Ένα από τα σημαντικότερα προβλήματα που προκύπτουν από την χρήση εμφυτευμάτων και ιατρικών συσκευών και που εμποδίζουν την μακροχρόνια χρήση τους είναι η εμφάνιση νοσοκομειακών σηψαιμικών επεισοδίων σχετιζόμενων με λοιμώξεις που προκαλούνται από πηκτάση αρνητικούς σταφυλόκοκκους, και κυρίως από τον S. epidermidis. Με δεδομένο ότι η εκτεταμένη χορήγηση αντιβιοτικών έχει οδηγήσει στην επικράτηση πολυανθεκτικών βακτηριακών στελεχών της φυσιολογικής χλωρίδας, η κατασκευή αντιβακτηριακών ή και βακτηριοστατικών βιοϋλικών κρίνεται επιβεβλημένη. Για το σκοπό αυτό απαραίτητη είναι η μελέτη και η κατανόηση του μηχανισμού προσκόλλησης των βακτηρίων στην επιφάνεια του βιοϋλικού. Στην κατεύθυνση αυτή διερευνήθηκε η επίδραση των φυσικοχημικών αλληλεπιδράσεων βακτηρίων-υλικών, του ρυθμού διάτμησης και της σχετικής συνεισφοράς τους στην ικανότητα των βακτηρίων να προσκολλώνται στην επιφάνεια του βιοϋλικού αλλά και να ενεργοποιούν τα γονίδια ica που είναι υπεύθυνα για την παραγωγή της εξωκυττάριας βλεννώδους ουσίας (slime) και συγκεκριμένα μιας πολυσακχαρικής φύσεως προσκολλητίνης (polysaccharide intercellular adhesin, PIA). Για τη μελέτη αυτή τροποιήθηκαν επιφανειακά με τεχνικές πλάσματος υπάρχοντα βιοϋλικά, παρασκευάστηκαν αυτό-οργανούμενα μονοστρωματικά συστήματα σε γυαλί και χαρακτηρίστηκαν φυσικοχημικά. Ελέγθηκε επίσης εάν οι θεωρίες κολλοειδών συστημάτων, και συγκεκριμένα η θερμοδυναμική, η DLVO και η εκτεταμένη DLVO μπορούν να εξηγήσουν τα πειραματικά αποτελέσματα. Τα αποτελέσματα έδειξαν ότι η βακτηριακή προσκόλληση μειώνεται με την αύξηση της επιφανειακής ενέργειας και του πολικού χαρακτήρα των υλικών, ενώ δεν επηρεάζεται σημαντικά από το μη πολικό τους χαρακτήρα. Η θερμοδυναμική θεωρία εξήγησε ικανοποιητικά τα αποτελέσματα για υψηλής ιοντικής ισχύος διαλύματα, ενώ η DLVO για χαμηλής. Η εκτεταμένη DLVO θεωρία εξήγησε ικανοποιητικά την επίδραση της φυσικοχημείας τόσο του διαλύματος όσο και της επιφάνειας στη βακτηριακή προσκόλληση. Η αύξηση του ρυθμού διάτμησης μείωσε την προσκόλληση των βακτηρίων με τρόπο που εξαρτώνταν από τις φυσικοχημικές αλληλεπιδράσεις βακτηρίων-υλικών, ενώ παράλληλα μείωσε την προβλεψιμότητα των παραπάνω θεωριών. Επομένως, η βακτηριακή προσκόλληση θεωρήθηκε ως αποτέλεσμα του συνδιασμού φυσικοχημικών αλληλεπιδράσεων και σχηματισμού μακρομοριακών δεσμών. Τα αποτελέσματα από τη μελέτη της έκφρασης των γονιδίων ica έδειξαν ότι η έκφρασή τους αυξάνεται με την μείωση της επιφανειακής ενέργειας του υλικού και την αύξηση του ρυθμού διάτμησης. / One of the major problems arising from the use of implants and medical devices and impeding their long-term use is the emergence of nosocomial septic incidents related to infections caused by Coagulase negative staphylococci, most notably by S. epidermidis. The extensive use of antibiotics has resulted in multi-resistant bacterial strains of normal flora, making the need for developing antibacterial biomaterials of great importance. For this purpose it is necessary to study and understand the mechanism of bacterial adhesion to the surface of biomaterials. In this direction, we investigated the influence of the physicochemical interactions between bacteria and materials, the shear rate and their relative contribution on the ability of bacteria to adhere to the biomaterial surface and to activate the ica genes, which are responsible for the production of extracellular polymeric (slime), and in particular for the production of polysaccharide intercellular adhesin (PIA), that mediates cell-cell interactions. For this study, the surface of existing biomaterials was modified by plasma methods, self-assembled monolayers were prepared on glass, and the materials were physicochemicaly characterized. The applicability of the colloidal theories, such as the thermodynamic, the DLVO and the extended DLVO, for the prediction of bacterial adhesion was examined as well. The results showed that the increase in material surface energy and its polar component reduced bacterial adhesion, whereas adhesion was not significantly influenced by the non-polar character of the material surface. The thermodynamic theory explained satisfactorily the results for high ionic strength solutions, while DLVO for solutions with low ionic strength. The extended DLVO theory explained well the effects of both the solution and material surface properties to bacterial adhesion. The increase in shear rate reduced the number of adherent bacteria in a manner that depended on the bacteria-material physicochemical interactions, but not in the way that the above theories predicted. Therefore, bacterial adhesion considered as the result of a combination of the physicochemical and hydrodynamic interactions, and the formation of macromolecular bonds. The investigation of ica genes expression showed that the expression enhanced by the decrease in the material surface energy the increase in shear rate.

