Tesi: "Prédiction du mouvement respiratoire"

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Li, Yang. "Patient-specific gating scheme for thoracoabdominal tumor radiotherapy guided by magnetic resonance imaging". Electronic Thesis or Diss., Université de Rennes (2023-....), 2024. http://www.theses.fr/2024URENS015.

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Abstract (sommario):

L’objectif ultime de thèse est de développer un système de synchronisation de bout en bout pour la compensation en temps réel des mouvements lors du traitement du cancer du poumon et du foie sur l’Elekta Unity. Ce système surveillera et localisera automatiquement en temps réel la position spatiale tridimensionnelle de la tumeur, et prédira sa trajectoire dans 0.5 secondes. Un signal de synchronisation sera généré pour contrôler l’activation et la désactivation du faisceau pendant la radiothérapie, réduisant ainsi l’inexactitude dans la délivrance de la dose due au mouvement respiratoire. Pour atteindre cet objectif, les étapes suivantes ont été réalisées : 1. Validation de l’efficacité de KCF dans le suivi des tumeurs en 2D sur des images en IRM cine, plus efficace et précise par rapport aux méthodes traditionnelles (TM). La précision est améliorée en calculant le centroïde des pixels, et la sélection des plans (coronales vs sagittales) pour localiser les tumeurs dans la direction SI. 2. Proposition d’un modèle C-NLSTM spécifique au patient qui combine la préformation du modèle C-NLSTM et l’optimisation de la cible pour obtenir une meilleure prédiction du mouvement de tumeurs. Le transfer learning, en utilisant efficacement le modèle préformé sur un ensemble de données limité, est une solution pertinente face au manque de données de l’Elekta Unity. Le modèle montre une performance satisfaisante dans la prédiction en temps réel pour la compensation du movement spécifique au patient. 3. Validation de la régression linéaire dans la prédiction du mouvement des organs ou des tumeurs en utilisant des images MR ciné 2D et proposition d’un schéma de prédiction en ligne pour les signaux de gating. Les signaux de gating sont déclenchés àl’aide de modèles prédictifs, prouvant son efficacité dans la MRgRT en comparant avec des modèles RNN. 4. Intégration des travaux susmentionnés, proposition d’une solution complète de compensation des mouvements respiratoires basée sur la IRM cine orthogonale. En optimisant un modèle de pavé et en explorant différents scénarios, des signaux de gating sont générés pour répondre aux besoins de traitement des différents patients. La validation par étude dosimétrique confirme que l’efficacité de la solution proposée dans la protection des organes environnants à risque. En résumé, le système proposé est robuste et fiable, réalisant une adaptation en temps réel au mouvement des tumeurs en MRgRT. Il fournit un solide soutien pour la compensation du mouvement respiratoire dans le traitement des cancers thoraciques et abdominaux, servant d’outil essentiel pour la radiothérapie de précision
The ultimate aim of this paper is to develop an end-to-end gating system for real-time motion compensation during lung cancer and liver cancer treatment on the Elekta Unity. This system will monitor and automatically locate the three-dimensional spatial position of the tumor in real-time, and predict the tumor’s motion trajectory in the Superior-Inferior (SI), Left-Right (LR), and Anterior-Posterior (AP) directions in advance. Based on the set gating rules, a unique gating signal will be generated to control the beam on and off during radiotherapy, thereby compensating for the inaccuracy of dose delivery due to respiratory motion. To achieve this goal, the following steps have been carried out : 1. We proposed a tumor tracking workflow based on KCF, addressing the issues of time consumption and accuracy in tumor tracking using 2D Cine-MRI. Firstly, we verified the efficiency and accuracy of KCF in 2D Cine-MRI tumor tracking. By calculating the centroid, we improved the situation where the fixed-size template generated errors when the tumor shape changed, thus enhancing the tracking accuracy. In particular, we focused on the tracking in the SI direction by optimizing the selection of coronal slices or sagittal slices to determine the optimal position of the tumor in the SI direction. 2. We proposed a patient-specific transfer C-NLSTM model for real-time prediction of tumor motion, addressing the issue of insufficient training data. We constructed a C-NLSTM model, and introduced transfer learning to fully leverage the rich knowledge and feature representation capabilities embedded in the pretrained model, while fine-tuning is conducted based on specific patient data to achieve high-precision prediction of tumor motion. Through this approach, the model can be trained with only two minutes of patient-specific data, effectively overcoming the challenge of data acquisition. 3. We proposed an efficient gating signal prediction method, overcoming the challenge of precise predictions in 2D Cine-MRI with limited sampling frequencies. We validated the effectiveness of linear regression for predicting internal organ or tumor motion in 2D MR cine. And we proposed an online gating signal prediction scheme based on ALR to enhance the accuracy of gating radiotherapy for liver and lung cancers. 4. We proposed an end-to-end gating system based on 2D Cine-MRI for the Elekta Unity MRgRT. It enables real-time monitoring and automatic localization of the tumor’s 3D spatial position, prediction of tumor motion in three directions, and fitting an optimal cuboid (gating threshold) for each patient based on the tumor’s motion range. Additionally, we explored various approaches to derive 3D gating signals based on tumor motion in one, two, or three directions, aiming to cater to different patient treatment needs. Finally, the results of dosimetric validation demonstrate that the proposed system can effectively enhance the protection of OAR

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Reyes, Aguirre Mauricio. "Compensation du mouvement respiratoire en tomographie d'émission". Phd thesis, Université de Nice Sophia-Antipolis, 2005. http://tel.archives-ouvertes.fr/tel-00327549.

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Abstract (sommario):

L'objectif de cette thèse sont les corrections liées aux problèmes des mouvements respiratoires en tomographie d'émission. Il a été prouve que les mouvements respiratoires produisent des images floues, ce qui affecte la détection des lésions, les diagnostics, les traitements, etc. La solution proposée a été conçue pour opérer sans aucun dispositif externe. Cette méthode présente un schéma de la correction du mouvement basée sur un modèle inclus dans la reconstruction d'image. Le modèle prend en compte les déplacements et déformations des éléments d'émissions (voxels), lequel permet de considérer les déformations non rigides produites dans le thorax pendant la respiration. De plus, le model de voxel choisit, permet une amélioration aux calculs par rapport aux méthodes classiques. Deux models d'estimation etaitent développes. Un premier model simplifie consiste a adapter un model de respiration connu sur l'anatomie du patient. Le model initial décrit a travers un champ de déplacement les déformations du poumon produit entre les états de respiration extreme.Ce champ de déplacement est ensuite adapte sur l'anatomie du patient. La deuxième méthode a été conçu pour prendre en compte le manque de robustesse provoque par l'utilisation d'un seul sujet quand on construit les champs de déplacement connus. Incorporation de la variation des sujets dans un model statistique de respiration a été développe. La méthodologie a été développe dans un cadre de reconstruction d'image 3D et a été teste avec des données simules et réels.

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Dermy, Oriane. "Prédiction du mouvement humain pour la robotique collaborative : du geste accompagné au mouvement corps entier". Thesis, Université de Lorraine, 2018. http://www.theses.fr/2018LORR0227/document.

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Abstract (sommario):

Cette thèse se situe à l’intersection de l’apprentissage automatique et de la robotique humanoïde, dans le domaine de la robotique collaborative. Elle se focalise sur les interactions non verbales humain-robot, en particulier sur l’interaction gestuelle. La prédiction de l’intention, la compréhension et la reproduction de gestes sont les questions centrales de cette thèse. Dans un premier temps, le robot apprend des gestes par démonstration : un utilisateur prend le bras du robot et lui fait réaliser les gestes à apprendre plusieurs fois. Le robot doit alors reproduire ces différents mouvements tout en les généralisant pour les adapter au contexte. Pour cela, à l’aide de ses capteurs proprioceptifs, il interprète les signaux perçus pour comprendre le mouvement guidé par l’utilisateur, afin de pouvoir en générer des similaires. Dans un second temps, le robot apprend à reconnaître l’intention de l’humain avec lequel il interagit, à partir des gestes que ce dernier initie. Le robot produit ensuite des gestes adaptés à la situation et correspondant aux attentes de l’utilisateur. Cela nécessite que le robot comprenne la gestuelle de l’utilisateur. Pour cela, différentes modalités perceptives ont été explorées. À l’aide de capteurs proprioceptifs, le robot ressent les gestes de l’utilisateur au travers de son propre corps : il s’agit alors d’interaction physique humain-robot. À l’aide de capteurs visuels, le robot interprète le mouvement de la tête de l’utilisateur. Enfin, à l’aide de capteurs externes, le robot reconnaît et prédit le mouvement corps entier de l’utilisateur. Dans ce dernier cas, l’utilisateur porte lui-même des capteurs (vêtement X-Sens) qui transmettent sa posture au robot. De plus, le couplage de ces modalités a été étudié. D’un point de vue méthodologique, nous nous sommes focalisés sur les questions d’apprentissage et de reconnaissance de gestes. Une première approche permet de modéliser statistiquement des primitives de mouvements representant les gestes : les ProMPs. La seconde, ajoute à la première du Deep Learning, par l’utilisation d’auto-encodeurs, afin de modéliser des gestes corps entier contenant beaucoup d’informations, tout en permettant une prédiction en temps réel mou. Différents enjeux ont notamment été pris en compte, concernant la prédiction des durées des trajectoires, la réduction de la charge cognitive et motrice imposée à l’utilisateur, le besoin de rapidité (temps réel mou) et de précision dans les prédictions
This thesis lies at the intersection between machine learning and humanoid robotics, under the theme of human-robot interaction and within the cobotics (collaborative robotics) field. It focuses on prediction for non-verbal human-robot interactions, with an emphasis on gestural interaction. The prediction of the intention, understanding, and reproduction of gestures are therefore central topics of this thesis. First, the robots learn gestures by demonstration: a user grabs its arm and makes it perform the gestures to be learned several times. The robot must then be able to reproduce these different movements while generalizing them to adapt them to the situation. To do so, using its proprioceptive sensors, it interprets the perceived signals to understand the user's movement in order to generate similar ones later on. Second, the robot learns to recognize the intention of the human partner based on the gestures that the human initiates. The robot can then perform gestures adapted to the situation and corresponding to the user’s expectations. This requires the robot to understand the user’s gestures. To this end, different perceptual modalities have been explored. Using proprioceptive sensors, the robot feels the user’s gestures through its own body: it is then a question of physical human-robot interaction. Using visual sensors, the robot interprets the movement of the user’s head. Finally, using external sensors, the robot recognizes and predicts the user’s whole body movement. In that case, the user wears sensors (in our case, a wearable motion tracking suit by XSens) that transmit his posture to the robot. In addition, the coupling of these modalities was studied. From a methodological point of view, the learning and the recognition of time series (gestures) have been central to this thesis. In that aspect, two approaches have been developed. The first is based on the statistical modeling of movement primitives (corresponding to gestures) : ProMPs. The second adds Deep Learning to the first one, by using auto-encoders in order to model whole-body gestures containing a lot of information while allowing a prediction in soft real time. Various issues were taken into account during this thesis regarding the creation and development of our methods. These issues revolve around: the prediction of trajectory durations, the reduction of the cognitive and motor load imposed on the user, the need for speed (soft real-time) and accuracy in predictions

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Dermy, Oriane. "Prédiction du mouvement humain pour la robotique collaborative : du geste accompagné au mouvement corps entier". Electronic Thesis or Diss., Université de Lorraine, 2018. http://www.theses.fr/2018LORR0227.

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Abstract (sommario):

Cette thèse se situe à l’intersection de l’apprentissage automatique et de la robotique humanoïde, dans le domaine de la robotique collaborative. Elle se focalise sur les interactions non verbales humain-robot, en particulier sur l’interaction gestuelle. La prédiction de l’intention, la compréhension et la reproduction de gestes sont les questions centrales de cette thèse. Dans un premier temps, le robot apprend des gestes par démonstration : un utilisateur prend le bras du robot et lui fait réaliser les gestes à apprendre plusieurs fois. Le robot doit alors reproduire ces différents mouvements tout en les généralisant pour les adapter au contexte. Pour cela, à l’aide de ses capteurs proprioceptifs, il interprète les signaux perçus pour comprendre le mouvement guidé par l’utilisateur, afin de pouvoir en générer des similaires. Dans un second temps, le robot apprend à reconnaître l’intention de l’humain avec lequel il interagit, à partir des gestes que ce dernier initie. Le robot produit ensuite des gestes adaptés à la situation et correspondant aux attentes de l’utilisateur. Cela nécessite que le robot comprenne la gestuelle de l’utilisateur. Pour cela, différentes modalités perceptives ont été explorées. À l’aide de capteurs proprioceptifs, le robot ressent les gestes de l’utilisateur au travers de son propre corps : il s’agit alors d’interaction physique humain-robot. À l’aide de capteurs visuels, le robot interprète le mouvement de la tête de l’utilisateur. Enfin, à l’aide de capteurs externes, le robot reconnaît et prédit le mouvement corps entier de l’utilisateur. Dans ce dernier cas, l’utilisateur porte lui-même des capteurs (vêtement X-Sens) qui transmettent sa posture au robot. De plus, le couplage de ces modalités a été étudié. D’un point de vue méthodologique, nous nous sommes focalisés sur les questions d’apprentissage et de reconnaissance de gestes. Une première approche permet de modéliser statistiquement des primitives de mouvements representant les gestes : les ProMPs. La seconde, ajoute à la première du Deep Learning, par l’utilisation d’auto-encodeurs, afin de modéliser des gestes corps entier contenant beaucoup d’informations, tout en permettant une prédiction en temps réel mou. Différents enjeux ont notamment été pris en compte, concernant la prédiction des durées des trajectoires, la réduction de la charge cognitive et motrice imposée à l’utilisateur, le besoin de rapidité (temps réel mou) et de précision dans les prédictions
This thesis lies at the intersection between machine learning and humanoid robotics, under the theme of human-robot interaction and within the cobotics (collaborative robotics) field. It focuses on prediction for non-verbal human-robot interactions, with an emphasis on gestural interaction. The prediction of the intention, understanding, and reproduction of gestures are therefore central topics of this thesis. First, the robots learn gestures by demonstration: a user grabs its arm and makes it perform the gestures to be learned several times. The robot must then be able to reproduce these different movements while generalizing them to adapt them to the situation. To do so, using its proprioceptive sensors, it interprets the perceived signals to understand the user's movement in order to generate similar ones later on. Second, the robot learns to recognize the intention of the human partner based on the gestures that the human initiates. The robot can then perform gestures adapted to the situation and corresponding to the user’s expectations. This requires the robot to understand the user’s gestures. To this end, different perceptual modalities have been explored. Using proprioceptive sensors, the robot feels the user’s gestures through its own body: it is then a question of physical human-robot interaction. Using visual sensors, the robot interprets the movement of the user’s head. Finally, using external sensors, the robot recognizes and predicts the user’s whole body movement. In that case, the user wears sensors (in our case, a wearable motion tracking suit by XSens) that transmit his posture to the robot. In addition, the coupling of these modalities was studied. From a methodological point of view, the learning and the recognition of time series (gestures) have been central to this thesis. In that aspect, two approaches have been developed. The first is based on the statistical modeling of movement primitives (corresponding to gestures) : ProMPs. The second adds Deep Learning to the first one, by using auto-encoders in order to model whole-body gestures containing a lot of information while allowing a prediction in soft real time. Various issues were taken into account during this thesis regarding the creation and development of our methods. These issues revolve around: the prediction of trajectory durations, the reduction of the cognitive and motor load imposed on the user, the need for speed (soft real-time) and accuracy in predictions

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Ouksili, Zehor. "Compensation du mouvement respiratoire dans les images TEP/TDM thoraciques". Thesis, Toulouse, INPT, 2010. http://www.theses.fr/2010INPT0025/document.

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Abstract (sommario):

Cette thèse traite du mouvement respiratoire dans l'imagerie TEP/TDM. L'imagerie TEP est une modalité à exposition longue très influencée par les mouvements involontaires du patient. Ces mouvements produisent des artéfacts dont les conséquences sont sérieuses pour le diagnostic car les tumeurs paraissent plus larges et moins actives. Cette thèse contribue à la résolution de ce problème. En plus de proposer l'architecture d'un système d'acquisition TEP/TDM synchronisée à la respiration, on y développe trois méthodes de traitement de signal et d'images qui peuvent être appliquées pour résoudre différents sous-problèmes: Une méthode originale de segmentation et caractérisation du signal respiratoire pour découvrir les patterns respiratoires "normaux" du patient, une méthode de reconstruction TDM-4D qui permet d'obtenir des images anatomiques du corps à chaque niveau respiratoire désiré et un algorithme itératif amélioré pour reconstruire des images TEP-4D compensées en mouvement respiratoire. Toutes ces méthodes et algorithmes ont été validés et testés sur des données simulées, des données de fantômes, et des données réelles de patients
This thesis deals with respiratory motion in PET/CT images. It is well known that PET is a modality that requires a long exposure time. During this time, patients moves and breath. These motions produce undesirable artefacts that alter seriously the images and their precision. This has important consequences when diagnosing thoracic, and particularly pulmonary, cancer. Tumours appear larger than they really are and their activity is weaker. This thesis proposes to contribute to solving these problems.We propose the architecture of an integrated PET/CT acquisition system synchronized to respiration. We also develop signal and image processing methods that can be applied to eliminating respiratory artefacts in CT and PET images. The thesis brings three main contributions : An original respiratory signal segmentation and characterization to detect "normal" respiratory patterns, a 4D-CT reconstruction method that creates 3D images of the whole body for any respiratory level and an enhanced iterative algorithm for reconstructing 4D-PET images without respiratory artefacts. The developed methods have validated and tested on simulated, phantom and real patients' data

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Rit, Simon Miguet Serge Sarrut David. "Prise en compte du mouvement respiratoire pour la reconstruction d'images tomodensitométriques". Lyon : Université Lumière Lyon 2, 2007. http://theses.univ-lyon2.fr/sdx/theses/lyon2/2007/rit_s.

