Le cancer de la prostate est le plus courant en France et la 4ième cause de mortalité par cancer. Les méthodes diagnostics de références actuel sont souvent insuffisantes pour détecter et localiser précisément une lésion. L’imagerie IRM multi-paramétrique est désormais la technique la plusprometteuse pour le diagnostic et la prise en charge du cancer de la prostate. Néanmoins, l’interprétation visuelle des multiples séquences IRM n’est pas aisée. Dans ces conditions, un fort intérêt s’est porté sur les systèmes d’aide au diagnostic dont le but est d’assister le radiologue dans ses décisions. Cette thèse présente la conception d’un système d’aide à la détection (CADe) dontl’approche finale est de fournir au radiologue une carte de probabilité du cancer dans la zone périphérique de la prostate. Ce CADe repose sur une base d’images IRM multi-paramétrique (IRM-mp) 1.5T de types T2w, dynamique et de diffusion provenant d’une base de 49 patients annotés permettant d’obtenir une vérité terrain par analyse stricte des coupes histologiques des pièces de prostate. Cette thèse met l’accent sur la détection des cancers mais aussisur leur caractérisation dans le but de fournir une carte de probabilité corrélée au grade de Gleason des tumeurs. Nous avons utilisé une méthode d’apprentissage de dictionnaires permettant d’extraire de nouvelles caractéristiques descriptives dont l’objectif est de discriminer chacun des cancers. Ces dernières sont ensuite utilisées par deux classifieurs : régression logistique et séparateur à vaste marge (SVM), permettant de produire une carte de probabilité du cancer. Nous avons concentré nos efforts sur la discrimination des cancers agressifs (Gleason>6) et fourni une analyse de la corrélationentre probabilités et scores de Gleason. Les résultats montrent de très bonnes performances de détection des cancers agressifs et l’analyse des probabilités conclue sur une forte capacité du système à séparer les cancers agressifs du reste des tissus mais ne permet pas aisément de distinguer chacundes grades de cancer / Prostate cancer is the most frequent and the fourth leading cause of mortality in France. Actual diagnosis methods are often insufficient in order to detect and precisely locate cancer. Multiparametrics MRI is now one of the most promising method for accurate follow-up of the disease. However, the visual interpretation of MRI is not easy and it is shown that there is strongvariability among expert radiologists to perform diagnosis, especially when MR sequences are contradictory. Under these circumstances, a strong interest is for Computer-aided diagnosis systems (CAD) aiming at assisting expert radiologist in their final decision. This thesis presents our work toward the conception of a CADe which final goal is to provide a cancer probability map to expertradiologist. This study is based on a rich dataset of 49 patients made of T2w, dynamic and diffusion MR images. The ground truth was obtained through strict process of annotations and correlation between histology and MRI. This thesis focuses both for cancer detection and characterization in order to provide a cancer probability map correlated to cancer aggressiveness (Gleason score). To that end we used a dictionary learning method to extract new features to better characterize cancer aggressiveness signatures as well as image features. Those features are then used as an input to Support Vector Machines (SVM) and Logistic Regression (LR) classifiers to produce a cancer probability map. We then focused on discriminating agressive cancers (Gleason score >6) from other tissues and provided an analysis of the correlation between cancer aggressiveness and probabilities. Our work conclude on a strong capability to distinguish agressive cancer from other tissues but fails to precisely distinguish different grades of cancers

Objectifs : Les thérapies régénératives cardiaques ont connu un essor considérable au cours des 10 dernières années. Malgré des effets positifs démontrés chez l’animal, les bénéfices cliniques obtenus chez l’homme sont encore relativement modestes. L’objectif de ce travail a été de mieux comprendre les facteurs liés à l’implantation des cellules souches grâce aux techniques de détection cellulaire en imagerie par résonance magnétique (IRM), afin d’optimiser la thérapie cellulaire cardiaque.Matériel et méthodes : Un protocole de détection cellulaire en IRM cardiaque in vivo ainsi qu’une méthode de détection des microvaisseaux en IRM cardiaque ex vivo haute résolution avec des séquences Susceptibility Weighted Imaging (SWI) ont été développés, puis mis en application pour l’étude de la vectorisation de progéniteurs des cellules endothéliales marqués magnétiquement par des nanoparticules d’oxyde de Fer et injectés par voie intraveineuse, ainsi que pour l’évaluation de l’intégration et de