Ce travail de thèse s'est consacré à la comparaison de l'anatomie et de la fonction cardiaques à partir d'images médicales. Une première partie se concentre sur l'anatomie cardiaque avec une étude statistique de l'architecture des bres musculaires du c÷ur à partir d'IRM de tenseur de di usion. Dans la deuxième partie est proposée une comparaison la fonction cardiaque de di érents patients ou du même patient a di érents instants par le recalage spatiotemporel de séquences 4D CT. La complexe organisation des bres musculaires cardiaques a un rôle très important dans le comportement électrique et mécanique du c÷ur. Pour étudier cette architecture des bres, nous avons proposé de nouveaux outils algorithmiques d'analyse statistique d'IRM de tenseurs de di usion. La nouveauté de cette approche est de réaliser cette analyse statistique directement sur les tenseurs de di usion l'a où la plupart des études statistiques se font sur des vecteurs ou angles d'orientation décrivant les directions des bres et des feuillets. La variabilité de l'orientation des bres et des feuillets est ensuite directement donnée par la matrice de covariance des tenseurs de di usion de laquelle sont extraites les variabilités des vecteurs propres. L'application de ces outils a une base de données d'IRM de tenseur de di usion de c÷urs de chiens acquis ex vivo a permis d'obtenir un atlas de l'architecture des bres mais aussi de révééler une cohérence de l'orientation des bres et une plus grande variabilité de l'orientation des feuillets. Ensuite, nous avons comparé l'atlas de c÷urs de chien à un c÷ur humain et un modèle synthétique couramment utilisé pour des simulations électromé- caniques ou l'analyse d'images cardiaques. Le c÷ur humain s'est révélé plus proche des c÷urs de chien au niveau de l'orientation des bres que de celle des feuillets. Le modèle synthétique quant à lui s'est montré trop simple pour décrire en détails la complexité de l'architecture des bres. L'acquisition de séquences d'images cardiaques permet d'observer le mouvement cardiaque et donc sa fonction. Nous avons proposé un nouvel algorithme de recalage nonlin éaire spatiotemporel de séquences d'images qui permet de comparer cette fonction cardiaque. Le recalage temporel assure la mise en correspondance d'instants physiologiques similaires. Le recalage spatial quant à lui doit assure une cohérence entre le mouvement des points physiques intra-séquence et leur mise en correspondance inter-séquence. Cette cohérence est assurée par les contraintes de trajectoires liant les transformations intras équences décrivant le mouvement cardiaque aux transformations inter-séquences décrivant les di érences anatomiques au cours du temps. Sous ces contraintes de trajectoires, le recalage spatial 4D est simpli é en un recalage multicanal 3D résolu avec une nouvelle version des Demons Di eomorphes Multicanaux. Cette méthode de recalage spatiotemporel est appliquée au recalage inter-sujet de séquences 4D CT pour évaluation. Comparée a d'autres techniques existantes, cette technique de recalage s'est révélée le meilleur compromis en terme de précision, de régularité spatiale et temporelle, mais aussi de temps de calcul. Un exemple d'application possible du recalage spatiotemporal est proposé avec la comparaison de l'anatomie et de la fonction cardiaques avant et après thérapie.

L'analyse de l'activité électromyographique (EMG) corrélative de l'imagerie motrice (IM) et l'effet de l'entraînement mental sur l'amélioration et le recouvrement de la force musculaire permettent de mieux comprendre les mécanismes nerveux de l'IM et l'importance du contenu de l'image mentale. Une activité EMG subliminale a en effet été enregistrée lors de l'IM, validant l'hypothèse d'une inhibition incomplète de la commande motrice. Elle était modulée selon l'intensité de l'effort mental et le régime de contraction, comme lors d'une contraction physique. Ces données renforcent l'équivalence physiologique entre IM et exécution réelle. Les programmes d'entraînement et de réhabilitation intégrant l'IM s'appuient sur ces données théoriques. L'amélioration de la force musculaire était significativement plus importante suite à un entraînement combinant répétitions physiques et mentales, comparativement à une pratique physique seule, même si l'effet ne concernait que certains groupes musculaires. Ce travail démontre également l'efficacité d'un entraînement par IM, lorsqu'il est associé à des soins de kinésithérapie, après rupture du ligament croisé antérieur ou brûlure de la main. L'IM jouerait un rôle prépondérant dans l'activation des programmes moteurs et faciliterait la récupération fonctionnelle. L'IM peut donc être considérée comme un complément bénéfique aux programmes d'entraînement et de réhabilitation dans le développement et le recouvrement des fonctions motrices

