This master thesis explores the properties of three different definitions of the mean on a Lie group : the Riemannian Center of Mass, the Riemannian exponential barycenter and the group exponential barycenter.

Depuis la fin du 20ème siècle, l'imagerie médicale s'est fortement développée et représente aujourd'hui un moyen incontournable pour le diagnostic médical. Dans le domaine de la radiologie par rayons X, de nouveaux détecteurs numériques remplacent progressivement les anciennes techniques à film et permettent d'obtenir des images de meilleure qualité. Cette thèse, préparée en collaboration entre l'entreprise Trixell, constructeur de détecteurs plats numériques pour la radiographie, et le laboratoire Gipsa-Lab, s'inscrit dans le cadre général du contrôle qualité de ces détecteurs par analyse d'images. Les applications biomédicales mettant en jeu ces appareils, sont généralement particulièrement sensibles, et le principe de « zéro défaut » est de mise quant à la qualité des produits. Malgré les différents traitements, certains défauts peuvent être présents dans les images. Cette thèse est axée sur le développement de modèles de mesure de la visibilité des défauts, en cohérence avec l'observation d'un humain. Deux approches complémentaires sont développées : la première approche basée sur des expériences psychophysiques et la seconde approche de modélisation basée sur la théorie de décision. Par rapport aux modèles de visibilité existants, notre modèle prend en compte la perception humaine et notamment les saccades et fixations oculaires dans l'analyse des images : le test de visibilité est ainsi le produit de tests de visibilité locaux, calculés aux points saillants de l'image supposés indépendants. Les résultats montrent l'intérêt de notre approche, notamment pour des détecteurs statiques. En se fondant sur les résultats et une dernière expériences d'oculométrie, cette thèse suggère en perspective la prise en compte d'autres caractéristiques comme le nombre de fixations oculaires, et leur durée. / Since the beginning of the 20th century, medical imaging has significantly been improved and represents now an essential mean for medical diagnosis. In the field of radiology, new digital detectors are gradually replacing the old film techniques allowing a better image. This thesis, prepared in collaboration between the company Trixell, manufacturer of X-ray detectors, and the laboratory Gipsa-Lab, is part of the framework of quality control of these detectors by image analysis. Biomedical applications involved by these devices are particularly sensitive, and the principle of “zero artifact” is required to ensure the quality of the product. Despite the various processings, some artifacts may be present in the images.This thesis focuses on the development of models that quantify the visibility of artifacts in concordance to human observation. Two complementary approaches are developed : the first one is based on psychophysical experiments and the second one is a modeling approach based on decision theory. In comparison to existent models, our model takes into account perception characteristics including saccades and eye fixation in image analysis : the visibility test is thus the product of local visibility tests calculated on the salient points of the image and assumed to be independent. The results show the interest of our approach, especially for static detectors. Based on the results and a final eye-tracking experiment, this thesis suggests perspectives taking into account other characteristics such as the number of eye fixations and their duration.