Cette thèse a pour objectif la conception de méthodes pour la reconnaissance automatique des activités chirurgicales. Cette reconnaissance est un élément clé pour le développement de systèmes réactifs au contexte clinique et pour des applications comme l’assistance automatique lors de chirurgies complexes. Nous abordons ce problème en utilisant des méthodes de Vision puisque l’utilisation de caméras permet de percevoir l’environnement sans perturber la chirurgie. Deux types de vidéos sont utilisées : des vidéos laparoscopiques et des vidéos multi-vues RGBD. Nous avons d’abord étudié les résultats obtenus avec les méthodes de l’état de l’art, puis nous avons proposé des nouvelles approches basées sur le « Deep learning ». Nous avons aussi généré de larges jeux de données constitués d’enregistrements de chirurgies. Les résultats montrent que nos méthodes permettent d’obtenir des meilleures performances pour la reconnaissance automatique d’activités chirurgicales que l’état de l’art. / The main objective of this thesis is to address the problem of activity recognition in the operating room (OR). Activity recognition is an essential component in the development of context-aware systems, which will allow various applications, such as automated assistance during difficult procedures. Here, we focus on vision-based approaches since cameras are a common source of information to observe the OR without disrupting the surgical workflow. Specifically, we propose to use two complementary video types: laparoscopic and OR-scene RGBD videos. We investigate how state-of-the-art computer vision approaches perform on these videos and propose novel approaches, consisting of deep learning approaches, to carry out the tasks. To evaluate our proposed approaches, we generate large datasets of recordings of real surgeries. The results demonstrate that the proposed approaches outperform the state-of-the-art methods in performing surgical activity recognition on these new datasets.

Ce travail portant sur l’imagerie tomodensitométrique double énergie de la ventilation a permis d’établir les points suivants :• L’irradiation d’un examen thoracique acquis en double énergie peut être abaissée à celle d’un examen acquis en simple énergie, grâce à l’utilisation de la reconstruction itérative.• L’analyse qualitative du parenchyme pulmonaire en imagerie double énergie doit se faire sur les reconstructions monochromatiques 50-55keV.• L’atténuation théorique maximale du Krypton dosé à 80% est modérément inférieure à celle du Xénon dosé à 30%.• La décomposition des matériaux en tomodensitométrie double énergie simple source est possible sur le Xénon et le Krypton.• L’utilisation d’un produit de contraste gazeux n’a pas d’impact significatif sur le Workflow en routine clinique.• Le Krypton est cliniquement sûr à la dose de 80%.• La technique ne permet pas de détecter le Krypton au-delà de la carène de manière satisfaisante, probablement en raison d’une concentration en gaz atteinte insuffisante.• Le recalage élastique augmente les performances diagnostiques de détection de la bronchiolite oblitérante par rapport à une simple analyse visuelle. / This work on dual energy CT ventilation imaging has established the following:• The radiation dose of a dual energy chest CT can be reduced to that of a single energy examination through the use of iterative reconstruction.• The qualitative analysis of the lung parenchyma should be made on the 50-55keV monochromatic reconstructions.• The maximum theoretical attenuation obtained with 80% Krypton is moderately inferior to that of 30% Xenon.• Dual energy material decomposition of Xenon and Krypton is efficient with a single source technique.• The use of a gaseous contrast agent has no significant impact on the workflow in the clinical setting.• The Krypton is safe at 80% concentration.• The technique does not satisfactorily detect Krypton beyond the carina, probably due to insufficient gas concentration.• The elastic registration increases the diagnostic performance of bronchiolitis obliterans syndrome detection, compared to a simple visual analysis.