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Grezes-Besset, Louise. "Détection et analyse du mouvement respiratoire à partir d'images fluoroscopiques en radiothérapie". Phd thesis, INSA de Lyon, 2011. http://tel.archives-ouvertes.fr/tel-00735816.

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Abstract (sommario):

Le principe de la radiothérapie est de délivrer le maximum de dose de rayons X à la tumeur en épargnant au mieux les tissus sains environnants. Dans le cas du cancer du poumon, les mouvements respiratoires représentent une difficulté majeure. L'imagerie tomodensitométrique (TDM) 4D fournit des informations de mouvement spécifique à chaque patient qui peuvent servir de base pour la construction de modèles de mouvement respiratoire. La disponibilité dans les salles de traitement d'imageurs tomographiques embarqués sur les accélérateurs linéaires permet une estimation direct du mouvement et offre des informations plus précises. Un tel système d'imagerie permet entre-autre d'acquérir des images fluoroscopiques : ensemble de projections radiographiques 2D acquises au cours du temps et sous le même angle de vue. Notre approche s'intègre dans des systèmes de synchronisation de l'irradiation avec la respiration. Actuellement, cette technique existe en utilisant pour signal de synchronisation soit un signal externe, soit un signal interne issu du mouvement de marqueurs implantés autour de la tumeur. Notre approche permet d'obtenir un signal de synchronisation obtenu à partir de données internes sans marqueurs implantés. Dans ce cadre, nous avons expérimenté, développé puis évalué 3 méthodes de détection du mouvement à partir de séquences fluoroscopiques. Ces méthodes sont basées respectivement sur la variation de l'intensité, l'extraction de la hauteur du diaphragme et le suivi de blocst. A partir d'un algorithme de mise en correspondance de blocs, nous avons étudié l'homogénéité du mouvement apparent et déterminé, sans a priori géométrique, des régions où le mouvement est uniforme. Nous avons ensuite étudié la corrélation entre le signal interne extrait sur des séquences fluoroscopiques, et un signal extrait d'une vidéo-caméra synchronisée aux séquences fluoroscopiques assimilable à un signal externe. Dans une dernière partie, nous proposons d'estimer le mouvement 3D de la tumeur à partir d'un modèle de mouvement a priori élaboré dans une étape de pré-traitement à l'aide d'images TDM 4D et du signal respiratoire acquis dans la salle de traitement. L'intérêt de notre approche est qu'elle ne nécessite pas de marqueurs implantés ce qui la rend moins invasive que de nombreuses autres techniques. D'autre part, nous proposons un suivi 2D donc potentiellement rapide, mais basé sur un modèle 3D sous-jacent permettant ainsi de retrouver le maximum d'information. Cliniquement, notre approche permettrait de réaliser une adaptation quotidienne aux mouvements inter-sessions. Une des limites de notre approche est qu'elle nécessite une prise d'images ionisantes en continue. Un système hybride basée sur la combinaison d'un signal interne et d'un signal externe permettrait de limiter la dose additionnelle. Des efforts supplémentaires sur la réduction du temps de calcul sont encore nécessaires pour espérer guider un traitement par une telle approche.

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Wallach, Daphné. "Compensation du mouvement respiratoire en TEP/TDM à l'aide de la super-résolution". Phd thesis, Université de Bretagne occidentale - Brest, 2011. http://tel.archives-ouvertes.fr/tel-00714263.

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Abstract (sommario):

La tomographie par émission de positons (TEP) est une modalité d'imagerie fonctionnelle incontournable pour le diagnostic et le suivi thérapeutique en oncologie. De nouvelles applications telles que la radiothérapie guidée par l'imagerie fonctionnelle sont en cours d'investigation. Les images TEP souffrent toutefois d'une faible résolution spatiale, encore dégradée par les effets du mouvement respiratoire du patient dans le thorax et l'abdomen. La grande majorité des solutions proposées pour la correction de ce mouvement respiratoire reposent sur l'enregistrement du signal respiratoire pendant l'acquisition TEP et de la synchronisation de l'acquisition avec ce signal respiratoire. Les données peuvent ainsi être séparées selon la partie du cycle respiratoire pendant laquelle elles ont été acquises. Les données correspondant à une même position peuvent ensuite être sommées et reconstruites. Les images résultantes sont cependant de qualité réduite, car elles ne contiennent qu'une portion de l'information. Il est donc nécessaire de les combiner. Les solutions disponibles actuellement proposent de recaler et sommer les données synchronisées, avant, pendant, ou après leur reconstruction, ce qui produit une image sans mouvement de qualité proche de celle qui aurait pu être obtenue en l'absence de mouvement respiratoire. La super-résolution vise à améliorer la résolution d'une image appartenant à une séquence d'images représentant différentes vues de la même scène. Elle exploite le mouvement présent dans cette séquence afin d'obtenir une image d'une résolution supérieure à celle permise par le système d'imagerie et ne contenant pas de recouvrement de spectre. Le but de cette thèse est d'appliquer une telle technique pour compenser le mouvement respiratoire. Nous avons d'abord appliqué un algorithme de super-résolution déjà existant à une séquence d'images TEP synchronisées avec la respiration, ce qui représente une application inédite. Cette technique permet de corriger efficacement les effets du mouvement respiratoire. Les méthodes de correction du mouvement respiratoire sont souvent plus performantes lorsqu'elles sont incorporées à la reconstruction plutôt qu'appliquées aux images reconstruites. C'est pourquoi nous avons ensuite développé de nouveaux algorithmes de reconstruction TEP incorporant la super-résolution. Les images ainsi reconstruites sont de meilleure qualité que celles corrigées par super-résolution après reconstruction. Enfin, nous avons montré que la correction du mouvement respiratoire par super-résolution permet une précision accrue dans la planification du traitement par radiothérapie.

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Tawileh, Mark Georges. "Développement d’une méthode optimale pour la synchronisation au mouvement respiratoire en médecine nucléaire". Electronic Thesis or Diss., Paris Est, 2009. http://www.theses.fr/2009PEST0078.

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Abstract (sommario):

Traditionnellement, les examens de médecine nucléaire sont réalisés sans prendre en compte le mouvement respiratoire. Or, ce dernier est responsable de l’introduction de flou dans les images acquises. Nous démontrons que ce flou est d’autant plus important que le mouvement respiratoire est ample et que la résolution spatiale du système d’imagerie est élevée. Ceci devient particulièrement critique quand l’amplitude du mouvement respiratoire devient supérieure à la FWHM (Largeur à mi-hauteur) intrinsèque du système d’imagerie. Ainsi, la résolution globale du système (intégrant la résolution intrinsèque et le mouvement respiratoire) devient alors plus déterminée par l’amplitude du mouvement respiratoire que par la FWHM intrinsèque du système d’imagerie. Les récentes évolutions technologiques en médecine nucléaire se traduisent par une nette amélioration de la résolution spatiale de la TEMP et la TEP pouvant aller jusqu’à une FWHM de 5 mm et 4 mm respectivement. Celles-ci sont nettement inférieures à l’amplitude du mouvement respiratoire des organes thoraco-abdominaux qui est souvent supérieure à 10 mm selon la méta-analyse que nous rapportons. D’où la nécessité de prendre en compte le mouvement respiratoire afin de tirer le maximum de bénéfice de cette amélioration de la résolution spatiale. Nous développons un système vidéo de détection du mouvement respiratoire et une méthode basée sur le traitement des images dynamiques acquises. Nous étudions leurs performances et nous les comparons à celles d’une ceinture pneumatique. Nous présentons les résultats préliminaires d’une étude visant à comparer les performances de ces trois méthodes dans le cas de la scintigraphie myocardique de perfusion
Traditionally, nuclear medicine exams are carried out without taking respiratory motion into account. However, respiratory motion introduces blur into the images. We demonstrate that the amount of blur is positively related to the amplitude of respiratory motion and the spatial resolution of the imaging system. This becomes critical when the amplitude of respiratory movement becomes greater than the effective FWHM (full width half maximum) of the imaging system. In this situation, the global resolution of the system (integrating the effective resolution and the respiratory motion) is determined more by the amplitude of respiratory motion than by the effective FWHM of the imaging system. Recent technological advances in nuclear medicine have greatly improved the spatial resolution of SPECT and PET, allowing an FWHM up to 5 mm and 4 mm respectively. This is much lower than the amplitude of motion of the thoraco-abdominal organs which can be over 10 mm according to our meta-analysis. It is therefore necessary to account for respiratory motion in order to take full advantage of these improvements in spatial resolution. We have developed a video based motion tracking system of respiratory motion and a method based on processing of acquired dynamic images. We evaluated the performance of each and compared them with the performance of a pneumatic belt. We present the preliminary results of a comparison of these three methods during myocardial perfusion SPECT

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Lamare, Frédéric. "Correction des effets du mouvement respiratoire en 4D TEP/TDM pour des applications oncologiques". Brest, 2007. http://www.theses.fr/2007BRES3209.

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Abstract (sommario):

L’objectif de cette thèse est de développer un algorithme de reconstruction 3D+t exploitant l’ensemble des contraintes spatio-temporelles connues sur le mouvement respiratoire pour aboutir à une image reconstruite en utilisant toute la statistique, compensée du mouvement respiratoire. Dans toute cette étude, les données d’émission au format list-mode ont été reconstruites en utilisant l’algorithme itératif OPL-EM (« One Pass List-Mode EM »). Deux méthodologies ont été étudiées basées sur des corrections affine ou élastique. Pour chacune des méthodes, les paramètres de transformation ont été calculés à partir des séries dynamiques TDM ou TEP reconstruites avec et sans correction d’atténuation, et appliqués ensuite directement aux données d’émission list-mode, ou intégrés pendant le processus de reconstruction. Pour évaluer les méthodes développées des simulations Monte-Carlo ont dans un premier temps été effectuées, basées sur le fantôme dynamique NCAT qui permet de modéliser le mouvement respiratoire. La phase finale de l’évaluation a reposé sur l’analyse d’acquisitions multi-modales réelles réalisées chez des patients. Les résultats de ce travail démontrent que les deux types de corrections envisagées, affine ou élastique, conduisent à d’importantes améliorations suite à la correction du mouvement respiratoire dans le champ de vue pulmonaire. Cependant, cette étude a permis de démontrer que la méthode de correction basée sur une transformation élastique permet d’obtenir une amélioration plus uniforme dans tout le champ de vue quelque soit la partie des poumons considérée
The objective of this thesis s to develop a 3D+t reconstruction algorithm taking advantage of ail the spatiotemporal known about the respiratory movement in order to produce a reconstructed image compensated from the respiratory motion using ail the statistics. In ail this study, List-mode raw emission data were reconstructed using the iterative OPL-EM algorithm (“One Pass List Mode-EM). For both proposed methodologies based on affine or elastic correction methodologies, the transformation parameters were calculated from dynamic CT or PET images reconstructed with and without attenuation correction and were subsequently applied directly to the list-mode emission data or integrated during the reconstruction process. Three different ways to incorporate the elastic transformations matrices during the QPL-EM reconstruction algorithm have been developed and evaluated. To evaluate the developed methodologies Monte-Carlo simulations based on the dynamic NCAT phantom, including a breathing movement, have in the first instance been performed. The final phase of the evaluation was based on an analysis of actual multi-modality clinical cases. The results of this work show that the two types of proposed corrections, affine or elastic, lead to significant improvements as a result of the breathing movement compensation in the lung field of view. However, this study demonstrates that the correction method based on an elastic transformation yields a more uniform improvement in the whole field of view, whatever part of the lungs is considered

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Marache-Francisco, Simon. "Évaluation de la correction du mouvement respiratoire sur la détection des lésions en oncologie TEP". Phd thesis, INSA de Lyon, 2012. http://tel.archives-ouvertes.fr/tel-00770662.

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Abstract (sommario):

La tomographie par émission de positons (TEP) est une méthode d'imagerie clinique en forte expansion dans le domaine de l'oncologie. De nombreuses études cliniques montrent que la TEP permet, d'une part de diagnostiquer et caractériser les lésions cancéreuses à des stades plus précoces que l'imagerie anatomique conventionnelle, et d'autre part d'évaluer plus rapidement la réponse au traitement. Le raccourcissement du cycle comprenant le diagnostic, la thérapie, le suivi et la réorientation thérapeutiques contribue à augmenter le pronostic vital du patient et maîtriser les coûts de santé. La durée d'un examen TEP ne permet pas de réaliser une acquisition sous apnée. La qualité des images TEP est par conséquent affectée par les mouvements respiratoires du patient qui induisent un flou dans les images. Les effets du mouvement respiratoire sont particulièrement marqués au niveau du thorax et de l'abdomen. Plusieurs types de méthode ont été proposés pour corriger les données de ce phénomène, mais elles demeurent lourdes à mettre en place en routine clinique. Des travaux récemment publiés proposent une évaluation de ces méthodes basée sur des critères de qualité tels que le rapport signal sur bruit ou le biais. Aucune étude à ce jour n'a évalué l'impact de ces corrections sur la qualité du diagnostic clinique. Nous nous sommes focalisés sur la problématique de la détection des lésions du thorax et de l'abdomen de petit diamètre et faible contraste, qui sont les plus susceptibles de bénéficier de la correction du mouvement respiratoire en routine clinique. Nos travaux ont consisté dans un premier temps à construire une base d'images TEP qui modélisent un mouvement respiratoire non-uniforme, une variabilité inter-individuelle et contiennent un échantillonnage de lésions de taille et de contraste variable. Ce cahier des charges nous a orientés vers les méthodes de simulation Monte Carlo qui permettent de contrôler l'ensemble des paramètres influençant la formation et la qualité de l'image. Une base de 15 modèles de patient a été créée en adaptant le modèle anthropomorphique XCAT sur des images tomodensitométriques (TDM) de patients. Nous avons en parallèle développé une stratégie originale d'évaluation des performances de détection. Cette méthode comprend un système de détection des lésions automatisé basé sur l'utilisation de machines à vecteurs de support. Les performances sont mesurées par l'analyse des courbes free-receiver operating characteristics (FROC) que nous avons adaptée aux spécificités de l'imagerie TEP. L'évaluation des performances est réalisée sur deux techniques de correction du mouvement respiratoire, en les comparant avec les performances obtenues sur des images non corrigées ainsi que sur des images sans mouvement respiratoire. Les résultats obtenus sont prometteurs et montrent une réelle amélioration de la détection des lésions après correction, qui approche les performances obtenues sur les images statiques.

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Carraro, Laurent. "Questions de prédiction pour le mouvement brownien et le processus de Wiener à plusieurs paramètres". Lyon 1, 1985. http://www.theses.fr/1985LYO11660.

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Abstract (sommario):

La premiere partie est consacree a la theorie des distributions empiriques a valeurs reelles, puis vectorielles. On etudie dans la seconde partie les mouvements browniens fractionnaires d'ordre alpha a plusieurs parametres, pour lesquels une decomposition en harmoniques spheriques est explicitee. Dans la troisieme partie, on exhibe une decomposition spectrale du processus de wiener a deux parametres qui se fonde sur les invariants de ce dernier

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Salamat, Nadeem. "Modélisation des relations spatiales entre objets en mouvement". Phd thesis, Université de La Rochelle, 2011. http://tel.archives-ouvertes.fr/tel-00718399.

