Literatura académica sobre el tema "Détection des mouvements physiologiques"

RésuméLes troubles de l’attention constituent l’un des effets indésirables les plus courants des benzodiazépines. Leur évaluation fait appel à des méthodes variées impliquant toutes une conduite globale qui permet mal l’analyse fine des défauts de l’attention et qui sont en régle générale incluses dans une batterie d ‘exploration large du fonctionnement cognitif et psychomoteur. Il s’agit classiquement de tests perceptifs qui consistent, en gardant en mémoire un Petit nombre de modèles, à explorer des items perceptivement ou sémantiquement proches, à la recherche de l’itemcible (les tests de barrage en représentent le prototype) ou encore de mesure de temps de réaction qui explorent la rapidité d’une réponse motrice simple en fonction de la complexité de la situation (cette dernière dépendant du nombre de stimulations et du nombre de réponses possibles). Des tests de coordination motrice, plaçant le sujet devant une tâche jugée proche de la conduite automobile, sont fréquemment adjoints. Enfin, les explorations peuvent être complétèes par le recueil d’indices physiologiques qui paraissent liés au niveau d’éveil du sytéme nerveux central: seuil de fusion critique, analyse de certains paramètres de l’EEG quantifié, voire rapidité de certains mouvements oculaires… Au travers de ces mosaïques de tests, on s’en tient en fait à une exploration en surface de l’attention qui semble ignorer les grands progrès réalisés dans ce domaine - autrefois négligé - par la psychologie actuelle. Inspirés par les données de recherches cognitives, nous exposons les différents aspects de l’attention qu’une batterie idéale devrait explorer (attention selective, attention diffuse, processus d’alerte, de préparation, de détection, de décision et d’automatisation, fatigue) et présentons brièvement les épreuves informatisées que nous avons mises au point pour parvenir à une appreciation pratique de certains de ces aspects en tenant compte de deux impératifs: commodité d’utilisation et possibilité de passations répétitives.

Dans le domaine des géosciences, l'utilisation d'appareils photographiques automatiques fixes pour la surveillance des mouvements gravitaires est de plus en plus courante. Les séries d'images ainsi acquises permettent de suivre dans le temps l'évolution du mouvement étudié. Bien que les appareils soient fixes, on observe que les conditions du milieu extérieur peuvent entraîner un déplacement/décalage des images qui peut dépasser le déplacement dû au phénomène étudié. Nous proposons ici une méthode automatique qui analyse le déplacement apparent sur toute l'image afin de segmenter la scène en séparant les zones du terrain en mouvement des zones fixes. Nous illustrons la méthode sur une série d'images, acquises au cours de l'été 2016, du glacier rocheux du Laurichard (Hautes Alpes, France), dont les mouvements sont par ailleurs bien connus et étudiés.

L'activité humaine relative aux travaux souterrains (mines, construction de réseaux souterrains) ou à l'injection/extraction de fluides (eau, sel, hydrocarbures) induit des phénomènes qui peuvent se traduire par des déplacements du terrain en surface. Ces mouvements du sol sont généralement suivis par des techniques in situ. L'interférométrie différentielle d'images radar satellite offre une alternative et apporte des mesures complémentaires aux méthodes de surveillance classique. Cet article propose une synthèse sur les champs d'application et les apports de cette méthode de télédétection pour la détection, la cartographie et la surveillance de tels phénomènes anthropiques en les illustrant avec des exemples.

L’objectif de cet article est d’amener des éléments de réflexion sur les conséquences de la maladie sur le bien-être des animaux et d’envisager les principales voies d’amélioration en élevage. Le bien-être physique de l’animal malade est compromis : il a des modifications physiologiques comparables à celles liées au stress, il doit adopter des postures et des mouvements anormaux afin de limiter la douleur, il a des difficultés à réaliser ses comportements normaux ce qui se traduit in fine par des baisses de performances. Son bien-être mental est lui aussi affecté. Une sensibilisation des intervenants en élevage au mal-être de l’animal malade doit être entreprise. L’éleveur doit détecter et prendre en charge rapidement ses animaux malades. Les vétérinaires doivent améliorer leurs procédures thérapeutiques en ayant recours dès que nécessaire aux analgésiques.