Les nanoparticules magnétiques sont de nos jours largement exploitées dans le domaine de la recherche pour le biomédical, pour des applications aussi variées que le diagnostic, la thérapeutique ou plus récemment la théranostique. Les nombreuses méthodes de fabrication mises au point à ce jour permettent l’obtention d’une large gamme de nanoparticules en termes de taille, forme, matériaux et donc propriétés magnétiques. Le procédé de fabrication idéal est celui qui permet la fabrication simple, peu coûteuse et à grande échelle de nanoparticules parfaitement monodisperses. En ce sens, le premier volet de la thèse sera consacré à l’étude d’un nouveau procédé de fabrication basé sur la combinaison d’une approche « top-down » et « bottom-up », qui permet d’obtenir des nanoparticules de dispersion en taille très étroite. L’idée est d’exploiter les propriétés d’auto-organisation d’un copolymère dibloc, dont l’une des deux phases peut s’organiser en cylindres verticaux dans la matrice de l’autre phase sous certaines conditions. La gravure sélective des cylindres mène à l’obtention d’un masque de trous dans une matrice de polymère. On peut ensuite déposer le matériau magnétique, puis graver la matrice de polymère pour révéler les nanoparticules attachées au substrat. Si ce procédé est mené sur une couche sacrificielle, les particules peuvent être consécutivement mises en suspension. Les caractéristiques structurales et magnétiques de ces particules obtenues par auto-organisation du copolymère PS-PMMA seront étudiées, montrant que bien que ce procédé de fabrication soit encore à améliorer, il présente des avantages non négligeables en étant versatile, simple à mettre en œuvre et en permettant l’obtention de nanoparticules monodisperses et superparamagnétiques.Dans une seconde partie, un autre domaine biomédical sera abordé : le traitement du cancer. Une méthode nouvelle et alternative aux techniques d’hyperthermie ou de délivrance ciblée de médicaments avait été initiée par l’Argonne National Laboratory en 2010 et reprise à Spintec en 2011 : l’idée est de réactiver l’apoptose (ou mort programmée) de cellules cancéreuses par vibrations magnéto-mécaniques de microparticules magnétiques attachées à leur membrane. Il avait été démontré qu’avec des champs extérieurs aussi faibles que 30mT à 20Hz, des disques de permalloy en configuration magnétique vortex induisent l’apoptose de façon significative. Dans ce contexte et dans l’optique de pouvoir utiliser cette méthode pour des tests cliniques, des microparticules de magnétite, matériau biocompatible, ont été fabriquées par lithographie optique via le même procédé que les disques de permalloy. Leurs propriétés structurales, magnétiques et leur comportement en suspension sont comparés, ainsi que leurs effets sur les cellules in vitro via l’application d’un champ magnétique extérieur. A ce jour, les particules de permalloy sont supérieures en termes d’efficacité sur le déclenchement de l’apoptose des cellules cancéreuses. Certains paramètres du protocole tels que l’amplitude du champ doivent être optimisés pour les particules de magnétite, bien que les premiers effets observés soient encourageants pour la suite. / Magnetic nanoparticles are now used in a wide range of applications such as diagnostic, therapeutics or more recently theranostics. The numerous and diverse fabrication processes allow the fabrication of a wide range of nanoparticles in terms of size, shape, material and magnetic properties. An ideal fabrication process would allow the simple and cheap fabrication of a great quantity of monodisperse nanoparticles. In this objective, the first part of this work will be focused on a new and original fabrication process based on the combination of a “top-down” and “bottom-up” approach. The idea relies on the special auto organization properties of a diblock copolymer: one of the two phases has the ability to self organize into vertical cylinders in the matrix of the other polymer, provided that the annealing conditions are favourable. The selective etching of the cylinders leads to a mask of holes in a polymer matrix. Then, the deposit of a magnetic material and the etching of the polymer matrix leads to the formation of a hexagonal network of nanoparticles attached to the substrate. If the substrate is composed of a sacrificial layer, the nanoparticles can be released in a solution. The structural and magnetic properties of theses nanoparticles fabricated via a PS-PMMA template will be studied. Their characterization will show that the process is still to be optimized but allows already to obtain monodisperse superparamagnetic nanoparticles.A second part focuses on another biomedical applications of magnetic particles: the cancer treatment. A new technique, which is an alternative to the existing methods such as hyperthermia or drug delivery, was first proposed by the Argonne National Laboratory (2010) and taken over at Spintec (2011). The idea is to reactivate the apoptosis (programmed cell death) of cancer cells via the magneto mechanical vibrations of magnetic microparticles attached to their membranes. It was proved that weak external magnetic fields (30mT at 20Hz) applied on permalloy disks in a vortex configuration lead to a significant increase of the apoptotic rate of cancer cells. In the objective of making this method possible for clinical applications, biocompatible magnetite microparticles were fabricated via the same fabrication process than the permalloy disks (optic lithography). Their structural and magnetic properties are compared, as well as their behavior in a suspension and their lethal effect on cancer cells via the application of an external magnetic field. For now, the permalloy microdisks provide better results than the magnetite particles. Some parameters of the experimental set up have to be optimized for the magnetite particles, such as the amplitude of the applied magnetic field. However, the first effects observed with the magnetite particles are quite promising.