l’efficacité de cellules souches mésenchymateuses administrées via des patchs de fibrine cellularisés chez des rats adultes indemnes de toute pathologie (un groupe contrôle vs un groupe infarctus via ligature définitive de l’artère interventriculaire antérieure).Résultats : Après injection intraveineuse et malgré la vectorisation magnétique (n=16 rats), l’imagerie de détection cellulaire a montré qu’aucune cellule n’était implantée dans le myocarde et que les paramètres fonctionnels cardiaques n’étaient pas améliorés. Avec les patchs cellularisés (n=37 rats), la fraction d’éjection ventriculaire gauche (FEVG) était améliorée dans les groupes de patchs cellularisés par rapport aux groupes contrôles. La densité microvasculaire était augmentée dans la zone infarcie et peri-infarcie dans les groupes cellularisés par rapport aux groupes contrôles, à la fois en immunohistochimie et en IRM sur les séquences SWI. L’IRM a montré l’absence de migration des cellules dans le myocarde à partir du patch, confirmé en immunohistochimie. La persistance de cellules dans la zone d’implantation du patch à la surface épicardique à J21 post greffe et l’étude en cytométrie en flux des cytokines et facteurs de croissance produits par les cellules souches plaident pour une efficacité de la thérapie cellulaire en rapport avec la sécrétion de facteurs paracrines par les cellules souches.Conclusion : L’imagerie de susceptibilité magnétique permet d’une part d’étudier les vaisseaux myocardiques sur des séquences pondérées en SWI ex vivo et d’autre part d’évaluer l’implantation des cellules souches sur des séquences en écho de gradient T2* in vivo. Ces techniques ont permis de mieux caractériser le mode d’action des patchs cardiaques en tant que réservoir de facteurs paracrines pour le traitement de l’insuffisance cardiaque dans un modèle murin. Ces résultats confirment l’intérêt fort à développer et optimiser l’utilisation de biomatériaux intelligents délivrant spécifiquement des molécules d’intérêt comme les cytokines ou les facteurs de croissance et permettant ainsi de contourner les contraintes immunogènes et tératogènes liés aux cellules souches. / Objectives: Cardiac regenerative therapies have grown considerably over the past 10 years. Despite positive effects demonstrated in animals, the clinical benefits obtained in humans are still relatively modest. The objective of this work was to better understand the factors associated with implantation of stem cells through the cell detection techniques in magnetic resonance imaging (MRI) and to improve cardiac stem cell therapy in a murine model of myocardial infarction.Materials and methods: A protocol for cell detection with gradient echo T2* sequences in cardiac MRI in vivo and a method for detection of microvessels in cardiac MRI ex vivo with high resolution Susceptibility Weighted Imaging sequences (SWI) were developed and implemented for the study of vectorization of intravenously injected endothelial progenitors cells (EPC) and the integration and evaluation of the impact of mesenchymal stem cells (MSC) administered via cellularized fibrin patches. A permanent ligation of the left anterior coronary artery was performed in adult rats. The stem cells were magnetically labeled with iron oxide nanoparticles by endocytosis.Results: Cell detection imaging showed no cell implantation in the myocardium and no improvement in cardiac functional parameters after intravenous injection of EPC, despite the aid of magnetic vectorization (n = 16 rats). With a local administration of MSC via cardiac patches (n = 37 rats), the left ventricular ejection fraction (LVEF) was improved in cellularized patches groups compared to controls. Microvascular density was increased in the infarcted and peri – infarcted areas in cellularized patches groups compared to controls in immunohistochemistry and in MRI on SWI sequences. The MRI showed no migration of cells into the myocardium from the patch, as confirmed by immunohistochemistry and Perls staining. The persistence of MSCs on the epicardial surface at D21 after implantation and flow cytometry profiling of cytokines and growth factors produced by MSC argue for cell therapy effectiveness related to the secretion of paracrine factors by stem cells.Conclusion: Susceptibility imaging allows: (1) to study myocardial vessels on SWI sequences ex vivo and (2) to assess the implementation of stem cells on gradient echo sequences T2 * in vivo. These techniques have shown that cardiac patches act as a reservoir of soluble mediators which paracrinally target the angiogenesis in the treatment of heart failure in a murine model. This is in favor of a move towards “cell free” biomaterials containing only molecules of interest such as cytokines or growth factors to circumvent immunogenic and teratogenic constraints related to the use of stem cells.