Dans les élevages ovins et caprins, la maîtrise de la reproduction est importante pour une reproduction hors saison sexuelle, pour grouper les mises bas et pour la pratique de l’Insémination Artificielle (IA). Le traitement hormonal d’induction et de synchronisation de l’œstrus et de l’ovulation est aujourd’hui le moyen le plus efficace pour atteindre ces objectifs. Le recours à des traitements photopériodiques et/ou à l’effet mâle apparait comme une solution pour limiter l’utilisation d’hormones dans ces filières.Cet article rappelle les spécificités de la réponse ovulatoire et comportementale des femelles à « l’effet mâle », ainsi que les bases physiologiques qui contribuent à la réussite de cette pratique chez les ovins et les caprins. Le prétraitement des animaux avec des traitements photopériodiques de désaisonnement est un prérequis pour une réponse à l’effet mâle efficace, notamment chez des races très saisonnées comme les races caprines alpine et saanen. Des traitements lumineux sont actuellement disponibles en élevage pour une reproduction par effet mâle en toute saison. Toutefois, ils requièrent l’utilisation de mélatonine à certaines périodes de l’année (notamment pour une reproduction en période estivale). Cet article expose différents travaux réalisés pour développer de nouveaux traitements lumineux sans mélatonine, pouvant être appliqués en bâtiment ouvert. Des protocoles d’IA qui font appel à « l’effet mâle » sont en train d’émerger. Il s’agit pour certains de protocoles basés sur l’association de l’effet mâle avec des progestatifs et/ou des prostaglandines, et qui permettent de pratiquer une seule IA à un moment prédéterminé. Des protocoles d’IA après effet mâle seul (sans hormones) sont également disponibles, et notamment basés sur une détection des chaleurs. Chez les caprins, ils comportent 1 ou 2 moments d’IA, avec ou sans détection de chaleurs préalable. Chez les ovins, la détection des chaleurs est obligatoire pour la pratique de l’IA après un effet bélier seul. Dans les deux espèces, le développement de la détection automatisée des chaleurs facilitera le déploiement des protocoles d’IA sans utilisation d’hormones.

La préparation orthodontique est la clé du succès d’une chirurgie orthognathique. Ainsi la détection et la correction des compensations dentaires favorisent la correction des décalages et déficits squelettiques. Les objectifs orthodontiques pré-chirurgicaux sont importants à définir dès le début du traitement et ne doivent pas toujours inclure le nivellement complet des arcades, la fermeture complète des espaces, ou l’intercuspidation idéale. La préparation orthodontique dicte les mouvements squelettiques qui sont possibles au moment de la chirurgie. Différents types de malocclusions présentent des compensations dentaires caractéristiques qui peuvent être identifiées et décrites. La planification appropriée, l’individualisation et la communication entre le chirurgien et l’orthodontiste sont critiques afin d’éviter certains pièges dans la préparation orthodontique.

L’infanticide est un crime connu depuis les temps anciens. Il suscite émoi, répulsion et incompréhension car venant souvent de la personne censée la plus soucieuse du bien-être de l’enfant. Ses causes peuvent être d’origine psychopathologiques mais les contraintes socio-économiques et culturelles jouent un rôle non négligeable d’où la grande variation de ses présentations cliniques. Nous avons choisi de présenter le cas d’une femme de 26 ans, sans suivi psychiatrique antérieur à l’acte, qui a tué son enfant âgé de trois mois en le jetant pardessus la fenêtre du troisième étage de son domicile. L’examen psychiatrique a relevé des antécédents de signes anxieux non spécifiques remontant à plusieurs années avec une décompensation psychotique trois jours avant l’acte. L’approche légale de l’infanticide tend à atténuer la responsabilité de la mère au vu des modifications psycho-physiologiques et hormonales engendrées par l’accouchement. La détection précoce des troubles mentaux durant la grossesse et du post-partum et leur traitement pourrait diminuer l’incidence de ce crime.

La physiothérapie manuelle est un complément bénéfique de la médecine vétérinaire. Celle-ci regroupe un ensemble de techniques permettant de compléter le diagnostic lésionnel par un diagnostic fonctionnel. Elle propose également une approche thérapeutique non médicamenteuse permettant un traitement ciblé sur la zone à traiter. Les massages permettent d’améliorer les raideurs musculaires et la sensibilité douloureuse. Les étirements favorisent la libération des restrictions musculaire et ligamentaire et diminuent la fibrose cicatricielle. La mobilisation utilise des mouvements répétitifs, dans la limite de l’amplitude passive de l’articulation, pour obtenir une mobilité articulaire normale et symétrique pour restaurer le mouvement. La manipulation utilise les limites physiologiques du mouvement articulaire ou tissulaire afin de provoquer une action réflexe permettant de restaurer la mobilité de la zone traitée. L’ostéopathie est une discipline diagnostique et thérapeutique utilisant toutes les techniques de la thérapie manuelle pour améliorer la mobilité du patient. En plus d’agir sur le système musculo squelettique, l’ostéopathe agit également sur la sphère viscérale, le crâne et le corps du cheval dans sa globalité pour améliorer l’équilibre corporel de l’animal. L’appropriation par les vétérinaires des techniques de thérapie manuelle serait un complément bénéfique à leur pratique quotidienne.

