La caractérisation du champ magnétique interstellaire de notre Galaxie représente un enjeu majeur de l'astrophysique. Une meilleure connaissance de ses propriétés, en particulier de sa structure, constituerait en effet un atout important pour de nombreux domaines de recherche allant de l'étude des rayons cosmiques à la dynamique de la Galaxie en passant par l'évolution du milieu interstellaire et la formation stellaire. Des observations radio récentes ont permis de mettre en évidence des caractéristiques communes dans la structure magnétique de galaxies proches semblables à la Voie Lactée. Lorsque les galaxies sont vues de face, les lignes de champ magnétique forment un motif en spirale proche de celui observé dans le visible. Lorsque les galaxies sont vues par la tranche, les lignes de champ magnétique sont parallèles au plan galactique dans le disque et ont une forme dite en "X" dans le halo. Il est dès lors naturel de se poser la question de la présence d'une telle structure en X dans le halo de notre propre Galaxie. L'objectif du travail que j'ai effectué lors de mes trois années de thèse a consisté à tenter d'apporter des éléments de réponse à cette question. Les difficultés sont principalement de deux ordres : d'une part, notre position, à l'intérieur de la Voie Lactée ne nous permet pas d'avoir une vision globale de sa structure magnétique à grande échelle ; d'autre part, le champ magnétique est inaccessible à une observation directe, il est donc nécessaire de mettre en oeuvre des techniques indirectes estimant certaines des caractéristiques du champ magnétique à partir de l'effet qu'il peut avoir sur une observable donnée. Pour ma part, j'ai basé mon travail sur l'effet de rotation Faraday. J'ai tout d'abord constitué une carte de référence observationnelle de la profondeur Faraday de notre Galaxie associée au champ magnétique à grande échelle. Pour cela, j'ai dû développer un modèle simple de champ magnétique turbulent afin de pouvoir en soustraire sa contribution à la profondeur Faraday de celle du champ magnétique total. J'ai ensuite construit des cartes théoriques de la profondeur Faraday de notre Galaxie basées sur un ensemble de modèles analytiques du champ magnétique à grande échelle compatibles avec différentes contraintes (théoriques et observationnelles) et dépendant d'un nombre raisonnable de paramètres libres. J'ai finalement ajusté les valeurs de ces paramètres au travers d'une laborieuse phase d'optimisation. Mon manuscrit se décompose en quatre chapitres principaux. Au chapitre 1, je présenterai le contexte de mon travail et j'énoncerai divers résultats généraux utiles à mon étude. Au chapitre 2, je passerai en revue l'ensemble des éléments nécessaires à ma modélisation et j'insisterai particulièrement sur le jeu de modèles analytiques de champ magnétique que j'ai utilisés. Au chapitre 3, je décrirai les procédures de simulation et d'optimisation. Au chapitre 4, je présenterai mes résultats. Dans ce dernier chapitre, je dériverai les valeurs des paramètres des différents modèles de champ conduisant au meilleur accord avec les observations, je tâcherai de préciser le rôle de chaque paramètre et son impact sur la carte théorique, et je discuterai les géométries autorisées dans les différents cas. Je montrerai que l'accord modèle-observation est légèrement meilleur avec un champ du halo bisymétrique qu'avec un champ du halo axiisymétrique et que dans le premier cas, un motif en X apparaît naturellement dans les cartes de polarisation alors que le champ magnétique est horizontal dans le second cas. / Characterization of the interstellar magnetic field of our Galaxy is a major challenge for astrophysics. A better understanding of its properties, particularly its structure, would be valuable in many research areas, from cosmic-ray studies to Galactic dynamics and including interstellar medium evolution and star formation. Recent radio observations uncovered common characteristics in the magnetic structure of nearby galaxies similar to the MilkyWay. In face-on galaxies, magnetic field lines appear to form a spiral pattern similar to that observed in the optical. In edge-on galaxies, magnetic field lines appear to be parallel to the galactic plane in the disc and X-shaped in the halo. One may naturally wonder whether such an X-shape structure is also present in the halo of our own Galaxy. The purpose of the work performed during my three years as a Ph.D. student was to try and provide some answers to this question. There are two major difficulties : on one hand, our location within the Milky Way does not mate it to have a global view of its large-scale magnetic structure; on the other hand, the magnetic field is not directly observable, so it is necessary to implement indirect techniques, based on the effect the magnetic field can have on a given observable, to estimate some characteristics of the magnetic field. My own work is based on Faraday rotation. I first built an observational reference map of the Faraday depth of our Galaxy associated with the large-scale magnetic field. To that end, I had to develop a simple model of the turbulent magnetic field in order to substract its contribution to the Galactic Faraday depth from that of the total magnetic field. I then constructed theoretical maps of Galactic Faraday depth based on a set of analytical models of the large-scale magnetic field that are consistent with various (theoretical and observational) constraints and depend on a reasonable number of free parameters. Finally I fitted the values of these parameters through a challenging optimization phase. My manuscript is divided into four main chapters. In Chapter 1, I present the context of my work as well as various general results useful for my study. In Chapter 2 I review all the elements required for my modeling, with emphasis on the set of analytical models used. In Chapter 3, I describe my simulation and optimization procedures. In Chapter 4 I present my results. In this final chapter, I derive the parameter values of the different field models that lead to the best fit to the observations, I try to identify the role of each parameter and its impact on the theoretical map, and I discuss the different geometries allowed in the various cases. Finally, I show that the fit to the observational map is slightly better with a bisymmetric halo field than with an axisymmetric halo field, and that an X-shape pattern in polarization maps naturally arises in the first case whereas the field appears to remain mainly horizontal in the second case.