Cette thèse a pour but de présenter une solution permettant d’identifier et de comparer différents profils de piégeage aérique chez des patients asthmatiques. L’asthme se décrit comme l’atteinte des voies aériennes en réponse à une irritation. Les réactions mécaniques associées à cette stimulation affectent le flux expiratoire en réduisant la lumière des bronches, et engendrent une exacerbation. La réduction du flux d’air entraine, lors de l’expiration, l’apparition de régions d’air piégé non expiré, phénomène appelé trappage aérien. Les facteurs déclencheurs ou d’aggravation sont bien connus, mais les mécanismes sous-jacents à l’irritation sont complexes et méconnus, le poumon étant un organe complexe et interne. Le travail présenté ici a pour but premier de rechercher l’existence de profils de trappage différents, correspondant à des sensibilités spécifiques de l’arbre bronchique entre patients. Nous avons également cherché à associer une dimension clinique aux profils de trappage. Pour cela, le travail se base sur des données de scanners de patients recueillis au cours d’un test de réactivité bronchique, permettant de capturer l’évolution de l’obstruction des voies respiratoires. Le modèle statistique mis en place consiste à comparer le profil normalisé de trappage de chaque patient. Ce profil est issu d’un parenchyme pulmonaire segmenté, complété dans un espace aux propriétés mathématiques permettant une analyse. Dans cet espace, les profils de trappage sont caractérisés par la distribution de leurs proches voisins. Cela permet d’obtenir pour chaque image une représentation locale de la distribution du trappage. L’estimateur de cette distribution est normalisé par une distribution théorique sous condition d’uniformité, permettant une comparaison entre les patients. Pour finir, une classification en B-splines des profils de distribution normalisée et faite par la méthode non supervisée de Ward, permettant d’obtenir des profils similaires de trappage. Ces profils sont ensuite comparés aux observations cliniques. / This thesis presents a solution for comparing and identifying air trapping profiles among asthmatic patients. Asthma is defined as a narrowing of the airways following irritation. The mechanical reactions associated with irritation affect the expiratory flow by reducing the bronchial lumen, and thus causing exacerbation. This air flow reduction leads to the non-evacuation of air from certain regions of the lung upon expiration, a phenomenon named air trapping. Though triggers are well known, the mechanisms underlying the irritation are complex and poorly understood, the lung being a complex internal organ. This work is primarily intended to detect and describe different trapping profiles which correspond to specific sensitivities of the bronchial tree between patients. We also sought to associate a clinical data with trapping profiles. This work is based on data from patient scans collected during a bronchial reactivity test designed to capture the evolution of airway obstruction. The statistical models consists of comparing trapping profiles in a standardized way. Such profiles are derived by isolating pulmonary parenchyma on CT images, then generating a data space with mathematical properties enabling analysis. In this space, trapping profiles are characterized by the distribution of their nearest neighbors. This makes it possible to obtain for each image a local representation of the trapping distribution. The estimator of this distribution is standardized by a theoretical uniform distribution, which further renders between-patient comparisons possible. Finally, a B-spline classification of standardized distribution profiles using Ward's unsupervised method was performed. These grouped profiles were then compared to clinical observations.