L’élevage des ruminants est caractérisé par une diversité importante de conduites et de pratiques ayant un impact sur le bien-être des animaux. En plein air, les animaux peuvent être exposés à des variations climatiques. En bâtiment, la liberté des mouvements et la qualité de l’aire de couchage sont des facteurs déterminants du confort ressenti par l’animal et de son état sanitaire. Une alimentation inadaptée aux besoins physiologiques, peut provoquer des perturbations métaboliques ou des déviations comportementales. Les modifications des groupes sociaux sont également potentiellement néfastes. Par exemple, des remaniements fréquents de la composition d’un groupe conduisent à un stress et une dégradation de l’état sanitaire et des performances zootechniques. Les interventions comme la castration, l’écornage ou la césarienne, semblent avoir un impact d’une durée limitée sur l’animal. Enfin, l’importance de la relation homme – animal sur le bien-être des ruminants semble accrue du fait de la tendance à une augmentation du nombre d’animaux par soigneur et une diminution du temps passé par animal. En conclusion, une multitude de facteurs, correspondant majoritairement aux conditions d’élevage et aux interventions zootechniques, peut influencer le bien-être des ruminants. Les recherches dans ce domaine doivent s’orienter sur l’impact des pratiques ainsi que les alternatives à développer.

AbstractUpon immersion in water, anhydrobiotic nematodes display a period of apparent inactivity, the lag phase, before they commence spontaneous movement. Following a period of desiccation of the fourth stage juveniles of the plant-parasitic nematode Ditylenchus dipsaci, electrical activity during rehydration was recorded using glass microelectrodes inserted into individual nematodes. The pattern observed was a period of no electrical activity, followed by low amplitude electrical events and then also high amplitude events. Movement of the nematode was associated with the high amplitude events, whose recordings formed trains of spikes that coincided with the activity of the nematode. The lag phase represents a period during which the physiological functions of the nerves and muscles are restored. This may involve the restoration of ionic gradients between the inside and the outside of the cells, which is reflected in an increase in spike amplitude in those nematodes where a sustained period of high amplitude activity was recorded. Activité électrophysiologique durant la sortie d'anhydrobiose chez le quatrième stade juvénile de Ditylenchus dipsaci - Immergés dans l'eau, les nématodes anhydrobiotiques passent par une période d'inactivité apparente - la phase de latence - avant que des mouvements spontanés ne débutent. Pendant la réhydratation qui suivait une période de dessication l'activité électrique de juvéniles de quatrième stade de Ditylenchus dipsaci a été enregistrée grâce à des microélectrodes de verre implantées dans le nématode. La courbe observée correspondait à une période sans activité électrique, suivie par des phénomènes électriques de faible amplitude, combinés ensuite à des phénomènes de forte amplitude. Les mouvements des nématodes étaient associés aux phénomènes de forte amplitude dont le tracé consiste en une suite de pics coïncidant avec l'activité du nématode. La phase de latence correspond à la période pendant laquelle les fonctions physiologiques nerveuses et musculaires sont restaurées. Cela peut englober la restauration des gradients ioniques à l'intérieur et à l'extérieur des cellules, phénomène reflété par une augmentation des pics chez ceux des nématodes où une période soutenue d'activité de forte amplitude a été notée.