La méthode de localisation de source qui permet d’identifier anatomiquement les générateurs de l’activité électrique cérébrale reste encore actuelle difficile à mettre en place et à utiliser en routine clinique. Une des étapes de cette méthode consiste à repérer spatialement les électrodes EEG positionnées sur le cuir chevelu. Ce travail de Doctorat a consisté à mettre au point de nouveaux capteurs EEG compatibles et repérables en IRM et à automatiser ce processus pour le rendre plus fiable et plus facile d’utilisation. Pour ce faire, nous avons développé et breveté de nouveaux capteurs de signaux électrophysiologiques et nous avons implémenté un algorithme informatique de détection et de labellisation automatique en IRM. Ces dispositifs ont été testés cliniquement chez des sujets sains et des patients épileptiques en comparaison avec la numérisation électromagnétique qui est la technique de référence. Nous avons montré dans un premier temps, l’efficacité de notre méthode du point de vue de la précision, de la reproductibilité et des performances. Nous avons montré ensuite que notre méthode n’engendrait pas d’erreurs de localisation anatomique des générateurs électroneurophysiologiques (PES, PEV, EPIC). Ces études cliniques ont été validées par des enregistrements d’IRM fonctionnelle et par une comparaison avec les données de la littérature. Enfin, nous avons développé un outil de projection de la position des capteurs de surface sur le cortex de façon à identifier les structures anatomiques et aires de Brodmann associées aux capteurs EEG du système international 10/10. Notre méthode de détection et de labellisation automatique des capteurs EEG grâce à l’IRM (ALLES) permet donc de limiter l’intervention humaine et de simplifier la méthode de localisation de source puisque seuls les examens d’EEG et d’IRM deviennent nécessaires. / Spatial localization of scalp EEG electrodes is a major step in dipole source localization and it must be accurate, reproducible and practical. Several methods have been proposed in the last fifteen years. The most widely used method is currently electromagnetic digitization. In this work, we introduce a new automatic method for localizing and labeling EEG sensors using MRI (ALLES). First, we designed a new scalp EEG sensor which is MR compatible and localizable. Secondly, we validated this new technique on a head phantom and then in a clinical environment with normal volunteers and epileptic patients. To do this, we compare the reproducibility, accuracy and performances of our method with electromagnetic digitization. We also demonstrate that our method provides better reproducibility with a significant difference (p < 0.01). Concerning accuracy, both methods are equally accurate with no statistical differences. We have tested our method both on normal volunteers (SEP and VEP studies) and epileptic patients (Spikes studies). Source localizations were not influenced by ALLES and we observe results consistent with the literature. Finally, we develop a method which projects the surface positions of the sensors (10-10 system) onto the cortex. This tool is helpful for visual inspection of high resolution EEG traces and for electroclinical diagnostic. To conclude, automation makes our method (ALLES) very reproducible and easy to handle in a routine clinical environment. It offers the possibility of using MRI volume for both source localization and spatial localization of EEG sensors.