Le système perceptif d’un chirurgien doit s’adapter aux contraintes multisensorielles liées à la chirurgie guidée par l’image. Trois expériences sont conçues pour explorer ces contraintes visuelles et haptiques pour l’apprentissage guidé par l’image. Les résultats montrent que les sujets sont plus rapides et plus précis avec une vision directe. La stéréoscopie 3D n’améliore pas les performances des débutants complets. En réalité virtuelle, la variation de la longueur, largeur, position et complexité de l'objet affecte les performances motrices. La force de préhension appliquée sur un système robotique chirurgical dépend de l'expérience de l'utilisateur. En conclusion, le temps et la précision sont importants, mais la précision doit rester une priorité pour un apprenti. L'homogénéité des groupes d'étude est important pour la recherche sur la formation chirurgicale. Les résultats ont un impact direct sur le suivi des compétences individuelles pour les applications guidées par l'image. / Perceptual system of a surgeon must adapt to conditions of multisensorial constrains regard to planning, control, and execution of the image-guided surgical operations. Three experimental setups are designed to explore these visual and haptic constraints in the image-guided training. Results show that subjects are faster and more precise with direct vision compared to image guidance. Stereoscopic 3D viewing does not represent a performance advantage for complete beginners. In virtual reality, variation in object length, width, position, and complexity affect the motor performance. Applied grip force on a surgical robot system depends on the user experience level. In conclusion, both time and precision matter critically, but trainee gets as precise as possible before getting faster should be a priority. Study group homogeneity and background play key role in surgical training research. The findings have direct implications for individual skill monitoring for image-guided applications.

Η παρουσία σοβαρού ισχαιμικού πόνου πριν από τον ακρωτηριασμό κάτω άκρου πολύ συχνά συνοδεύεται από την ανάπτυξη πόνου φάντασμα. Ερευνήσαμε αν η εντατική περιεγχειρητική αναλγησία μειώνει την ανάπτυξη πόνου φάντασμα 6 μήνες μετά τον ακρωτηριασμό. Μεθοδολογία: Σε συνολικά 65 ασθενείς πραγματοποιήθηκε προγραμματισμένος ακρωτηριασμός κάτω άκρου. Οι ασθενείς τυχαιοποιήθηκαν σε 5 ομάδες αναλγησίας: (1) Οι ασθενείς της ομάδας Επι/Επι/Επι έλαβαν περιεγχειρητικά επισκληρίδια αναλγησία και επισκληρίδιο αναισθησία; (2) Οι ασθενείς της ομάδας PCA/Επι/Επι έλαβαν προεγχειρητικά ενδοφλέβια αναλγησία ελεγχόμενη από τον ασθενή (Patient Controlled Analgesia-PCA), μετεγχειρητικά επισκληρίδιο αναλγησία και επισκηρίδιο αναισθησία; (3) Οι ασθενείς της ομάδας PCA/Επι/PCA έλαβαν περιεγχειρητικά ενδοφλέβια PCA και επισκληρίδιο αναισθησία; (4) Οι ασθενείς της ομάδας PCA/ΓΑ/PCA έλαβαν περιεγχειρητικά ενδοφλέβια PCA και γενική αναισθησία (ΓΑ); (5) Οι ασθενείς της ομάδας ελέγχου έλαβαν συμβατική αναλγησία και ΓΑ. Η επισκηρίδιος αναλγησία ή η ενδοφλέβια PCA ξεκινούσε 48 ώρες προεγχειρητικά και συνεχιζόταν για 48 ώρες μετεγχειρητικά. Τα αποτελέσματα της κλίμακας πόνου VAS (Visual Analogue Scale) και της κλίμακας πόνου McGill καταγραφόταν περιεγχειρητικά και στον 1 και 6 μήνες. Αποτελέσματα: Στους 6 μήνες, η ενδιάμεσες (median) τιμές (ελάχιστη-μέγιστη, minimum–maximum) του