Cette thèse est dédiée à l'étude de la polarisation de la poussière interstellaire et est principalement basée sur l'analyse des données du satellite Planck. Tout d'abord, nous caractérisons le biais sur les paramètres de polarisation déduits des données. Nous avons mis en évidence que ce biais dépend non seulement du niveau de bruit, mais également de la corrélation entre les bruits sur les paramètres de Stokes. Nous avons développé des méthodes optimisées d'estimation de la fraction de polarisation, de l'angle de polarisation et de la fonction de dispersion de l'angle de polarisation, qui tiennent compte de la forme des matrices de covariance du bruit. Nous avons montré pour la première fois que le comportement du biais sur la fonction de dispersion d'angle est non trivial, et nous avons proposé une méthode pour évaluer la limite supérieure du biais que nous avons appliqué aux données Planck de la bande à 353 GHz. Nous avons étudié la corrélation entre la fraction de polarisation et la fonction de dispersion d'angle, ainsi que la corrélation entre la fraction de polarisation et la densité de colonne de gaz, sur de grandes fractions du ciel. Ceci nous a permis de mettre en évidence que la structure à 3 dimensions du champ magnétique affecte fortement la fraction de polarisation observée. Lorsque la direction du champ magnétique change le long de la ligne de visée ou dans le faisceau du télescope, on observe que la fraction de polarisation diminue. Nous avons comparé ce résultat à des simulations numériques basées sur la MHD magnétohydrodynamique). Une dépendance similaire de la fraction de polarisation avec la géométrie du champ magnétique y est observée. La diminution de la fraction de polarisation avec la densité de colonne était observée dans les nuages moléculaires dans des études précédentes. Nous avons généralisé ce résultat comme étant également caractéristique du milieu diffus à grande échelle. En combinaison avec les résultats des simulations MHD où un comportement similaire est observé, ceci indique que la diminution de la fraction de polarisation est principalement due aux changements de direction du champ magnétique le long de la ligne de visée. Nous avons pour la première fois déterminé la limite inférieure de la fraction de polarisation maximale réelle bservée avec Planck. Cette limite pourrait correspondre au niveau de polarisation intrinsèque de la poussière interstellaire dans les conditions les plus favorables de la géométrie du champ magnétique. De plus, la comparaison entre la polarisation en émission et en extinction nous a permis d'établir le rapport entre la fraction de polarisation dans les domaines sub-millimétrique et visible. Ce résultat apporte une contrainte forte pour de futurs modèles de la poussière interstellaire. Enfin, nous avons effectué une étude préliminaire sur les propriétés en polarisation des associations de coeurs froid détectés avec Planck. Cette analyse statistique nous permet de confirmer la diminution de la fraction de polarisation dans ces milieux, par rapport à l'environnement local à grande échelle. Nous discutons son origine en termes de perte d'efficacité de l'alignement des grains dans ces associations de coeurs denses. / This thesis is dedicated to the study of Galactic dust polarization and is mostly based on the analysis of the Planck satellite data. First, we characterize the bias on polarization parameters which are derived from the measurements. We have evidenced that it depends not only on the noise level but also on the noise correlation between the Stokes parameters. We have developed optimized methods to estimate the polarization fraction, angle and angle dispersion function, that take into account the shape of the noise covariance matrices. The peculiarity of the bias on the polarization angle dispersion function is shown for the first time, and a method for the evaluation of the upper limit on the bias is proposed and applied to the Planck 353 GHz data. We study the correlation between the polarization fraction and the polarization angle dispersion function, and also the correlation between the polarization fraction and the gas column density, over large fractions of the sky. As a result, we show that the three-dimensional structure of the magnetic field highly affects the observed polarization fraction. When the magnetic field direction changes along the line of sight or within the telescope beam, the observed polarization decreases. We observe a similar dependance of the polarization fraction with the magnetic field geometry in MHD (magnetohydrodynamics) simulations. We have evidenced the systematic decrease of the polarization fraction with column density, previously observed only in dense molecular clouds, to be general also at large scales and in the diffuse ISM. In combination with the results from MHD simulations, where a similar behavior is observed, this observational fact indicates that the decrease in the polarization fraction is mostly due to the magnetic field tangling along the line of sight. We derive for the first time the lower limit of the maximum polarization fraction observed with Planck, which could correspond to the dust intrinsic polarization fraction when the field geometry is most favorable. In addition, comparing polarization in emission with Planck and in extinction from stars observations, we find a high sub-millimeter to visible polarization fraction ratio, which will be a strong constraint for future dust models. Finally, we have performed a preliminary study on the polarization properties of Galactic cold clumps detected with Planck. This statistical analysis allows us to confirm the existence of a significant drop of the polarization fraction in the clumps, relatively to the local large scale environment. We discuss its origin in terms of efficiency loss of grain alignment in these dense clumps.