O Módulo de Reconhecimento de Celular de Irre (IRM) é uma pequena família de proteínas transmembranares envolvidas nos processos de adesão e reconhecimento celular. Para Drosophila melanogaster existem 4 proteínas bem caracterizadas desta família: Rough (Rst), Hibris (Hbs), Kin de Irre (Kirre) e Stick and Stones (Sns). Em estudos anteriores para elucidar o papel dessas moléculas no desenvolvimento embrionário de Drosophila, observou-se que a construção pCa18 3.1, que apenas codifica a porção extracelular de Roughest e está sob controle do promotor de choque térmico, quando superexpressa no inicio do desenvolvimento embrionário gera defeitos na formação do sistema nervoso (NS), que são observados apenas mais tarde. Observou-se, além disso, que, quando esta superexpressão é realizada emum background onde apenas 50% da proteína Hbs está presente, o fenótipo é reforçado, sugerindo um possível papel antagonista entre Rst e Hbs no desenvolvimento de SN. Com base nestes achados e na informação que Rst, Hbs e Kirre são encontrados no SN durante o desenvolvimento embrionário, este trabalho tem como objetivo continuar estudando o papel dos IRMs no desenvolvimento da SN. Para este propósito, além do já empregado promotor de choque térmico, usaremos o sistema de expressão binária Gal4 / UAS com drivers para SN e, assim, gerando, além de superexpressão, também o knockdown por RNAi de IRMs. As construções genéticas contendo Dicer, uma enzima envolvida no processamento de RNAi, serão empregadas para melhorar o knockdown. A quantificação das transcrições será realizada por PCR em tempo real. Para estudos de co-localização e análise de fenótipos, técnicas de citocinética e imunocitoquímica serão empregadas. / The Irre Cell Recognition Module (IRM) complex is a small family of transmembrane proteins involved in cellular adhesion and recognition processes. For Drosophila melanogaster there are 4 well characterized proteins of this family: Roughest (Rst), Hibris (Hbs), Kin of Irre (Kirre) and Stick and Stones (Sns). In previous studies to elucidate the role of these molecules in Drosophila embryonic development, it was noted that the construction pCa18 3.1, which only encodes the extracellular portion of Roughest and is under control of the heat-shock promoter, when overexpressed in early development generate defects in the formation of the nervous system (NS), which are observed only later. It was observed, furthermore, that when this overexpression is carried out in a mutant with a deficiency, in which the coding sequence Hbs is not present, this phenotype is enhanced, suggesting a possible antagonist role between Rst and Hbs in the development of SN. Based on these findings and the information that Rst, Hbs and Kirre are found in the SN during embryonic development, this work aims to further study the role of IRMs in the development of SN. For this purpose, besides the already employed heat-shock promoter, we will use the binary expression system Gal4/UAS with drivers for SN and, thereby, generating, in addition to overexpression, also the knockdown by RNAi of IRMs. Genetic constructs containing Dicer, an enzyme involved in the processing of RNAi, will be employed to enhance the knockdown. The quantification of the transcripts will be carried out by Real Time PCR. For co-localization studies and analysis of phenotypes techniques of cytochemistry and immunocytochemistry will be employed.

L'évaluation non-invasive de la myéline dans la substance blanche du système nerveux central est fondamentale pour le suivi de pathologies telles que la sclérose en plaques. La myéline est majoritairement constituée de lipides et de protéines : du fait des nombreuses interactions dans ces macromolécules, les temps de relaxation transversale sont très courts (T2 < 1 ms), rendant indétectables ces signaux par des séquences conventionnelles. Les méthodes standards d’imagerie par RMN pour la caractérisation de la myéline reposent sur la modélisation des interactions entre les protons aqueux et la structure myélinisée. Néanmoins, la sélectivité et la robustesse de ces méthodes indirectes peuvent être remises en cause. Les séquences à temps d’écho ultracourt (UTE – TE < 1 ms) permettraient de faire l’acquisition directe des signaux issus de la matrice semi-solide de la myéline. Le développement de telles méthodes pour la mise en contraste positif et sélectif de la myéline sur système préclinique est l’objet de cette thèse. La validation de chacune des méthodes a été menée sur modèle murin ex vivo en confrontant des animaux sains et démyélinisés. Les résultats à partir des méthodes UTE montrent une sélectivité significative à la démyélinisation, suggérant l’adéquation de la technique pour l'évaluation de la myéline dans la substance blanche. / Non-invasive evaluation of white matter myelin in the central nervous system is essential for the monitoring of pathologies such as multiple sclerosis. Myelin is essentially composed of lipids and proteins: because of the numerous interactions between these macromolecules, the transverse relaxation times are very short (T2 < 1 ms), and their signals are undetectable using conventional sequences. Standard MRI methods for the characterization of myelin rely on the modeling of the interactions of aqueous protons with myelinated structures. Nonetheless, the selectivity and robustness of such indirect methods are questionable. Ultrashort echo time sequences (UTE – TE < 1 ms) may allow to directly detect the signals arising from the semi-solid spin pool of myelin. The main objective of this thesis consists in developing such methods in order to generate a positive and selective contrast of myelin using a preclinical imaging system. Validation of each method was carried out using an ex vivo murine model by confronting healthy and demyelinated animals. Results show a significant selectivity of the UTE methods to demyelination, suggesting that the technique is promising for white matter myelin monitoring.

