Les récents développements de la morphométrie géométrique ouvrent de nouvelles voies de recherche en anthropobiologie, notamment dans le cadre de l'étude du dimorphisme sexuel. Les données de la littérature concernant le dimorphisme de l'os coxal immature sont moins nombreuses que chez les individus matures, et présentent surtout des conclusions discordantes. Cette étude évalue le dimorphisme sexuel de l'os coxal immature par géométrie morphométrique à partir d'une série de 400 examens tomodensitométriques, d'enfants de la naissance à l'âge de 18 ans. Cette méthode par l'extraction de la taille centroide permet l'étude du dimorphisme sexuel de taille et par l'étude des résidus Procrustes l'étude du dimorphisme sexuel de conformation. Les variations de taille et de conformation ainsi identifiées, sont quantifiées, visualisées et discutées. Le dimorphisme sexuel de l'os coxal immature est un phénomène dépendant de l'âge, se manifestant à la fois par des différences de taille et/ou de conformation. / Recent developments in geometric morphometrics open new research ways in biological anthropology. Sex estimation is one of the most frequently encountered issues in forensic medecine. While in the case of adults, there are fewer studies conducted to determine immature coxal bone sex differences and the results are often contradictory. This study evaluates the degree of sexual dimorphism of immature coxal bone using geometric morphometrics. .We studied sexually dimorphic differences in the coxal using geometric morphometric analysis of 17 osteometric landmarks recorded by multislice computed tomography (MSCT), based on 3D reconstructions of 400 children of mixed origins living in the area of Toulouse, southern France, and aged from birth to 18 years. We used geometric morphometrics methodology firstly to test sexual dimorphism in size (centroid size) and shape (Procrustes residuals), and secondly to examine patterns of shape change with age (development) and size change with age (growth). Trajectories of shape (development) and size (growth) differed throughout ontogeny and between sexes. . Immature coxal bone sexual dimorphism is an age-dependent phenomenon both manifesting by size and/or shape differences.

Caractérisation des propriétés mécaniques de la plaque d'athérome à partir de données échographiques endovasculaires : La technique de palpographie revisitée. Ce travail de thèse a pour ambitions de créer des outils issus de la théorie de la mécanique des milieux continus dans le but de détecter et de caractériser les propriétés mécaniques des plaques d'athéromes vulnérables. Une première partie du travail a consisté à reformuler et à corriger une approche de palpographie permettant de détecter rapidement la présence de corps lipidiques au sein de la paroi vasculaire pathologique. Cette nouvelle technique, qui estime la compliance vasculaire, a été validée avec succès sur des données simulées ainsi que sur des images IVUS de modèles d'artère réalisés en PVA-c. Notons que cette technique a été brevetée. Le développement des nouvelles modalités d'imagerie telles que l'OCT, l'IVUS-HD ne permettent pas de mesurer les déformations sur la totalité d'une section d'artère. En effet, pour de telles techniques d'imagerie, le signal ne pénètre pas toute la paroi artérielle, mais simplement la couche endoluminale (appelée aussi domaine de palpographie). C'est pourquoi, dans la deuxième partie de mon travail, j'ai proposé une nouvelle approche - s'inspirant de travaux déjà effectués au laboratoire - permettant de reconstruire la cartographie du module d'Young du domaine de palpographie. De nombreux algorithmes tentent de déterminer les géométries ainsi que les propriétés mécaniques des plaques d'athéromes. Cependant, il reste difficile de valider les codes de calculs car il est rare de disposer à la fois: des images IVUS, des coupes anatomiques et des mesures de rigidité des différents constituants de la plaque. Afin d'obtenir ces jeux complets de données, j'ai créé un banc expérimental permettant la réalisation de mesures IVUS, AFM et histologiques ex-vivo. Les deux dernières parties de ce travail mettent en avant le nombre important de résultats expérimentaux obtenus sur des artères réalisées en PVA-c ainsi que sur des aortes pathologiques et saines de lapins Watanabe. La validation de mes deux techniques précédentes de caractérisation ont été effectuées à l'aide de ce banc expérimental mis en place en collaboration avec l'université de Montréal. / Estimation of mechanical properties of atherosclerosis plaque from endovascular echography data: Revisited palpography technic. The main aim of my works was to develop and propose biomechanical tools based on intravascular (IVUS) sequences to detect and characterize vulnerable coronary atherosclerosis plaques. In the first part of my PhD thesis, I revisited the palpography technique proposed by Céspedes et al. and initially published in Ultrasound in Medicine & Biology