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Traitement du signal et télécommunications
/ 09-10-2014
Hajipour Sardouie Sepideh
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Lorsque l'on enregistre l'activité cérébrale en électroencéphalographie (EEG) de surface, le signal d'intérêt est fréquemment bruité par des activités différentes provenant de différentes sources de bruit telles que l'activité musculaire. Le débruitage de l'EEG est donc une étape de pré-traitement important dans certaines applications, telles que la localisation de source. Dans cette thèse, nous proposons six méthodes permettant la suppression du bruit de signaux EEG dans le cas particulier des activités enregistrées chez les patients épileptiques soit en période intercritique (pointes) soit en période critique (décharges). Les deux premières méthodes, qui sont fondées sur la décomposition généralisée en valeurs propres (GEVD) et sur le débruitage par séparation de sources (DSS), sont utilisées pour débruiter des signaux EEG épileptiques intercritiques. Pour extraire l'information a priori requise par GEVD et DSS, nous proposons une série d'étapes de prétraitement, comprenant la détection de pointes, l'extraction du support des pointes et le regroupement des pointes impliquées dans chaque source d'intérêt. Deux autres méthodes, appelées Temps Fréquence (TF) -GEVD et TF-DSS, sont également proposées afin de débruiter les signaux EEG critiques. Dans ce cas on extrait la signature temps-fréquence de la décharge critique par la méthode d'analyse de corrélation canonique. Nous proposons également une méthode d'Analyse en Composantes Indépendantes (ICA), appelé JDICA, basée sur une stratégie d'optimisation de type Jacobi. De plus, nous proposons un nouvel algorithme direct de décomposition canonique polyadique (CP), appelé SSD-CP, pour calculer la décomposition CP de tableaux à valeurs complexes. L'algorithme proposé est basé sur la décomposition de Schur simultanée (SSD) de matrices particulières dérivées du tableau à traiter. Nous proposons également un nouvel algorithme pour calculer la SSD de plusieurs matrices à valeurs complexes. Les deux derniers algorithmes sont utilisés pour débruiter des données intercritiques et critiques. Nous évaluons la performance des méthodes proposées pour débruiter les signaux EEG (simulés ou réels) présentant des activités intercritiques et critiques épileptiques bruitées par des artéfacts musculaires. Dans le cas des données simulées, l'efficacité de chacune de ces méthodes est évaluée d'une part en calculant l'erreur quadratique moyenne normalisée entre les signaux originaux et débruités, et d'autre part en comparant les résultats de localisation de sources, obtenus à partir des signaux non bruités, bruités, et débruités. Pour les données intercritiques et critiques, nous présentons également quelques exemples sur données réelles enregistrées chez des patients souffrant d'épilepsie partielle.
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Signal, image, vision
/ 15-12-2020
Arrais Marouan
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Près de 17 millions de patients épileptiques dans le monde ne sont pas soulagés efficacement par les médicaments. Pour ces patients, la stimulation électrique du cerveau est une technique pour arrêter les crises récurrentes qui perturbent leur vie quotidienne. Cependant, les effets de la stimulation électrique sur l'activité du cerveau ne sont pas encore bien compris. En outre, les paramètres de stimulation sont souvent choisis de manière empirique, ce qui limite l'efficacité de cette thérapie. Au cours de cette thèse, nous visons, en utilisant des modèles computationnels bio-inspirés et des méthodes mathématiques dérivées de la théorie des systèmes dynamiques, à concevoir des méthodes de stimulation optimales capables d'atténuer voire de supprimer l'activité cérébrale épileptique.