RESUMO: O complexo Irre Recognition Module (IRM) é um importante subgrupo de proteínas transmembranares da superfamília das imunoglobulinas que desempenham função de adesão celular e participam de diversos processos do desenvolvimento de Drosophila melanogaster, tais como: direcionamento axonal, fusão de mioblastos, espaçamento dos órgãos sensoriais, autofagia das glândulas salivares, eliminação de células suplementares e especificação de destino celular na retina pupal. A família IRM é composta por quatro membros bem caracterizados: roughest (rst; irregular-chiasmC); kin-of-irre (kirre); hibris (hbs) e sticksand-stones (sns). Uma característica marcante entre dois membros deste grupo, kirre e rst, é a ocorrência de redundância funcional durante o processo de fusão de mioblastos na musculatura somática embrionária e na fase de \"cell sorting\" das células interomatidiais na etapa final de padronização da retina pupal de Drosophila. Neste contexto, foi observado que kirre pode suprir a ausência ou diminuição nos níveis de expressão de mRNA de rst para manter o fenótipo selvagem destes tecidos. Em glândulas salivares larvais de Drosophila, modelo amplamente utilizado para estudo da morte celular programada (MCP), mutantes rstD, um alelo semidominante de rst, apresentaram fenótipo de persistência deste tecido mesmo após 12 horas à sua eliminação observada em animais selvagens. Considerando o importante processo de redundância funcional promovido por membros do grupo IRM, durante o desenvolvimento de tecidos de Drosophila melanogaster, avaliamos a correlação entre os 4 membros deste grupo durante o processo de autofagia da glândula salivar larval. Para tanto, os níveis de transcrição de genes do complexo foram analisados por RT-qPCR após a formação do pupário até o desfecho do processo de histólise. Verificamos uma diminuição a nível transcricional de rst após o pico no título de ecdisona que leva a histólise da glândula em animais selvagens, e níveis alterados dos mRNAs dos membros do complexo em animais mutantes rstD. Contudo, a superexpressão de rst não foi suficiente para gerar glândulas persistentes. Além disso, descrevemos a localização espacial, por imunohistoquímica, dos membros do complexo, enfatizando a colocalização de rst e kirre, contrariamente aos membros sns e hbs. / ABSTRACT: The complex Irre Recognition Module (IRM) is an important subgroup of transmembrane proteins of the immunoglobulin superfamily that play a role in cell adhesion and participates in several processes of development of Drosophila melanogaster, such as: axonal targeting, fusion of myoblasts, spacing of sensory organs , autophagy of the salivary glands, elimination of supplementary cells and specification of cellular target in the pupal retina. The IRM family is composed of four well-characterized members: roughest (rst; irregular-chiasmC); kin-of-irre (kirre); hibris (hbs) and sticks-and-stones (sns). A striking feature of this group is the occurrence of functional redundancy during the process of fusion of myoblasts in the embryonic somatic musculature and in the phase of cell sorting of the interomatid cells in the final step of standardization of the pupal retina of Drosophila. In this context, it can be concluded that it can not provide an absence or decrease the mRNA expression levels of maintaining the wild tissue phenotype. In larval salivary glands of Drosophila, a widely used model for the study of programmed cell death (MCP), rstD mutants, a semidominant rst allele, showed persistence phenotype of this tissue after 12 hours for its observed elimination in wild animals. During the development of Drosophila melanogaster tissues, we evaluated a correlation between the 4 members of this group during the autophagy process of the salivary gland. To that end, transcription levels of complex genes were analyzed by RT-qPCR after patient formation until the end of the histolysis process. We have seen a transcriptional decrease in the first unpronounced postdoc peak of ecdysone leading to histolysis of the gland in wild animals, and altered levels of mRNAs of the complex members in rstD mutant animals. However, a first overexpression was not enough to generate persistent glands. In addition, we describe a spatial location, by immunohistochemistry, of two members of the complex, emphasizing a first and second hand colocalization, unlike the sns and hbs members.