in 2000. Céspedes et al. developed the elasticity-palpography approach which allows a fast wall stiffness quantification based on the arterial strain and blood pressure measurements. However, this technique suffers of major limitations since it has been developed for homogeneous, isotropic, quasi incompressible, circular and concentric atherosclerotic plaques, only. Therefore in the current study, the native palpography technique was successfully revisited and improved to account for complex plaque and arbitrary palpography domain geometries. The revisited elasticity-palpography technique was successfully applied to six coronary lesions of patients imaged in vivo with intravascular ultrasound (IVUS). Validation of this method was conducted on simulated data and on IVUS sequences performed on PVA-c phantoms. This new IVUS technique, which successfully estimates the vessel compliance, has been patented. One major limitation of the elasticity reconstruction method proposed recently by our collaborative laboratories (Le Floch et al., Ultrasound Med Bio 2012) is the need to quantify accurately the strain field in the entire lesion. Such global strain-elastogram may be often difficult to extract when using intravascular imaging techniques (as OCT or HD-IVUS ) with limited depth penetration signals or due to the fact that the amplitude of the original signal becomes attenuated as the depth of penetration increases. Therefore, in the second part of my PhD manuscript I revisited and improved our previous approach to reconstruct the Young's modulus map (i.e. modulogram) from strain-elastogram estimated in the limited endoluminal plaque region. This improved approach was successfully tested on IVUS sequences obtained in patients with stable angina and scheduled to undergo percutaneous coronary intervention (PCI) at the Hôpital Cardiologique et Pneumologique of Lyon. The robustness and performance of the new approach was investigated with regard to noise which may affect prediction of plaque morphology and elasticity. This study demonstrates the potential of the new IVUS modulography technique based on the proposed elasticity reconstruction method to detect vulnerable plaques in vivo. In the last part of my PhD thesis I described the animal protocol developed in our laboratory to analyze the performance of the proposed new morphology and elasticity IVUS reconstruction techniques. A complete set of data (plaque morphology and elasticity) was acquired ex vivo using atherosclerotic aorta of Watanabe rabbits. Several IVUS, histology, AFM and µacoustic measurements were performed on such artery sections. This protocol is detailed and the preliminary data and elasticity reconstruction maps are presented.

La morphologie des os humains varie en fonction du sexe, de l'âge et de l'ethnie. Cette variabilité de l'anatomie humaine peut aider à déterminer le sexe, l'âge et l'ethnie. Les outils utilisés pour de telles analyses sont classiquement des méthodes ostéométriques (longueur, angle, rapport de longueur) qui peuvent être sujettes à des biais d'analyse ou d'interprétation. L'analyse morphométrique géométrique 3D (MG) permet de limiter ces biais. Elle étudie et compare la forme d'un ou plusieurs objets en éliminant les effets liés à la taille de celui-ci. Nous n'avons pas retrouvé d'analyse du dimorphisme sexuel, ethnique et lié à l'âge de l'extrémité distale du fémur à l'aide de cette méthode. Le fémur est pourtant un des plus gros os du corps et il est souvent bien conservé dans les restes humains. L'objectif de ce travail était de montrer qu'il existe une différence de forme du fémur distal en fonction de l'âge, du sexe et de l'ethnie visualisable grâce à MG. Nous avons réalisé une MG de 482 scanners d'extrémité distale de fémur de sujets vivant dans le sud de la France et dans la région de Chongqing (chine). Les sujets présentant une pathologie osseuse ou articulaires ont été exclus. Dix landmarks ont été positionnés sur des reconstructions tridimentionelles. Nous avons également réalisé une analyse ostéométrique " classique " en plus de MG afin d'évaluer la vraisemblance de nos résultats. Les données ont été analysées par deux observateurs à deux temps différents. Nous avons calculé pour chaque landmark la variabilité inter et intraobservateur. Les landmarks choisis permettaient de caractériser la forme de l'extrémité distale du fémur. La première étape a consisté en la réalisation d'une analyse généralisée procrustre (GPA). Les coordonnées dans l'espace des landmarks ont été analysées en utilisant une analyse en composant principal (PCA). Une analyse discriminante a permis de vérifier le pourcentage de cas dans lequel le sexe, l'âge ou l'ethnie estimés étaient les bons. GPA retrouve une différence de forme statistiquement significative entre les sexes, en fonction de l'âge et entre les ethnies. PCA retrouve une différence de forme en fonction de l'âge, du sexe ou de l'ethnie qui représente respectivement 54,4 ;58,6 