La Tomographie par Emission de Positons (TEP) est une modalité d’imagerie essentielle au diagnostic et au suivi thérapeutique en oncologie. Les mouvements physiologiques peuvent dégrader la qualité de l'image et avoir un impact sur la précision diagnostique et la quantification des images TEP. Ce programme de recherche se concentre sur la détection des mouvements physiologiques (respiration et battements cardiaques) sans utilisation d'appareillage externe, pour des applications cliniques très spécifiques. Des méthodes de compensation de ces mouvements sont développées afin de reconstruire une image corrigée de ces effets. Deux applications cliniques ont été identifiées pour évaluer les méthodologies mises en œuvre. La première concerne la radioembolisation hépatique basée sur l'imagerie TEP à l'90Y qui nécessite le développement de méthodes de détection et de correction du mouvement respiratoire pour des données impliquant une très faible statistique de comptage. La seconde est l’imagerie TEP cardiaque au 18F-FDG nécessitant le développement d’une méthode de double détection des mouvements respiratoire et cardiaque ainsi que des méthodes de compensation de ces deux mouvements physiologiques. Les résultats obtenus avec les méthodes de détection proposées sont comparés à ceux obtenus par des dispositifs externes : un soufflet (46-265679G-1, GE HealthCare) pour les signaux respiratoires et une électrocardiogramme (ECG) pour le signal cardiaque. Concernant les méthodes de correction, deux méthodes de correction sont proposées pour la radioembolisation hépatique et leur impact sur la dosimétrie post-traitement est étudiée en comparaison avec les résultats obtenus sans utilisation de méthodes de correction. La première méthode développée consiste à ne conserver que la phase quiescente du cycle respiratoire tandis que la deuxième utilise toute la statique en proposant un recalage rigide entre toutes les phases du cycle respiratoire. Deux autres méthodes sont implémentées pour la cardiologie et basées sur l’estimation de vecteurs de déformation 3D déterminés à partir des triggers cardiaques et respiratoires calculés grâce à la méthode détection proposée. La première méthode estime ces vecteurs de déformation par un recalage rigide entre les images de chaque cycle respiratoire alors que la deuxième méthode utilise les différents volumes du cœur. Dans cette méthode, les vecteurs de déformations 3D sont calculés en identifiant les volumes télédiastolique et télésystolique. L’évaluation de l’efficacité de ces méthodes est réalisée en comparant les images obtenues avec ces méthodes aux images non corrigées du mouvement ainsi qu’à celle reconstruite avec la méthode de correction utilisée en routine clinique sur les caméras TEP/TDM (algorithme Q.Static, General Electric HealthCare). Les résultats obtenus montrent une réelle amélioration de la qualité des images avec, pour les images cardiologiques, de meilleurs résultats que ceux obtenus avec la méthode de correction utilisée en routine clinique. Les résultats dosimétriques obtenus avec l’utilisation des deux méthodes de correction pour les données à l’Yttrium-90 démontrent une augmentation de la dose à la tumeur
Positron emission tomography (PET) is an essential imaging modality for diagnosis and therapeutic follow-up in oncology. Physiological motion can degrade image quality and affect the diagnostic accuracy and quantification of PET images. This research program focuses on the detection of physiological motion (respiration and cardiac beating) without the use of an external device for very specific clinical applications. Methods to compensate for these movements will be developed to reconstruct an image corrected for these effects. Two clinical applications have been identified to evaluate the implemented methods. The first concerns hepatic radioembolization based on 90Y PET imaging, which requires the development of methods to detect and correct for respiratory motion for data with very low counting statistics. The second is 18F-FDG cardiac PET imaging, involving the development of a method for the dual detection of respiratory and cardiac movements, as well as methods for compensating for these two physiological movements. The results obtained with the proposed detection methods are compared with those obtained with external devices: a bellow (46-265679G-1, GE HealthCare) for the respiratory signals and an electrocardiogram (ECG) for the cardiac signal. Two correction methods are proposed for hepatic radioembolization and their impact on post-treatment dosimetry was evaluated in comparison with results obtained without the use of correction methods. The first method developed consists in keeping only the quiescent phase of the respiratory cycle, while the second uses all the statistics, proposing a rigid registration between all the respiration phases. Two other methods have been implemented for cardiology, based on the estimation of 3D deformation vectors obtained from cardiac and respiratory triggers calculated with the proposed detection method. The first method estimates these deformation vectors through a rigid registration between the images of each respiratory cycle, while the second method uses the different volumes of the heart. In this method, 3D deformation vectors are calculated by identifying the end diastolic and end systolic volumes. The efficacity of these methods is evaluated by comparing the images obtained using these methods with the non-motion-corrected images, as well as with the image reconstructed with the correction method used in clinical routine on PET/CT cameras (Q.Static algorithm, General Electric HealthCare). The obtained results demonstrate a real improvement in terms of image quality, with better results for cardiological images than those obtained with the correction method used in clinical routine. Dosimetric results obtained with both correction methods for Yttrium-90 data show an increase of the tumor dose