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Automatique, productique et robotique
/ 16-12-2019
Denoyer Yves
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La stimulation cérébrale transcrânienne à courant continu (tDCS) est une technique de neuromodulation qui a connu un essor récent en neurologie clinique et en neuropsychologie. La stimulation cathodale a un effet inhibiteur sur le cortex cérébral, qui pourrait avoir une action thérapeutique dans l’épilepsie focale, avec des effets rémanents parfois durables. Les mécanismes neurophysiologiques en restent mal connus. La première partie de ce travail est une étude clinique pilote visant à tester un nouveau matériel de tDCS à haute résolution dans l’épilepsie focale pharmacorésistante. 5 patients ont eu une session unique de 30 minutes de tDCS cathodale individuellement paramétrée selon un algorithme d’optimisation du champ électrique. L’EEG a été enregistré avant, immédiatement après, à h8 et h24 de la stimulation. Les crises épileptiques ont été dénombrées sur une semaine avant et après. 1 patient a eu une amélioration clinique et sur certains paramètres EEG, de manière reproductible. 3 patients n’ont pas eu de modification de leur épilepsie. Un patient a rapporté une aggravation clinique, avec possiblement un corrélat électrophysiologique. Ces résultats sont discutés, en essayant de comprendre leur hétérogénéité et les pistes à envisager pour les améliorer. La deuxième partie décrit la conception d’un modèle computationnel visant à expliquer certains effets de la tDCS sur le cortex à échelle microscopique. Un modèle de colonne corticale intégrant 10.000 neurones (cellules principales glutamatergiques et 3 types d’interneurones GABAergiques) connectés par 5.106 synapses, est construit en respectant une topographie et un fonctionnement synaptique simplifié qui intègre des règles de plasticité homéostatique. On étudie le potentiel membranaire moyen des cellules principales, censé représenter le potentiel de champ local. On simule un champ électrique externe représentant la tDCS, qui influence la genèse des potentiels d’action et la neurotransmission présynaptique. En conditions d’hyperexcitabilité simulant un cortex épileptique, un champ externe cathodal peut diminuer la fréquence des paroxysmes. Une plasticité homéostatique appliquée simultanément peut induire des effets rémanents, suggérant que ces derniers reposent partiellement sur les effets immédiats couplés à la plasticité.
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Signal, image, vision
/ 03-03-2021
Halima Imen
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La sécurité des personnes âgées est un enjeu majeur de santé publique. Les travaux de cette Thèse ont porté plus particulièrement sur un système de détection et de prévention des chutes pouvant être utilisé en EHPAD ou au domicile des personnes âgées autonomes. Pour cela, nous avons utilisé un dispositif à bas coût composé d’une caméra de profondeur et d’une caméra thermique. Ce dispositif fonctionne d’une façon autonome, en temps réel, de jour comme de nuit et permet de préserver l’anonymat de la personne. L’objectif de la thèse était de développer des algorithmes de suivi de la personne et d’identification de son activité afin d’extraire, à court terme, des paramètres pour la détection de la chute et, à long terme, des indices de la fragilité de la personne. Pour cette Thèse, nous avons exploré deux stratégies permettant ce suivi : 1) Une méthode classique de suivi de la personne basée sur du filtrage particulaire. Dans cette approche, les informations acquises par les deux caméras du dispositif ont été fusionnées afin de suivre la tête de la personne tout au long de la séquence d’images. 2) Une méthode de reconnaissance de l’activité de la personne à partir d’un apprentissage profond sur les séquences d’images thermiques et de profondeurs. Nous avons choisi de détecter quatre postures (assis, debout, allongé sur le lit et allongé par terre) à partir de nos propres bases de données. Nous pensons qu’à terme, l’analyse de la séquence temporelle des postures extraites par nos algorithmes permettra de détecter les signes de fragilité de la personne âgée.