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Abstract (sommario):

Les relations spatiales entre les différentes régions dans une image sont utiles pour la compréhension et l'interprétation de la scène représentée. L'analyse Spatio-temporelle d'une scène implique l'intégration du temps dans des relations spatiales entre les objets en mouvement. Les relations spatio-temporelles sont définies dans un intervalle de temps utilisant la géométrie 3D ou l'extension de la géométrie 2D à la dimension temporelle. La modélisation des relations spatiales dynamiques prend en compte la position relative des objets et leurs relations directionnelles, ceci implique les relations topologiques, directionnelles et de distance. Ces relations sont étendues au domaine temporel. Dans notre travail, on décrit une méthode de combinaison d'information topologique et directionnelle où les relations d'Allen floues 1D sont appliquées au domaine spatial. La méthode proposée intègre le flou au niveau des relations. La méthode très gourmande initialement en temps de calcul en raison de l'approximation des objets ainsi qu'à l'algorithme de fuzzification des segments des sections longitudinales est améliorée en utilisant une approximation polygonale adaptée sur les objets considérés. L'algorithme du fuzzification des segments d'une section longitudinale inclut des opérateurs d'agrégation floue. Dans la méthode proposée, Les relations topologiques 2Dsont représentées par un histogramme. Les relations floues n'étant pas exhaustives, un algorithme de défuzzification des relations spatiales a été proposé pour réaliser un ensemble JEPD de relations spatiales. Cet ensemble de relations spatiales est représenté par un graphe de voisinage où chaque nœud du graphe représente la relation topologique et directionnelle. Cette méthode définit des relations spatio-temporelles en utilisant le modèle de données Espace-Temps. Un ensemble de relations spatio-temporelles est également fourni à l'aide de la stabilité topologique. Afin de valider le modèle, nous avons développé des applications fondées sur le raisonnement spatio-temporel proposé. Celui-ci a permit la création de tables de composition pour les relations spatiales topologiques structurées en sous-tables. Les entités de ces sous-tables sont liées les unes aux autres par des relations spatiales. Dans une seconde application, nous avons proposé une méthode de prédiction des évènements entre objets en mouvement fondée sur le même raisonnement spatio-temporel. Les objets en mouvement changeant de position à chaque instant, la prédiction de la nouvelle position spatiale d'un objet tient compte des états de relations spatiales calculées précédemment.

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Breuilly, Marine. "Imagerie TEMP 4D du petit animal : estimation du mouvement respiratoire et de la biodistribution de l'iode". Phd thesis, Université Nice Sophia Antipolis, 2013. http://tel.archives-ouvertes.fr/tel-00908962.

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Abstract (sommario):

L'objectif de cette thèse est d'étudier temporellement des phénomènes évolutifs à l'aide de la tomographie d'émission monophotonique (TEMP). La première partie de cette thèse traite le problème du mouvement respiratoire dans les images TEMP de souris. Nous présentons ici une méthode permettant de détecter ce mouvement respiratoire dans les images TEMP 4D, d'extraire un signal respiratoire intrinsèque, et de déterminer la phase du cycle respiratoire sans mouvement la plus large possible. Les données enregistrées durant ces phases sans mouvement sont alors utilisées pour reconstruire une seule image TEMP 3D sans artefact de mouvement par acquisition. Les images ainsi reconstruites présentent un bon compromis en terme de statistiques et de précision des mesures par rapport aux images TEMP 3D de base et TEMP 4D. Dans la deuxième partie, nous étudions la cinétique d'incorporation de l'iode dans l'estomac de souris à partir d'images TEMP 4D. Afin de comprendre le rôle biologique de cette accumulation dans l'estomac, nous avons modélisé le phénomène par une approche d'analyse compartimentale avec un modèle simplifiée à deux compartiments (paroi et cavité stomacale) et une entrée (sang). Les courbes temps-activité (TAC) de chaque compartiment sont déduites des observations et une première estimation des paramètres a été obtenue.

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COINTOT, BEATRICE. "Systeme non-invasif d'acquisition et de traitement du mouvement respiratoire pour l'etude de sa commande nerveuse". Paris 6, 1990. http://www.theses.fr/1990PA066086.

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Abstract (sommario):

Le capteur, mis au point au laboratoire de physiologie (c. H. U. Saint-antoine, paris) permet l'enregistrement des mouvements respiratoires par mesure des variations d'impedance transthoracique. Cette methode non-invasive permet des enregistrements de longue duree. Le moniteur assure: le recueil des variations d'impedance transthoracique, le filtrage des signaux non respiratoires, la numerisation du signal, le transfert des informations vers un ordinateur, la detection des arrets respiratoires. Un ensemble informatique vient completer ses possibilites. Il permet: le stockage des amplitudes et des durees de chaque phase respiratoire, la construction d'histogrammes des durees des phases respiratoires, le calcul de la frequence et de l'amplitude respiratoire moyenne par unite de temps. Nous avons montre que le systeme est fiable en ce qui concerne les periodes respiratoires mais ne peut etre considere que comme une methode semi-quantitative pour la mesure des volumes. La technique s'est averee particulierement interessante pour mettre en evidence des variations du niveau de vigilance de sujets

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Brault, Patrice. "Estimation de mouvement et segmentation d'image". Paris 11, 2005. https://tel.archives-ouvertes.fr/tel-00011310.

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Abstract (sommario):

La première partie de ce mémoire présente une nouvelle vision de l'estimation de mouvement (EM) dans les séquences vidéo. Nous abordons l'EM à partir de familles d'ondelettes redondantes peu connues et adaptées à différentes transformations, dont, plus particulièrement, la vitesse. Les standards de compression actuels prennent en compte une compression objet mais ne calculent toujours que de simples vecteurs de mouvements de ``blocs''. Nous avons mis en œuvre ces familles d'ondelettes car 1) elles sont construites pour le calcul de paramètres sur plusieurs types de mouvement (rotation, vitesse, accélération). 2) à partir des paramètres de mouvement, nous proposons une approche de l'EM basée sur l'identification des trajectoires des objets. L'approche s'apparente alors à une compression contextuelle, fondée sur une compréhension de la scène. La seconde partie présente deux développements concernant la segmentation non-supervisée dans une approche bayésienne. 1) nous réduisons le temps de segmentation d'une séquence par une mise en oeuvre itérative de la segmentation. Nous montrons l'application à l'EM d'une région segmentée. 2) nous réduisons le temps de segmentation en effectuant la projection de l'image dans le domaine des ondelettes. Ces deux développements sont fondés sur une modélisation de Potts-Markov (PMRF) pour les étiquettes des pixels ou des coefficients d'ondelettes. Ils utilisent un algorithme itératif de type Markov Chain Monte Carlo avec échantillonneur de Gibbs. Enfin, dans l'approche par ondelettes, nous avons développé le modèle de Potts-Markov pour l'adapter aux orientations privilégiées des sous-bandes d'ondelettes
The first part of this thesis presents a new vision of the motion estimation (ME) in video sequences. We investigate motion estimation with redundant wavelet families tuned to different kind of transformations and, in particular, to speed. Today video compression standards are supposed to realize the compression in an object-based approach, but still compute raw motion vectors on “blocks”. We thus implemented these wavelet families because 1) they are built to perform motion parameter quantization on several kinds of motions (rotation, speed, acceleration) and 2) based on the motion parameters, we can propose an approach of the ME through the identification of the objects trajectories. The global approach is then closer to a contextual compression, based on the understanding of the scene. The second part introduces two new developments on unsupervised segmentation in a Bayesian approach. 1) we reduce the computation time of a sequence through an iterative implementation of the segmentation. We show an application with the ME of a segmented region. 2) We reduce the segmentation time by making the projection of the image in the wavelet domain. These two developments are based on a Potts-Markov modelling (PMRF) for the labels of the pixels and of the wavelet coefficients. They use a Markov Chain Monte Carlo iterative algorithm with a Gibbs sampler. We also develop a Potts model in the wavelet domain to tune it to the specific orientations of the wavelet subbands

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Chaouche, Ali Mahmoud. "Une méthode de collocation pour la prédiction et l'analyse des écoulements et des transferts dans les milieux en rotation rapide". Aix-Marseille 2, 1991. http://www.theses.fr/1991AIX22065.

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Abstract (sommario):

Une methode pseudo-spectrale de type collocation, sur la base des polynomes de chebyshev, est developpee pour la resolution des equations de navier-stokes instationnaires et la prediction des mouvements et des transferts d'un fluide de boussinesq dans une cavite en rotation rapide. L'utilisation de schemas d'adams-bashforth et d'euder retarde du second ordre associee a la technique de la matrice d'influence conduit a la resolution d'une succession d'equations de poisson-helmholtz avec des conditions limites de type dirichlet. Cette technique a ete etendue a diverses configurations de conditions limites de type neumann. Quelques regimes d'ecoulements stationnaires ou dependant du temps, generes par differents mecanismes moteurs sont etudies. Dans le cas des gradients thermiques, on s'est interesse a l'etude de l'interaction convection-rotation en cavite fermee afin de delimiter les differents regimes domines par l'une des forces en competition. Dans le cas d'un flux force radial, l'etude porte sur les differents regimes laminaires, lineaire ou non lineaire, avec des conditions de type dirichlet en sortie de cavite. L'extension a des conditions de tyupe neumann a aussi ete examinee. Dans le cas ou le mouvement est genere par la rotation differentielle dans une cavite fermee de grand allongement et pour lequel existent des resultats experimentaux, on s'est notamment attache a identifier les differents regimes avec une particuliere attention pour ceux au voisinage de la transition turbulente. Enfin, il est propose une extension de la methode de collocation en configuration tridimensionnelle en vue d'une simulation directe de la turbulence

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Menouar, Hamid. "Prédiction de mouvement pour le routage et le contrôle d'accès au canal dans des réseaux ad hoc véhiculaires". Paris, ENST, 2008. http://www.theses.fr/2008ENST0002.

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Abstract (sommario):

Les réseaux véhiculaires ad hoc (VANETs) représentent une sous-classe intéressante des réseaux mobiles ad hoc (MANETs). Les VANETs sont des réseaux distribués et auto-configurables, qui sont composés par l'interconnexion de véhicules communicantes. À cause de la nature des véhicules, leur vitesse élevée et la limitation de leur mouvement par les routes, la topologie des VANETs change rapidement et fréquemment, et donc, elle est moins stable en comparant aux MANETs. Cela fait que les protocoles existants, au niveau MAC et Réseaux, initialement conçus pour les MANETs, ne peuvent pas faire face à l'environnement dymanique et instable des VANETs. Cela dit qu'ils ne sont pas souhaitables pour les VANETs. Le mouvement des véhicules est donc un paramètre très important, qu'il faut impérativement considérer lors de la conception de tout protocole pour les VANETs. Dans ce travail, nous proposons un nouveau concept, qui exploite les informations de mouvement des véhicules pour prédire l'évolution de la topologie du réseau dans le future. Nous nommons ce concept MOPR (MOvement PRediction). Grace à cette prédiction, l'architecture MOPR fournie une nouvelle métrique qui mesure la stabilité des liens nommée Link Stability (LS). LS est utilisé au niveau Réseau afin d'aider le protocole de routage à choisir les routes les plus stables, et au niveau MAC afin d'aider le protocole MAC à garantir un accès efficace et équitable au meduim. Par le moyen de simulations extensives, nous démontrons l'amélioration des performances du réseau que MOPR est capable d'apporter, surtout dans le cas de réseaux à forte mobilité. Pour aller au monde réel, nous présentons une implémentation réelle de MOPR. Malgré qu'elle soit encore incomplète, cette implémentation nous donne d'ores et déjà une idée sur les problèmes de déploiement de MPOR dans un environnement réel ce qui nous aidera à raffiner nos propositions
Vehicular Ad-hoc Networks (VANETs) represent a rapidly emerging, particularly challenging class of Mobile Ad-hoc Networks (MANETs). VANETs are distributed, self-organizing communication networks built up from traveling vehicles, and are thus characterized by very high speed and limited degrees of freedom in nodes movement patterns. This makes the network topology changes very frequently and very rapidly, therefore more unstable when compared to MANETs, and existing protocols initially proposed for MANETs, mainly at the NET and the MAC layers, are not suitable for VANETs as they are. The vehicles' movement information assumes an important parameter which should be considered when designing any protocol for VANETs. In this work, we propose a concept which exploits the movement information of involved vehicles to predict the future status of the network topology. We call this concept MOPR (MOvement PRediction). Based on the prediction of the network topology evolution, the MOPRcross-layer architecture introduces a new metric called Link Stability (LS) metric to each communication link. This metric is then used at the NET layer to help the routing protocol in selecting the most stable routes, and at the MAC layer to help the MAC protocol to guarantee a better control between nodes when accessing the medium. Based on extensive simulations, we show the network performances improvements that MOPR can bring, mainly in case of highly dynamic networks. We present as well a preliminary prototype of MOPR. This prototype, even if still at an early stage, gives already an idea on the problems we may meet in implementing MOPR for realistic environments which will help us to improve our proposals

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Favreau, Laurent. "Modélisation du mouvement des quadrupèdes à partir de la vidéo". Phd thesis, Grenoble INPG, 2006. http://tel.archives-ouvertes.fr/tel-00379321.

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Abstract (sommario):

Les animaux sont de plus en plus présents dans les effets spéciaux au cinéma et dans les films d'animation 3D. Les quadrupèdes en particulier, de par la richesse et de l'esthétique de leurs mouvement, sont souvent l'objet de création de personnages virtuels. L'objectif de cette thèse est d'utiliser la vidéo, et surtout des documentaires animaliers, pour créer des animaux virtuels capables de mouvements réalistes. Dans un premier temps, nous proposons de construire des squelettes d'animation de quadrupèdes à partir d'images. Nous montrons tout d'abord comment reconstruire un squelette réel à partir de plusieurs images. Ensuite, nous construisons un modèle déformable de squelette de quadrupède qui permet de de créer un squelette d'animation rapidement à partir d'une image ou d'un modèle 3D de l'animal à animer. Dans un second temps, nous proposons des méthodes permettant d'animer des quadrupèdes à partir de séquences vidéo. Nous présentons tout d'abord une technique d'animation de mouvements cycliques à partir de vidéo, qui permet notamment de choisir automatiquement les images-clés à partir d'une vidéo. Ensuite, nous proposons une nouvelle méthode d'analyse de vidéos qui permet d'identifier les différentes allures utilisées par l'animal, ainsi que les transitions entre allures.

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Lafaquière, Vincent. "Compréhension et prédiction de l'énantiosélectivité des lipases". Thesis, Toulouse, INSA, 2010. http://www.theses.fr/2010ISAT0002/document.

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Abstract (sommario):

Cette étude a porté sur l’analyse de l’énantiosélectivité de la lipase de Burkholderia cepacia (BCL) pour les acides 2-substitués, synthons chiraux d’intérêt pharmaceutique, avec pour objectif d’examiner le rôle de l’accès au site actif enfoui de BCL sur l’énantiosélectivité et de développer une procédure d’ingénierie permettant de créer des mutants d’énantiosélectivité améliorée. Pour traiter le problème, une nouvelle approche de calcul, basée sur des algorithmes de planification de mouvements issus de la robotique a été développée. Elle permet l’exploration conformationnelle des espaces multi-dimensionnels contraints et a été appliquée au calcul des trajectoires de plusieurs racémiques dans le site actif de BCL et à l’identification de résidus pouvant potentiellement gêner le déplacement du substrat le long du site actif. Les résultats obtenus in silico ont révélé une corrélation qualitative avec les valeurs d’énantiosélectivité et ont permis de proposer des cibles de mutagénèse. Sur cette base, l’ingénierie du site actif de BCL a été entreprise pour moduler sélectivement l’accès des énantiomères R et S à la triade catalytique. Un système d’expression hétérologue de BCL chez E. coli compatible avec une expression en microplaque, a été développé. Une librairie de 57 (3x19) mono-mutants sur les positions : Leu17, Val266 et Leu287 a été construite par iPCR puis criblée en utilisant une procédure à moyen débit pour identifier les variants actifs pour l’hydrolyse du pNPB. L’énantiosélectivité de ces mutants a ensuite été évaluée pour l’hydrolyse du racémique (R,S)-2 bromophényl acétate de 2-chloro-éthyle, par utilisation d’une nouvelle procédure de criblage en deep-wells. Ce crible a permis de mettre en évidence plusieurs mutants dont les plus prometteurs ont été caractérisés. Ainsi les mutants Leu17Ser et Leu17Met présentent une augmentation de l’énantiosélectivité d’un facteur 10 accompagnée d’une augmentation de leur activité d’un facteur 4 à 5. Le mutant Val266Gly présente, quant à lui, une inversion de l’énantiosélectivité pour le substrat d’intérêt. L’étude des trajectoires par les techniques de planification combinée à une représentation sous la forme de carte de voxels a été réalisée en parallèle. Pour les mutants sélectionnés, une bonne corrélation a été observée entre les résultats obtenus in silico et expérimentalement. De plus, cela a permis de proposer de nouvelles combinaisons de mutations ayant conduit à l’identification de deux double-mutants Leu17Met/Val266Met et Leu17Ser/Leu287Ile d’énantiosélectivité supérieure à 150 pour le substrat modèle, révélant ainsi l’intérêt de l’approche semi-rationnelle proposée
This work has been focused on the understanding of the Burkholderia cepacia lipase (BCL) enantioselectivity towards 2-substituted acids which are chiral building blocks of pharmaceutical interest. The main objective of this work was the investigation of the potential role of substrate accessibility toward the buried active site of BCL on enantioselectivity and the development of an engineering procedure for the design of enantioselective mutants. To study further this hypothesis, a novel computational approach, based on motion-planning algorithms, originally used in robotics, was developed. It allows the conformational exploration of constrained high-dimensional spaces and was applied to the computation of trajectories for a set of racemates within the catalytic site. This methodology also enables the identification of residues potentially hindering substrates displacement along the active site. Results obtained in silico were correlated qualitatively with experimental values of enantioselectivity. On the basis of these results, engineering of the narrow active site of BCL has been undertaken to modulate selectively the access of R and S enantiomers to the catalytic triade. An heterologous expression system of BCL in E. coli compatible with production at microplate scale was developed. A library of 57 (3x19) variants targeted at positions Leu17, Val266 and Leu287 was built by iPCR and subsequently screened using a medium-throughput procedure to identify active variants against pNPB hydrolysis. Next, the enantioselectivity of these mutants was evaluated towards a given racemate, the (R,S)-2-chloro ethyl 2-bromophenylacetate, using a novel screening procedure developed in deep wells. Such screening enabled the identification of several variants amongst which the most promising were characterized. Mutants Leu17Ser and Leu17Met showed a remarkable 10-fold increase of their enantioselectivity and a 4- and 5-fold improvement of their specific activity. Compared to the wild-type enzyme, mutant Val266Gly displayed a reversed enantioselectivity for the substrate of interest. Investigation of the trajectories using motion-planning techniques combined to a voxel map representation was carried out. For selected variants, a fair correlation was observed between in silico and experimental results. Moreover, this enabled us to suggest novel combinations of mutations that led to the identification of two double-mutants Leu17Met/Val266Met and Leu17Ser/Leu287Ile showing an enantioselectivity value higher than 150 for the racemic substrate, revealing thus the effiency of the semi-rational strategy

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Levillain, Florent. "Poursuivre des chimères : limitations de l'imagerie dynamique". Paris 8, 2008. http://octaviana.fr/document/14329105X#?c=0&m=0&s=0&cv=0.