Cette thèse traite d’imagerie par résonance magnétique fonctionnelle (IRMf) cérébrale. Jusqu’à présent, cette modalité est principalement employée dans le domaine des neurosciences dans le but d’étudier les processus cognitifs et la relation entre anatomie et fonction. L’emploi de l’IRMf est toutefois restreint en comparaison des perspectives qu’elle offre. En effet, trois caractéristiques intrinsèques au signal observé en IRMf posent problème. D’abord, le signal ne constitue pas l’observation directe de l’activité cérébrale. Il en résulte un flou temporel ne permettant pas la localisation temporelle précise de l’activité neuronale. Ensuite, seules les variations temporelles du signal IRMf déterminent la présence ou l’absence d’une telle activité. Or ces fluctuations sont faibles vis-à-vis de l’amplitude du signal et du bruit. Enfin, de nombreuses ambiguïtés de localisation spatiale existent, et cela particulièrement au niveau du ruban cortical du fait de ses nombreuses circonvolutions. Plusieurs approches proposent, en conséquence, d’étudier les données IRMf sur la surface corticale. Toutefois, toutes se basent sur des méthodes directes d’interpolation ou de rétro-projection, omettant ainsi que le signal d’intérêt acquis est originaire du ruban cortical. L’originalité du travail réalisé durant cette thèse consiste à considérer le problème de projection comme un problème inverse. La méthode procède alors simultanément à la projection surfacique, et à la restauration des propriétés spatio-temporelles d’origine des données fonctionnelles sur la surface. / This thesis deals with cerebral functional magnetic resonance imaging (fMRI). Until now, fMRI is mainly used in the field of neurosciences as a tool to understand cognitive processes and the links between anatomy and function. However, fMRI use is limited compared to the perspectives it offers. Indeed, three properties of the fMRI signal are problematic. First, this signal is not a direct representation of cerebral activities, thus resulting in a temporal blur that opposes the accurate localization of neuronal activities in time. Then, only the temporal variations of the fMRI signal can determine the presence or absence of those activities. Yet, those fluctuations are small compared to the overall signal and noise magnitudes. And last but not least, ambiguities related to spatial localization of cerebral activities are numerous and especially troublesome around the cortical ribbon due to its highly convoluted shape. Therefore, several approaches offer to study fMRI data onto the cortical surface. However, they all consider the problem as an interpolation one, neglecting the origin of the acquired signal of interest : the cortical ribbon. The original idea behind the work achieved in this thesis consists in posing the projection problem as an inverse problem to solve. This way we achieve both the surface-based projection and the recovering of the original cortical signal spatio-temporal properties.

Une ingénierie moléculaire a été menée. On a ainsi obtenu des fluorophores émettant, à l'état solide, dans le rouge et le proche infrarouge avec des rendements quantiques performants. Nous nous sommes particulièrement intéressés à des petites molécules de type push-pull, facile à synthétiser, permettant ainsi d'obtenir un grand nombre de molécules indispensable pour cette ingénierie moléculaire. Il a notamment été constaté que certaines règles établies en solution sont également valables à l'état solide. Ensuite, les chromophores répondant au cahier des charges fixé par la méthode de séchage par spray ont été sélectionnés et encapsulés, d'une part, en couche mince sol-gel afin d'observer leur comportement en milieu confinée. D'autre part, pour ceux ayant un bon comportement en matrice sol-gel (contrôlé par spectroscopie de fluorescence à un photon), ils ont été insérés dans une coquille du même type. Les conditions d'élaboration pour chaque chromophore ont été optimisées en se basant, essentiellement, sur la technique de microscopie électronique à balayage. Nous avons, en particulier, pu démontrer que l'étape d'encapsulation en couche mince sol-gel, était une très bonne technique, rapide et facile à mettre en œuvre, pour s'assurer que les composés ne souffraient ni de polymorphisme ni de protonation dans une matrice sol-gel avant la synthèse de nanoparticules cœur-coquille. Enfin, une étape de fonctionnalisation et d'ajout d'agent de ciblage permettra d'effectuer des premiers tests in vivo des nanoparticules comme agents imageant. / A molecular engineering was led. We obtained fluorophores emitting, in the solid state, in the red and the near infrared with efficient quantum yields. We were particularly interested in small push-pull molecules, easy to synthesize, to obtain a large number of molecules essential for this molecular engineering. Especially, it was noticed that certain rules established in solution are also valid in the solid state. Then, chromophores which correspond to the specifications fixed by the spray drying method was selected and encapsulated, on one hand, in a sol-gel thin-layer to observe their behavior in an environment confined. On the other hand, for those having a good behavior in the sol-gel matrix (controlled by one photon fluorescence spectroscopy), they were confined in a sol-gel shell of the same type. Elaboration's conditions for every compound were optimized, essentially, with the technique of scanning electron microscopy. We demonstrated that the encapsulation step in a sol-gel thin-layer was a very good technique, fast and easy to operate, to make sure that compounds had neither polymorphism nor protonation in a sol-gel matrix before the synthesis of the nanoparticles. Finally, a functionalization step and addition of new targeting functions will allow making first in vivo tests of nanoparticles as biological labels.

