose un cadre méthodologique pour le développement des SADC, appliqué au sevrage de l’épuration extra-rénale continue (EERc) en réanimation. La première partie s’appuie sur une revue de la littérature et une étude nationale auprès des réanimateurs pour identifier les attentes vis-à-vis d’un tel outil. La seconde partie porte sur la structuration des données pour garantir une intégration optimale dans les systèmes hospitaliers. La troisième partie décrit le développement et la validation d’un modèle prédictif à partir de bases de données multicentriques. Enfin, une évaluation prospective est proposée pour mesurer l’impact clinique du modèle et son acceptabilité. Ce travail illustre l’intérêt d’une approche centrée utilisateur et intégrée aux systèmes d’information apprenants pour garantir la fiabilité et l’adoption des SADC en réanimation.

L’Angioplastie Percutanée Transluminale (PTA) est une intervention endovasculaire largement pratiquée pour le traitement des sténoses. L’optimisation des résultats de la PTA demeure un enjeu clinique. La méthode par éléments finis constitue un outil de modélisation puissant pour prédire les résultats d’une PTA, mais la simulation des déformations permanentes post-PTA des sténoses sévères dans des artères de gros calibre reste un problème ouvert. L’objectif de ces travaux de thèse est de développer un modèle paramétrique de PTA capable de répondre à cette problématique. Une première analyse a permis de montrer les limites d’un solveur implicite à résoudre un modèle de PTA sur un fort degré de sténose, caractéristique d’une nécessité d’intervention chirurgicale. Une nouvelle méthode de modélisation du ballon d’angioplastie a ensuite été proposée. Elle s’appuie sur la Modélisation de Ballons Successifs (MBS) pour répondre aux contraintes numériques associées aux déformations importantes d’un ballon modélisé sans pli. Associé avec un modèle paramétrique de sténose capable de modéliser plusieurs calibres d’artère, ce modèle de PTA a permis d’estimer les déformations permanentes sur des cas génériques de sténoses sévères dans des artères de gros calibre. L’intérêt de l’approche de modélisation proposée a pu être illustré sur un cas patient présentant une région sténosée complexe par assemblage de plusieurs configurations du modèle. Ces travaux de thèses introduisent une méthodologie versatile capable d’estimer les déformations permanentes post-PTA pour améliorer la préparation de la procédure sur des cas patients complexes.

Un défi majeur de la radiothérapie des cancers de la tête et du cou réside dans l’évaluation et la prédiction précises des toxicités liées au traitement, en particulier la dysphagie et la xérostomie. Cette thèse répond à ce défi en améliorant la segmentation des organes à risque (OAR), en développant des méthodes objectives d’évaluation de la toxicité et en affinant les modèles dose-réponse. Un cadre basé sur l’apprentissage profond a été développé pour la segmentation automatique de 25 organes à risque sur des images CT et CBCT, démontrant de bonnes performances et une acceptabilité clinique. En s’appuyant sur cette base de segmentation, la thèse introduit de nouveaux outils pour l’évaluation des toxicités. Nous présentons tout d’abord une chaîne d’analyse entièrement automatisée des études vidéofluoroscopiques de la déglutition, permettant une évaluation quantitative et objective de la dysphagie. Pour la xérostomie, nous proposons une approche de modélisation dose-réponse à l’échelle voxel, afin de dépasser les métriques globales traditionnelles et d’identifier des sous-régions associées aux symptômes. Ensemble, ces contributions méthodologiques posent les bases de stratégies de radiothérapie plus personnalisées et attentives aux toxicités pour les patients atteints de cancers de la tête et du cou.