et 61,9% de la variabilité observée. Les taux d'assignement correct avec cette méthode étaient de 80% (âge) ; 77,3% (sexe) et 82 % (l'ethnie). L'analyse ostéométrique " classique " retrouvait des valeurs comparables à celles retrouvées dans la littérature. Le pourcentage d'erreur intra et inter observateur pour l'ensemble des landmarks n'excédait jamais 2%. Nous avons démontré que l'analyse MG du fémur distal permettait de mettre en évidence une variabilité en fonction du sexe, de l'âge et de l'ethnie de ce segment osseux. La reproductibilité élevée et la vraisemblance des résultats valident notre méthodologie. Cette différence de forme a des retombées directes en anthropobiologie mais aussi en orthopédie. Cette méthode d'assignation ne donne pas de résultats suffisamment précis pour être utilisée seule. Cependant, elle a l'avantage de pouvoir être utilisée dans des contextes d'autopsie virtuelle ou in vivo. Par ailleurs, par la présente étude nous réactualisons les données morphométriques de population contemporaine du sud de la France et aussi de la région de Chongqing en chine. Cette méthodologie adéquate et reproductible va permettre de réaliser des comparaisons diachroniques ainsi qu'inter ethnique. La validation de l'utilisation d'examen d'imagerie médicaux ouvre un champ nouveau en anthropologie physique. En ce qui concerne l'aspect orthopédique, cette variabilité questionne sur la nécessité ou non d'implant spécifique et surtout sur la nécessité de réévaluer de manière régulière la forme des prothèses de genou. / The shape of human bones varies based on age, sex and ethnicity. This variability in human anatomy can be used to determine a person's age, sex and ethnicity. Historically, the tools used for such analyses are osteometric methods (length, angle, length ratio) that can be plagued by analysis or interpretation biases. Three-dimensional geometric morphometric analysis (3D GM) can limit the impact of these biases. It is used to describe and compare the general shape of one or more objects by eliminating any size-related effects. To the best of our knowledge, this method has never been used to analyse the sexual dimorphism, ethnicity-related and age-related differences in the distal femur. The femur is one of the longest human bones and is often well preserved in human remains. The goal of this study was to demonstrate differences in the shape of the distal femur according to age, sex and ethnicity using GM. We carried out 3D GM on 482 CT scans of the distal femur of adults living in the South of France and in the Chongqing region of China. Subjects with bone or joint pathologies were excluded. Ten landmarks were defined on 3D reconstructions of the distal femur. A standard osteometric analysis was performed in addition to the GM analysis to evaluate the plausibility of our results. The data were analysed by two observers at two different times. This allowed us to calculate the inter- and intra-observer variability for each landmark. The chosen landmarks were used to characterise the shape of the distal femur. The first step consisted of a generalized Procrustes analysis (GPA). The landmarks' coordinates in space were analysed using a principal component analysis (PCA). A discriminant analysis was performed to determine the percentage of cases in which the sex, age or ethnicity was correctly estimated. The GPA found a statistically significant difference in the distal femur shape between different sexes, ethnicity groups and age groups. The PCA found that age, sex and ethnicity accounted for 54.4%, 58.6% and 61.9% of the observed variability in distal femur shape, respectively. Using this method, 80% of cases were assigned the correct age, 77.3% the correct sex and 82% the correct ethnic group. The results of the osteometric analysis were comparable to published values. The percentage error for the intra- and interobserver comparisons for all the landmarks was always less than 2%. In this study, MG analysis of the distal femur revealed age-related, sex-related and ethnicity-related variability in the distal femur. The high reproducibility and plausibility of our results validate our methodology. These shape differences have direct implications for anthropobiology and also orthopaedics. Although this method is not sufficiently accurate to be used alone, it has the advantage of being usable in the context of virtual or in vivo autopsy cases. Moreover, this study has updated the morphometric data for a modern population in the south of France and the Chongqing region of China. This reliable and accurate methodology can be used to perform diachronic and interethnic comparisons. Validation of this medical imaging modality opens new avenues in physical anthropology research. In the orthopaedics field, this variability means that the shape of implants used for knee arthroplasty should be re-assessed regularly and brings into question the need for gender-specific or ethnicity-specific implants.