Le travail de recherche présenté dans ce mémoire, concerne la synthèse et l'étude des propriétés de coordination du 64Cu par une nouvelle famille de ligands acycliques de type polyaminophosphonatés à fort potentiel en imagerie médicale, en particulier pour la tomographie par émission de positron TEP. Ce sujet a nécessité l'utilisation de méthodes analytiques telles que la potentiométrie, la spectrophotométrie et la spectrométrie de masse en mode electrospray pour les études thermodynamiques et des techniques de cinétique rapide a écoulement bloqué pour la détermination des vitesses de formation et de dissociation des complexes de Cu(II).Nous avons synthétisé quatre ligands (L1-L4) qui forment des complexes de formule CuL de forte stabilité et avec une bonne sélectivité pour le Cu(II) par rapport à d'autres métaux tels que Ni(II), Zn(II), Co(II) et Ga(III). La cinétique de complexation de Cu(II) s'est avérée rapide et elle suit un mécanisme à caractère dissociatif de type Eigen-Wilkins. Les complexes CuL formés avec cette série de ligand se caractérisent par une bonne inertie cinétique vis-à-vis de la démétallation et ils sont capables d'être réduit en présence de réducteurs biologiques tout en restant stables.Les complexes de lanthanides formés avec cette série de ligands sont très stables en milieu physiologique, en particulier ceux formés avec le ligand L1. Les complexes GdL1, GdL2 et GdL3 révèlent des relaxivités très intéressantes qui les désignent comme de futurs agents de contraste à fort potentiel en IRM.Le ligand L1 tetraphosphonaté a été fonctionnalisé par la présence de groupement réactif ce qui a permit le marquage de biomolécules, dont l'anticorps B28-13 anticorps anti-tenascineC pour la détection de tumeurs cancéreuses. / The research work presented in this report, concerns the synthesis and the study of the coordination properties of the 64Cu by new acyclic chelators for PET imaging.We have synthesized four ligands (L1-L4) based on a pyridine scaffold, functionnalized by a varying number of methanephosphonate functions. A combination of potentiometry, spectrophotometry and electrospay mass spectrometry was used to study the coordination properties of Cu(II) with this ligands. The kinetic studies of the formation and dissociation of Cu(II) complexes have been carried out with stopped-flow techniques.L1 was shown to display a very high affinity towards Cu(II) and selectivity over Ni(II), Zn(II), Co(II) and Ga(III). The chelation of the Cu(II) by the four ligands is fast and efficient and it follows a dissociative Eigen-Wilkins mechanism.The complexes of lanthanides formed with this series of ligands are very stable in physiological conditions in particular those formed with L1. The complexes GdL1, GdL2 and GdL3 show a very high relaxivity which pointed them as potential contrast agents for MRI.The ligand L1 was activated by a side chain containing a reactive NHS carbamate function in the para position of the pyridine. The labeling was further performed on B28-13, a mouse monoclonal antibody specifically recognizing tenascin-C protein in human cancer.