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Abstract (sommario):

Dans cette thèse nous étudions la possibilité de l'existence d'un mécanisme de simulation mentale des trajectoires dans l'espace. Dans le cadre de l'imagination de situations dynamiques, un postulat d'équivalence entre perception et imagination conduit à penser qu'il existe des procédures permettant de poursuivre mentalement un objet imaginé comme serait poursuivi un objet réel. Ces procédures mentales seraient d'autre part enrichies de connaissances implicites sur les déterminants physiques du mouvement, comme les forces physiques ou la structure causale d'un événement. Nous mettons en place un nouveau paradigme expérimental permettant de combiner une tâche d'attribution causale à une tâche de prédiction du mouvement dans laquelle nous demandons aux participants d'imaginer la trajectoire d'un mobile disparaissant derrière un écran. Nous montrons que la prédiction des individus s'éloigne systématiquement d'une prédiction correcte des positions successives du mobile, d'une manière qui met en doute l'utilisation de représentations analogiques du mouvement. Nous montrons d'autre part que la prédiction n'est pas conforme à l'intériorisation de variables relatives à l'organisation causale et physique des événements représentés. Nous insérons ces résultats dans une perspective déflationniste à l'égard des compétences d'imagerie dynamique des individus
In this thesis we study the possibility for a cognitive mechanism to be dedicated to the simulation of movement. An equivalency thesis between perception and imagination is at stake, wherein the supposition is made that some processes allow to mentally track an objet the way we visually track a real object, and that mental tracking is enriched with implicit knowledge related to the physical and causal structure of the environment. We use a new experimental paradigm enabling to combine a causality attribution task to a prediction of movement task in which participants are told to imagine the trajectory of a moving object disappearing behind a screen. We show that the prediction is at departure from a correct extrapolation, in a way inconsistent with the use of analogical reprentations of a movement, and that there is no evidence for a detailed representation of the physical and causal structure of dynamical events. We discuss these results along the line of a deflationnary thesis regarding the human skills in dynamic imagery

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Causse, Mathieu. "Simulation aveugle large bande du mouvement sismique". Phd thesis, Grenoble 1, 2009. http://www.theses.fr/2009GRE10002.

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Abstract (sommario):

Prédire les mouvements du sol "en aveugle", c'est-à-dire générés par un séisme futur, est essentiel pour anticiper les dommages causés aux bâtiments. Cette thèse propose deux nouvelles approches, fondées sur la technique des fonctions de Green empiriques (FGE), pour calculer le mouvement sismique dans un milieu complexe, sur une large gamme de fréquences, et à partir d'un processus de rupture sur la faille réaliste. La première méthode utilise une représentation simple de la source (modèle de "crack"). Dans la seconde, la rupture est décrite par un modèle cinématique complexe en "k-2". De plus, afin de calculer le mouvement sismique basse fréquence, les FGE bruitées en dessous de 1 Hz sont remplacées par des simulations numériques par éléments spectraux 3D. La difficulté principale pour simuler "en aveugle" est le choix des paramètres de la source (chute de contrainte, point de nucléation,. . . ), mal contraints, et qu'il faudra pourtant estimer a priori. Ce choix contrôle le niveau médian et la variabilité du mouvement sismique. La première solution testée consiste à déterminer directement les lois de distribution de ces paramètres à partir des résultats issus de l'inversion cinématique. Afin de garantir que les niveaux simulés sont réalistes, nous proposons dans un second temps de calibrer les simulations par FGE en un site de référence au rocher en utilisant un modèle de prédiction empirique. Les différentes méthodes sont appliquées pour simuler dans le bassin grenoblois un séisme de magnitude 5. 5 à 15 km. La comparaison aux normes EC8 montre que les spectres réglementaires sont dépassés en certains points du bassin sédimentaire, à 0. 3 Hz et autour de 0. 2 Hz
The prediction of realistic ground motion produced by a hypothetical future earthquake is a fundamental stage in anticipating potential damage. This thesis proposes two new approaches, based on the empirical Green's function (EGF) technique, to perform ground motion simulations in a complex media, in a wide frequency range and from a realistic rupture process. The first method uses a simple source description (crack model). The second one accounts for the source complexity with a k-2 source model. In order to estimate the low-frequency ground motion, the EGFs, which have a bad signal to noise ratio below 1 Hz, are replaced with 3D spectral element simulations. The main issue to simulate a future earthquake is the a priori choice of the source parameters (stress drop, position of the rupture nucleation. . . ), often poorly constrained. This choice controls the median and the variability of the ground motion. Two approaches are investigated. First, source parameter distributions are directly assessed from kinematic source inversion results. In order to ensure that the predicted ground motion levels are realistic, we propose a new approach, the principle of which is to calibrate EGF ground motion predictions at a reference rock station by means of empirical ground motion equations. The different procedures are used to calculate the effects of M 5. 5 earthquake at 15 km in the Grenoble sedimentary basin. The comparison with EC8 regulations shows that regulation spectra are exceeded at some points within the basin, at 0. 3 Hz and around 2 Hz

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Causse, Mathieu. "Simulation aveugle large bande du mouvement sismique". Phd thesis, Université Joseph Fourier (Grenoble), 2009. http://tel.archives-ouvertes.fr/tel-00392066.

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Abstract (sommario):

Prédire les mouvements du sol "en aveugle", c'est-à-dire générés par un séisme futur, est essentiel pour anticiper les dommages causés aux bâtiments. Cette thèse propose deux nouvelles approches, fondées sur la technique des fonctions de Green empiriques (FGE), pour calculer le mouvement sismique dans un milieu complexe, sur une large gamme de fréquences, et à partir d'un processus de rupture sur la faille réaliste. La première méthode utilise une représentation simple de la source (modèle de "crack"). Dans la seconde, la rupture est décrite par un modèle cinématique complexe en "k-2". De plus, afin de calculer le mouvement sismique basse fréquence, les FGE bruitées en dessous de 1 Hz sont remplacées par des simulations numériques par éléments spectraux 3D.
La difficulté principale pour simuler "en aveugle" est le choix des paramètres de la source (chute de contrainte, point de nucléation,...), mal contraints, et qu'il faudra pourtant estimer a priori. Ce choix contrôle le niveau médian et la variabilité du mouvement sismique. La première solution testée consiste à déterminer directement les lois de distribution de ces paramètres à partir des résultats issus de l'inversion cinématique. Afin de garantir que les niveaux simulés sont réalistes, nous proposons dans un second temps de calibrer les simulations par FGE en un site de référence au rocher en utilisant un modèle de prédiction empirique.
Les différentes méthodes sont appliquées pour simuler dans le bassin grenoblois un séisme de magnitude 5.5 à 15 km. La comparaison aux normes EC8 montre que les spectres réglementaires sont dépassés en certains points du bassin sédimentaire, à 0.3 Hz et autour de 0.2 Hz.

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Floc'H, France. "Prédiction de trajectoires d'objets immergés par couplage entre modèles d'écoulement et équations d'Euler-Newton". Phd thesis, Université de Bretagne occidentale - Brest, 2011. http://tel.archives-ouvertes.fr/tel-00624098.

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Abstract (sommario):

Des instabilités numériques dues à l'inertie du fluide apparaissent lorsque l'on résout les équations du mouvement pour un solide immergé dans un fluide dense tel que l'eau. Dans cette thèse, un schéma numérique stable dans ce cas est proposé. Les simulations tridimensionnelles de mouvements libres d'un objet couplé avec les équations résolvant l'écoulement utilisent trop de ressources informatiques pour étudier un grand nombre de cas. Il fut donc décidé de concevoir et de construire une veine hydrodynamique 2D pour valider le code numérique. Un dispositif en fluide statique est premièrement mis en place pour vérifier la faisabilité de trajectoires 2D correctes. L'aspect chaotique de certaines trajectoires est mis en évidence. Ce comportement est dû aux fortes instabilités du sillage. On observe dans la veine hydrodynamique que l'écoulement stabilise les translations, qui sont correctement prédites. La rotation est, quant à elle, toujours soumises aux instabilités du sillage. D'autant plus que l'objet utilisé est un rectangle qui, de par ses arêtes vives, présente des décollements de sa couche limite au cours de sa trajectoire. Ceci implique de fortes instabilités empêchant une prédiction correcte de l'angle au cours des essais. Cette méthode est également utilisée pour simuler la propulsion biomimétique grâce à un aileron oscillant. Le code hydrodynamique est alors un code potentiel utilisant la méthode des éléments frontières. Afin de comprendre l'influence des différents paramètres sur les performances du mouvement, tous les degrés de liberté sont fixés. Nos résultats pour le coefficient de poussée sont en accord avec la théorie de Theodorsen. L'étude paramétrique confirme que le nombre de Strouhal joue le même rôle pour l'aileron oscillant que le paramètre d'avance joue pour l'hélice. Les rendements propulsifs obtenus pour ces deux moyens de propulsion sont comparables. Une procédure de comparaison générale entre les moyens de propulsion est développée. Cependant, lorsqu'un changement de rythme est nécessaire, une hélice à pas variable donne une meilleure efficacité qu'un aileron changeant d'amplitude de tangage, même si l'amplitude de tangage a le même effet que le pas. Les résultats en mouvements libres mettent en évidence la rapidité du couplage et sa robustesse.

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Pousse, Guillaume. "Analyse des données accélérométriques de K-net et Kik-net : implications pour la prédiction du mouvement sismique - accélérogrammes et spectres de réponse - et la prise en compte des effets de site non-linéaire". Phd thesis, Université Joseph Fourier (Grenoble), 2005. http://tel.archives-ouvertes.fr/tel-00068748.

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Abstract (sommario):

Ce projet de recherche contribue à la caractérisation du mouvement sismique. Le travail s'appuie sur deux réseaux japonais, où les événements retenus ont une profondeur inférieure à 25 km et une magnitude comprise entre 4,0 et 7,3. L'analyse de K-net permet de calculer une relation prédictive d'accélération spectrale afin de tester les formes spectrales forfaitaires de l'Eurocode 8. Nous mettons en évidence le contenu haute fréquence des signaux japonais et le rôle des sols dans l'amplification spectrale à basse fréquence. De plus, nous développons une méthode empirique de génération stochastique d'accélérogrammes synthétiques non-stationnaires qui permet d'obtenir pour une magnitude, une distance et un type de sol, plusieurs enregistrements susceptibles d'être générés au site considéré. Par ailleurs, l'exploitation des enregistrements de profondeur de Kik-net permet d'explorer la question du domaine de validité des modèles prédictifs et de préciser le cas où on extrapole les prédictions. Enfin, nous étudions le comportement non-linéaire des sols.

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Bou, Rjeily Carine. "Data mining and learning for markers extraction to improve the medical monitoring platforms". Thesis, Bourgogne Franche-Comté, 2019. http://www.theses.fr/2019UBFCA012.

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Abstract (sommario):

Selon l’Organisation mondiale de la santé, environ 31% des décès dans le monde sont causés par des maladies cardiaques chaque année. L’exploration de données est un processus d’extraction intéressant d’informations non triviales, implicites et potentiellement utiles, à partir de grands ensembles de données. L’exploration de données médicales est la science qui consiste à examiner des données médicales (signes vitaux) pour explorer des informations importantes. L’analyse et l’interprétation des données complexes dans un diagnostic thérapeutique approprié avec les bons résultats, est une tâche assez ardue. Néanmoins, le fait qu’il soit possible de combiner ces facteurs jusqu’à un certain point et d’extraire un plan de traitement, de prévention et de rétablissement généralement couronnée de succès, est un signe des avantages à venir. Grâce à cela, il est maintenant possible d’améliorer la qualité de vie des patients, de prévenir une aggravation de la maladie tout en maintenant les coûts médicaux à la baisse. Cela explique la popularité croissante de l’utilisation et de l’application des techniques d’apprentissage automatique pour analyser, prédire et classifier les données médicales. Dans une première contribution, nous avons étudié de nombreux algorithmes de motifs séquentiels qui sont des techniques prometteuses pour l’exploration de données. Nous les avons classés afin de choisir un algorithme approprié pour prédire les classes d’insuffisance cardiaque et sa présence. Après avoir comparé tous les algorithmes et les avoir mis en œuvre sur le même ensemble de données médicales, le CPT +, un algorithme de prédiction de séquence, a été choisi en donnant les résultats les plus précis avec une précision de 90,5% dans la prédiction de l’insuffisance cardiaque et de ses classes. En utilisant cet algorithme, avec des données des patients réels, nous avons pu prédire une insuffisance cardiaque 10 à 12 jours à priori. Après, nous avons basculé nos études vers une stratégie de séries chronologiques et nous avons utilisé des données réelles extraites de patients réels. 5 paramètres ont été extraits de 3 patients au cours de quelques années. L’algorithme RandomTree a donné plus de 85% de prédictions correctes de l’insuffisance cardiaque 7 jours à l’avance
The World Health Organization accords that about 31 % of deaths worldwide are caused by heart diseases every year. Data mining is a process of extracting interesting non-trivial, previously unknownand potentially useful information from huge amount of data. Medical data mining is the science of investigating medical data (i.e. vital signs) to explore significant information. Analyzing and interpreting the huge amount of complicated data into an appropriate therapeutic diagnosis with the right results is quite challenging task. Still, the fact that it is possible to combine these factors up to a certain point and extract a usually successful treatment, prevention and recovery plan is a sign of the good things to come. Thanks to that, it is now possible to improve patients’ quality of life, prevent condition worsening while maintaining medical costs at the decrease. This explains the increasing popularity in the usage and application of machine learning techniques to analyze, predict and classify medical data. As a first contribution, we studied many sequential patterns algorithms that are promising techniques in exploring data and we classified them in order to choose an appropriate one for predicting Heart Failure classes and presence. After comparing all the algorithms and implementing them on the same medical dataset, the CPT+ a sequence prediction algorithm has been chosen as it gave the most accurate results reaching an accuracy of 90.5% in predicting heart failure and its classes. By using the CPT+ algorithm with real patients dataset, we predicted heart failure 10 to 12 days prior. Thereafter, we switched our studies to time series strategy, and worked on real data extracted from real patients. 5 parameters were extracted from 3 patients over the course of a few years. The Random Tree algorithm yielded more the 85% correct predictions of heart failure 7 days prior

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Beyer, Benoit. "Contribution à la modélisation 3D du thorax humain durant le mouvement respiratoire : analyse in vivo de la cinématique des articulations du thorax". Thesis, Lyon, 2016. http://www.theses.fr/2016LYSE1309/document.