Le système cholinergique joue un rôle important au niveau de l’attention, de la mémoire et des fonctions exécutives. Les processus corticaux sous-tendant ces fonctions cognitives reposent sur des mécanismes de plasticité synaptique, tels que la potentialisation à long terme (PLT), qui font aussi appel à la transmission cholinergique. La diminution de l’activité cholinergique et de la plasticité synaptique lors du vieillissement normal semble contribuer au déclin des fonctions cognitives chez les personnes âgées. Les études comprises dans cette thèse portent sur un marqueur de l’activité cholinergique dérivé de la stimulation magnétique transcrânienne (SMT), soit l’inhibition afférente à courte latence (short-latency afferent inhibition, en anglais; SAI). Les modifications liées à l’âge dans les niveaux de SAI ont été examinées chez des jeunes adultes et des personnes âgées en santé. Celles-ci ont ensuite été mises en lien avec la performance à des tests psychomoteurs et cognitifs évaluant l’attention, la mémoire, et les fonctions exécutives. Nous avons aussi examiné comment ces variations liées à l’âge dans les niveaux de SAI influencent la susceptibilité d’exprimer de la plasticité de type PLT dans le cortex moteur en réponse à un protocole de stimulations répétitives intermittentes par bouffées thêta (SiBT). Nos résultats ont d’abord montré que le conditionnement afférent des réponses évoquées par la SMT était sélectivement moins efficace à 20 ms chez les personnes âgées que chez les jeunes adultes, indiquant ainsi une réduction sélective du SAI avec l’âge (Études 1 et 3/4). Cette diminution des niveaux de SAI suggère un déclin de l’activité cholinergique avec l’âge. Des déclins associés au vieillissement normal ont ensuite été notés dans de nombreuses tâches examinant les fonctions psychomotrices et cognitives (Études 1-3). À cet égard, nous avons montré que les variations liées à l’âge dans les niveaux de SAI étaient significativement corrélées à la performance à des tests psychomoteurs complexes (Études 1 et 3), ainsi qu’à un score global reflétant la mémoire épisodique (Étude 2). Toutefois, les variations dans les niveaux de SAI n’étaient pas associées aux fonctions exécutives (Étude 2) ou à l’attention (Étude 3). Finalement, les niveaux de SAI mesurés chez les jeunes et les personnes âgées étaient peu indicateurs de la susceptibilité à exprimer de la plasticité synaptique de type PLT suite au protocole SiBT. En fait, nos résultats ont plutôt mis en évidence la présence d’une grande variabilité interindividuelle dans les réponses à ce protocole de stimulations répétitives visant la plasticité corticale (Étude 4). Dans l’ensemble, nos travaux suggèrent un déclin parallèle de l’activité cholinergique et de certaines fonctions cognitives lors du vieillissement normal. La diminution de l’efficacité du système cholinergique dans le cortex moteur, telle que reflétée dans les niveaux de SAI, semble être liée au déclin des fonctions psychomotrices et de la mémoire avec l’âge. Toutefois, des liens n’ont pu être clairement établis avec la susceptibilité individuelle à exprimer de la plasticité synaptique. D’autres études seront nécessaires afin de clarifier davantage la relation entre la diminution de l’activité cholinergique avec l’âge, telle que mesurée in vivo avec la SMT, et le déclin des performances cognitives.