Ce travail s’intéresse au problème de détection de ruptures multiples dans des signaux physiologiques (univariés ou multivariés). Ce type de signaux comprend par exemple les électrocardiogrammes (ECG), électroencéphalogrammes (EEG), les mesures inertielles (accélérations, vitesses de rotation, etc.). L’objectif de cette thèse est de fournir des algorithmes de détection de ruptures capables (i) de gérer de long signaux, (ii) d’être appliqués dans de nombreux scénarios réels, et (iii) d’intégrer la connaissance d’experts médicaux. Par ailleurs, les méthodes totalement automatiques, qui peuvent être utilisées dans un cadre clinique, font l’objet d’une attention particulière. Dans cette optique, des procédures robustes de détection et des stratégies supervisées de calibration sont décrites, et une librairie Python open-source et documentée, est mise en ligne.La première contribution de cette thèse est un algorithme sous-optimal de détection de ruptures, capable de s’adapter à des contraintes sur temps de calcul, tout en conservant la robustesse des procédures optimales. Cet algorithme est séquentiel et alterne entre les deux étapes suivantes : une rupture est détectée, puis retranchée du signal grâce à une projection. Dans le cadre de sauts de moyenne, la consistance asymptotique des instants estimés de ruptures est démontrée. Nous prouvons également que cette stratégie gloutonne peut facilement être étendue à d’autres types de ruptures, à l’aide d’espaces de Hilbert à noyau reproduisant. Grâce à cette approche, des hypothèses fortes sur le modèle génératif des données ne sont pas nécessaires pour gérer des signaux physiologiques. Les expériences numériques effectuées sur des séries temporelles réelles montrent que ces méthodes gloutonnes sont plus précises que les méthodes sous-optimales standards et plus rapides que les algorithmes optimaux.La seconde contribution de cette thèse comprend deux algorithmes supervisés de calibration automatique. Ils utilisent tous les deux des exemples annotés, ce qui dans notre contexte correspond à des signaux segmentés. La première approche apprend le paramètre de lissage pour la détection pénalisée d’un nombre inconnu de ruptures. La seconde procédure apprend une transformation non-paramétrique de l’espace de représentation, qui améliore les performances de détection. Ces deux approches supervisées produisent des algorithmes finement calibrés, capables de reproduire la stratégie de segmentation d’un expert. Des résultats numériques montrent que les algorithmes supervisés surpassent les algorithmes non-supervisés, particulièrement dans le cas des signaux physiologiques, où la notion de rupture dépend fortement du phénomène physiologique d’intérêt.Toutes les contributions algorithmiques de cette thèse sont dans "ruptures", une librairie Python open-source, disponible en ligne. Entièrement documentée, "ruptures" dispose également une interface consistante pour toutes les méthodes
This work addresses the problem of detecting multiple change points in (univariate or multivariate) physiological signals. Well-known examples of such signals include electrocardiogram (ECG), electroencephalogram (EEG), inertial measurements (acceleration, angular velocities, etc.). The objective of this thesis is to provide change point detection algorithms that (i) can handle long signals, (ii) can be applied on a wide range of real-world scenarios, and (iii) can incorporate the knowledge of medical experts. In particular, a greater emphasis is placed on fully automatic procedures which can be used in daily clinical practice. To that end, robust detection methods as well as supervised calibration strategies are described, and a documented open-source Python package is released.The first contribution of this thesis is a sub-optimal change point detection algorithm that can accommodate time complexity constraints while retaining most of the robustness of optimal procedures. This algorithm is sequential and alternates between the two following steps: a change point is estimated then its contribution to the signal is projected out. In the context of mean-shifts, asymptotic consistency of estimated change points is obtained. We prove that this greedy strategy can easily be extended to other types of changes, by using reproducing kernel Hilbert spaces. Thanks this novel approach, physiological signals can be handled without making assumption of the generative model of the data. Experiments on real-world signals show that those approaches are more accurate than standard sub-optimal algorithms and faster than optimal algorithms.The second contribution of this thesis consists in two supervised algorithms for automatic calibration. Both rely on labeled examples, which in our context, consist in segmented signals. The first approach learns the smoothing parameter for the penalized detection of an unknown number of changes. The second procedure learns a non-parametric transformation of the representation space, that improves detection performance. Both supervised procedures yield finely tuned detection algorithms that are able to replicate the segmentation strategy of an expert. Results show that those supervised algorithms outperform unsupervised algorithms, especially in the case of physiological signals, where the notion of change heavily depends on the physiological phenomenon of interest.All algorithmic contributions of this thesis can be found in ``ruptures'', an open-source Python library, available online. Thoroughly documented, ``ruptures'' also comes with a consistent interface for all methods

Il existe aujourd'hui de nombreux systèmes robotiques commerciaux pour l'assistance au geste chirurgical. Les interventions d'orthopédie, de neurologie, de chirurgie laparoscopique ou cardiaque peuvent désormais être assistées par des systèmes mécaniques et informatiques. Depuis les premiers robots d'aide au geste chirurgical dérivés des robots industriels, aux robots actuels, l'objectif est de développer des systèmes d'aide aux gestes médicaux et chirurgicaux qui apportent des bénéfices importants au chirurgien et au patient. Dans ce contexte, ce travail de thèse s'intéresse plus particulièrement à l'aide au geste chirurgical en chirurgie mini-invasive robotisée. La problématique abordée est de permettre à un robot chirurgical de compenser mécaniquement les mouvements physiologiques de l'organe ou du tissu opéré, afin de proposer au chirurgien une zone de travail virtuellement immobile. En effet, ces mouvements sont des perturbations pour le chirurgien qui télé-manipule un robot, car il doit les compenser lui-même à chaque fois qu'une tâche précise est requise à la surface d'un organe ou d'un tissu, en les accompagnant manuellement quand c'est possible. Ceci limite aujourd'hui le développement, entre autres, des opérations à coeur battant. L'objectif est de proposer un système de commande qui permette au robot de se déplacer de façon synchronisée avec l'organe et d'accompagner ainsi son mouvement. Ce travail se restreint aux mouvements physiologiques dus à la respiration et aux battements du coeur. Ceux-ci sont périodiques avec une période qui ne varie pas pendant l'intervention. Le principe utilisé pour commander le déplacement du robot est celui de l'asservissement visuel direct rapide, où les images d'une caméra d'observation endoscopique sont traitées en temps réel, avec une cadence d'asservissement jusqu'à 500 images par seconde. Le robot est commandé à l'aide de lois de commande prédictives dans lesquelles des modèles internes simples du robot et des mouvements à filtrer sont inclus. Les développements présentés dans cette thèse sont illustrés par deux ensembles de résultats, pour la compensation des mouvements respiratoires du foie d'une part, et le suivi du coeur battant d'autre part. Des dispositifs expérimentaux ont été mis en place autour d'un robot médical Aesop (Computer Motion, USA) et un prototype de robot chirurgical de la société Sinters de Toulouse. Des expériences de laboratoire et des tests in vivo en conditions chirurgicales réelles ont été réalisés.