Actuellement, les médecins utilisent l'échographie pour visualiser la prostate lors de la biopsie. La technique actuelle de biopsie offre un taux de détection du cancer contenant entre 20 et 36 % de résultats faux négatifs, ce qui retarde le traitement du cancer. Ces faux négatifs sont causés en partie par le manque de perceptibilité sous échographie des tumeurs ayant un diamètre inférieur à 5 mm. L'imagerie par résonnance magnétique (IRM) pourrait résoudre ce problème puisque cette technique d'imagerie offre une meilleure résolution et une perceptibilité des tumeurs meilleures que celles obtenues avec l'échographie. Toutefois, l'intervention sous IRM est peu sécuritaire et peu ergonomique pour le médecin en raison de l'intense champ magnétique nécessaire à l'imagerie et de l'accès restreint au patient. Le présent travail présente le développement d'un prototype de manipulateur robotisé permettant aux médecins d'effectuer des interventions précises et rapides à la prostate à l'intérieur même du scanner IRM. Le manipulateur est conçu de manière à ne pas influencer ou être influencé par le champ magnétique de l'IRM, soutenir les forces induites par l'insertion de l'aiguille dans le patient, atteindre une cible avec précision et être suffisamment petit pour être introduit avec le patient dans l'IRM. L'architecture du manipulateur utilise une approche binaire moyennée élastiquement dans une architecture parallèle. Chacun des actionneurs compte seulement deux états discrets. Les actionneurs retenus sont des muscles pneumatiques en raison de la forte densité de force qu'ils génèrent. De plus, ces actionneurs permettent d'éliminer les joints complexes nécessaires à la construction de manipulateur parallèle en utilisant l'élasticité intrinsèque des actionneurs. Un prototype a été construit dans le but d'étudier l'erreur de positionnement obtenue avec le manipulateur et valider l'atteinte des requis cliniques. La justesse a été mesurée à 3,3 mm et la précision a été mesurée à 0,5 mm. La raideur a aussi été mesurée et atteint ~1,14 N/mm au bout de l'aiguille pour s'assurer que le manipulateur est en mesure de soutenir l'insertion d'aiguille sans trop dévier de la trajectoire prévue. Une preuve de concept de valve pneumatique compatible à l'IRM a été prototypée. La valve utilise un actionneur de polymère diélectrique rotatif en raison de la grande compatibilité à l'IRM de cette technologie. Les travaux montrent que la solution proposée est viable et très prometteuse. Le robot est simple, peu couteux et est capable de rencontrer les requis cliniques. Néanmoins, plusieurs travaux sont encore à faire sur le manipulateur, car seulement l'orientation de l'aiguille a été traitée. De plus, l'assemblage des muscles pneumatiques a été réalisé à l'aide de tubes offerts commercialement. Plusieurs modifications pourraient améliorer les performances du manipulateur, dont notamment, mouler les muscles pneumatiques.

Mon travail de thèse se place dans le cadre du projet ANR TUCCIRM de développement d’un système de thérapie par ultrasons focalisés de haute intensité (HIFU) dédié au cerveau implantable dans un IRM clinique 1,5 T. Les développements IRM ont été l’objet de mon travail. Dans un premier temps, l’IRM a été utilisée pour suivre l’évolution en température des tissus en cours de traitement. Pour cela, nous avons tout d’abord réalisé une étude d’optimisation et de comparaison de séquences de thermométrie basées sur le principe du décalage chimique (PRFS). Puis, nous avons optimisé le rapport signal sur bruit pour améliorer la qualité des images ainsi que la précision en température. Ces développements ont été appliqués au cours de tests HIFU suivi par IRM de têtes de cadavres humains.Dans un deuxième temps, l’IRM a été utilisée pour caractériser la viscoélasticité des tissus cérébraux par la technique d’élastograhie par résonance magnétique. Ces propriétés changeant avec la température, cette méthode permettrait de suivre l’état des tissus pendant le traitement HIFU pour en déterminer l’effet thermique. Dans ce contexte, nous avons développé un nouveau concept de générateur d’onde, testé ensuite sur six rats in vivo. / My Ph.D. work is a part of the ANR TUCCIRM project, which consist in developing a treatment system dedicated to the brain using High Intensity Focalized Ultrasound (HIFU) usable with clinical 1.5T MRI. My work was mainly focus to MRI development.During the first part of my work, we used the MRI to observe the evolution of the temperature of tissue inside the brain during the ultrasound treatment. Firstly, based on the chemical shift principle, we perform an optimization study and thermometric sequence comparison. Then an optimization of the signal-to-noise ratio has been realized to improve the image quality and then the temperature measurement precision. This development has been used during HIFU test on human head corpse following the evolution of the temperature with MRI. In a second part, MRI was used to characterize the viscoelasticity of brain tissue using elastography by magnetic resonances. These properties are evolving with the temperature, so this method should allow following tissue state during HIFU treatment to determine temperature effect on brain tissue. For that purposes we develop a new concept of wave generator, witch has been tested on 6 rats in vivo.