Nous présentons dans cette thèse une approche nouvelle de la segmentation d’images, avec des descripteurs a priori utilisant des champs de Markov d’ordre supérieur. Nous représentons le modèle de forme par un graphe de distribution de points qui décrit les informations a priori des invariants de pose grâce à des cliques L1 discrètes d’ordre supérieur. Chaque clique de triplet décrit les variations statistiques locales de forme par des mesures d’angle,ce qui assure l’invariance aux transformations globales (translation, rotation et échelle). L’apprentissage d’une structure de graphe discret d’ordre supérieur est réalisé grâce à l’apprentissage d’un champ de Markov aléatoire utilisant une décomposition duale, ce qui renforce son efficacité tout en préservant sa capacité à rendre compte des variations.Nous introduisons la connaissance a priori d’une manière innovante pour la segmentation basée sur un modèle. Le problème de la segmentation est ici traité par estimation statistique d’un maximum a posteriori (MAP). L’optimisation des paramètres de la modélisation- c’est à dire de la position des points de contrôle - est réalisée par le calcul d’une fonction d’énergie globale de champs de Markov (MRF). On combine ainsi les calculs statistiques régionaux et le suivi des frontières avec la connaissance a priori de la forme.Les descripteurs invariants sont estimés par des potentiels de Markov d’ordre 2, tandis que les caractéristiques régionales sont transposées dans un espace de caractéristiques et calculées grâce au théorème de la Divergence.De plus, nous proposons une nouvelle approche pour la segmentation conjointe de l’image et de sa modélisation ; cette méthode permet d’obtenir une segmentation plus fine lorsque la délimitation précise d’un objet est recherchée. Un modèle graphique combinant l’information a priori et les informations de pixel est développé pour réaliser l’unité des modules "top-down" et "bottom-up". La cohérence entre l’image et sa modélisation est assurée par une décomposition qui associe les parties du modèle avec la labellisation de chaque pixel.Les deux champs de Markov d’ordre supérieur considérés sont optimisés par les algorithmes de l’état de l’art. Les résultats prometteurs dans les domaines de la vision par ordinateur et de l’imagerie médicale montrent le potentiel de cette méthode appliquée à la segmentation. / In this thesis, we propose a novel framework for knowledge-based segmentation using high-order Markov Random Fields (MRFs). We represent the shape model as a point distribution graphical model which encodes pose invariant shape priors through L1 sparse higher order cliques. Each triplet clique encodes the local shape variation statistics on the angle measurements which inherit invariance to global transformations (i.e. translation,rotation and scale). A sparse higher-order graph structure is learned through MRF training using dual decomposition, producing boosting efficiency while preserving its ability to represent the shape variation.We incorporate the prior knowledge in a novel framework for model-based segmentation.We address the segmentation problem as a maximum a posteriori (MAP) estimation in a probabilistic framework. A global MRF energy function is defined to jointly combine regional statistics, boundary support as well as shape prior knowledge for estimating the optimal model parameters (i.e. the positions of the control points). The pose-invariant priors are encoded in second-order MRF potentials, while regional statistics acting on a derived image feature space can be exactly factorized using Divergence theorem. Furthermore, we propose a novel framework for joint model-pixel segmentation towardsa more refined segmentation when exact boundary delineation is of interest. Aunified model-based and pixel-driven integrated graphical model is developed to combine both top-down and bottom-up modules simultaneously. The consistency between the model and the image space is introduced by a model decomposition which associates the model parts with pixels labeling. Both of the considered higher-order MRFs are optimized efficiently using state-of the-art MRF optimization algorithms. Promising results on computer vision and medical image applications demonstrate the potential of the proposed segmentation methods.