Le principal objectif de cette thèse est la conception et la production d'outils à destination des radiologues pour la délinéation des organes à risque dans le cadre du traitement par radiothérapie du cancer de la prostate. Les images passées entrées sont des images CT. Elles sont d'abord placées dans un repère commun à l'aide d'un recalage log-euclidien concentré sur les structures osseuses du pubis. Une suite progressive de traitements est ensuite appliquée: dans un premier temps, la vessie est segmentée, puis la prostate est ensuite localisée paralellement à la vessie, pour finir avec l'intégration de la délinéation du rectum. Compte tenu de l'hétérogénéité des images de la base de données sur laquelle nous avons travaillé, notre contribution principale est la flexibilité. La vessie est une structure à forte variabilité en termes de forme et d'intensité, notamment à cause du degré de remplissage et la présence ou l'absence d'un produit de contraste. La méthode proposée s'adapte non seulement aux formes très différentes des vessies de notre base de donnée, mais aussi au degré de replissage donnant lieu, dans le cas ou un produit de contraste a été administré, une h'etérogénéité notable dans la structure à segmenter. Le contraste de la prostate avec les tissus environnants est quasi-nul; son interface avec la vessie est souvent très difficile à distinguer, même par les experts médicaux. L'incorporation d'informations anatomiques sur la forme et d'informations images, couplée à une nouvelle contrainte d'interaction entre deux maillages, permet d'obtenir une bonne segmentation de la prostate et d'éliminer les ambiguités au niveau de l'interface entre les deux structures. L'incorportation du rectum est l'étape la plus délicate: les différences entre les protocoles d'acquisition de la base de données utilisée interdisent toute modélisation de l'intérieur du rectum: présence de matières fécales, insuflation d'air, présence d'un produit de contraste, présence d'une sonde etc. Les hypotheses faites sur les tissus connexes au rectum ainsi qu'une nouvelle contrainte tubulaire couplée a une pré-segmentation du squelette du rectum permettent d'obtenir un résultat probant. La chaîne de traitement qui a conduit a l'élaboration de cette thèse est en cours d'incorporation dans le logiciel Isogray produit par DOSIsoft, ce qui permet une validation plus approfondie dans des conditions cliniques.

