Introduction : De nouvelles technologies de suppléance auditive sont disponibles pour aider les personnes ayant une surdité sévère à profonde en hautes fréquences, dont les prothèses auditives avec abaissement fréquentiel (compression ou transposition fréquentielle) et l’implant cochléaire, en version standard ou électroacoustique. Aucune étude n’a encore été réalisée afin de comparer directement l’efficacité de ces trois alternatives pour améliorer la reconnaissance de la parole chez cette clientèle. De plus, les bénéfices apportés par ces technologies dans le contexte réel de la vie quotidienne demeurent à ce jour peu explorés. Objectifs : Cette thèse visait à comparer l’efficacité de la prothèse auditive conventionnelle, de la prothèse auditive avec transposition fréquentielle et de la prothèse auditive avec compression fréquentielle avec celle de l’implant cochléaire électroacoustique pour améliorer les capacités de reconnaissance de la parole chez des adultes présentant une surdité sévère à profonde en hautes fréquences. L’objectif complémentaire était d’explorer les bénéfices apportés par ces technologies du point de vue des participants. Méthodologie : Une étude suivant un devis mixte séquentiel explicatif a été mise en place. Dix adultes avec surdité sévère à profonde en hautes fréquences ont participé à une étude expérimentale à cas unique. Les sujets ont fait l’essai des deux technologies de prothèses auditives (compression et transposition fréquentielle) successivement pendant 8 semaines chacune, suivant un devis ABAC où les prothèses auditives conventionnelles du participant constituaient la référence de base. À la fin de ces essais, un participant a obtenu un implant cochléaire électroacoustique. La durée totale du suivi s’étendait ainsi sur 16 à 32 semaines. Des mesures de performance ont été réalisées à chaque semaine pendant toute la durée du suivi. La reconnaissance de la parole a été évaluée avec le test de monosyllabes de Benfante ainsi que la version en français canadien du Hearing in Noise Test, dans le silence et dans trois conditions de bruit. Les versions françaises des questionnaires GHABP et APHAB ont également été utilisées pour mesurer les bénéfices obtenus avec chaque technologie. Des données complémentaires sur l’efficacité de l’implant cochléaire électroacoustique ont aussi été extraites des dossiers cliniques de patients ayant reçu cette technologie. Par la suite, des entrevues semi-dirigées individuelles ont été complétées pour documenter l’expérience des participants, de leur propre point de vue, avec chacune des technologies évaluées. Les données issues de ces entrevues ont été analysées selon les principes de l’analyse qualitative de contenu. Résultats : L’utilisation des prothèses auditives avec abaissement fréquentiel a apporté une amélioration statistiquement significative de la reconnaissance de la parole chez cinq participants, en comparaison avec les prothèses auditives conventionnelles ; les autres participants n’ont obtenu aucun gain ou une dégradation de leurs performances avec ces technologies. La majorité des participants a toutefois rapporté une meilleure perception de la parole dans plusieurs situations d’écoute et de communication de la vie de tous les jours ainsi qu’une meilleure perception des sons de hautes fréquences avec les prothèses avec abaissement fréquentiel, dans le calme comme dans le bruit. Certains participants ont mentionné avoir ressenti une diminution de l’effort d’écoute nécessaire pour pouvoir écouter et suivre une conversation, résultant en un niveau de fatigue réduit, une amélioration de l’estime de soi ainsi qu’une plus grande participation sociale. La majorité des participants a préféré l’une ou l’autre des technologies d’abaissement fréquentiel en comparaison avec la prothèse auditive conventionnelle. Néanmoins, le participant ayant reçu un implant cochléaire électroacoustique a obtenu les plus grandes améliorations de la reconnaissance de la parole et rapporté les plus grands bénéfices avec cette technologie, en comparaison avec les différentes prothèses auditives évaluées ; les données extraites des dossiers d’autres patients ayant reçu un implant électroacoustique ont permis d’établir que les performances de ce participant étaient comparables à celles des autres patients présentant un profil audiométrique similaire. Conclusion : L’implant électroacoustique apparaît être l’alternative la plus performante pour améliorer la reconnaissance de la parole chez les personnes avec surdité sévère à profonde en hautes fréquences et pour leur fournir un bénéfice plus important dans leur vie quotidienne. C’est toutefois l’alternative la plus invasive, risquée et coûteuse. Considérant que les bénéfices que certains patients tirent des prothèses auditives avec abaissement fréquentiel sont significatifs selon leur propre perspective, l’essai de ces technologies devrait être envisagé avant une implantation cochléaire. / Introduction: Different technological alternatives have been developed to meet the needs of persons living with a severe-to-profound high-frequency hearing loss, such as frequency-lowering hearing aids, including frequency-compression and frequency-transposition hearing aids, or electric acoustic stimulation cochlear implants. To date, no study was conducted to explore which of these alternatives is the most effective to improve speech perception for this population. Also, the benefits provided by those technologies in real-life remain unexplored. Objectives: The objective of this thesis was to compare the effectiveness of frequency-transposition, frequency-compression hearing aids and the electric acoustic stimulation cochlear implant to improve speech recognition in participants with a sensorineural severe-to-profound high-frequency hearing loss. A complementary objective was to explore the benefits provided by