La familiarité correspond au sentiment d’avoir déjà rencontré une personne, un lieu, un objet, indépendamment de la capacité à restituer le contexte initiale de cette rencontre. Le sentiment de familiarité peut ainsi être perçu même si le stimulus dont il s’agit n’est pas clairement identifié. Les travaux menés sur la familiarité s’intègrent dans des domaines de recherche assez variables, les principales recherches ayant été réalisées dans le cadre plus général de l’étude de la mémoire de reconnaissance, et dans le cadre de l’étude de la reconnaissance des visages.Des troubles du sentiment de familiarité peuvent avoir des conséquences importantes sur les interactions sociales. De tels troubles ont notamment été rapportés chez des patients présentant des troubles neurologiques (comme la maladie d’Alzheimer) ou psychiatriques (comme la schizophrénie). En fonction de leur sévérité, ces troubles peuvent être à l’origine de troubles graves du comportement, jusqu’à la réalisation de gestes de violence sévères, comme décrits par exemple dans certains troubles délirants de familiarité associés à la schizophrénie.Les objectifs de ce travail de thèse sont donc de clarifier les méthodes d’évaluation de la familiarité afin d’en préciser les corrélats neuronaux, puis chez les patients souffrant de schizophrénie, d’étudier le sentiment de familiarité, et d’évaluer les conséquences des altérations de ce sentiment, principalement en termes de risque de violence.Plusieurs études ont été menées afin de répondre à ces objectifs. Nous avons tout d’abord réalisé différentes méta-analyses des données d’imagerie de la littérature, selon les méthodes d’évaluation employées, pour déterminer avec précision les réseaux cérébraux impliqués dans le traitement de stimuli familiers. Nous avons ensuite développé une méthode d’étude du sentiment de familiarité permettant de quantifier le sentiment de familiarité, et adaptée aux patients présentant des troubles cognitifs, comme les patients souffrants de schizophrénie. L’évaluation de l’association entre les troubles de la familiarité et le risque de violence a été réalisée à partir d’une revue de littérature des descriptions de cas de gestes violents réalisés dans des contextes de troubles de familiarité pour mettre en évidence les facteurs de risque de violence communs à ces situations cliniques. Afin d’objectiver ces données, nous avons également effectué une évaluation clinique systématique des troubles du sentiment de familiarité des patients souffrant de schizophrénie. Cette étude a été réalisée en population carcérale pour permettre une évaluation au sein d’une population particulièrement à risque de violence.A travers les travaux présentés dans cette thèse, nous avons abordé l’étude de la familiarité, du sujet sain au patient de psychiatrie, de l’étude des mécanismes cérébraux à celle des conséquences comportementales. Les résultats de ces travaux confirment l’importance à accorder à l’étude du sentiment de familiarité, et à celle de ses troubles, en particulier dans les populations de patients psychiatriques. / Familiarity is the feeling that provides the experience that a person, an object, a place, has been previously encountered independent of any recollection of the associated details. Thus, the feeling of familiarity may be reached even when the stimulus is not clearly recognized. Familiarity has been studied using various approaches. Major research has been conducted in the context of recognition memory and faces recognition.Familiarity disorders have been described as a failure of affective judgment capable of strongly impacting social interactions. They are notably present in some neurological disorders (such as in Alzheimer’s disease) and psychiatric disorders (such as in schizophrenia). Depending on the symptoms severity, these disorders may lead to serious violent behaviors, as reported in some delusional misidentification disorders related to schizophrenia.The objectives of this work were to clarify the experimental procedures used for familiarity assessment, in order to identify the brain regions that sustain the processing of familiarity. Then, we focused on patients with schizophrenia. Our purpose was to assess the feeling of familiarity in schizophrenia patients, and the consequences of familiarity disorders in these patients on the risk of violence.Several studies have been conducted to meet these objectives. First, we performed separate brain meta-analyses of published