Thèse numérisée par la Division de la gestion de documents et des archives de l'Université de Montréal.

La cristallisation en solution est un procédé largement utilisé dans l'industrie comme opération de séparation et de purification qui a pour but de produire des solides avec des propriétés spécifiques. Les propriétés concernant la taille et la forme ont un impact considérable sur la qualité finale des produits. Il est donc primordial de pouvoir déterminer la distribution granulométrique (DG) des cristaux en formation. En utilisant une caméra in situ, il est possible de visualiser en temps réel les projections 2D des particules 3D présentes dans la suspension. La projection d'un objet 3D sur un plan 2D entraîne nécessairement une perte d'informations : déterminer sa taille et sa forme à partir de ses projections 2D n'est donc pas aisé. C'est tout l'enjeu de ce travail: caractériser géométriquement et morphométriquement des objets 3D à partir de leurs projections 2D. Tout d'abord, une méthode basée sur le maximum de vraisemblance des fonctions de densité de probabilité de mesures géométriques projetées a été développée pour déterminer la taille d'objets 3D convexes. Ensuite, un descripteur de forme stéréologique basé sur les diagrammes de forme a été proposé. Il permet de caractériser la forme d'un objet 3D convexe indépendamment de sa taille et a notamment été utilisé pour déterminer les facteurs d'anisotropie des objets 3D convexes considérés. Enfin, une combinaison des deux études précédentes a permis d'estimer à la fois la taille et la forme des objets 3D convexes. Cette méthode a été validée grâce à des simulations, comparée à une méthode de la littérature et utilisée pour estimer des DGs d'oxalate d'ammonium qui ont été comparées à d'autres méthodes granulométriques.

Thèse numérisée par la Division de la gestion de documents et des archives de l'Université de Montréal

Caractérisation des propriétés mécaniques de la plaque d'athérome à partir de données échographiques endovasculaires : La technique de palpographie revisitée. Ce travail de thèse a pour ambitions de créer des outils issus de la théorie de la mécanique des milieux continus dans le but de détecter et de caractériser les propriétés mécaniques des plaques d'athéromes vulnérables. Une première partie du travail a consisté à reformuler et à corriger une approche de palpographie permettant de détecter rapidement la présence de corps lipidiques au sein de la paroi vasculaire pathologique. Cette nouvelle technique, qui estime la compliance vasculaire, a été validée avec succès sur des données simulées ainsi que sur des images IVUS de modèles d'artère réalisés en PVA-c. Notons que cette technique a été brevetée. Le développement des nouvelles modalités d'imagerie telles que l'OCT, l'IVUS-HD ne permettent pas de mesurer les déformations sur la totalité d'une section d'artère. En effet, pour de telles techniques d'imagerie, le signal ne pénètre pas toute la paroi artérielle, mais simplement la couche endoluminale (appelée aussi domaine de palpographie). C'est pourquoi, dans la deuxième partie de mon travail, j'ai proposé une nouvelle approche - s'inspirant de travaux déjà effectués au laboratoire - permettant de reconstruire la cartographie du module d'Young du domaine de palpographie. De nombreux algorithmes tentent de déterminer les géométries ainsi que les propriétés mécaniques des plaques d'athéromes. Cependant, il reste difficile de valider les codes de calculs car il est rare de disposer à la fois: des images IVUS, des coupes anatomiques et des mesures de rigidité des différents constituants de la plaque. Afin d'obtenir ces jeux complets de données, j'ai créé un banc expérimental permettant la réalisation de mesures IVUS, AFM et histologiques ex-vivo. Les deux dernières parties de ce travail mettent en avant le nombre important de résultats expérimentaux obtenus sur des artères réalisées en PVA-c ainsi que sur des aortes pathologiques et saines de lapins Watanabe. La validation de mes deux techniques précédentes de caractérisation ont été effectuées à l'aide de ce banc expérimental mis en place en collaboration avec l'université de Montréal.