Les métamatériaux, de par leurs propriétés originales de dispersion, sont de plus en plus étudiés. Cette thèse s’inscrit dans ce contexte en mettant un accent particulier sur les structures composites équilibrées, de faibles pertes, l’agilité et les résonances de Mie. Une structure dont le motif élémentaire a la forme d’une lettre oméga est proposée en satisfaisant la condition d’équilibre. La mesure expérimentale confirme une bande passante de 8 à 16 GHz avec un point d’indice nul à 13.6 GHz. Un raisonnement identique est appliqué afin de fabriquer un prototype fonctionnement en bande millimétrique. La bande main gauche est observée aux alentours de 80 GHz avec de faibles pertes d’insertion (0.5dB/cellule). L’agilité de cette structure peut être réalisée à l’aide de cristaux liquides nématiques. Des résonateurs à anneaux fendus (SRR) ont été rendus agiles par ce biais et montrent un décalage fréquentiel du pic de résonance d’environ 300 MHz par l’application d’un champ magnétique extérieur. Par la suite, la commande d’un prototype « main gauche » est aussi effectuée. Enfin, les résonances de Mie à travers des cubes de Ba0.5Sr0.5TiO3 (BST) sont étudiées afin de créer une particule magnétique isotrope. Cette voie permettant de synthétiser le magnétisme artificiel, une application d’amélioration de la directivité des antennes est ici montrée. De plus, un dispositif d’invisibilité en technologie « tout diélectrique » est étudié par calcul numérique. / Recently, metamaterial has attracted much attention due to unique property such as negative index. This thesis is devoted to various aspects of this field: left and right handed balanced structure, low loss, tunability and Mie resonance based metamaterial. An omega-like left and right handed balanced metamaterial was proposed following the guideline of equality of magnetic and electric plasma frequency. It is shown that this metamaterial exhibits a broad passband from 8.0 - 16.0 GHz with a transition frequency at 13.6 GHz between negative and positive index branches. Then, an omega-type left handed metamaterial (LHM) operating at millimeter wavelengths was fabricated. The left handed passband centered around 80 GHz was observed. The low insertion loss of -0.5 dB/cell may meet requirement of practical application. We studied tunable metamaterial based on nematic liquid crystal. Magnetically tunable split ring resonator shows a resonance dip shift of 300 MHz under external magnetic field. Then a tunable LHM was fabricated. Effective index variation of 0.25 arising from liquid crystal reorientation was found. Finally, we investigated Mie resonance based dielectric resonator and its related application. Ba0.5Sr0.5TiO3 (BST) cube exhibits isotropic magnetic resonance for tilted incidence. Besides, a thin layer of BST cubes can perform as an artificial magnetic conductor (AMC) due to in-phase reflection around magnetic resonance. Such an AMC enhances directivity of antenna more than two times. In addition, a full dielectric cloak was also demonstrated numerically by radically positioning BST rectangular bricks.

Tableau d'honneur de la Faculté des études supérieures et postdoctorales, 2011-2012 / Cette étude visait à estimer les mesures de performance de l'angiographie par résonance magnétique (ARM) pour diagnostiquer un résidu anévrismal après une embolisation cérébrale. Les patients suivis dans notre centre pour au moins un anévrisme cérébral ont été recrutés pour passer une ARM et une angiographie par soustraction digitale (ASD) le même jour. Les mesures de performance de l'ARM ont été estimées dans une analyse transversale, et avec un devis longitudinal pour les valeurs prédictives, à partir de 167 images d'anévrismes embolisés obtenues pour chaque examen. La sensibilité et la spécificité de l'ARM pour le diagnostic de tout résidu étaient de 88% [IC95% : 80-94] et de 79% [IC95%: 67-88] respectivement. La valeur prédictive positive pour une récidive de classe 3 était de 67% [IC95% : 51-80] et la valeur prédictive négative de 93% [IC95% : 86-97]. La sensibilité de l'ARM pour un résidu de classe 3 était inférieur pour les petits anévrismes de moins de 6 mm que pour les plus grands. En conclusion, la performance de l'ARM est adéquate pour dépister un résidu anévrismal après une embolisation. En raison de sa plus faible valeur prédictive négative, les récidives anévrismales devraient être confirmées avec une ASD avant de planifier un retraitement. L'ARM ne devrait être utilisée de routine pour les petits anévrismes que lorsqu'une meilleure estimation de ses mesures de performance dans ce sous-groupe aura été obtenue.