neuroimaging data, following the approach employed, in order to determine the brain networks that are involved in the processing of familiarity. Second, we developed an original paradigm for studying the feeling of familiarity that was particularly suited to patients with cognitive disorders, such as patients with schizophrenia. Then, we assessed the association between familiarity disorders and risk of violence by realizing a literature review of published cases of patients having committed violent acts associated to familiarity disorders. Finally, we tried to confirm this association with a systematic evaluation of familiarity disorders of patients with schizophrenia. This last study was conducted in a specific population that was at high-risk of presenting violent behavior, i.e. inmates hospitalized in a psychiatric unit of prison setting.The research presented in this thesis has enabled us to explore familiarity from healthy individuals to psychiatric patients and from the study of neural bases to that of behavioral consequences. The results from these studies confirm the importance to further study familiarity and familiarity disorders, in particular in patients with psychiatric disorders.

Pour l'évaluation de la fonction rénale, l'Imagerie par Résonance Magnétique (IRM) dynamique à rehaussement de contraste est une alternative intéressante à la scintigraphie. Les résultats obtenus doivent cependant être évalués à grande échelle avant son utilisation en pratique clinique. L'exploitation des séquences acquises demande un recalage de la série d'images et la segmentation des structures internes du rein. Notre objectif est de fournir un outil fiable et simple à utiliser pour automatiser en partie ces deux opérations. Des méthodes statistiques de recalage utilisant l'information mutuelle sont testées sur des données réelles. La segmentation du cortex, de la médullaire et des cavités est réalisée en classant les voxels rénaux selon leurs courbes temps-intensité. Une stratégie de classification en deux étapes est proposée. Des classificateurs sont d'abord construits grâce à la coupe rénale principale en utilisant deux algorithmes de quantification vectorielle (K-moyennes et Growing Neural Gas). Ils sont validés sur données simulées, puis réelles, en évaluant des critères de similarité entre une segmentation manuelle de référence et des segmentations fonctionnelles ou une seconde segmentation manuelle. Les voxels des autres coupes sont ensuite triés avec le classificateur optimum pour la coupe principale. La théorie de la généralisation permet de borner l'erreur de classification faite lors de cette extension. La méthode proposée procure les avantages suivants par rapport à une segmentation manuelle : gain de temps important, intervention de l'opérateur limitée et aisée, bonne robustesse due à l'utilisation de toute la séquence et bonne reproductibilité / Dynamic-Contrast-Enhanced Magnetic Resonance Imaging has a great potential for renal function assessment but has to be evaluated on a large scale before its clinical application. Registration of image sequences and segmentation of internal renal structures is mandatory in order to exploit acquisitions. We propose a reliable and user-friendly tool to partially automate these two operations. Statistical registration methods based on mutual information are tested on real data. Segmentation of cortex, medulla and cavities is performed using time-intensity curves of renal voxels in a two step process. Classifiers are first built with pixels of the slice that contains the largest proportion of renal tissue : two vector quantization algorithms, namely the K-means and the Growing Neural Gas with targeting, are used here. These classifiers are first tested on synthetic data. For real data, as no ground truth is available for result evaluation, a manual anatomical segmentation is considered as a reference. Some discrepancy criteria like overlap, extra pixels and similarity index are computed between this segmentation and functional one. The same criteria are also evaluated between the referencee and another manual segmentation. Results are comparable for the two types of comparisons. Voxels of other slices are then sorted with the optimal classifier. Generalization theory allows to bound classification error for this extension. The main advantages of functional methods are the following : considerable time-saving, easy manual intervention, good robustness and reproductibility