L'imagerie par résonance magnétique (IRM) est une technique d'imagerie médicale très riche et en plein essor. Elle permet d'obtenir de hautes résolutions temporelle et spatiale, et une très bonne caractérisation tissulaire. Malheureusement, les activités physiologiques de la circulation et de la respiration induisent des mouvements qui interfèrent avec le processus d'acquisition, assez lent, générant des artéfacts. D'un côté, l'exploration par IRM des organes thoraco-abdominaux en est perturbée, mais d'un autre côté c'est un outil non-invasif et précis d'analyse. Ainsi, nous avons montré que la course du diaphragme était de l'ordre de 1 à 2 cm dans une population de patients atteints de mucoviscidose, comme chez les sujets normaux, et légèrement plus importante en postérieur qu'en antérieur. Au cours d'une autre étude, nous avons observé que les déplacements crânio-caudaux du rein étaient aussi importants chez le nourrisson que chez l'adulte, avec des conséquences en imagerie fonctionnelle. Les méthodes gestion de ces mouvements, comme l'apnée ou la synchronisation sur des capteurs externes ou internes, restent cependant imparfaites. Nous montrons comment améliorer la qualité des images pulmonaires chez les patients atteints de mucoviscidose par une technique de double synchronisation cardiaque et respiratoire développée au laboratoire, et comment nous avons pu réaliser des séquences de ciné-cardiaque de haute qualité en respiration libre par utilisation de l'algorithme GRICS. Enfin, nous présentons plusieurs études portant sur l'analyse cinétique des traceurs, illustrant les contraintes particulières à cette situation, et posons les conditions d'un recalage efficient
Magnetic Resonance Imaging (MRI) has become a major medical Imaging technique thanks to high temporal and spatial resolution, as well as to its abilities to distinguish between tissues. On one hand, MRI examinations of thoracic and abdomino-pelvic organs are compromised by the motions induced by circulation and respiration, but on the other hand, MRI is a non-invasive and precise tool to study these displacements. We have shown, in a group of patients with cystic fibrosis (CF), that the diaphragmatic course was around 1 to 2cm, as it is in normal subjects. In another study, we have found that motions of the kidney was in the same range in infants and in adults, despite the difference in the size of this organ; this is a major cause of error when performing functional analysis. Managing these motions is based upon breath holding and synchronization, both remaining imperfect. Thus, we showed how an in-lab dual synchronization, both cardiac and respiratory, improved quality of lung images in the patients with CF, and how we managed realizing high quality cardiac cine-MRI using the GRICS algorithm. At last, we discuss the specific difficulties of kinetic imaging of contrast agents through a few studies, and explain the bases of an efficient registration method

L'interferometrie differentielle d'images sar (synthetic aperture radar ou radar a synthese d'ouverture) permet d'obtenir le champ continu des deformations de surface avec une resolution spatiale metrique et une precision centimetrique. Apres avoir rappele les specificites de l'imagerie radar, les principes de l'interferometrie differentielle sont exposes. Puis les differents modules constituant une chaine complete de traitement interferometrique implantee sur un calculateur massivement parallele (cm-5) sont detailles. Dans une seconde partie les techniques de detection et d'elimination des differentes perturbations affectant un interferogramme differentiel sont etudiees. Les perturbations dues a la technique interferometrique, d'origines instrumentale, atmospherique et liee aux caracteristiques du site considere (seuil de detection, gradient de deformation limite, role de la stabilite de l'etat de surface et du relief) sont ainsi analysees. Le potentiel et les limitations de l'interferometrie differentielle sont ensuite estimes a partir d'analyses thematiques realisees sur des sites aux caracteristiques variees tant sur le plan de la cinematique et de l'extension de la deformation observee que sur le contexte geographique et climatique de la region. Les differentes analyses realisees concernent : le seisme de grevena (grece centrale), le glissement de terrain de saint-etienne de tinee (france), le suivi pluriannuel des subsidences associees a l'exploitation miniere souterraine de gardanne (france), pour lequel les mesures interferometriques ont ete validees a partir de mesures de nivellement et confrontee avec les donnees micro-sismiques. Enfin les deformations associees aux coulees recentes de l'etna (italie) ainsi que les deformations globales de cet edifice au cours de l'eruption de 1991-93 apres correction des perturbations atmospheriques ont egalement ete analysees. Enfin, une derniere partie redigee sous forme de guide methodologique reprend les principaux enseignements de la these afin d'optimiser les chances de reussite de toute etude interferometrique.