πόνου φάντασμα (Phantom Limb Pain – PLP) και οι τιμές P (ομάδες παρέμβασης έναντι ομάδας ελέγχου) για την κλίμακα πόνου VAS (Visual Analogue Scale) ήταν οι ακόλουθες: 0 (0–20) για την ομάδα Επι/Επι/Επι (P = 0.001), 0 (0–42) για την ομάδα PCA/Επι/Επι (P = 0.014), 20 (0–40) για την ομάδα PCA/Επι/PCA (P = 0.532), 0 (0–30) για την ομάδα PCA/ΓΑ/ PCA (P = 0.008), και 20 (0–58) για την ομάδα ελέγχου. Οι τιμές για την κλίμακα πόνου McGill (McGill Pain Questionnaire) ήταν οι ακόλουθες: 0 (0–7) για την ομάδα Επι/Επι/Επι (P = 0.001), 0 (0–9) για την ομάδα PCA/Επι/Επι (P = 0.003), 6 (0–11) για την ομάδα PCA/Επι/PCA (P = 0.208), 0 (0–9) για την ομάδα PCA/ΓΑ/PCA (P = 0.003), και 7 (0–15) για την ομάδα ελέγχου. Στους 6 μήνες πόνος φάντασμα παρουσιάστηκε σε 1 από τους 13 ασθενείς της ομάδας Επι/Επι/Επι, σε 4 από τους 13 ασθενείς της ομάδας PCA/Επι/Επι, και σε 3 από τους 13 ασθενείς της ομάδας PCA/ΓΑ/PCA έναντι 9 από τους 12 ασθενείς της ομάδας ελέγχου (P=0.001, P=0.027, και P=0.009, αντίστοιχα). Ο πόνος κολοβώματος στους 6 μήνες ήταν ασήμαντος. Συμπεράσματα: Η χρήση εντατικήςς αναλγησίας, με χρήση επισκληριδίου ή ενδοφλέβιας PCA, η οποία ξεκινάει 48 ώρες προεγχειρητικά και συνεχίζεται για 48 ώρες μετεγχειρητικά, μειώνει τον πόνο φάντασμα στους 6 μήνες. Trial registration: Clinical Trials.gov, number NCT00443404 / Severe preamputation pain is associated with phantom limb pain (PLP) development in limb amputees. We investigated whether optimized perioperative analgesia reduces PLP at 6-month follow-up. Methods: A total of 65 patients underwent lower-limb amputation and were assigned to five analgesic regimens: (1) Epi/Epi/Epi patients received perioperative epidural analgesia and epidural anesthesia; (2) PCA/Epi/Epi patients received preoperative intravenous patient-controlled analgesia (PCA), postoperative epidural analgesia, and epidural anesthesia; (3) PCA/Epi/PCA patients received perioperative intravenous PCA and epidural anesthesia; (4) PCA/GA/PCA patients received perioperative intravenous PCA and general anesthesia (GA); (5) controls received conventional analgesia and GA. Epidural analgesia or intravenous PCA started 48 h preoperatively and continued 48 h postoperatively. The results of the visual analog scale and the McGill Pain Questionnaire were recorded perioperatively and at 1 and 6 months. Results: At 6 months, median (minimum–maximum) PLP and P values (intervention groups vs. control group) for the visual analog scale were as follows: 0 (0–20) for Epi/Epi/Epi (P _ 0.001), 0 (0–42) for PCA/Epi/Epi (P = 0.014), 20 (0–40) for PCA/Epi/PCA (P = 0.532), 0 (0–30) for PCA/GA/ PCA (P = 0.008), and 20 (0–58) for controls. The values for the McGill Pain Questionnaire were as follows: 0 (0–7) for Epi/Epi/Epi (P = 0.001), 0 (0–9) for PCA/Epi/Epi (P = 0.003), 6 (0–11) for PCA/Epi/PCA (P = 0.208), 0 (0–9) for PCA/GA/PCA (P = 0.003), and 7 (0–15) for controls. At 6 months, PLP was present in 1 of 13 Epi/Epi/Epi, 4 of 13 PCA/Epi/Epi, and 3 of 13 PCA/GA/PCA patients versus 9 of 12 control patients (P=0.001, P=0.027, and P=0.009, respectively). Residual limb pain at 6 months was insignificant. Conclusions: Optimized epidural analgesia or intravenous PCA, starting 48 h preoperatively and continuing for 48 h postoperatively, decreases PLP at 6 months. Trial registration: Clinical Trials.gov, number NCT00443404