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Abstract (sommario):

La respiration est un phénomène vital qui implique une synergie entre diverses structures anatomiques qui constituent le thorax. La physiologie articulaire reste un parent pauvre de la physiologie et la littérature concernant la quantification de la cinématique 3D des articulations du thorax durant le mouvement respiratoire est rare. Ce travail se concentre sur le développement et l'application d'une méthodologie permettant de répondre à cet objectif. La méthode développée combine le traitement de données tomodensitométriques réalisées à trois volumes pulmonaires différents et des techniques d'infographies. Les amplitudes (ROMs) et axes de mouvements (axe hélicoïdaux moyen, AHMs) ont été obtenus au niveau des articulations costo-vertébrales de 12 sujets asymptomatiques. En résumé, les amplitudes diminuent graduellement dans les étages inférieurs ; le volume pulmonaire et l'étage costal influencent significativement les amplitudes costales ; l'orientation des AHMs ne diffère pas entre les étages costaux. En complément, la méthode a été appliquée pour un échantillon de 10 patients atteints de mucoviscidose. La condition pathologique influençait significativement les amplitudes de mouvements mais pas l'orientation des AHMs. Enfin, le déplacement sternal, les variations de l'angle sternal et la cinématique des articulations sternocostales a été analysée. Les déplacements angulaires des côtes par rapport au sternum diminuaient dans les étages inférieurs comme au niveau des articulations costo-vertébrales. L'orientation des AHMs des articulations sternocostales ne différait pas entre les étages. Une corrélation linéaire a été mise en évidence entre les déplacements verticaux du sternum et les amplitudes de mouvement costales au niveau costo-vertébral et sternocostal. Ce travail contribue de façon substantielle à la modélisation 3D du thorax humain durant le mouvement respiratoire d'un point de vue qualitatif et quantitatif
Breathing is a vital phenomenon that implies synergy of various anatomical structures that constitute the thorax. Joint physiology remains a relatively poorly-known component of the overall thorax physiology. Quantitative literature related to in vivo thorax kinematics during breathing is scarce. The present work focuses specifically on developing and applying a methodology to reach this goal. The developed method combined processing of CT data obtained at different lung volumes and infographic techniques. Detailed ranges of motion (ROMs) and axes of movement (mean helical axes, MHAs) were obtained at costovertebral joints in 12 asymptomatic subjects; rib ROMs gradually decrease with increasing rib number; lung volume and rib level have a significant influence on rib ROM; MHAs did not differ between rib levels. In addition, the method was applied on a sample of 10 patients with cystic fibrosis. The pathological condition significantly influenced CVJ ROMs while the orientation of the MHAs did not differ. Finally, the sternal displacement, sternal angle variations and sternocostal joints (SCJ at rib1 to 7) kinematics during breathing motion were analyzed. Rib ranges of motion relative to sternum decreased with increasing rib number similarly to CVJ. Orientation of the MHAs did not differ between SCJ levels. A significant linear correlation was demonstrated between sternum vertical displacement and rib ranges of motion at both CVJ and SCJ. The present work substantially contributes to 3D modelling of human thorax in breathing at a joint level both qualitatively and quantitatively

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Meric, Henri. "Exploration de la fonction respiratoire des patients neuromusculaires à partir d’une analyse en trois dimensions (3D) du mouvement de la paroi thoracoabdominale". Thesis, Université Paris-Saclay (ComUE), 2016. http://www.theses.fr/2016SACLV095/document.

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Abstract (sommario):

Ce travail se divise en deux parties : la première partie consiste à développer et valider une technique d’exploration de la fonction respiratoire à l’aide d’outils de capture du mouvement de la cage thoracique et de l’abdomen en trois dimensions. L’innovation consiste en l’application d’une méthode de calcul des volumes pulmonaires mobilisables non encore utilisée avec cette technique. La deuxième partie consiste à mettre en évidence l’intérêt médical de cette technique par son utilisation clinique sur des pathologies respiratoires ciblées et/ou dans des conditions médicales spécifiques. Dans un premier temps et suite à une analyse de la littérature des méthodes d’exploration de la fonction respiratoire par mesure optoélectronique,nous avons proposé une nouvelle méthode de calcul des volumes respiratoires à partir de capture de mouvement de la paroi thoracoabdominale.Cette méthode prend en compte les déplacements de la surface de la paroi thoracoabdominale. Une comparaison entre cette nouvelle méthode,la méthode optoélectronique habituellement utilisée et la spirométrie(méthode de référence) montre que cette nouvelle méthode permet une évaluation précise des volumes respiratoires. Dans un second temps,une fois la question métrologique de mesure suffisamment précise des volumes validés, nous nous sommes intéressés à l’intérêt clinique d’apprécier la contribution des différents compartiments de la paroi thoracoabdominaleà la ventilation des patients myopathes et des sujets sous ventilationmécanique. Une première étude sur une population de patients présentant une déficience en maltase acide, visant l’identification du dysfonctionnement diaphragmatique a été réalisée. Ainsi nous avons pu démontrer que la contribution de la région abdominale à la ventilation est corrélée avec les indices invasifs évaluant la fonction diaphtragmatique. Cela nous permet maintenant de suivre l’évolution de la fonction diaphragmatique de ces patients de manière non invasive. Une seconde étude visait l’analyse de la contribution abdominale de la ventilation lorsque cette dernière est assistée mécaniquement. Ainsi nous avons pu observer que la ventilation mécanique diminuait la contribution abdominale, quel que soit le mode d’assistance ventilatoire utilisé, ce qui suggère une diminution de l’activité diaphragmatique sous ventilation mécanique et donc de confirmer une efficacité de ventilation mécanique. Une troisième étude sur le patient atteint de la myopathie de Duchenne de Boulogne a permis de quantifier les effets à court terme des manoeuvres d’insufflation et d’exsufflation sur la mobilité non assistée de la cage thoracique. Ainsi nous avons observé, immédiatement après ces manoeuvres, une meilleure expansion et une symétrisation de cette expansion thoracoabdominale lors d’inspirations et d’expirations maximales. Cela plaide pour une utilisation plus systématique de ces techniques au quotidien lors de la prise en charge de cette population, en particulier pour ceux qui présentent une dysharmonie du mouvement thoracoabdominal.Ce travail nous permet de proposer cette nouvelle exploration pour suivre des maladies chroniques évolutives affectant la mécanique respiratoire et l’effet des traitements spécifiques et d’envisager une application industrielle de ce nouvel outil de mesure
This work is divided into two parts : the first part is to developand validate a technical exploration of respiratory function using motioncapturetools of the chest and abdomen in three dimensions. Innovation isthe application of a method of calculation of underlying lung volumes notyet used with this technique. The second part is to highlight the medicalinterest of this technique for clinical use in targeted respiratory pathologiesand/or specific medical conditions.First and following a literature review of methods of exploration of respiratoryfunction by optoelectronics measure we have proposed a new methodto compute respiratory volumes of motion capture of thoracoabdominalwall. This method takes into account the movements of the thoracoabdominalsurface of the wall. A comparison between this new method, optoelectronicstandard approach and spirometry (Reference method) showsthat this new method allows an accurate assessment of respiratory volumes.Secondly, once the issue of metrological sufficiently accurate measurementof volumes validated, we looked at the clinical interest of enhancing thecontribution of the different compartments of the thoracoabdominal wallin the breakdown of muscular dystrophy patients and mechanically ventilatedsubjects. An initial study on a population of patients with acid maltasedeficiency, for the identification of the diaphragmatic dysfunction was performed.Thus we have demonstrated that the contribution of the abdominalarea for ventilation is correlated with invasive indices transdiaphragmaticpressures. This now allows us to follow the evolution of diaphragmaticfunction of these patients noninvasively. A second study was the analysis ofthe abdominal contribution to the ventilation when the latter is mechanicallyassisted. Thus we have seen that mechanical ventilation decreased abdominalcontribution, whatever the method of ventilatory assistance used,suggesting a decrease in diaphragmatic activity under mechanical ventilationand thus confirm a mechanical ventilation efficiency. A third studyon the patient with Duchenne de Boulogne has quantified the short-termeffects of blowing maneuvers and exsufflation on unassisted mobility ofthe rib cage. Thus we observed immediately after these maneuvers, betterexpansion and balancing this thoracoabdominal expansion during inspirationand maximum expiration. This calls for a more systematic use of thesetechniques every day in the care of this population, particularly for thosewith disharmony of thoracoabdominal movement.This work allows us to offer this new exploration to follow evolving diseasesaffecting the respiratory mechanics and impact of specific treatmentsand to envisage an industrial application of this new measurementtool

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Joinie-Maurin, Mathieu. "Téléchirurgie robotisée au contact d'organes mobiles". Thesis, Strasbourg, 2012. http://www.theses.fr/2012STRAD017/document.

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Abstract (sommario):

Le geste médical assisté par ordinateur en salle d'opération n'a pas cessé de progresser lors de ladernière décennie. Ce phénomène est lié à l'évolution des techniques de chirurgie et notamment àl'apparition des techniques dites mini-invasives. Cette pratique bien que révolutionnaire car ellepermet de diminuer les risques d'infection a introduit de nombreux problèmes. En effet, lechirurgien est limité dans ses gestes à cause de la restriction de mouvement imposée par les trocarts.De ce fait, la communauté robotique s'est assez rapidement intéressée aux problématiques deschirurgiens afin de développer des dispositifs robotisés adaptés. Un des grands thèmes étudié estcelui de la téléopération. Cette dernière consiste à utiliser deux dispositifs robotisés communémentappelés: maître et esclave. Dans le contexte médical, le robot maître est manoeuvré par le chirurgienet le robot esclave est au contact de l'organe à opérer. La première génération de ces systèmes nepermettait pas au chirurgien de ressentir les efforts qu'il exerçait sur les organes du patient. Unedeuxième génération de dispositifs est apparue en introduisant le retour d'efforts. Au delà desproblèmes de stabilité et de commande rencontrés, de tels systèmes permettent de réduire lesimperfections du geste humain ou d'en augmenter les capacités. Une des gênes constatées par leschirurgiens lors de l'utilisation de tels systèmes est le mouvement physiologique des organes àopérer.Cette thèse s'est principalement focalisée sur le thème de la compensation des mouvementsphysiologiques dans le cadre de la téléopération avec retour d'efforts. L'objectif étant de démontrerqu'il est possible pour le chirurgien de téléopérer un organe soumis à des mouvementsphysiologiques, et notamment le mouvement respiratoire, sans qu'il ne ressente cette perturbation.[...]
Computer aided medical gesture kept increasing during the last decade. This phenomenon is linkedto the evolution of surgical technique and specially the use of minimally invasive surgery. Thisrevolutionary technique allows reducing infection risks but introduces new problems. Indeed, thesurgeon has limited motion capability because the use of trocars. Therefore, robotics communityinterest has kept growing in order to develop specific robotized devices. One of the most currentstudied topics is teleoperation in which two robots are used: the master and the slave. In a medicalcontext, the master robot is manipulated by the surgeon and the slave robot is in contact with theoperated organ. The first generation of those systems did not allow the surgeon to feel how muchforce he applies on the patient. Then with the second generation, force-feedback was introduced.Even if this technique introduces new problems such as control and stability, it also allows medicalgesture improvements. One commonly cited problem is the physiological motion of organs forexample.This thesis mainly focuses on the subject of physiological motion compensation in the context ofmedical force feedback teleoperation. The aim is to prove that the surgeon is able to teleoperate anorgan submitted to a physiological motion, and especially respiratory motion, without feeling thisdisturbance.First of all, the choice of the teleoperation scheme is important. In the literature, many can be found.To simplify this study, a two communication channel scheme has been chosen. This means that onlyone information is sent from the master to the slave and another one from the slave to the master. Inorder to fulfill a task in the free space and in contact with the environment, and to compensate aforce disturbance, the force-position scheme is selected. In this case, the slave sends forceinformation and the master sends back position information.[...]

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Beaumont, Florent. "Prédiction du mouvement 2D d'une plaque épaisse fissurée et caratérisation de la fissure par inversion de la réponse à une sollicitation périodique". Aix-Marseille 2, 2000. http://www.theses.fr/2000AIX2A002.

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Monnier, Gilles. "Simulation de mouvements humains complexes et prédiction de l'inconfort associé : application à l'évaluation ergonomique du bouclage de la ceinture de sécurité". Lyon, INSA, 2004. http://theses.insa-lyon.fr/publication/2004ISAL0050/these.pdf.

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Abstract (sommario):

Les modèles numériques de l'être humain permettent désormais la visualisation des interactions entre un opérateur et un environnement virtuel, et donc de prendre en compte des critères ergonomiques très tôt lors du processus de conception. Cependant, le manque de réalisme des mouvements générés, leur faible représentativité d'une population et la difficulté liée à la création de ces mouvements constituent un frein à leur utilisation dans le processus de conception. L'objectif de cette thèse est donc de proposer à un concepteur de simuler facilement des mouvements humains complexes, réalistes et représentatifs, ainsi que d'estimer et d'expliquer le niveau d'inconfort ressenti. Deux approches ont été proposées pour les modèles d'inconfort, basées sur des paramètres de conception ou biomécaniques. Pour la simulation de mouvement, l'approche proposée est basée sur des données ainsi que sur des connaissances formalisées dans un cadre général et intégrées au processus de simulation
Digital Human Models from now on enable to visualize interactions between an operator and virtual environments, and, as a result, to integrate human factors at a very early stage of design. However, the lack of realism of the generated motions, their low representativity of a population, as well as the real difficulty to create those movements limit the use of these tools into a design process. The objective of this work is therefore to propose an approach enabling a designer, not only to easily simulate complex, realist and representative human motions, but also to assess and explain the discomfort feeling. Regarding discomfort, two approaches were proposed and compared, either based on design parameters or on bio-mechanical parameters. As for motion simulation, the proposed approach is based on data, collected during experiments, as well as knowledge, gathered during motion analysis, integrated into a general framework, and used during the motion simulation process

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Munoz-Jimenez, Vianney. "Estimation de mouvement par maillage déformable pour des applications de vidéoconférences à bas débits de transmission". Paris 13, 2009. http://www.theses.fr/2009PA132009.

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Abstract (sommario):

Cette thèse s’inscrit dans le cadre de la réduction de la redondance temporelle inter-image disponible dans une vidéo pour des applications de vidéoconférences à bas débit de transmission. Pour palier aux inconvénients de l’algorithme classique de mise en correspondance de blocs, notamment à bas débit de transmission, nous proposons de mieux décrire les mouvements d’objets par le biais de la déformation de maillage rectangulaire 2D construit selon une stratégie hiérarchique. Le maillage 2D est basé sur les contours de l’objet. Un algorithme permettant sa construction a été développé dans le but de bien représenter l’objet à suivre dans la scène. Aﬁn d’accroître les performances de notre codeur vidéo, le mode de codage INTER développé s’appuie sur deux classes d’algorithmes. La première classe concerne les images de type B où le problème de l’estimation de mouvement est résolu par un algorithme de prédiction bidirectionnelle du maillage rectangulaire basée sur des fonctions d’interpolation spline. Cette estimation ne nécessite aucun coût de codage. La deuxième classe d’algorithme que nous avons développée concerne les images de type P. Cette classe, beaucoup plus complexe que la première, traite non seulement de la problématique de l’estimation de mouvement mais également de sa compensation. Ayant pour contrainte assez forte le coût de codage, nous avons proposé un algorithme d’estimation de mouvement basé sur le principe de la fusion des maillages hiérarchiques de référence. De plus, aﬁn de réduire le coût de codage lié notamment aux positions des noeuds ainsi qu’à leurs interconnexions, nous avons développé un algorithme basé sur une stratégie qui ne requiert qu’un très faible budget binaire à transmettre au décodeur. Les simulations ont montré que l’implantation des algorithmes d’estimation de mouvement développés offrent de bonnes performances en terme de qualité des images décodées pour une transmission à très bas débit comparées au codeur vidéo actuel H. 264/AV C
This thesis studies the reduction of the inter-temporal redundancy available between images in a video sequence for videoconference applications at low bit-rate transmission. To overcome the drawbacks of traditional block matching algorithm, including low bit-rate transmission, we propose to better describe the motion of objects through the deformation of 2D rectangular mesh based on a hierarchical strategy. The selected 2D mesh is based on the content of the object using its edges. For its construction, we ﬁrst developed an algorithm in order to adequately represent the object to follow in the scene. To increase the performance of our video encoder, the INTER coding mode that we developed is based on two classes of algorithms. The ﬁrst one concerns the images of type B where the problem of motion estimation is solved using bidirectional prediction algorithm of the rectangular mesh based on spline interpolation functions. This motion estimation class does not require any cost coding. The second class of the developed algorithms concerns more speciﬁcally images of type P. This class, much more complex than the ﬁrst one, adresses not only the motion estimation problem but also its compensation. Having the strong constraint of the coding cost, the proposed algorithm for motion estimation is based on the principle of merging hierarchical reference meshes. Moreover, to reduce the cost coding related to the node positions and their interconnections, we developed an algorithm which requires a very small budget binary to be transmitted to the decoder. Simulations show that the implementation of the proposed motion estimation algorithms oÿer good performance in terms of the quality of the decoded images for very low bit-rate transmission compared to the current video coder H. 264/AV C

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Gatti, Filippo. "Analyse physics-based de scénarios sismiques «de la faille au site» : prédiction de mouvement sismique fort pour l’étude de vulnérabilité sismique de structures critiques". Thesis, Université Paris-Saclay (ComUE), 2017. http://www.theses.fr/2017SACLC051/document.