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Traitement du signal et télécommunications
/ 19-12-2017
Al Omar Sally
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Les objectifs de cette thèse sont: i) de mettre au point de nouvelles techniques adaptées à la période néonatale d'analyse automatique des signaux physiologiques cardiaque (ECG) et respiratoire (RESP) afin d'étudier la variabilité de la fréquence cardiaque (VFC) et respiratoire (VFR), ainsi que les interrelations cardiorespiratoires; ii) de les valider et de les utiliser sur des modèles ovins pour mieux comprendre les altérations du contrôle cardiorespiratoire dans des différentes situations expérimentales. Durant les expérimentations, les agneaux étaient non sédationnés et libres de leurs mouvements, ce qui rend le traitement des signaux ECG et RESP enregistrés durant plusieurs heures difficile, à cause des artefacts. D'abord, une chaîne de traitement semi-automatique des signaux a été proposée. Elle comprend l'élimination automatique des périodes artefactuelles, l'extraction des séries temporelles des segments propres de l'ECG et du signal RESP, l'application d'un test de stationnarité sur ces séries temporelles pour extraire les segments stationnaires et le calcul de différents indices de la VFC et la VFR obtenus en appliquant des analyses linéaires et non linéaires. Ces analyses ont été complétées par la mesure des interrelations cardiorespiratoires. Cette chaîne de traitement a permis d'étudier les effets de trois situations expérimentales sur le contrôle cardiorespiratoire. La première situation cherche à étudier l'exposition d'agneaux nouveau-nés à la fumée de cigarette durant les deux premières semaines de vie. Une importante altération des interrelations cardiorespiratoires a été mise en évidence, surtout au niveau de l'arythmie sinusale respiratoire et du couplage cardioventilatoire. Ce résultat inédit donne un éclairage nouveau sur la physiopathologie des effets de l'exposition à la fumée de cigarette en période néonatale, incluant en particulier le syndrome de la mort subite du nourrisson. La deuxième situation expérimentale examine l'hyperbilirubinémie (HB) des agneaux prématurés. Une HB modérée a été induite durant 17h par injection intraveineuse de bilirubine. Les effets de l'HB modérée sur la VFC, la VFR et les interrelations cardiorespiratoires ont été évalués sur 7 heures d'enregistrement au moment de l'HB (J0) et 72h plus tard (J3), après normalisation de la bilirubinémie. À J0, une augmentation de la variabilité accompagnée d'une augmentation des indices fréquentiels de la VFC a été observée indiquant une coactivation sympathovagale. Tous ces effets ont disparu à J3. Une diminution de la fréquence respiratoire a été retrouvé avec une augmentation de la VFR; ces effets étaient maintenus jusqu'à J3. Une augmentation de l'arythmie sinusale respiratoire, de la synchronisation et du nombre de RR dans une inspiration et une expiration a été observée. Ces deux derniers effets étaient toujours présents au jour 3. La troisième situation expérimentale concerne l'application nasale d'une pression positive continue (PPC) de 6 cmH2O à des agneaux nouveau-nés sains pendant 6 heures. Une augmentation de la fréquence cardiaque a été observée avec diminution des indices temporels et fréquentiels de la VFC et augmentation de la complexité des intervalles RR. De plus, un ralentissement de la respiration a été montré avec allongement de la durée de l'expiration et diminution de la VFR indiquant une stabilisation de la respiration. Enfin, la seule altération des interrelations cardiorespiratoires retrouvée était une augmentation du nombre de RR dans le cycle respiratoire attribuable à l'augmentation de la fréquence cardiaque et à la diminution de la fréquence respiratoire. L'interprétation des résultats a été approfondie en utilisant une approche à base de modèles pour représenter le comportement des systèmes cardiovasculaire, respiratoire et du baroréflexe artériel dans les conditions expérimentales. Celle-ci permet d'accéder à des variables physiologiques difficilement observables durant les expérimentations.
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Traitement du signal et télécommunications
/ 14-12-2017
Nguyen-Duc Long Hung
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Ces travaux s’inscrivent dans le cadre de la navigation endovasculaire assistée par ordinateur. L’objectif principal est d’étudier et de proposer de nouvelles solutions pour la localisation et le suivi des dispositifs endovasculaires en mouvement par rapport aux structures anatomiques, considérées comme immobiles ou mobiles. Il s’agit à terme de faciliter le geste interventionnel, en maximisant la précision et la fiabilité des procédures, tout en minimisant le recours aux rayons X et au produit de contraste. Les travaux et résultats obtenus concernent : - L’étude d’approches de recalage permettant de fusionner des données 3D pré-opératoires décrivant les structures anatomiques et des données intra-opératoires de localisation 3D électromagnétique (positions d’un cathéter équipé d’un capteur magnétique en son extrémité). Dans le contexte du traitement des anévrismes aortiques abdominaux, deux méthodes de recalage ne nécessitant pas de marqueur externe et exploitant uniquement les trajectoires endovasculaires (avec hypothèse de correspondance totale ou partielle) ont été proposées. Les tests ont été réalisés sur fantôme physique. Bien que la précision de localisation des systèmes électromagnétiques soit encore limitée, ceux-ci pourraient être utilisés pour aider la navigation endovasculaire, comme par exemple, lors du cathétérisme d’artères collatérales. - L’élaboration d’une méthode de tracking des calcifications et de repères dans les séquences d’images fluoroscopiques, dans le contexte des procédures d’implantation endovasculaire de valve aortique (TAVI). Nous avons proposé une méthode de tracking par modèle d’apparence adaptatif (TMAA). L'approche a été évaluée sur 13 séquences fluoroscopiques dans le cadre des procédures TAVI valve native et 5 séquences fluoroscopiques dans le cadre des procédures TAVI valve-in-valve. Elle fournit une erreur de localisation moyenne inférieure à 1 mm et un temps de traitement de 32,23 ms/trame. L’évaluation de cette méthode et son application sur données patients ont permis de montrer la précision et la compatibilité du tracking avec une utilisation clinique.