Cette thèse a pour objectif de parvenir à une estimation automatisée des contours du ventricule gauche sur des images IRM en coupes petit-axe, nécessitant un minimum d’interventions de la part de l’utilisateur. En s’appuyant sur une approche semi-automatique récemment développée, une méthode entièrement automatique est proposée, reposant sur la localisation des structures cardiaques et la création d’une région d’intérêt autour du ventricule gauche, puis la segmentation de sa cavité. L’algorithme a été développé en prenant en compte des connaissances anatomiques et fonctionnelles sur le cœur : les caractéristiques temporelles du battement cardiaque, la pseudo-circularité des coupes petit-axe du ventricule gauche, la continuité 3D qui ont été combinées à l’intensité dans les images. La segmentation utilise une approche fondée sur les contours actifs combinée à un filtrage morphologique qui améliore la robustesse de la segmentation vis-à-vis des hétérogénéités au sein de la cavité. Le travail réalisé avec le groupe MedIEval (MedicalImaging Evaluation) a permis de comparer les deux méthodes avec 6 autres méthodes, dont 3 tracés d'experts. Une classification par une approche d’évaluation sans référence a été appliquée à la fraction d’éjection estimée par les 8 méthodes. Enfin, la méthode de segmentation proposée a été utilisée systématiquement dans une étude de recherche clinique combinant l’étude de la contraction régionale et la quantification de la transmuralité de l’infarctus du myocarde. Ces travaux ouvrent des perspectives, sur l’automatisation de la segmentation du ventricule droit et l’estimation d’une forme mutuelle robuste à partir de plusieurs segmentations. / The aim of this work is to perform an automated segmentation of the Left Ventricle on short-axis cardiac MR images with as few user interactions as possible. Based on a recently developed semi-automated segmentation method, a fully automated segmentation method is proposed that includes three main steps: the heart localization, the definition of a region of interest around the left ventricle, and finally its segmentation. The algorithm developed here takes into account anatomic and functional a priori information such as the temporal features of the heartbeat, the pseudo-circular shape of the LV, and the 3D continuity, combined with the image intensity features. The segmentation process is achieved using deformable models combined with morphological filters, which improve the model performances when dealing with heterogeneous gray levels within the cavity. The work achieved within the MedIEval group (Medical Imaging Evaluation) allowed to compare both proposed methods with 6 other methods, including 3 manual delineations by experts. In particular, an approach for ranking segmentation methods without using a gold standard was applied to the ejection fractions estimated by the 8 methods. Finally, the proposed segmentation method was used in a clinical research work about the regional contraction and thequantification of the myocardial infarction extent.Future work includes the automated segmentation of the right ventricle as well as the estimation of a robust mutual shape from several segmentation methods.

La stimulation associative-pairée (PAS) est utilisée pour induire de manière non invasive des changements plastiques dans le cortex moteur primaire (M1). Les paradigmes de PAS classiques impliquent la combinaison d'une stimulation électrique sur un nerf périphérique et d'une stimulation magnétique transcrânienne (TMS) du M1. La PAS permet d'augmenter ou de réduire l'excitabilité de M1 selon l'intervalle de temps entre les deux stimuli et présente un intérêt pour la neuroréhabilitation. Toutefois, la stimulation électrique périphérique peut être inconfortable pour certaines personnes. Ainsi, nous proposons un nouveau paradigme de PAS excitateur non invasif et indolore qui consiste en la répétition à basse fréquence d'une stimulation magnétique périphérique simple sur le nerf médian suivie 25 ms plus tard d'une TMS du M1 controlatéral. Ce projet visait à tester et comparer, chez des sujets sains, l'influence de ce nouveau paradigme de PAS (PAS25-magnétique) à un paradigme de PAS classique (PAS25) sur M1 et l'excitabilité corticospinale, l'excitabilité des motoneurones spinaux, ainsi que la fonction manuelle. Nos résultats ont révélé une augmentation significative de l'excitabilité corticospinale en temps réel durant la PAS25-magnétique et la PAS25. De plus, nous avons observé une augmentation plus forte et soutenue de l'excitabilité corticospinale ainsi qu'une diminution importante de l'inhibition GABAergique dans M1 chez les répondants à la PAS25-magnétique par rapport aux répondants à la PAS25. Dans tous les cas, aucun changement de la fonction manuelle n'a été détecté, possiblement en raison d'un effet plafond chez les participants sains. Il s'agit de la première étude à tester et à démontrer l'efficacité de ce nouveau paradigme pour moduler l'excitabilité de M1. Par ailleurs, les participants ont perçu la PAS25-magnétique comme plus