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Abstract (sommario):

L’ambition de ce travail est la prédiction du champ d’onde incident réalistique, induit par des mouvement forts de sol, aux sites d’importance stratégique, comme des centrales nucléaires. À cette fin, un plateforme multi-outil est développé et exploité pour simuler les aspects différents d’un phénomène complexe et multi-échelle comme un tremblement de terre. Ce cadre computationnel fait face à la nature diversifiée d’un tremblement de terre par approche holistique local-régionale.Un cas d’étude complexe est choisie: le tremblement de terre MW6.6 Niigata-Ken Ch¯uetsu-Oki, qui a endommagé la centrale nucléaire de Kashiwazaki-Kariwa. Les effets de site non-linéaires observés sont à premier examinés et caractérisés. Dans la suite, le modèle 3D «de la faille au site» est construit et employé pour prédire le mouvement sismique dans une bande de fréquence de 0-7 Hz. L’effet de la structure géologique pliée au-dessous du site est quantifié en simulant deux chocs d’intensité modérée et en évaluant la variabilité spatiale des spectres de réponse aux différents endroits dans le site nucléaire. Le résultat numérique souligne le besoin d’une description plus détaillée du champ d’onde incident utilisé comme paramètre d’entrée dans la conception structurel antisismique de réacteurs nucléaires et des installations. Finalement, la bande de fréquences des signaux synthétiques obtenues comme résultat des simulations numériques est agrandie en exploitant la prédiction stochastique des ordonnées spectrales à courte période fournies par des Réseaux Artificiels de Neurones
The ambition of this work is the prediction of a synthetic yet realistic broad-band incident wave-field, induced by strong ground motion earthquakes at sites of strategic importance, such as nuclear power plants. To this end, an multi-tool platform is developed and exploited to simulate the different aspects of the complex and multi-scale phenomenon an earthquake embodies. This multi-scale computational framework copes with the manifold nature of an earthquake by a holistic local-to-regional approach. A complex case study is chosen to this end: is the MW6.6 Niigata-Ken Ch¯uetsu-Oki earthquake, which damaged the Kashiwazaki-Kariwa nuclear power plant. The observed non-linear site-effects are at first investigated and characterized. In the following, the 3D source-to-site model is constructed and employed to provide reliable input ground motion, for a frequency band of 0-7 Hz. The effect of the folded geological structure underneath the site is quantified by simulating two aftershocks of moderate intensity and by estimating the spatial variability of the response spectra at different locations within the nuclear site. The numerical outcome stresses the need for a more detailed description of the incident wave-field used as input parameter in the antiseismic structural design of nuclear reactors and facilities. Finally, the frequency band of the time-histories obtained as outcome of the numerical simulations is enlarged by exploiting the stochastic prediction of short-period response ordinates provided by Artificial Neural Networks

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Wira, Patrice. "Réseaux neuromimétiques, modularité et statistiques : estimation du mouvement pour l'asservissement visuel de robots". Phd thesis, Université de Haute Alsace - Mulhouse, 2002. http://tel.archives-ouvertes.fr/tel-00009211.

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Abstract (sommario):

Le travail de cette thèse s'inscrit dans le domaine de l'utilisation de la vision pour la réalisation de tâches robotiques et concerne plus particulièrement les aspects de poursuite de cible par asservissement visuel.
Nous nous sommes intéressé au cas d'objets mobiles, et plus particulièrement à l'estimation du mouvement de ces objets, nécessaire pour une exécution satisfaisante des tâches de poursuite. La qualité de poursuite est en effet grandement améliorée grâce à une estimation robuste du mouvement. Pour réaliser l'estimation, nous proposons une approche nouvelle, basée sur l'aspect adaptatif du filtrage de Kalman. Contrairement au filtre classique de Kalman, ce filtre n'utilise aucun modèle ni connaissance a priori. La représentation d'état est adaptée en permanence en fonction des observations courantes pour représenter au mieux la dynamique du système. Il s'agit d'une approche modulaire à modèle multiple. Plusieurs filtres sont utilisés et la probabilité pour chacun de calculer l'estimation optimale est déterminée par apprentissage. Un réseau de neurones, sur cette base statistique, supervise l'ensemble des filtres et permet de compenser le caractère non stationnaire des mouvements de l'objet mobile.
Les informations visuelles estimées servent à contrôler les déplacements du robot. Des extensions de la carte auto-organisatrice de Kohonen à sorties supervisées servent à approximer la transformation sensori-motrice du système robot-vision. La relation apprise se trouve dès lors à l'origine de la loi de commande du robot. L'apprentissage est entièrement réalisé en contexte, en exploitant les corrélations sensori-motrices durant les mouvements des robots.
Les méthodes présentées dans cette thèse ont été validées en simulation et par des expérimentations réalisées sur une plate-forme robotique réelle.

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Mohanna, Hachem. "Étude du mouvement des réseaux mobiles ad-hoc, estimation et prédiction de la qualité de lien par une méthode d'extrapolation historique utilisant les "Time Series"". Mémoire, École de technologie supérieure, 2006. http://espace.etsmtl.ca/513/1/MOHANNA_Hachem.pdf.

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Abstract (sommario):

Les MANETs (Mobile Ad hoc NETworks) ont été au coeur d'un nombre croissant de travaux de recherche et de publications au cours de ces dernières années. Bien que la majorité de ces études traitent d'un aspect particulier ou à une couche donnée des systèmes ad-hoc, de plus en plus de travaux abordent les problématiques avec une vision globale, allant de plus en plus vers une approche cross-layer. Un des principaux problèmes dans un MANET est la variation constante de la qualité des liens entre les noeuds, essentiellement due à leurs mouvements. De nombreuses approches basées sur la prédiction de la qualité de lien, sur la prédiction du mouvement, ou du moment de rupture ont été proposées. Nous proposons un modèle, Time Series Received Power Prediction (TSRPP), simple, efficace et basé sur des éléments historiques. Il permet de prédire la variation de la puissance reçue à partir des valeurs passées à travers l'utilisation des outils de time series basés sur le exponential smoothing. L'idée est d'offrir un outil qui fournit des éléments d'information sur l'état des liens à horizon court, deux secondes. Une liberté totale étant laissée aux utilisateurs de notre outil quand aux changements à apporter dans les protocoles de la couche MAC, du routage, de construction et maintenance de clusters et de backbones pour prendre en compte la prédiction dans leur fonctionnement. Il ne fait nul doute que, pour le moment, les outils de simulation sont le moyen privilégié pour tester toute proposition ou éprouver un protocole. De ce fait et au vu de l'impact considérable de la mobilité sur les performances des MANETs, une modélisation réaliste du mouvement prend toute son importance. Pour élaborer et tester notre modèle de prédiction dans de bonnes conditions de réalisme, nous proposons deux modèles de mobilité, Temporal Dependency with Pause time Dependency mobility model (TDPD)et Temporal Dependency and Movement Dependency mobility model(TDMD), qui se veulent aussi simples d'utilisation que Random Waypoint tout en fournissant des traces plus réalistes. De même et dans le but de modéliser de façon assez fine la puissance du signal reçu par le récepteur, nous utilisons un modèle de propagation répandu dans la littérature qui prend aussi bien en compte les phénomènes d'atténuation à tendance longue que les variations aléatoires plus rapides. À travers des simulations sous Matlab, nous montrons les caractéristiques de nos modèles de mouvements ainsi que la qualité des résultats de notre modèle de prédiction. Nos résultats tendent à confirmer le proverbe «l'histoire est ce qui empêche l'avenir d'être n'importe quoi».

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Rit, Simon. "Prise en compte du mouvement respiratoire pour la reconstruction d'images tomodensitométriques : obtention d'images TDM 4D en salle de traitement pour la radiothérapie du cancer du poumon". Lyon 2, 2007. http://theses.univ-lyon2.fr/documents/lyon2/2007/rit_s.

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Abstract (sommario):

Une image tomodensitométrique (TDM) représente la carte 3D des coefficients d'atténuation linéaire d'un faisceau de rayons X. Si le patient respire et le mouvement n'est pas pris en compte, les images TDM du thorax sont perturbées par d'importants artefacts, tels que du flou, des traits et des bandes. L'objectif de cette thèse est de proposer des méthodes de correction et de les appliquer dans le cadre de la radiothérapie du cancer du poumon, à partir de séquences de projections acquises par un faisceau à géométrie conique embarqué sur un accélérateur linéaire. La première méthode envisagée s'appuie sur un signal respiratoire permettant de sélectionner pour la reconstruction les projections correspondant à une même phase. Pour l'appliquer, nous avons mis au point une méthode d'extraction automatique du signal respiratoire depuis les projections. Par ailleurs, une étude quantitative a été menée sur données simulées pour évaluer l'impact de l'algorithme de reconstruction et des différents paramètres de sélection des projections. Nous obtenons ainsi des images TDM sans flou mais d'une qualité limitée par l'utilisation d'un faible nombre de projections. D'autres approches modifient l'algorithme de reconstruction pour compenser le mouvement respiratoire à partir d'un modèle réaliste quelconque supposé connu, ce qui permet d'utiliser toutes les projections acquises. Nous avons proposé deux méthodes de reconstruction avec compensation du mouvement. La première est analytique mais basée sur une heuristique. La seconde résout le problème algébriquement à partir d'une modélisation discrète des transformations en jeu via deux nouvelles approches, l'une avant et l'autre arrière
A computed tomography (CT) represents the 3D map of the linear attenuation coefficients of a X-ray beam. If the patient breath and the motion is not taken into account, the CT images of the thorax are disturbed by strong artifacts such as blur, streaks and bands. The objective of this thesis is to propose methods to correct these artifacts and to apply them in the context of the radiotherapy of the lung cancer to sequences of cone-beam projections acquired with a CT scanner mounted on the gantry of a linear accelerator. The first method uses a respiratory signal to select for the reconstruction the projections corresponding to a same phase. To apply it, we proposed a method to extract automatically the respiratory signal from the cone-beam projections. A quantitative analysis was then performed on simulated data to evaluate the impact of the reconstruction algorithm and of the different selection parameters of the cone-beam projections. We obtain thus CT images without blur but with a quality limited due to the small number of projections used. Other approaches modify the reconstruction algorithm to compensate for the respiratory motion using a realistic model, which allows to use all the acquired projections. We proposed two motion compensated reconstruction methods. The first one is analytic and based on a heuristic. The second one solves the problem algebraically from a discrete formulation of the transformations at stake via two new approaches, one forward and the other backward

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Marat, Sophie. "Modèles de saillance visuelle par fusion d'informations sur la luminance, le mouvement et les visages pour la prédiction de mouvements oculaires lors de l'exploration de vidéos". Phd thesis, Grenoble INPG, 2010. http://www.theses.fr/2010INPG0012.

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Abstract (sommario):

Lorsque nous explorons une scène visuelle nous focalisons notre attention et notre regard sur certaines régions de la scène dites saillantes afin d'étudier ces régions plus en détail. L'objectif de cette thèse était de mieux comprendre les processus attentionnels qui guident le regard lorsque nous regardons une vidéo et de modéliser ces processus. Deux approches complémentaires ont été adoptées : une approche comportementale, à l'aide d'expériences d'oculométrie, pour mieux comprendre comment les personnes regardent une vidéo et une approche de modélisation afin de proposer un modèle, inspiré du système visuel humain, permettant de mettre en évidence les régions saillantes dans des vidéos. Deux modèles ont été proposés. Le premier modèle de saillance à deux voies, extrait des cartes statiques et dynamiques à partir des informations sur la luminance et le mouvement. Les traitements de ces deux voies, bien que relativement indépendants, sont réalisés par des modules communs (filtre « rétinien » et filtres « corticaux ») à l'instar de ce qui est fait dans le système visuel. Un deuxième modèle de saillance, à trois voies, intègre au modèle précédent une voie dédiée à la détection des visages, les visages étant connus pour attirer les regards. Des expériences d'oculométrie ont permis d'étudier et d'évaluer ces modèles de saillance en détail

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Marat, Sophie. "Modèles de saillance visuelle par fusion d'informations sur la luminance, le mouvement et les visages pour la prédiction de mouvements oculaires lors de l'exploration de vidéos". Phd thesis, Grenoble INPG, 2010. http://tel.archives-ouvertes.fr/tel-00497787.

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Abstract (sommario):

Lorsque nous explorons une scène visuelle nous focalisons notre attention et notre regard sur certaines régions de la scène dites saillantes an d'étudier ces régions plus en détail. L'objectif de cette thèse était de mieux comprendre les processus attentionnels qui guident le regard lorsque nous regardons une vidéo et de modéliser ces processus. Deux approches complémentaires ont été adoptées : une approche comportementale, à l'aide d'expériences d'oculométrie, pour mieux comprendre comment les personnes regardent une vidéo et une approche de modélisation afin de proposer un modèle, inspiré du système visuel humain, permettant de mettre en évidence les régions saillantes dans des vidéos. Deux modèles ont été proposés. Le premier modèle de saillance à deux voies, extrait des cartes statiques et dynamiques à partir des informations sur la luminance et le mouvement. Les traitements de ces deux voies, bien que relativement indépendants, sont réalisés par des modules communs (filtre "rétinien" et filtres "corticaux") à l'instar de ce qui est fait dans le système visuel. Un deuxième modèle de saillance, à trois voies, intègre au modèle précédent une voie dédiée à la détection des visages, les visages étant connus pour attirer les regards. Des expériences d'oculométrie ont permis d'étudier et d'évaluer ces modèles de saillance en détail.

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Chaabouni, Souad. "Etude et prédiction d'attention visuelle avec les outils d'apprentissage profond en vue d'évaluation des patients atteints des maladies neuro-dégénératives". Thesis, Bordeaux, 2017. http://www.theses.fr/2017BORD0768/document.

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Abstract (sommario):

Cette thèse est motivée par le diagnostic et l’évaluation des maladies neuro-dégénératives et dans le but de diagnostique sur la base de l’attention visuelle.Néanmoins, le dépistage à grande échelle de la population n’est possible que si des modèles de prédiction automatique suffisamment robustes peuvent être construits. Dans ce contexte nous nous intéressons `a la conception et le développement des modèles de prédiction automatique pour un contenu visuel spécifique à utiliser dans l’expérience psycho-visuelle impliquant des patients atteints des maladies neuro-dégénératives. La difficulté d’une telle prédiction réside dans une très faible quantité de données d’entraînement. Les modèles de saillance visuelle ne peuvent pas être fondés sur les caractérisitiques “bottom-up” uniquement, comme le suggère la théorie de l’intégration des caractéristiques. La composante “top-down” de l’attention visuelle humaine devient prépondérante au fur et à mesure d’observation de la scène visuelle. L’attention visuelle peut-être prédite en se basant sur les scènes déjà observées. Les réseaux de convolution profonds (CNN) se sont révèlés être un outil puissant pour prédire les zones saillantes dans les images statiques.Dans le but de construire un modèle de prédiction automatique pour les zones saillantes dans les vidéos naturels et intentionnellement dégradées, nous avons conçu une architecture spécifique de CNN profond. Pour surmonter le manque de données d’apprentissage,nous avons conçu un système d’apprentissage par transfert dérivé de la méthode de Bengio.Nous mesurons ses performances lors de la prédiction de régions saillantes. Les r´esultatsobtenus sont int´eressants concernant la r´eaction des sujets t´emoins normaux contre leszones d´egrad´ees dans les vid´eos. La comparaison de la carte de saillance pr´edite des vid´eosintentionnellement d´egrad´ees avec des cartes de densit´e de fixation du regard et d’autresmod`eles de r´ef´erence montre l’int´erˆet du mod`ele d´evelopp´e
This thesis is motivated by the diagnosis and the evaluation of the dementia diseasesand with the aim of predicting if a new recorded gaze presents a complaint of thesediseases. Nevertheless, large-scale population screening is only possible if robust predictionmodels can be constructed. In this context, we are interested in the design and thedevelopment of automatic prediction models for specific visual content to be used in thepsycho-visual experience involving patients with dementia (PwD). The difficulty of sucha prediction lies in a very small amount of training data.Visual saliency models cannot be founded only on bottom-up features, as suggested byfeature integration theory. The top-down component of human visual attention becomesprevalent as human observers explore the visual scene. Visual saliency can be predictedon the basis of seen data. Deep Convolutional Neural Networks (CNN) have proven tobe a powerful tool for prediction of salient areas in static images. In order to constructan automatic prediction model for the salient areas in natural and intentionally degradedvideos, we have designed a specific CNN architecture. To overcome the lack of learningdata we designed a transfer learning scheme derived from bengio’s method. We measureits performances when predicting salient regions. The obtained results are interestingregarding the reaction of normal control subjects against degraded areas in videos. Thepredicted saliency map of intentionally degraded videos gives an interesting results comparedto gaze fixation density maps and other reference models

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Fayad, Hadi. "Respiratory motion modeling for use in diagnostic imaging and radiation therapy". Brest, 2011. http://www.theses.fr/2011BRES2058.