La chirurgie abdominale par voie transluminale est une approche révolutionnaire qui consiste à introduire les instruments dans la cavité abdominale par un orifice naturel du patient (tel que la bouche, l'anus, le vagin ou l'urètre). Cette nouvelle technique chirurgicale porte la dénomination NOTES (Natural Orifice Transluminal Endoscopic Surgery) dans la littérature médicale. Les gastroscopes utilisés aujourd'hui pour effectuer les opérations ont une partie distale active orientable selon deux directions orthogonales à l'aide de deux molettes présentes sur la poignée et offre un retour visuel par la caméra embarquée dans l'extrémité distale de l'endoscope. L'interface de commande peu intuitive et les informations visuelles limitées font du gastroscope un outil difficile à manier. Afin d'apporter une assistance robotique aux praticiens lors d'interventions transluminales, nous avons développé un système de positionnement automatique de la tête flexible de l'endoscope. L'objectif est de réaliser une liaison virtuelle entre la tête et une structure anatomique d'intérêt malgré les mouvements physiologiques, l'interaction des instruments avec l'environnement et le mouvement d'enfoncement manuel de l'endoscope. Ce système s'appuie sur la motorisation d'un endoscope flexible classique, où nous avons remplacé les molettes de la poignée par deux moteurs pour permettre la commande numérique des deux degrés de liberté de la tête flexible. La liaison virtuelle « tête-structure anatomique » est alors réalisée sur la base d'un schéma d'asservissement visuel 2D
Transluminal surgery, also called NOTES (Natural Orifice Transluminal Endoscopic Surgery), consists of accessing the peritoneal cavity by passing through a natural orifice and then to make an opening in an inner wall to accomplish treatments. Conventional flexible endoscopes used nowadays to perform these procedures have a distal bending tip controlled by two navigation wheels located on the handle. They also provide a visual feedback from an optical system (CCD camera) embedded at the tip of the endoscope. These tools are quite awkward for the surgeons as the control interface is non intuitive and the visibility is poor. In order to supply a robotic assistance to the praticians during flexible endoscopy interventions, we have developed an automated positioning system of the endoscope tip. The objective is to realize a virtual link between the tip of the endoscope and an anatomical target despite the physiological motions, the interaction of the instruments with the environment and the manually controlled forward/backward motion of the endoscope. The pratician can thereby focus on the manipulation of the endoscopic tools while the bending section compensate the occurring disturbances. The virtual link between the tip and the anatomical target is performed using a 2D visual servoing scheme in association with the selection of relevant visual features

L'hypovigilance correspond à la transition entre la veille et le sommeil durant laquelle l'organisme voit ses facultés d'observation et d'analyse fortement réduites. Elle est responsable de nombreux accidents sur la route. Le but de cette thèse est de proposer un système de détection de cette phase accidentogène à partir de l'analyse conjointe de l'activité cérébrale (électroencéphalogramme ou EEG) et d'une vidéo du conducteur. Dans un premier temps, une méthode non-supervisée de détection d'hypovigilance fonctionnant à l'aide d'un unique canal EEG a été proposée. Cette méthode, qui met en oeuvre différentes techniques de traitement du signal et de diagnostic, obtient de bonnes performances sur un ensemble de conducteurs, sans qu'il soit nécessaire de régler de paramètres. Dans un deuxième temps, nous nous sommes intéressés à la caractérisation des signes visuels de l'hypovigilance par une analyse vidéo des clignements. Une comparaison entre l'approche vidéo développée et l'approche traditionnelle par électro-oculogramme (EOG) a permis d'étudier dans quelle mesure la vidéo peut remplacer l'EOG pour la caractérisation des clignements. Elle a également permis de souligner la nécessité d'utiliser d'une caméra rapide (pouvant aller jusqu'à 200fps) pour caractériser les clignements. Un algorithme de détection d'hypovigilance à partir de la caractérisation vidéo des clignements a ainsi été développé. Pour finir, un algorithme de détection d'hypovigilance fusionnant, à l'aide de logique floue, les informations obtenues par les approches physiologique et vidéo est présenté. Toutes ces méthodes ont été testées et validées sur une base de données conséquente de conduite en état d'hypovigilance, la base de données ayant été expertisée par un spécialiste
Drowsiness is the transition between the awake state and sleep where one's abilities to observe and analyse are strongly reduced. So, drowsiness is responsible for a huge number of road accidents. A drowsiness detection system is presented in this PhD. This system uses both driver's brain activity (through electroencephalogram or EEG) and driver's video analysis to detect drowsiness. A non-supervised method using a single EEG channel is first proposed. Several techniques of diagnostic and signal processing are used in this method. The method obtains good results on a large number of different drivers without tuning any parameters. Drowsiness visual indicatiors have also been studied thanks to a video analysis. The proposed video analysis has been compared to the traditional electro-oculogram (EOG) approach to study the relevance of the video analysis. This comparison highlights the need of a high frame rate camera (which frame rate can reach 200fps) for blinks characterisation. This study leads to drowsiness detection system based on blinks video characterisation. Both EEG and video methods are at last been merged using fuzzy logic to obtain a 2-levels drowsiness detection system. All these methods have been tested and validated on a consistent database of twenty different drivers which was evaluated by a specialist doctor