confortable par rapport au PAS25. Toutefois, des études à plus large échelle seront nécessaires afin d'évaluer plus précisément les effets de la PAS25-magnétique et ses mécanismes sous-jacents. / Paired associative stimulation (PAS) is used to non-invasively induce plastic changes in the primary motor cortex (M1). Conventional PAS paradigms involve the combination of an electrical peripheral nerve stimulation and transcranial magnetic stimulation (TMS) delivered over the primary motor cortex (M1). PAS can either enhance or reduce M1 excitability depending on the paired stimuli timing and is of interest in neurorehabilitation. However, the use of electrical peripheral nerve stimulation may be unpleasant to some people. Thus, in this project, we proposed a new noninvasive and painless excitatory PAS paradigm which consists of delivering low-frequency repetitive pairing of a single peripheral magnetic stimulus over the median nerve 25 ms before a TMS pulse to the contralateral M1. This thesis aimed to assess and compare, in healthy individuals, the influence of this new PAS paradigm (magnetic-PAS25) to the conventional PAS (PAS25) on M1 and corticospinal excitability, spinal motoneuron excitability, as well as hand motor function. Our findings revealed a significant real-time increase of corticospinal excitability during both magnetic-PAS25 and PAS25. Moreover, we observed a stronger and sustained increase of corticospinal excitability along with a prominent decrease of M1 GABAergic inhibition in the responders to magnetic-PAS25 as compared to responders to PAS25. Hand motor function remained unchanged in all cases likely due to a ceiling effect in healthy participants. This is the first study to test and provide evidence that magnetic-PAS25 has the capacity to promote changes in M1 excitability. Importantly, participants reported that magnetic-PAS25 was comfortable and not with the unpleasantness experienced during PAS25. These findings encourage future larger-sampled studies to further evaluate the effects of magnetic-PAS25 and its underlying mechanisms.

Thèse ou mémoire avec insertion d'articles / L'objectif principal de cette thèse est d'explorer les applications de l'imagerie par résonance magnétique multiparamétrique (IRMmp) en radio-oncologie. Les images IRM sont utilisées à différentes étapes de la radiothérapie, notamment la planification, le guidage et le suivi. L'étape de planification utilise généralement le contraste des tissus mous de l'IRM ou des images physiologiques pour délimiter les cibles. L'étape de guidage utilise le contraste des tissus mous de l'IRM pour guider les traitements de radiothérapie. L'IRM quantitative (qMRI) et l'IRMmp sont utilisées pour évaluer une réponse au traitement. Cette thèse vise à utiliser les cartes qMRI pour quantifier la réponse des tissus de la tête et du cou à l'oxygénation, réduire les artefacts et les distorsions de l'IRM, et enfin fusionner l'IRM et la tomodensitométrie (TDM). Un des objectif est d'optimiser les cartes qMRI incluant T₁ et R₂* pour quantifier la préservation de l'oxygène après avoir administré de l'oxygène pur (pO₂) aux volontaires sains. Cette étude était la première in vivo quantifiant la préservation de l'oxygène dans les tissus de la tête et du cou après l'administration de pO₂. Deux expériences distinctes ont été réalisées : (1) délivrer une oxygénation normobare (NBO) et comparer les cartes qMRI en série T₁ et R₂* acquises pendant et après la NBO avec la ligne de base (avant de délivrer la NBO), et (2 ) délivrant une oxygénation hyperbare (HBO) et comparant les cartes qMRI en série T₁ et R₂* acquises après HBO avec la ligne de base (avant de délivrer HBO). Nous avons réalisé que le niveau d'oxygène de la glande parotide et du muscle masséter augmentait de manière significative (*p* < 0,05) après l'administration du NBO pendant 15 minutes et revenait à la valeur de base environ sept minutes après le NBO. Dans l'expérience HBO, une tendance similaire a été observée. Nous n'avons pas trouvé de différence entre les images qMRI de base et post-HBO. Ensuite, le travail s'est concentrée sur les distorsions et les artefacts de l'IRM. Dans cette étude, nous avons proposé un modèle d'apprentissage profond pour prédire les distorsions géométriques spécifiques aux patients (PSgD) causées par les différences de susceptibilité entre deux tissus. Ensuite, le T₁w (ceT₁w) amélioré en contraste a été corrigé pour le PSgD. Nous avons formé notre modèle d'apprentissage profond (DL) à l'aide d'un ensemble de données de 380 sujets. Nous avons comparé les distributions de doses de radiochirurgie stéréotaxique Gamma Knife (GK-SRS) pour les patients atteints de schwannome vestibulaire, calculées à l'aide d'images corrigées et corrompues par le PSgD. Nous avons constaté qu'en moyenne D$_μ$, D$_\textup{95\%}$ et D$_\textup{min}$ en Gy ont augmenté de manière significative après correction PSgD de 16,85 à 17,25, 12,30 à 12,77 et de 8,98 à 9,92. La couverture moyenne des objectifs et l'indice de conformité de Paddick ont considérablement augmenté, passant