La tomographie d’émission par positrons est une technique d’imagerie médicale importante dans les domaines clinique et préclinique. Elle permet de diagnostiquer des cancers, des maladies cardiovasculaires ou encore des maladies neurodégénératives. Dans le domaine préclinique, la TEP permet de mener des recherches de pointe pour mieux comprendre les métabolismes au niveau moléculaire afin de développer des thérapies ciblées qui seront utilisées dans la médecine de demain. C’est pourquoi, depuis plus de quinze ans, le Groupe de Recherche en Appareillage Médical de Sherbrooke (GRAMS) et le Centre d’Imagerie Moléculaire de Sherbrooke (CIMS) collaborent pour concevoir des scanners TEP permettant d’obtenir des images avec un contraste et une résolution inégalée. Pour obtenir ces images, les paramètres des scanners doivent être optimisés de manière minutieuse. L’un des paramètres les plus importants en TEP est la mesure temporelle pour minimiser les coïncidences fortuites et ainsi améliorer le rapport signal sur bruit de l’image. La mesure temporelle peut être entachée d’une part, de bruit statistique provenant de différentes sources comme le bruit thermique, le bruit d’amplification, la pente du signal au point de discrimination et d’autre part, les variations systémiques qui peuvent être corrigées par un traitement approprié de l’information. Le travail présenté dans ce mémoire porte sur la conception d’une nouvelle méthode embarquée et automatisée faisant appel à une sonde d’alignement temporel pour effectuer cet alignement et corriger la dispersion temporelle systémique dans le scanner. Cette méthode a été testée sur le scanner LabPET II, la dernière génération de scanner développé au GRAMS et a permis une amélioration de la mesure temporelle de 47%.

Dans le domaine de l'imagerie médicale ultrasonore, la connaissance du déplacement du milieu imagé est une donnée clinique très importante dans de nombreux examens, parmi lesquels nous pouvons citer les examens Doppler ou les examens d'élastographie. Dans la littérature, les deux principales familles de méthodes permettant d'estimer le déplacement sont les méthodes de mise en correspondance de blocs et les méthodes Doppler. Les méthodes de mise en correspondance de blocs estiment le déplacement en comparant des vignettes prises dans les images ultrasonores avant et après déplacement. Elles dépendent donc de la méthode utilisée pour former les images. Les méthodes Doppler mesurent quant à elles le déplacement suivant une direction particulière, ce qui limite leur gamme d'utilisation à l'estimation de champs de déplacements simple. Dans cette thèse, nous avons proposé un formalisme, ainsi que trois méthodes, permettant d'estimer le déplacement 2D directement à partir de ces signaux bruts. Cette approche permet de s'affranchir de la dépendance envers la méthode de formation d'images, tout en permettant l'estimation de champs complexes. Nous avons mis en évidence le concept de vecteur normal, liant le déplacement réel de milieu aux décalages temporels de long des signaux bruts. Le formalisme général est appliqué à plusieurs séquences ultrasonores: la première méthode d'estimation utilise des signaux acquis à l'aide d'éléments uniques de la sonde; la deuxième est basée sur l'utilisation d'ondes planes et la troisième méthode s'appuie sur une séquence utilisant des faisceaux focalisés. Les méthodes d'estimation directe du mouvement ont été validées en simulation et expérimentalement, et leurs performances ont été comparées à une méthode de référence: la mise en correspondance de blocs. Les méthodes proposées améliorent significativement la précision de l'estimation du champ de déplacement par rapport à la méthode standard, en atteignant une précision de 1.5µm dans la direction transverse et une précision de 2.5µm dans la direction axiale pour une fréquence de travail de 5MHz. Nous avons également développé une méthode de formation d'images améliorant la résolution spatiale. Cette méthode utilise les spectres de signaux RF acquis avec des ondes planes pour former le spectre de l'image ultrasonore. Elle fournit les images utilisées par la méthode d'estimation du mouvement de référence. / In the field of medical ultrasound imagery, the knowledge of displacement is an important input for many clinical exams, including color Doppler and elastography. In the literature, the two main way proposed for solving the displacement field estimation are blockmatching techniques and Doppler methods. Blockmatching techniques try to match part of images acquired before and after the displacement and depends on the way those images where created. On the other hand, Doppler methods only estimate displacement along a fixed direction. In this thesis, we proposed three methods that can be used to estimates directly the motion field from raw RF signals by using the proposed concept of normal vector. This concept models how displacement will change RF signals. The proposed methods are compared in simulation and experimentally to a reference blockmatching technique and show a improvement of resolution. Proposed methods resolution are up to 1.5µm in the transverse direction and 2.5µm in the axial direction at a frequency of 5MHz. We also proposed a new beamforming technique that estimate the spectrum of the ultrasound image. This method is compatible with RF signals used by motion estimation methods.