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Signal, image, vision
/ 20-10-2022
Avdeew Yvan
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La neuromodulation en boucle fermée du nerf vague est une approche thérapeutique prometteuse pour optimiser la neuromodulation d’une manière adaptative et spécifique au patient, afin de minimiser les effets secondaires, dans le cadre de nombreuses pathologies dont l'épilepsie. Les objectifs de la thèse concernent : 1) l’évaluation de nouvelles technologies d’électrodes pour l’enregistrement de l’activité neurale, 2) la proposition de nouveaux montages expérimentaux précliniques in situ et in vivo permettant l’enregistrement de l’activité du nerf vague, de l’activité cardiaque lors d’un processus de mort subite et inattendue (SUDEP), 3) la définition d’une variable de contrôle pertinente pour la boucle fermée. L'une des hypothèses explorées durant la thèse est que, suite à une crise d'épilepsie, l'enchaînement d'un processus autonomique impliquant une décharge massive vagale est à l'origine de la SUDEP. Des méthodes de traitement pour la détection d’activations neurales massives ont été proposées et appliquées à un protocole expérimental original d'induction de SUDEP pendant laquelle le nerf vague et l'électrocardiogramme (ECG) sont enregistrés. Les résultats ont permis d'identifier une activité massive importante avec la présence conjointe d'une bradycardie caractéristique. Les séries RR et PP de l'ECG ont été estimées et un bloc atrio-ventriculaire a pu être détecté en amont de l'arrêt cardio-respiratoire. Ces trois marqueurs observés pourraient être définis comme variable de contrôle d'une boucle fermée lors de la stimulation du nerf vague pour la prévention de la SUDEP.
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Traitement du signal et télécommunications
/ 26-06-2015
Moreau Tristan
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Le cerveau humain est constitué d'un grand nombre de neurones inter-connectés formant des faisceaux de fibres de matière blanche permettant de transmettre des influx nerveux entre différentes régions. Dans cette thèse, divers aspects de la connectivité anatomique cérébrale ont été étudiés en utilisant l'Imagerie par Résonance Magnétique (IRM) et la tractographie. La tractographie est aujourd'hui la seule méthode permettant de reconstruire, en partie, les faisceaux de fibres de matière blanche in vivo et de manière non-invasive. (1) Une première étude visait à caractériser de manière quantitative les faisceaux d'association courts fronto-pariétaux reconstruits par tractographie dans la région centrale chez vingt sujets sains. (2) Une deuxième étude visait à définir une nouvelle méthode de parcellisation (i.e., subdiviser le cerveau en différentes régions macroscopiques) en utilisant comme critère structurel de base des motifs de connectivité reconstruits par tractographie. (3) Enfin, une troisième étude avait pour objectif de créer une ontologie neuroanatomique afin de représenter des régions de matière grise macroscopiques connectées par des faisceaux de fibres reconstruits par tractographie et d'annoter automatiquement des données de la connectomique humaine. L'utilisation de raisonneurs DL (Description Logic) usuels permettait de générer automatiquement des inférences relatives aux relations partie-tout, de connectivité ou enfin de voisinage spatial.
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