La transplantation rénale, thérapie de choix de l'insuffisance rénale chronique terminale, est limitée par une pénurie d'organes. Les greffons issus de donneurs décédés par arrêt cardiaque (DDAC) peuvent contribuer à pallier à cette pénurie au prix de stratégies thérapeutiques visant à améliorer l'issue de la transplantation. Les cellules souches mésenchymateuses (MSC) de l'organisme adulte ont des propriétés de sécrétion, d'immunomodulation et de différenciation intéressantes dans ce contexte.L'objectif de ce travail est d'évaluer, dans un modèle pré-clinique porcin de DDAC, le potentiel thérapeutique de deux populations cellulaires d'intérêt : les MSC issues du liquide amniotique (AFSC) et les cellules de la fraction vasculaire stromale du tissu adipeux (SVF). Les AFSC porcines injectées dans l'artère rénale 7 jours post-greffe, en raison de leur sensibilité à une séquence d'hypoxie réoxygénation (HR) in vitro, accélèrent la reprise de fonction et réduisent l'extension des lésions chroniques du greffon et sont détectées dans le rein 24h après injection. La SVF porcine, phénotypiquement proche de celle de l'Homme, est moins sensible à cette séquence d'HR et peut être injectée dans l'artère du greffon à sa reperfusion sans perturbation du flux sanguin rénal, avec une rétention des cellules dans le rein 24h post injection.Ce travail met en évidence le rôle bénéfique des AFSC dans la réparation des lésions ischémie-reperfusion des greffons issus des DDAC, ainsi que la faisabilité de l'injection de la SVF dans l'artère rénale après transplantation, et ouvre des pistes pour l'optimisation les protocoles d'administration de produits de thérapie cellulaire en transplantation. / Kidney transplantation is the best therapeutic option for end stage chronic kidney failure, but is limited by transplant shortage. Use of transplants from deceased after cardiac death donors (DCD) could represent an additional graft source, but there is a need for developing new therapeutic approaches like cell therapy to increase their recovery. Mesenchymal stem cells (MSC) potentially extracted from many adult tissues have interesting paracrine, immune-modulating, and differentiation properties in this context. This work aims to assess, in a preclinical porcine model DCD donor, the therapeutic potential of two cell populations of interest: amniotic fluid derived MSC (AFSC) and cells from stromal vascular fraction of adipose tissue (SVF). Delayed injection of AFSC 7 days following kidney transplantation because of their sensitivity to a specific Hypoxia Reoxygenation (HR) sequence in vitro, accelerates graft function recovery and limits chronic injuries to the transplanted organ. Cells are detectable into the transplanted kidney 24h after injection. Porcine SVF is phenotypically similar to human. Injected in renal artery simultaneously with organ reperfusion because of its resistance to the HR sequence, porcine SVF does not disturb renal blood flow and allow cell-retention within the organ 24h after injection. This work highlights the protective effect of AFSC against ischemia reperfusion lesions in grafts from DCD donors and the feasibility of SVF injection directly into the renal artery of the graft following kidney transplantation in DCD conditions. Moreover it opens new lines for optimizing injection protocols of cellular products in kidney transplantation.