L'hypovigilance correspond à la transition entre la veille et le sommeil durant laquelle l'organisme voit ses facultés d'observation et d'analyse fortement réduites. Elle est responsable de nombreux accidents sur la route. Le but de cette thèse est de proposer un système de détection de cette phase accidentogène à partir de l'analyse conjointe de l'activité cérébrale (électroencéphalogramme ou EEG) et d'une vidéo du conducteur. Dans un premier temps, une méthode non-supervisée de détection d'hypovigilance fonctionnant à l'aide d'un unique canal EEG a été proposée. Cette méthode, qui met en oeuvre différentes techniques de traitement du signal et de diagnostic, obtient de bonnes performances sur un ensemble de conducteurs, sans qu'il soit nécessaire de régler de paramètres. Dans un deuxième temps, nous nous sommes intéressés à la caractérisation des signes visuels de l'hypovigilance par une analyse vidéo des clignements. Une comparaison entre l'approche vidéo développée et l'approche traditionnelle par électro-oculogramme (EOG) a permis d'étudier dans quelle mesure la vidéo peut remplacer l'EOG pour la caractérisation des clignements. Elle a également permis de souligner la nécessité d'utiliser d'une caméra rapide (pouvant aller jusqu'à 200fps) pour caractériser les clignements. Un algorithme de détection d'hypovigilance à partir de la caractérisation vidéo des clignements a ainsi été développé. Pour finir, un algorithme de détection d'hypovigilance fusionnant, à l'aide de logique floue, les informations obtenues par les approches physiologique et vidéo est présenté. Toutes ces méthodes ont été testées et validées sur une base de données conséquente de conduite en état d'hypovigilance, la base de données ayant été expertisée par un spécialiste.

Une chaîne de traitement a été mise en place permettant de reproduire des mouvements physiologiques afin d’en étudier l’influence et tester les solutions pour y pallier. Une méthodologie originale, basée sur des acquisitions échographiques « Doppler Tissue Imaging », a permis de quantifier les mouvements tridimensionnels de contraction cardiaque. Ces données ont alors servi à optimiser le placement des fenêtres temporelles d’acquisition/reconstruction, à quantifier la résolution temporelle minimum pour geler le mouvement cardiaque le long de son cycle et de données d’entrées de commande d’une plateforme de mouvement et pour un simulateur informatique. Une étude dynamique menée sur des modélisations de calcifications d’artère coronaire a montré l’influence du mouvement respiratoire et la nécessité de l’intégrer dans le processus d’acquisition. Des premiers algorithmes d’estimation et de correction du mouvement ont également été testés sur des données brutes réelles et simulées
The new idea presented in this work takes into account patient motion in the acquisition and reconstruction processes. For this work, the complete acquisition system has been developed in order to reproduce physiologic motion, analyse their effect and propose correction methods to reduce image artefacts. A new methodology based on Doppler Tissue Imaging was used to find the motion in three dimensions of several coronary artery segments. Based on these data, optimal temporal windows were defined for reconstruction and an analysis of the ideal temporal window in the heart cycle was proposed. Both motion models were then used the control of a motion platform and as input for computer simulations. A first analysis carried on coronary calcification showed the influence of respiratory motion. Estimation and correction of motions were then performed on CT raw data and simulated motion. This works shows that it is necessary to include motion in the acquisition/reconstruction algorithms in CT

Les glissements de terrain lents sont des objets géomorphologiques qui se déplacent à des vitesses allant de mm/an à plusieurs m/an. Bien qu’ils soient trop lents pour faire des victimes, ces mouvements de terrain peuvent être précurseurs de mouvements plus rapides pouvant avoir des conséquences catastrophiques. La télédétection par satellite s’est avérée très utile pour détecter et surveiller les glissements de terrain lents dans des zones étendues et parfois éloignées. Le lancement de plusieurs générations de satellites au cours des 20 dernières années, avec de très hautes résolutions et des fréquences de revisite élevées, et le développement de techniques InSAR et de corrélation d’images appliquées à la fois aux images optiques et SAR nous ont permis de surmonter certains des défis posés par ces objets, qui sont à la fois petits et cinématiquement variables dans le temps. Ces nouvelles données et méthodes ont permis de mesurer précisément les déplacements de glissements de terrain à évolution lente avec différents objectifs : détection, surveillance, caractérisation et compréhension des processus physiques sous-jacents. Dans ce chapitre, nous passons en revue ces méthodes et leurs applications.