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Abstract (sommario):

Les déformations associées au mouvement respiratoire sont l’un des paramètres principaux réduisant la sensibilité et la spécificité au niveau thoracique et abdominal. En outre, le mouvement respiratoire diminue la précision dans la fusion d’images acquises en utilisant un système combiné tomographie à émission de positron / tomodensitométrie (TEP/TDM). Les solutions existantes à jour incluent l’acquisition des images TDM et TEP synchronisées avec la respiration. Cependant, les différences entre l'acquisition 4D TEP et 4D TDM, dues aux conditions de respiration différentes pour ces deux modalités, limitent ce processus. De plus, la dose élevée nécessaire à l’acquisition 4D TDM n’est pas justifiable pour tous les patients. Le premier objectif de cette thèse était alors de générer des images dynamiques TDM à partir d’une image TDM de référence et des matrices de déformation obtenues en utilisant un recalage élastique des données 4D TEP non corrigées pour l’atténuation. Une telle approche élimine, d’une part la nécessité d’une acquisition 4D TDM, et assure d’autre part la bonne correspondance entre les images 4D TDM et 4D TEP. En conséquence, le deuxième objectif de cette thèse était de développer et évaluer dans un premier temps des modèles de mouvement respiratoire spécifiques à chaque patient et dans un deuxième temps des modèles génériques du mouvement respiratoire. Ces modèles relient le mouvement interne aux mouvements externes caractérisés par des signaux respiratoires 1D ou des surfaces externes du patient. Finalement, les deux modèles développés ont été validés et appliqués dans le cadre de la correction du mouvement respiratoire et de l’atténuation en TEP et pour la radiothérapie
One of the most important parameters reducing the sensitivity and specificity in the thoracic and abdominal areas is respiratory motion and associated deformations which represent today an important challenge in medical imaging. In addition, respiratory motion reduces accuracy in image fusion from combined positron emission tomography computed tomography (PET/CT) systems. Solutions presented to date include respiratory synchronized PET and CT acquisitions. However, differences between acquired 4D PET and corresponding CT image series have been reported due to differences in respiration conditions during PET and CT acquisitions. In addition, the radiation dose burden resulting from a 4D CT acquisition may not be justifiable for every patient. The first objective of this thesis was to generate dynamic CT images from one reference CT image; based on deformation matrices obtained from the elastic registration of 4D non attenuation corrected PET images. Such an approach eliminates, on one hand the need for the acquisition of dynamic CT, while at the same time ensuring the good matching between CT and PET images. The second objective was to develop and evaluate methods of building patient specific respiratory motion models and at as a second step more developed generic respiratory motion models. These models relate the internal motion to the parameters of an external surrogate signal (PET respiratory signal or patient's surface) that can be acquired during data acquisition and treatment delivery. Finally, the two developed models were validated and used in the PET respiratory motion and attenuation correction and in radiation therapy applications

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Bogadhi, Amarender R. "Une étude expérimentale et théorique de l'intégration de mouvement pour la poursuite lente : Un modèle Bayesien récurrent et hiérarchique". Thesis, Aix-Marseille, 2012. http://www.theses.fr/2012AIXM5009/document.

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Abstract (sommario):

Cette thèse se compose de deux parties, concernant deux études expérimentales sur les mouvements oculaires de poursuite lente d'un stimulus visuel en mouvement (barre inclinée). La première étude aborde l'intégration dynamique de signaux locaux de mouvement visuel provenant de la rétine, tandis que la seconde porte sur l'influence de signaux extra-rétiniens sur l'intégration du mouvement. Un cadre théorique plus général est également proposé, sur la base d'un modèle bayésien récurrent et hiérarchique pour la poursuite lente. Pour la première étude, l'intégration dynamique de mouvement a été analysée en variant le contraste et la vitesse de la barre inclinée. Les résultats montrent que des vitesses plus élevées et des valeurs plus basses de contraste produisent un plus fort biais dans la direction initiale de poursuite et que successivement la dynamique d'intégration de mouvement est plus lente pour les contrastes faibles. Une version en boucle ouverte d'un modèle bayésien est proposée, où un réseau bayésien récurrent est connecté en cascade avec un modèle du système oculomoteur pour générer des réponses de poursuite lente. Les réponses du modèle reproduisent qualitativement les différentes dynamiques observées dans les réponses de poursuite à la barre inclinée en fonction des vitesses et des contrastes différents. La deuxième étude a enquêté sur les interactions dynamiques entre les signaux rétiniens et extra-rétiniens dans l'intégration dynamique de mouvement pour la poursuite lente par le moyen d'une suppression transitoire de la cible à différents moments de la poursuite, et notamment au cours de la phase de boucle ouverte et pendant l'état d'équilibre
This thesis addresses two studies by studying smooth pursuit eye movements for a translating tilted bar stimulus. First, the dynamic integration of local visual motion signals originating from retina and second, the influence of extra-retinal signals on motion integration. It also proposes a more generalized, hierarchical recurrent bayesian framework for smooth pursuit. The first study involved investigating dynamic motion integration for varying contrasts and speeds using a tilted bar stimuli. Results show that higher speeds and lower contrasts result in higher initial direction bias and subsequent dynamics of motion integration is slower for lower contrasts. It proposes an open-loop version of a recurrent bayesian model where a recurrent bayesian network is cascaded with an oculomotor plant to generate smooth pursuit responses. The model responses qualitatively account for the different dynamics observed in smooth pursuit responses to tilted bar stimulus at different speeds and contrasts. The second study investigated the dynamic interactions between retinal and extra-retinal signals in dynamic motion integration for smooth pursuit by transiently blanking the target at different moments during open-loop and steady-state phases of pursuit. The results suggest that weights to retinal and extra-retinal signals are dynamic in nature and extra-retinal signals dominate retinal signals on target reappearance after a blank introduced during open-loop of pursuit when compared to a blank introduced during steady-state of pursuit. The previous version of the model is updated to a closed-loop version and extended to a hierarchical recurrent bayesian model

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Petibon, Yoann. "Développement de méthodes quantitatives en imagerie simultanée TEP-IRM". Thesis, Paris 6, 2015. http://www.theses.fr/2015PA066187.

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Abstract (sommario):

Le mouvement des organes durant l’acquisition et la réponse impulsionnelle (RI) du système dégradent les images obtenues par Tomographie par Emission de Positons (TEP). Récemment, les scanners simultanés TEP-Imagerie par Résonance Magnétique (IRM) ont été introduits, offrant une solution au problème du mouvement qui peut être estimé grâce à l’IRM pour corriger les images TEP. Néanmoins, pour profiter pleinement de ces nouvelles possibilités, il est également important de corriger les images des effets de la RI. L’objectif de ce travail est de proposer des méthodes TEP-IRM permettant d’améliorer la qualité des images TEP. Pour ce faire, nous avons développé des techniques d’acquisitions/traitement de données IRM permettant de mesurer le mouvement des organes. Nous avons modélisé la RI non-stationnaire du système grâce à des mesures de sources ponctuelles. Nous avons ensuite intégré l’information de mouvement IRM -au niveau des cartes d’émission et d’atténuation- et le modèle de la RI dans un algorithme de reconstruction TEP permettant d’obtenir des images corrigées des effets du mouvement et de la RI. Ces méthodes ont été évaluées pour des applications oncologiques et cardiaques sur des acquisitions de fantômes, d’animaux et de patients, qui ont montré une amélioration de la caractérisation des tumeurs abdominales et des lésions du myocarde. De plus, nous avons développé des méthodes permettant d’améliorer l’imagerie TEP de plaques athéromateuses fragiles dans les coronaires et les avons évaluées avec des simulations réalistes TEP-IRM. Les résultats obtenus montrent que les techniques proposées améliorent la qualité des images TEP par rapport aux méthodes conventionnelles
The physiologic motion of organs during the data acquisition and the finite system’s Point Spread Function (PSF) both limit the image quality of Positron Emission Tomography (PET). Recently, whole-body (WB) simultaneous PET-Magnetic Resonance (MR) scanners have become available. This modality offers an elegant solution to the motion problem since MR-based motion information can be used to correct the PET images for motion. Nevertheless, to fully benefit from the new capabilities offered by PET-MR, it is essential to also compensate the images for PSF-related degradations. The goal of this thesis was to develop methods allowing to improve PET image quality using PET-MR. In that perspective, we have developed MRI acquisition/processing techniques to measure organs’ motion. We have modeled the spatially-varying PSF using point source measurements. We have then incorporated MR-based motion information (of both emission and attenuation maps) and PSF modeling into fully-3D iterative PET reconstruction, yielding images virtually free of motion artifacts while reducing PSF-related effects. These methods were evaluated for two key applications of WB PET-MR, oncology and cardiology, using phantom, animal and patient studies, demonstrating improved image quality and assessment of tumors and myocardial defects. In addition, we have developed methods allowing to improve PET imaging of small coronary atherosclerotic plaques, a promising pre-clinical application of PET-MR, which were evaluated using a realistic PET-MR simulation study. Overall, the results obtained demonstrate that the developed methodology can substantially improve PET image quality as compared to standard methods

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Petibon, Yoann. "Développement de méthodes quantitatives en imagerie simultanée TEP-IRM". Electronic Thesis or Diss., Paris 6, 2015. http://www.theses.fr/2015PA066187.

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Abstract (sommario):

Le mouvement des organes durant l’acquisition et la réponse impulsionnelle (RI) du système dégradent les images obtenues par Tomographie par Emission de Positons (TEP). Récemment, les scanners simultanés TEP-Imagerie par Résonance Magnétique (IRM) ont été introduits, offrant une solution au problème du mouvement qui peut être estimé grâce à l’IRM pour corriger les images TEP. Néanmoins, pour profiter pleinement de ces nouvelles possibilités, il est également important de corriger les images des effets de la RI. L’objectif de ce travail est de proposer des méthodes TEP-IRM permettant d’améliorer la qualité des images TEP. Pour ce faire, nous avons développé des techniques d’acquisitions/traitement de données IRM permettant de mesurer le mouvement des organes. Nous avons modélisé la RI non-stationnaire du système grâce à des mesures de sources ponctuelles. Nous avons ensuite intégré l’information de mouvement IRM -au niveau des cartes d’émission et d’atténuation- et le modèle de la RI dans un algorithme de reconstruction TEP permettant d’obtenir des images corrigées des effets du mouvement et de la RI. Ces méthodes ont été évaluées pour des applications oncologiques et cardiaques sur des acquisitions de fantômes, d’animaux et de patients, qui ont montré une amélioration de la caractérisation des tumeurs abdominales et des lésions du myocarde. De plus, nous avons développé des méthodes permettant d’améliorer l’imagerie TEP de plaques athéromateuses fragiles dans les coronaires et les avons évaluées avec des simulations réalistes TEP-IRM. Les résultats obtenus montrent que les techniques proposées améliorent la qualité des images TEP par rapport aux méthodes conventionnelles
The physiologic motion of organs during the data acquisition and the finite system’s Point Spread Function (PSF) both limit the image quality of Positron Emission Tomography (PET). Recently, whole-body (WB) simultaneous PET-Magnetic Resonance (MR) scanners have become available. This modality offers an elegant solution to the motion problem since MR-based motion information can be used to correct the PET images for motion. Nevertheless, to fully benefit from the new capabilities offered by PET-MR, it is essential to also compensate the images for PSF-related degradations. The goal of this thesis was to develop methods allowing to improve PET image quality using PET-MR. In that perspective, we have developed MRI acquisition/processing techniques to measure organs’ motion. We have modeled the spatially-varying PSF using point source measurements. We have then incorporated MR-based motion information (of both emission and attenuation maps) and PSF modeling into fully-3D iterative PET reconstruction, yielding images virtually free of motion artifacts while reducing PSF-related effects. These methods were evaluated for two key applications of WB PET-MR, oncology and cardiology, using phantom, animal and patient studies, demonstrating improved image quality and assessment of tumors and myocardial defects. In addition, we have developed methods allowing to improve PET imaging of small coronary atherosclerotic plaques, a promising pre-clinical application of PET-MR, which were evaluated using a realistic PET-MR simulation study. Overall, the results obtained demonstrate that the developed methodology can substantially improve PET image quality as compared to standard methods

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Cao, Yi-Heng. "Apprentissage génératif pour la synthèse d'images médicales dynamiques 4D". Electronic Thesis or Diss., Brest, 2024. http://www.theses.fr/2024BRES0004.

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Abstract (sommario):

La tomodensitométrie quadridimensionnelle (TDM 4D) consiste à reconstruire une acquisition en plusieurs phases afin de suivre les mouvements des organes internes et des tumeurs. Elle est couramment utilisée dans la planification des traitements de radiothérapie pour le cancer du poumon, mais elle expose les patients à des doses de radiation plus élevées, allant jusqu’à six fois supérieures à celles d’une tomodensitométrie tridimensionnelle (TDM 3D) classique. Les méthodes d’apprentissage automatique profond, issues du domaine de la vision par ordinateur, suscitent un vif intérêt au sein de la communauté de l’imagerie médicale. Parmi ces approches, les modèles génératifs se distinguent en leur capacité à générer des images synthétiques reproduisant fidèlement l’apparence et les caractéristiques statistiques d’images obtenues à partir de systèmes réels. Dans cette thèse, nous explorons l’utilisation d’un modèle génératif pour la génération d’image dynamique. Nous proposons un modèle capable de générer un mouvement respiratoire spécifique à un patient à partir d’une image TDM 3D de diagnostic et de données respiratoires. L’objectif est de permettre aux radiologues d’effectuer la délimitation des volumes cibles et des organes à risque, ainsi que le calcul de la dose sur des images dynamiques de synthèses. Cette méthode éviterait ainsi la nécessité de réaliser une acquisition TDM 4D, réduisant ainsi l’exposition du patient aux radiations
Four-dimensional computed tomography (4DCT) involves reconstructing an acquisition in multiple phases to track the movements of internal organs and tumors. It is used routinely for radiotherapy treatment planning of lung cancer, but it exposes patients to higher radiation doses, up to six times greater than those of a conventional threedimensional computed tomography (3DCT). Deep learning methods from the field of computer vision are gaining significant interest within the medical imaging community. Among these approaches, generative models stand out due to their ability to generate synthetic images that faithfully replicate the appearance and statistical characteristics of images acquired from real systems. In this thesis, we explore the use of a generative model for dynamic image generation. We propose a model capable of generating patient-specific respiratory motion from a diagnostic 3DCT image and respiratory data. The goal is to enable radiologists to delineate target volumes and organs at risk, as well as perform dose calculations on these dynamic synthetic images. This method would reduce the need for a 4DCT acquisition, thereby reducing the patient’s radiation exposure

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Sierra, Gonzalez David. "Towards Human-Like Prediction and Decision-Making for Automated Vehicles in Highway Scenarios". Thesis, Université Grenoble Alpes (ComUE), 2019. http://www.theses.fr/2019GREAM012/document.