L'imagerie d'élasticité, ou élastographie consiste à imager les propriétés visco-élastiques des tissus mous du corps humain en observant la réponse en déformation à une excitation mécanique. Cette problématique a donné lieu dans les dix dernières années à de nombreux travaux, motivés par la corrélation entre présence d'une pathologie et observation d'un contraste d'élasticité. Différentes techniques peuvent être mises en œuvre selon le type d'excitation choisie, et la manière d'estimer les déformations résultantes. Parmi les techniques se trouve une très intéressante qui consiste à induire dans le tissu mou une onde de déplacement et à observer la propagation de l'onde pendant sa traversée du milieu d'intéret. La résolution d'un problème inverse permet de déduire des données de déplacement une estimation de la carte d'élasticité du milieu. L'objectif du travail présenté dans ce document est de donner un cadre mathématique rigoureux à ce technique, en même temps dessiner des méthodes effectives pour la détection des anomalies à l'aide des mesures en régime temporel. On a considère le cadre acoustique et le cadre élastique. On a développé des techniques de reconstruction efficaces pour des mesures complètes sur la frontière mais aussi pour des mesures temporelles incomplètes, on a adapté ces techniques au cadre viscoélastique, ca veut dire que les ondes sont atténué ou dispersé ou le deux. On commence pour considérer une milieu sans dissipation. On a développé des méthodes de reconstruction des anomalies qui sont basé sur des développements asymptotiques de champ proche et de champ lointain, qui sont rigoureusement établis, du perturbation des mesures cause par l'anomalie. Il faut remarquer que pour approximer l'effet de l'anomalie par un dipôle il faut couper les composant de haut fréquence des mesures de champ lointain. Le développement asymptotique de champ lointain nous permet de développer une technique de type régression temporel pour localiser l'anomalie. On propose en utilisant le développement asymptotique de champ proche une problème de optimisation pour récupérer les propriétés géométriques et les paramètres physiques de l'anomalie. On justifie d'une manière théorique et numérique que la séparation des échelles permet de séparer les différentes informations codées aux différentes échelles. On montre les différences entre le cadre acoustique et l'élastique, principalement la tache focal anisotrope et l'effet de champ proche qu'on obtient en faisant le retournement temporal de la perturbation cause par l'anomalie. Ces observations ont été observé expérimentalement. En ce qui concerne le cadre des mesures partiels, on d´eveloppe des algorithmes de type Kirchhoff, back-propagation, MUSIC et arrival-time pour localiser l'anomalie. On utilise le méthode du control géométrique pour aborder la problématique des mesures partiels, comme résultat on obtient une méthode qui est robuste en ce qui concerne aux perturbations dans la partie de la frontière qui n'est pas accessible. Si on construit de manier précise le control géométrique, on obtient la même résolution d'imagerie que dans le cadre des mesures complet. On utilise les développements asymptotiques pour expliquer comment reconstruire une petite anomalie dans un milieu visco-élastique à partir des mesures du champ de déplacement. Dans le milieu visco-élastique la fréquence obéit une loi de puissance, pour simplicité on considère le modèle Voigt qui correspond à une fréquence en puissance deux. On utilise le théorème de la phase stationnaire pour exprimer le champ dans un milieu sans effet de viscosité, que on nommera champ idéal , en termes du champ dans un milieu visco-élastique. Après on généralise les techniques d'imagerie développes pour le modelé purement élastique quasi incompressible pour reconstruire les propriétés visco-élastiques et géométriques d'une anomalie a partir des mesures du champ de déplacement.

Nous nous intéressons à l'application de la méthode de Galerkine discontinue avec pénalité intérieure (IPDGM) pour la migration terrestre par équations d'ondes. Il s'agit d'utiliser la propagation d'ondes sismiques pour produire des images du sous-sol et notre contribution se situe au niveau de la résolution du problème direct que nous proposons de faire par une méthode d'éléments finis s'appuyant sur des tétraèdres. Cette méthode est particulièrement bien adaptée pour la migration terrestre où il est nécessaire de prendre en compte la topographie du site qui est de plus en plus souvent accidentée. Tout d'abord, nous analysons les performances de la méthode d'éléments finis que nous avons choisie et concluons qu'elle surpasse les méthodes de différences finies classiquement utilisées pour la Reverse Time Migration (RTM) et qu'elle est aussi performante en terme de précision que la méthode d'élément spectraux qui est la méthode d'éléments finis la plus populaire en géophysique. Nous justifions ensuite notre choix en montrant qu'on peut imager des régions complexes en utilisant notamment des données synthétiques générées avec un autre code que le code IPDGFem développé durant la thèse. Pour finir, nous nous intéressons à la technique de pas de temps locaux qui permet d'adapter le pas de temps de la méthode à la taille des mailles utilisées et proposons une nouvelle discrétisation temporelle qui permet de combiner des ordres différents en temps et en espace. Les premiers résultats obtenus en 1D sont très intéressants et encourageants et le 2D est en cours de développement.

No description available.