En raison de son importance comme source de sédiments et de sa capacité à modifier l'eau et la connectivité des sédiments lors de pluies intenses, en particulier dans les terres cultivées, le ravinement a besoin d'être mieux compris afin de pouvoir le gérer et atténuer ses effets. Le Pays de Thelle et l'Artois sont les deux régions du Bassin parisien qui concentrent le plus grand nombre de ravins, or les études sur les processus de ravinement ainsi que les tentatives de modélisation restent rares. En utilisant l'analyse morphométrique et l'étude des dépôts conservés à l'aval des incisions, la recherche vise à déterminer quelles sont les variables du système contrôlant de telles incisions, et à reconstituer les étapes de la morphogenèse de ces incisions et les risques qu'elles représentent aujourd'hui. Les ravins se développent là où l'aire drainée et la pente sont suffisantes pour que l'écoulement concentré puisse éroder, on les trouve souvent au niveau de rupture de pente. La mesure des volumes érodés et accumulés montre que l'érosion l'emporte largement sur le dépôt.Les ravins ont enregistré plusieurs phases d'incision dont l'importance s'explique par la conjonction de précipitations exceptionnelles, de fortes pressions anthropiques (défrichements et mise en culture) et de phénomènes tectoniques (soulèvement lent des axes anticlinaux du Bray et de l'Artois). Ces ravins sont des formes fluviatiles, mais la néotectonique joue un rôle essentiel dans le Pays de Thelle, alors qu'en Artois ce sont plutôt les phénomènes karstiques qui l'emportent. Le boisement récent des ravins freine l'incision, mais n'empêche pas l'érosion régressive de faire reculer les têtes de ravins et les risques d'inondations et de coulées boueuses menacent toujours les villages situés à l'aval immédiat de ces ravins / Because of its importance as a source of sediment and its capacity to change the water and the connectivity of sediments during intense rainfall, particularly in the cultivated lands, the gullies have need to be better understood for being able to manage them and mitigate its effects. The Pays de Thelle and Artois are the two regions of the Parisian Basin in which the largest number of ravines is concentrated ; however the studies about the processes of gullies and the attempts of modeling remain rare. Using the morphometric analysis and the study of the preserved deposits in the downstream of the incisions, the research aims to determine which are the variables of the controlling system such incisions, and to reconstruct the morphogenesis stages of these incisions and the risks they represent today. Ravines are occurring where the area draining and the slope are sufficient to make concentrated flow that can erode, they are often found at the level of slope's breakdown. The measurement of the volumes which have been eroded and accumulated shows that the erosion wins largely on the depot. The ravines have recorded several phases of incision in which the importance is explained by the conjunction of exceptional rainfall, strong anthropogenic pressures (land clearing and cultivation) and tectonic phenomena (uprising slow anticlinal axes of Bray and Artois). These ravines are fluvial forms, but the Neotectonic plays an essential role in the Pays de Thelle, whereas it is rather the karst phenomena which prevail in Artois. The recent afforestation of ravines slows the incision, but does not prevent the regressive erosion to roll back the heads of gullies and the risks of floods and mudslides muddy still threaten the villages located immediately downstream of these ravines

Ce projet combine l’archéologie expérimentale, l’analyse morphométrique et la comparaison des résultats à l’assemblage archéologique de l’Abri Cellier (Dordogne, France) (N = 12) dans le but de quantifier l’apport du réaffûtage à la variabilité des formes et des dimensions des pointes de projectile aurignaciennes en bois de cervidé. La relecture morphofonctionnelle de la série expérimentale de Knecht (N = 79) couplée à une reproduction expérimentale récente (N = 9) démontre que la nature des dommages infligés au fût des pointes dépend (1) de la force du tir, (2) de la nature de la cible impactée et, (3) des propriétés biomécaniques du matériau employé. Pour sa part, le réaffûtage dépend (1) de l’expérience du réaffûteur et, (2) de la séquence technique employée. Ce comportement est standardisé et demeure indépendant du type de pointe de même que du type de dommage du fût. Les changements morphométriques associés à ce comportement se résument (1) à un déplacement progressif de l’épaule de la base vers le fût de la pointe, (2) à une tendance à l’accroissement de l’angle du fût et, (3) à une localisation des traces de réaffûtage sur le tiers distal de la partie distale de la pointe. Puisque l’utilisation et le réaffûtage sont deux processus impossible à départager sur les artefacts, nous proposons l’adoption d’une