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Abstract (sommario):

Au cours des dernières décennies, les constructeurs automobiles ont constamment introduit des innovations technologiques visant à rendre les véhicules plus sûrs. Le niveau de sophistication de ces systèmes avancés d’aide à la conduite s’est accru parallèlement aux progrès de la technologie des capteurs et de la puissance informatique intégrée. Plus récemment, une grande partie de la recherche effectuée par l'industrie et les institutions s'est concentrée sur l'obtention d'une conduite entièrement automatisée. Les avantages sociétaux potentiels de cette technologie sont nombreux, notamment des routes plus sûres, des flux de trafic améliorés et une mobilité accrue pour les personnes âgées et les handicapés. Toutefois, avant que les véhicules autonomes puissent être commercialisés, ils doivent pouvoir partager la route en toute sécurité avec d’autres véhicules conduits par des conducteurs humains. En d'autres termes, ils doivent pouvoir déduire l'état et les intentions du trafic environnant à partir des données brutes fournies par divers capteurs embarqués, et les utiliser afin de pouvoir prendre les bonnes décisions de conduite sécurisée. Malgré la complexité apparente de cette tâche, les conducteurs humains ont la capacité de prédire correctement l’évolution du trafic environnant dans la plupart des situations. Cette capacité de prédiction est rendu plus simple grâce aux règles imposées par le code de la route qui limitent le nombre d’hypothèses; elle repose aussi sur l’expérience du conducteur en matière d’évaluation et de réduction du risque. L'absence de cette capacité à comprendre naturellement une scène de trafic constitue peut-être, le principal défi qui freine le déploiement à grande échelle de véhicules véritablement autonomes sur les routes.Dans cette thèse, nous abordons les problèmes de modélisation du comportement du conducteur, d'inférence sur le comportement des autres véhicules, et de la prise de décision pour la navigation sûre. En premier lieu, nous modélisons automatiquement le comportement d'un conducteur générique à partir de données de conduite démontrées, évitant ainsi le réglage manuel traditionnel des paramètres du modèle. Ce modèle codant les préférences d’un conducteur par rapport au réseau routier (par exemple, voie ou vitesse préférées) et aux autres usagers de la route (par exemple, distance préférée au véhicule de devant). Deuxièmement, nous décrivons une méthode qui utilise le modèle appris pour prédire la séquence des actions à long terme de tout conducteur dans une scène de trafic. Cette méthode de prédiction suppose que tous les acteurs du trafic se comportent de manière aversive au risque, et donc ne peut pas prévoir les manœuvres dangereux ou les accidents. Pour pouvoir traiter de tels cas, nous proposons un modèle probabiliste plus sophistiqué, qui estime l'état et les intentions du trafic environnant en combinant la prédiction basée sur le modèle avec les preuves dynamiques fournies par les capteurs. Le modèle proposé imite ainsi en quelque sorte le processus de raisonnement des humains. Nous humains, savons ce qu’un véhicule est susceptible de faire compte tenu de la situation (ceci est donné par le modèle), mais nous surveillerons sa dynamique pour en détecter les écarts par rapport au comportement attendu. En pratique, la combinaison de ces deux sources d’informations se traduit par une robustesse accrue des estimations de l’intention par rapport aux approches reposant uniquement sur des preuves dynamiques. En dernière partie, les deux modèles présentés (comportemental et prédictif) sont intégrés dans le cadre d´une approche décisionnel probabiliste. Les méthodes proposées se sont vues évalués avec des données réelles collectées avec un véhicule instrumenté, attestant de leur efficacité dans le cadre de la conduite autonome sur autoroute. Bien que centré sur les autoroutes, ce travail pourrait être facilement adapté pour gérer des scénarios de trafic alternatifs
During the past few decades automakers have consistently introduced technological innovations aimed to make road vehicles safer. The level of sophistication of these advanced driver assistance systems has increased parallel to developments in sensor technology and embedded computing power. More recently, a lot of the research made both by industry and institutions has concentrated on achieving fully automated driving. The potential societal benefits of this technology are numerous, including safer roads, improved traffic flows, increased mobility for the elderly and the disabled, and optimized human productivity. However, before autonomous vehicles can be commercialized they should be able to safely share the road with human drivers. In other words, they should be capable of inferring the state and intentions of surrounding traffic from the raw data provided by a variety of onboard sensors, and to use this information to make safe navigation decisions. Moreover, in order to truly navigate safely they should also consider potential obstacles not observed by the sensors (such as occluded vehicles or pedestrians). Despite the apparent complexity of the task, humans are extremely good at predicting the development of traffic situations. After all, the actions of any traffic participant are constrained by the road network, by the traffic rules, and by a risk-aversive common sense. The lack of this ability to naturally understand a traffic scene constitutes perhaps the major challenge holding back the large-scale deployment of truly autonomous vehicles in the roads.In this thesis, we address the full pipeline from driver behavior modeling and inference to decision-making for navigation. In the first place, we model the behavior of a generic driver automatically from demonstrated driving data, avoiding thus the traditional hand-tuning of the model parameters. This model encodes the preferences of a driver with respect to the road network (e.g. preferred lane or speed) and also with respect to other road users (e.g. preferred distance to the leading vehicle). Secondly, we describe a method that exploits the learned model to predict the future sequence of actions of any driver in a traffic scene up to the distant future. This model-based prediction method assumes that all traffic participants behave in a risk-aware manner and can therefore fail to predict dangerous maneuvers or accidents. To be able to handle such cases, we propose a more sophisticated probabilistic model that estimates the state and intentions of surrounding traffic by combining the model-based prediction with the dynamic evidence provided by the sensors. In a way, the proposed model mimics the reasoning process of human drivers: we know what a given vehicle is likely to do given the situation (this is given by the model), but we closely monitor its dynamics to detect deviations from the expected behavior. In practice, combining both sources of information results in an increased robustness of the intention estimates in comparison with approaches relying only on dynamic evidence. Finally, the learned driver behavioral model and the prediction model are integrated within a probabilistic decision-making framework. The proposed methods are validated with real-world data collected with an instrumented vehicle. Although focused on highway environments, this work could be easily adapted to handle alternative traffic scenarios

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Delmon, Vivien. "Recalage déformable de projections de scanner X à faisceau conique". Thesis, Lyon, INSA, 2013. http://www.theses.fr/2013ISAL0128/document.

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Abstract (sommario):

Évaluer quantitativement les mouvements d'un patient lors d'un traitement par radiothérapie est un enjeu majeur. En effet, ces mouvements et ces déformations anatomiques induisent une incertitude balistique conduisant les thérapeutes à augmenter les marges de sécurité, ce qui peut empêcher de délivrer une dose suffisante à la région tumorale. Dans le cadre de cette thèse, nous nous sommes intéressés à l'estimation de ces mouvements dans les images obtenues juste avant le traitement par le scanner à faisceau conique. Pour cela, nous avons utilisé des algorithmes de recalage déformable. Dans un premier temps, nous avons cherché à améliorer la modélisation du mouvement respiratoire. Pour cela, nous nous sommes basés sur un modèle utilisant une segmentation de l'intérieur de la cage thoracique afin d'autoriser le glissement des organes internes contre cette dernière, tout en préservant un champ de déformation cohérent. La segmentation de l'intérieur de la cage thoracique est effectuée automatiquement par un algorithme qui prend en paramètres une segmentation des poumons et de la cage thoracique. Les algorithmes permettant de segmenter ces deux régions se sont avérés peu robustes, ce qui nous a poussé à les améliorer. Une fois ces structures bien segmentées, le modèle de transformation souffre d'un inconvénient majeur empêchant son utilisation dans un algorithme de recalage entre des projections 2D et une image 3D. En effet, il nécessite une segmentation 3D de l'intérieur de la cage thoracique dans les 2 images à recaler, ce qui est impossible à obtenir pour la série de projections 2D. Le modèle proposé dans cette thèse permet de contraindre les déformations à représenter des mouvements physiologiquement plausibles, tout en ne nécessitant qu'une seule segmentation de l'image 3D. Dans un deuxième temps, nous avons implémenté un algorithme de recalage 2D/3D utilisant le modèle de déformation proposé afin d'extraire le mouvement respiratoire des projections 2D de l'imageur à faisceau conique. Cet algorithme a été testé sur des images simulées dont les déformations étaient connues. Les résultats étant concluants, nous avons utilisé un algorithme de reconstruction compensée en mouvement dans le but de produire des images 3D sans flou respiratoire sur des données réelles. L'approche proposée permet d'obtenir une connaissance approfondie de l'anatomie du patient et de son mouvement respiratoire le jour du traitement, ce qui ouvre de nouvelles perspectives comme l'adaptation journalière du traitement, le calcul de dose prenant en compte le mouvement respiratoire et la re-planification de traitement. Cette approche de recalage entre une image 3D et des projections 2D est généralisable à d'autres mouvements et d'autres régions anatomiques
Motion estimation is a challenge in radiotherapy. It requires security margins to account for the incertitude on the tumor position. In this thesis, we address the problem of estimating the motion directly in the treatment room using the cone-beam projections. Firstly, we proposed a new breathing motion model that takes into account the sliding discontinuity between the rib-cage and the lungs. This method uses a segmentation of the inner part of the rib-cage which is obtained by an algorithm that requires the segmentation of the lungs and the rib-cage. The algorithms segmenting these parts were not robust enough and we proposed methods to improve their robustness. Compared to previous methods using this mask, our motion model is more robust to segmentation inconsistencies because it only requires a single mask instead of two consistent masks. Moreover, in case of 2D/3D registration, the computation of the second mask is usually not possible. The proposed model restricts the transformation to physically plausible motions and rely on a single segmentation. Secondly, we proposed a 2D/3D registration algorithm that uses our breathing model to extract motion from the cone-beam projections obtained just before the treatment. This algorithm was tested on simulated data. Then, we applied it to real data to reconstruct motion compensated images to remove motion blur from cone-beam CT. The proposed approach gives access to the patient motion just before the treatment, which can be used to daily adapt the treatment or to compute 4D dose maps. This approach can be used for other motions in other anatomic regions

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Joinié-Maurin, Mathieu. "Téléchirurgie robotisée au contact d'organes mobiles". Phd thesis, Université de Strasbourg, 2012. http://tel.archives-ouvertes.fr/tel-00746479.

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Abstract (sommario):

Le geste médical assisté par ordinateur en salle d'opération n'a pas cessé de progresser lors de ladernière décennie. Ce phénomène est lié à l'évolution des techniques de chirurgie et notamment àl'apparition des techniques dites mini-invasives. Cette pratique bien que révolutionnaire car ellepermet de diminuer les risques d'infection a introduit de nombreux problèmes. En effet, lechirurgien est limité dans ses gestes à cause de la restriction de mouvement imposée par les trocarts.De ce fait, la communauté robotique s'est assez rapidement intéressée aux problématiques deschirurgiens afin de développer des dispositifs robotisés adaptés. Un des grands thèmes étudié estcelui de la téléopération. Cette dernière consiste à utiliser deux dispositifs robotisés communémentappelés: maître et esclave. Dans le contexte médical, le robot maître est manoeuvré par le chirurgienet le robot esclave est au contact de l'organe à opérer. La première génération de ces systèmes nepermettait pas au chirurgien de ressentir les efforts qu'il exerçait sur les organes du patient. Unedeuxième génération de dispositifs est apparue en introduisant le retour d'efforts. Au delà desproblèmes de stabilité et de commande rencontrés, de tels systèmes permettent de réduire lesimperfections du geste humain ou d'en augmenter les capacités. Une des gênes constatées par leschirurgiens lors de l'utilisation de tels systèmes est le mouvement physiologique des organes àopérer.Cette thèse s'est principalement focalisée sur le thème de la compensation des mouvementsphysiologiques dans le cadre de la téléopération avec retour d'efforts. L'objectif étant de démontrerqu'il est possible pour le chirurgien de téléopérer un organe soumis à des mouvementsphysiologiques, et notamment le mouvement respiratoire, sans qu'il ne ressente cette perturbation.[...]

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Drouet, Stéphane. "Analyse des données accélérométriques pour la caractérisation de l'aléa sismique en France métropolitaine". Phd thesis, Université Paul Sabatier - Toulouse III, 2006. http://tel.archives-ouvertes.fr/tel-00086503.

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Abstract (sommario):

Ce travail est consacré à l'étude des données accélérométriques de la france métropolitaine, issues du Réseau Accélérométrique Permanent (RAP), en cours d'installation depuis 1996, pour caractériser l'aléa sismique. Il existe de nombreux modèles empiriques de prédiction des mouvements forts valables pour les régions sismiquement très actives (USA, Japon...), mais leur utilisation dans le contexte français nécessite la ré-évaluation de paramètres tels que les magnitudes et les conditions de site.

Dans un premier temps, l'analyse des données de séismes modérés a permis d'établir une échelle homogène de magnitudes issues du moment sismique. Par ailleurs, les réponses de site des stations du réseau RAP ont été calculées pour les Pyrénées, les Alpes et le fossé Rhénan. Enfin, les phénomènes d'atténuation au niveau de la France semblent présenter des variations régionales. En se basant sur les résultats précédents, l'applicabilité de certains modèles empiriques de mouvements forts a été démontrée, à partir des séismes les plus importants enregistés par le RAP

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Beyer, Benoît. "Contribution to 3D modelling of the human thorax in breathing movement: In vivo analysis of thorax joint kinematics: Contribution à la modélisation 3D du thorax humain durant le mouvement respiratoire: Analyse in vivo de la cinématique des articulations du thorax". Doctoral thesis, Universite Libre de Bruxelles, 2016. http://hdl.handle.net/2013/ULB-DIPOT:oai:dipot.ulb.ac.be:2013/241723.

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Abstract (sommario):

Breathing is a vital phenomenon that implies synergy of various anatomical structures that constitute the thorax. Joint physiology remains a relatively poorly-known component of the overall thorax physiology. Quantitative literature related to in vivo thorax kinematics during breathing is scarce. The present work focuses specifically on developing and applying a methodology to reach this goal. The developed method combined processing of CT data obtained at different lung volumes and infographic techniques. Detailed ranges of motion (ROMs) and axes of movement (mean helical axes, MHAs) were obtained at costovertebral joints in 12 asymptomatic subjects; rib ROMs gradually decrease with increasing rib number; lung volume and rib level have a significant influence on rib ROM; MHAs did not differ between rib levels. In addition, the method was applied on a sample of 10 patients with cystic fibrosis. The pathological condition significantly influenced CVJ ROMs while the orientation of the MHAs did not differ. Finally, the sternal displacement, sternal angle variations and sternocostal joints (SCJ at rib1 to 7) kinematics during breathing motion were analyzed. Rib ranges of motion relative to sternum decreased with increasing rib number similarly to CVJ. Orientation of the MHAs did not differ between SCJ levels. A significant linear correlation was demonstrated between sternum vertical displacement and rib ranges of motion at both CVJ and SCJ. The present work substantially contributes to 3D modelling of human thorax in breathing at a joint level both qualitatively and quantitatively.
Doctorat en Sciences biomédicales et pharmaceutiques (Médecine)
info:eu-repo/semantics/nonPublished

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Stubbe, Laurent. "Etude des micromouvements physiologiques objectivés par un système optoélectronique : Application à la ventilation et influence sur les micromouvements crâniens". Thesis, université Paris-Saclay, 2020. http://www.theses.fr/2020UPASW003.

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Abstract (sommario):

La mesure des variations de la conformation du crâne revêt un intérêt dans différents domaines cliniques. L’objectif de la thèse est d’évaluer les micromouvements du crâne à l’aide d’un outil non invasif.La mesure de la fréquence respiratoire issue des variations du volume thoracique à l’aide du système Vicon est comparée aux mesures de spiromètre et d’ECG. Les résultats montrent que le système Vicon permet d’enregistrer la fréquence respiratoire à partir de 12 marqueurs rétro-réfléchissants situés sur la paroi antéro-inférieure du thorax. Les données sont très fortement corrélées (r=1) et montrent une parfaite concordance avec les limites d'agrément = 8*10-4 Hz.Les changements de conformation du crâne mesurés avec le Vicon en utilisant la fréquence respiratoire contrôlée sont étudiés. Les micromouvements sont corrélés avec la mesure du volume sous pectoral (r=1). La mesure du pic de fréquence respiratoire au niveau du crâne concorde avec la mesure du volume sous pectoral pour TLAD-TLAG, on obtient un biais = -2,5*10-4 Hz et pour l’AngleLat= -4,5*10-4 Hz.Les paramètres crâniens sont comparés et hiérarchisés dans le but d’identifier une variable représentative du phénomène. Une analyse en composante principale permet d’identifier l’AngleLat comme coefficient associé à la composante représentative de 61 % de la variance explicative.Enfin, Les paramètres ont fait l’objet d’une analyse dans le domaine fréquentiel à travers le concept de cohérence puis dans le domaine temporel à travers la méthode des corrélations croisées. Il y a une bonne corrélation des variations d’angles droit et gauche. La durée des acquisitions a un impact sur la variation du délai et peu sur la corrélation. Le paramètre le moins corrélé aux autres est la variation du volume thoracique. L’analyse de la cohérence confirme ces résultats.Les résultats montrent que l’analyse les micromouvements du crâne est possible de manière non invasive, de faire évoluer le modèle pédagogique ostéopathique, d’évaluer en routine clinique les modifications de pression intracrânienne
Variations assesment in skull’conformation is of interest in various clinical fields. The main prupose of the thesis is to estimate skull’s micromovements using a non-invasive tool.Respiratory rate assesement by monitoring lower chest volume’s variations using the Vicon optoelectronic system is compared to spirometer and ECG monitoring. The results show that the Vicon system records accuratly the respiratory rate signal from 12 retro-reflective markers located on the anteroinferior wall of the thorax. The data are very strongly correlated (r=1) and show a perfect agreement with a limits of agreement = 8*10-4 Hz.Skull conformation changes assesed by Vicon system using controlled respiratory rate are investigated. Micro-movements are correlated with the measurement of the sub-pectoral volume (r = 1). The measurement of the peak respiratory rate at the level of the skull agrees with the measurement of the sub-pectoral volume for TLAD-TLAG obtained a bias = -2.5*10-4 Hz and for the AngleLat= -4.5*10- 4 Hz.The cranial parameters are compared and ranked in order to identify a variable representative of the phenomenon. A principal component analysis predicts AngleLat as the coefficient associated with the principal component representative of 61% of the explanatory variance.Finally, the parameters were analyzed in the frequency domain through the concept of coherence and then in the time domain through cross-correlations method. There is a good correlation between right and left angle variations. The duration of acquisitions has an impact on the variation of the delay and little on the correlation coefficient. The parameter the least correlated with the others is the variation of the thoracic volume. The coherence analysis confirms these results.The results of this work show that it is possible to analyze the micromovements of the skull in a non-invasive way, to develop the osteopathic educational model, to evaluate changes in intracranial pressure in routine clinical practice

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Tesi sul tema "Prédiction du mouvement respiratoire"

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