de 0,97 à 0,98 et de 0,94 à 0,96. L'indice de gradient de Paddick moyen a diminué de manière significative, passant de 2,24 à 2,15 après correction du PSgD. Les troisième et quatrième études visaient à réduire les artefacts de mouvement de l'IRM à l'aide de nouveaux modèles génératifs. Les deux études ont été formées et testées auprès de 230 patients postopératoires. De plus, un ensemble de données de 148 patients présentant des artefacts de mouvement réels a été utilisé pour valider notre modèle afin de supprimer les artefacts de mouvement réels. Cette troisième étude a exploité la T₂ fluid-attenuated inversion recovery pour former un modèle génératif non supervisé permettant de supprimer les artefacts de mouvement ceT₁w. Nous avons comparé notre modèle avec deux modèles génératifs bien connus. Nous avons également réalisé une étude d'ablation pour évaluer différentes variantes de notre modèle proposé. Notre modèle a mieux performé quantitativement et qualitativement par rapport aux autres modèles. Dans la quatrième étude, nous avons utilisé un modèle probabiliste de diffusion conditionnelle stable pour supprimer les artefacts de mouvement ceT₁w. Cette étude a proposé une nouvelle méthode pour simuler le modèle de diffusion directe dans l'espace *k*, permettant la génération d'ensembles de données in silico avec différents niveaux d'artefacts de mouvement. Notre méthode a surpassé quantitativement et qualitativement deux modèles génératifs et un modèle supervisé. Le dernier volet a proposé une méthode non supervisée pour fusionner la tomodensitométrie et l'IRM, car elles fournissent des informations complémentaires pour la planification de la radiothérapie. Les images TDM sont géométriquement corrigées et fournissent des informations sur la densité électronique pour un calcul précis de la dose et l'IRM fournit des images avec un excellent contraste des tissus mous. Cette étude a proposé un modèle génératif de fusion médicale non supervisé pour fusionner la tomodensitométrie et le ceT₁w haute résolution afin de générer une image avec la structure osseuse de la tomodensitométrie et le contraste des tissus mous de l'IRM. Ainsi, la délimitation des tumeurs et des organes à risque sera améliorée et le temps de planification de la radiothérapie sera réduit. Les résultats de notre méthode ont été comparés quantitativement et qualitativement à sept méthodes traditionnelles et à huit méthodes de pointe DL, où notre méthode les a toutes surpassées. / The main goal of this thesis is to explore multi-parametric magnetic resonance imaging (mpMRI) applications in radiation oncology. MRI images are used in different stages of the treatments including planning, guiding, and following up. The planning step usually utilizes MRI soft-tissue contrast or physiological images to delineate targets. The guiding step uses MRI soft-tissue contrast to guide radiation treatments. Quantitative MRI (qMRI) and mpMRI are used to evaluate a response to the treatment. This thesis aimed to use qMRI maps to quantify head and neck tissues' response to oxygenation, reduce MRI artifacts and distortions, and finally fuse MRI and computed tomography (CT). This thesis was started to optimize qMRI maps including T₁ and R₂* to quantify oxygen preservation after delivering pure oxygen (pO₂) to the healthy volunteers. This study was the first in vivo quantifying head and neck tissue oxygen preservation after delivering pO₂ . Two separate experiments were carried out : (1) delivering normobaric oxygenation (NBO) and comparing serial qMRI T₁ and R₂* maps acquired during and after NBO with the baseline (before delivering NBO), and (2) delivering hyperbaric oxygenation (HBO) and comparing the serial qMRI T₁ and R₂* maps acquired after HBO with the baseline (before delivering HBO). We realized that the parotid gland and masseter muscle oxygen level increased significantly (*p* < 0.05) after delivering NBO for 15 minutes and returned to the baseline around seven minutes after the NBO. In the HBO experiment, a similar trend was observed. We did not find a difference between baseline and post-HBO qMRI images. Then, our thesis concentrated on the MRI distortions and artifacts. In the second study, we proposed a deep learning model to predict MRI patient-specific geometry distortions (PSgD) caused by susceptibility differences between two tissues. Then, the contrast-enhanced T₁W (ceT₁W) was corrected for the PSgD. We trained our deep learning (DL) model using a dataset of 380 subjects. We compared the Gamma Knife stereotactic radiosurgery (GK-SRS) dose distributions for the patients with vestibular schwannoma calculated using PSgD-corrected and PSgD-corrupted images. We found that on average D$_μ$, D$_\textup{95\%}$ et D$_\textup{min}$ in Gy significantly increased after PSgD correction from 16.85 to 17.25, 12.30 to 12.77, and from 8.98 to 9.92. Average target coverage and Paddick's conformity index significantly increased from 0.97 to 0.98, and 0.94 to 0.96. Average Paddick's gradient index decreased significantly from 2.24 to 2.15 after PSgD