La mine Canadian Malartic, a été exploitée de 1935 à 1965 principalement pour ses zones à haute teneur aurifère, soit dans des lentilles de grauwackes altérées du Pontiac et dans des veines de quartz dans un porphyre non silicifié. À la suite des travaux de forage effectués par la Corporation Minière Osisko, il existe un grand nombre de données qui permet d'obtenir une meilleure compréhension du gisement aurifère Archéen, tant au niveau de la répartition tridimensionnelle de l'or et des altérations associées, que des structures majeures contrôlant les zones aurifères. La modélisation 3D du gisement a permis d'établir la géométrie du contact entre le porphyre et les grauwackes du Pontiac, conjointement avec les teneurs en or et les principales altérations du camp minier de Malartic, soit la calcite, la silice et la pyrite. La distribution de ces altérations hydrothermales montre une très forte association spatiale avec le porphyre-ouest et les structures qui y sont rattachées. Plus à l'est du gisement, l'or et les altérations sont corrélés au contact du porphyre et se propagent dans les sédiments suivant les plans de faiblesse présents, litage et failles. Bien qu'elles ne soient pas développées de façon uniforme au travers du gisement, les brèches constituent un contrôle important des minéralisations. Trois types majeurs de brèches sont répertoriés, traduisant différentes étapes dans la genèse de Canadian Malartic. Le premier type est une brèche chimique à matrice de biotite-calcite-pyrite±silice, à fragments silicifiés, biotitiques et fortement corrodés et montre un enrichissement en Au-Ag-Bi-W. Le deuxième type est une brèche à matrice siliceuse, dans lequel deux sous-types se recoupent. La brèche la plus précoce, à quartz grisâtre cryptocristallin, possède les caractéristiques d'une fracturation hydraulique: fragments anguleux, jointifs, peu corrodés, et une faible distribution granulométrique. Celle-ci est recoupée par une brèche hydrothermale plus tardive, à quartz laiteux plus grossier et à fragments souvent corrodés. Ce deuxième sous-type est le seul type de brèche rencontré dans les unités porphyriques; aucune brèche hydraulique n'y a été observée. Le dernier type de brèche est caractérisé par un stockwerk à carbonates-séricite-chlorite±feldspath-k ne présentant aucune corrélation avec les teneurs en or. Elles enregistreraient une chute brutale de pression. Le gisement de Canadian Malartic présente des caractéristiques atypiques d'un gite de type porphyrique. Il y a cependant plusieurs facteurs favorisant une minéralisation syn-magmatique et à faible profondeur (<5km): altération potassique bien développée, forte association spatiale de l'or et des altérations avec un porphyre syn-tectonique, et plusieurs générations de processus de bréchifications. Les caractéristiques générales du gisement ont des affinités principales avec les gisements d'or liés aux intrusions et aux skarns aurifères, mais plus particulière Canadian Malartic possède plusieurs éléments de ressemblance avec le gisement de Boddington, en Australie. ______________________________________________________________________________ MOTS-CLÉS DE L’AUTEUR : Gisement d'or, Modélisation 3D, Brèche, Pontiac, Porphyre.

Volume visualization is one important part of scientific visualization. It has developed basing on absorbing the relative knowledge of computer delineation, computer visualization and computer image disposal. The knowledge of this branch is of much importance in computer application. Since it deals with contents with deeper meaning and it is more theoretic, having more arithmetic means, it generally stands for the level of computer application. The study and application of volume visualization is like a raging fire. My country started comparatively later in this field. This thesis gives systematic representation and discuss in the field of tomography image 3D reconstruction. It mainly discusses after rotation, translation, filtering, interpolation and sharpening a series of 2D CT scanning images, get the boundary data of different object to form 3D volume data and actualize the 3D reconstruction of the object, and at the same time implement the function of display, translation, rotation, scaling and projection the volume data. Basing on the implementation of these functions according to software programming, this thesis gives a sum up to each algorithm of 3D volume visualization processing. The method to actualize the 3D reconstruction of the tomography image is mainly about the image processing, image transformation, the way to actualize 3D reconstruction and image compression, etc. In image processing, it talks about getting the anchor points in the tomography image, the geometrie transformation of the image, getting the boundary of the target, cross section display and the smoothing and sharpening of the image. In the transformation of the image, this thesis deals with the algorithm and implementation principle of the geometric transformation (transition, rotation, and scaling) of the 2D image, the three-dimensionalization of the planar data, construction of the stereo mode, geometric transformation of the 3D graph, curve-fitting, the processing of hidden line and hidden surface, color processing. It also introduces the thoughts of using OpenGL to develop and actualize tomography image 3D reconstruction system, including using OpenGL to transform the coordinate, solid model building, to actualize 3D rotation and projection. Recently, the methods of applying chemotherapy to deal with cancer in hospitals of our country are different. Hospital with great fund takes import software to design while most of the hospitals take domestic software. These kinds of software are designed by DAHENG Company in BeiJing, WEIDA Company in ShenZhen. The programs in the software these two hospitals' doctors use to treat are images fielding in the plane not making radiation design under the mode of omnibearing cubic display. Under this circumstance the judgment of the key part can not remain precise, and this part is the most important part that the doctors need. The above problem is the aim of this project. This thesis mainly deals with the subject that after calibrating and sharpening the series of 2D CT images, extract the boundary data of different bodies to form a 3D volume data and actualize 3D reconstruction and at the same time actualize the function of display, translation, rotation, scaling and projection. Mostly basing on the application of medical area, this thesis aims at making further research on computer graphies, computer vision and computer image processing through the study and application of volume visualization in this field. By the study and development of the volume visualization technology in this project, it can provide simulation and display functions to the observer before the operation and the radiotherapy as well as providing the chance to simulate the real teaching and practicing link to the medical school in the teaching process, and increase the clinic level and teaching level of medical area. ______________________________________________________________________________ MOTS-CLÉS DE L’AUTEUR : volume visualization, volume data, tomography image, 3D reconstruction, anchor point, boundary data, periphery boundary, OpenGL.