mesure, le ratio proximo-distal (RP/D) afin de traduire l’intensité de ces processus convergents et faciliter la comparaison entre les assemblages archéologiques. / This project combines experimental archaeology and morphometric analysis with a comparison with the archaeological assemblage from Abri Cellier (Dordogne, France) (N = 12) to quantify the contribution of resharpening to morphometric variability of Aurignacian projectile points made of antler. A morpho-functional re-analysis was performed on the experimental series produced by Knecht (N = 79), and combined with a recent experiment (N = 9) which showed that tip damage depends on (1) the projectile velocity, (2) the nature of the impacted target and, (3) the raw material’s biomechanical properties. On the other hand, resharpening depends on (1) the curator’s experience and, (2) the employed technical sequence. Also, resharpening is considered a standardized behaviour that remains independent of the point or tip damage type. Morphometric changes incurred by this behaviour can be summarized by (1) a gradual shift of the point’s shoulder from the base to the tip of the point, (2) a tendency of the tip to become more obtuse, and (3) a concentration of the curation stigmata at the distal third of the tip. Since use and resharpening are two processes that can’t be distinguished metrically on archaeological specimens, we propose a new metric the Proximo-Distal Ratio (RP/D), which translates the intensity of these two converging processes and allows inter-assemblage comparison.

La cristallisation en solution est un procédé largement utilisé dans l'industrie comme opération de séparation et de purification qui a pour but de produire des solides avec des propriétés spécifiques. Les propriétés concernant la taille et la forme ont un impact considérable sur la qualité finale des produits. Il est donc primordial de pouvoir déterminer la distribution granulométrique (DG) des cristaux en formation. En utilisant une caméra in situ, il est possible de visualiser en temps réel les projections 2D des particules 3D présentes dans la suspension. La projection d'un objet 3D sur un plan 2D entraîne nécessairement une perte d'informations : déterminer sa taille et sa forme à partir de ses projections 2D n’est donc pas aisé. C'est tout l'enjeu de ce travail: caractériser géométriquement et morphométriquement des objets 3D à partir de leurs projections 2D. Tout d'abord, une méthode basée sur le maximum de vraisemblance des fonctions de densité de probabilité de mesures géométriques projetées a été développée pour déterminer la taille d'objets 3D convexes. Ensuite, un descripteur de forme stéréologique basé sur les diagrammes de forme a été proposé. Il permet de caractériser la forme d'un objet 3D convexe indépendamment de sa taille et a notamment été utilisé pour déterminer les facteurs d'anisotropie des objets 3D convexes considérés. Enfin, une combinaison des deux études précédentes a permis d'estimer à la fois la taille et la forme des objets 3D convexes. Cette méthode a été validée grâce à des simulations, comparée à une méthode de la littérature et utilisée pour estimer des DGs d'oxalate d'ammonium qui ont été comparées à d’autres méthodes granulométriques. / Solution crystallization processes are widely used in the process industry as separation and purification operations and are expected to produce solids with desirable properties. The properties concerning the size and the shape are known to have a considerable impact on the final quality of products. Hence, it is of main importance to be able to determine the granulometry of the crystals (CSD) in formation. By using an in situ camera, it is possible to visualize in real time the 2D projections of the 3D particles in the suspension.The projection of a 3D object on a 2D plane necessarily involves a loss of information. Determining the size and the shape of a 3D object from its 2D projections is therefore not easy. This is the main goal of this work: to characterize geometrically and morphometrically 3D objects from their 2D projections. First of all, a method based on the maximum likelihood estimation of the probability density functions of projected geometrical measurements has been developed to estimate the size of 3D convex objects. Then, a stereological shape descriptor based on shape diagrams has been proposed. It enables to characterize the shape of a 3D convex object independently of its size and has notably been used to estimate the value of the anisotropy factors of the 3D convex objects. At last, a combination of the two previous studies has allowed to estimate both the size and the shape of the 3D convex objects. This method has been validated with simulated data, has been compared to a method from the literature and has been used to estimate size distributions of ammonium oxalate particles crystallizing in water that have been compared to other CSD methods.