correction. The third and fourth studies aimed to reduce MRI motion artifacts using novel generative models. Both studies were trained and tested using post-surgery 230 patients. In addition, a dataset of 148 patients with real motion artifacts was used to validate our model to remove real motion artifacts. The third study leveraged T₂-fluid-attenuated inversion recovery to train an unsupervised generative model for removing ceT₁W motion artifacts. We compared our model with two well-known generative models. Also, we performed an ablation study to evaluate different variations of our proposed model. Our model outperformed quantitatively and qualitatively other models. In the fourth study, we used a stable conditional diffusion probabilistic model to remove ceT₁W motion artifacts. This study proposed a novel method for simulating the forward diffusion model in *k*-space, enabling the generation of in-silico datasets with varying levels of motion artifacts. Our method quantitatively and qualitatively outperformed two generative models and one supervised model. The fifth study proposed an unsupervised method to fuse CT and MRI because they provide complementary information for radiation therapy planning. CT images are geometrically corrected and provide electron density information for accurate dose calculation and MRI provides images with excellent soft-tissue contrast. This study proposed an end-to-end unsupervised medical fusion generative model to fuse CT and high-resolution ceT₁W to generate an image with CT bone structure and MRI soft-tissue contrast. Thus, tumor and organs at risk delineation will be improved and the radiotherapy planning time will be reduced. The results of our method were quantitatively and qualitatively compared with seven traditional and eight DL state-of-the-art methods where our method outperformed the traditional and DL approaches.

Des études démontrent que la stimulation magnétique transcrânienne répétitive (rTMS) appliquée au cortex moteur diminue les douleurs neuropathiques. L'objectif de ce mémoire était d'évaluer l'effet d'une session de rTMS appliquée au niveau de différentes représentations motrices corticales (membres inférieurs (MI) / membres supérieurs (MS)), comparé à un placebo, sur les douleurs neuropathiques de personnes ayant une blessure médullaire, ainsi que de documenter les changements neurophysiologiques. Une diminution de douleur à court terme fut observée pour les conditions MS et ML Les changements neurophysiologiques, observés via la représentation de la main, démontraient une excitabilité augmentée uniquement pour la condition MS, tandis que la représentation spatiale se déplaçait dans des directions opposées pour les conditions MS et ML. L'application de rTMS au cortex moteur diminue la douleur neuropathique indépendamment de la région motrice stimulée, suggérant que cet effet analgésique n'est pas associé à l'effet local induit, mais serait plutôt attribuable à des mécanismes distants.

L’utilisation de paliers magnétiques est de plus en plus fréquente étant donné les avantages que cette technologie apporte. En effet, ces derniers permettent de léviter un objet rotatif grâce à un champ magnétique. Un roulement à billes peut être substitué par un palier magnétique. Cette substitution permet de réduire les entretiens, diminuer les pertes par friction et augmenter la durée de vie du système. Des applications nécessitant d’hautes vitesses de rotation et des pertes réduites constituent des situations exemplaires de l’utilisation de cette technologie. Un palier magnétique est une technologie avec de nombreux avantages et certains inconvénients. Par exemple, un palier magnétique hybride est un système naturellement instable et la force d’attraction magnétique est une équation fortement non-linéaire en fonction du courant et de l’entrefer. Ces caractéristiques démontrent qu’une loi de commande est nécessaire afin de stabiliser le palier magnétique. De plus, la loi de commande doit être précise et rapide. Les principales applications d’un palier magnétique incluent une rotation de l’objet en lévitation. Ceci nécessite une erreur en régime permanent nulle et une commande ajustable rapidement afin d’assurer une stabilité en tout temps. Ce mémoire traite de la validation expérimentale d’une loi de commande linéaire sur un palier magnétique sans rotation jumelant des aimants permanents et des électroaimants. Dans la littérature actuelle, la plupart des études portent sur les paliers magnétiques actifs, c’est-à-dire qui ne comportent que des électroaimants. L’ajout d’aimants permanents diminue la consommation énergétique du palier magnétique mais augmente la complexité de la loi de commande. Le présent mémoire démontre qu’il est possible de stabiliser un palier magnétique hybride homopolaire en utilisant une loi de commande linéaire tel le PID (proportionnel, intégral, dérivé). Cette étude apporte des nouvelles données à la littérature, en validant à l’aide d’un montage expérimental la loi de commande conçue et simulée à partir de MATLAB[indice supérieur MC].