Les techniques d'imagerie sont utilisées, en science des matériaux, comme méthodes de caractérisation non destructives. Elles emploient des sondes diverses pour interagir avec la matière et révéler les variations locales des propriétés des matériaux étudiés (atténuation, densité électronique etc.). Parmi ces techniques la tomographie au rayons X ouvre la voie à la caractérisation tridimensionelle. Les deux sujets principaux de cette thèse sont l'amélioration des résolutions temporelle et spatiale de la tomographie aux rayons X. Ces deux aspects sont traités séparement. Dans la premiére partie, la description d'une nouvelle méthode de tomographie rapide et l'application aux mousses liquides est resentée. La deuxième partie est consacrée a l'étude d'une système optique pour la focalisation d'un faisceau de rayons X durs et son utilisation pour produire des images tomographiques avec une résolution spatiale de l'ordre de quelques centaines de nanometres.

Depuis 1995 et la découverte de la première exoplanète autour d'une étoile de la séquence principale, de nombreux projets ayant pour objectif la détection de planètes extrasolaires ont été développés. À ce jour, la majorité des planètes ont été découvertes par des méthodes indirectes. En effet, la détection directe est rendue très difficile par le très grand contraste entre l'étoile et la planète ainsi que par la très haute résolution angulaire requise. Une solution à cette problématique est la coronographie. De façon générale, un coronographe est un instrument dont l'objectif est d'atténuer le flux de l'étoile en diminuant la diffraction instrumentale. J'ai étudié ce système pour deux instruments, en l'abordant avec deux angles de vue très différents et complémentaires. J'ai tout d'abord étudié le système coronographique de phase à quatre quadrants de l'instrument MIRI (``Mid-InfraRed Instrument'') sur le télescope JWST (``James Webb Space Telescope''), instrument dont l'un des objectifs principaux est la détection d'exoplanètes de type Jupiter. J'ai, dans un premier temps, participé au travail de recette des coronographes puis je me suis focalisée sur des simulations numériques. J'ai, dans ce cadre, établi la statistique de détection d'exoplanètes pour un échantillon d'étoiles proches. J'ai ensuite évalué les limitations du pointage en mode coronographique puis les spécifications des algorithmes de bord ainsi que les procédures de centrage. Une autre méthode est utilisable pour détecter des exoplanètes sur le JWST : la méthode des transits. Je l'ai étudiée dans le cas particulier d'une Terre primitive, en considérant deux des instruments du JWST. Dans un deuxième volet, je me suis intéressée aux possibilités de détection directe d'exoplanètes telluriques sur les ELTs (``Extremely Large Telescopes'') en utilisant un système coronographique. Le rapport de flux entre la planète et l'étoile est, dans ce cas de $2.10^{-10}$ en proche infrarouge. J'ai étudié, à partir d'une modélisation analytique et numérique détaillée, l'imagerie différentielle simultanée en aval du coronographe; j'ai quantifié l'impact des aberrations statiques et montré que les contraintes imposées sur la qualité des optiques étaient très fortes. Une autre contrainte très forte sur la détection d'exoplanètes est le bruit de photons qui est imposé par le niveau de l'image directe et donc par les résidus liés aux imperfections du front d'onde issu de l'optique adaptative; j'ai donc étudié l'intérêt d'installer un ELT au dôme C où la turbulence est moins importante et donc la correction meilleure. J'ai enfin estimé les limitations supplémentaires apportées par l'utilisation de coronographes réels (donc imparfaits) et par des systèmes de<br />calibration spectrale.