those technologies from the perspective of the users. Methods: A mixed methods research project was conducted, following a sequential explanatory design. Ten adults with a severe-to-profound high-frequency hearing loss were recruited. They were all tested with frequency-compression and frequency-transposition hearing aids following an ABAC single-subject design; four-week baselines were completed with their own hearing aids, followed by eight-week trials with each device. One participant also received an electric acoustic stimulation implant after hearing aid trials. Follow-up time ranged from 16 to 32 weeks. Speech recognition was measured each week using sentence and monosyllable tests, in quiet and in noise. The subjective benefit with each technology was assessed with standardized questionnaires. Complementary data on the electric acoustic stimulation implant effectiveness were extracted from our database of electric acoustic stimulation users. At the end of trials, individual semi-structured interviews were conducted. Participants were questioned about changes, advantages or disadvantages experienced with each assessed technology, and their preference for one technology over the others. Data were analyzed following the principles of qualitative content analysis. Results: Frequency-lowering hearing aids improved speech recognition in five participants when compared to conventional hearing aids. Others experienced either no gain or some degradation in speech recognition when using a frequency-lowering algorithm. Participants subjectively perceived better speech understanding in a variety of quiet and noisy listening situations, plus improved high-frequency sound detection with both frequency-lowering hearing aids. Some participants also mentioned lower levels of listening effort and fatigue and an improvement in self-confidence, which led to an increased social participation. Most participants preferred frequency compression or frequency transposition to their own hearing aids. Still, the participant who received an electric acoustic stimulation implant obtained the greatest improvement in speech recognition and reported a better benefit with this technology, in comparison with all assessed hearing aid devices. Data collected from our database of electric acoustic stimulation patients validated that the electric acoustic stimulation participant was representative of our electric acoustic stimulation users’ population. Conclusion: The electric acoustic stimulation implant appears as the first indication for treating people with a severe-to-profound high-frequency hearing loss. Moreover, from the participants’ perspective, the three assessed technologies can deliver greater benefits than conventional amplification for people with a severe-to-profound high-frequency hearing loss, but the electric acoustic stimulation implant appears as potentially more beneficial than both hearing aids. However, it is also the costliest and most invasive alternative. Thus, and considering the significant benefit some participants obtained with frequency-lowering hearing aids, trials using these technologies should be considered on an individual basis prior to cochlear implantation.

Il existe un besoin clinique pour les prothèses vasculaires de faible diamètre (< 6 mm), notamment pour effectuer des pontages vasculaires. Les prothèses synthétiques de faible diamètre, n’ayant pas d’endothélium, sont sujettes à la thrombose. Ainsi les chirurgiens préfèrent utiliser les vaisseaux autologues des patients. Pour cela, la veine saphène est de loin la plus utilisée. Cependant, de nombreux patients n’ont pas de vaisseaux adéquats, soit parce qu’ils ont déjà été utilisés, soit parce qu’ils sont malades. Pour pallier ce manque, le LOEX a développé un substitut vasculaire reconstruit en laboratoire par la méthode d’auto-assemblage du génie tissulaire. Ces substituts, faits à partir de cellules humaines, ont une longue période de production et ne peuvent être faits à l’avance ni préservés. L’objectif principal de cette thèse est le développement d’une prothèse vasculaire de faible diamètre facilitant le transfert du laboratoire vers la clinique. S’inspirant de travaux antérieurs, les travaux focalisent sur des prothèses obtenues à partir de fibroblastes dermiques humains puis décellularisés. Comme la réponse immunitaire se fait principalement contre les cellules et non pas contre la matrice extracellulaire, la décellularisation permet de gagner une compatibilité immunitaire inter-individu, voire inter-espèce. Ainsi, des prothèses ont été implantées dans six rats pendant six mois sans immunosuppression avec un taux de succès de 83%. Les explants présentaient une infiltration cellulaire suggérant la formation d’une nouvelle media recouverte d’un endothélium. Par ailleurs, nous avons démontré qu’il était également possible de produire des prothèses de grandeur et diamètre adéquats pour une utilisation clinique. Ces prothèses ont été préservées durant trois mois sans altérer leurs propriétés mécaniques. Nous avons également endothélialisé des vaisseaux qui ont ensuite été conditionnés en bioréacteur durant une semaine. Le processus entraînait une compaction de la matrice extracellulaire et un gain dans la résistance à la traction du matériau. En conclusion, les prothèses vasculaires décellularisées offrent deux avantages majeurs facilitant ainsi les essais précliniques et accélérant leur transfert du laboratoire vers les patients. / There is a clinical need for small-diameter vascular prostheses (< 6 mm), particularly for coronary and femoro-popliteal bypasses. Small-diameter synthetic vascular prostheses, comprising no endothelium, present an unacceptable risk of thrombotic occlusion. For this reason, it is preferable to use autologous vessels from the patients. The saphenous vein is the gold standard for most bypasses. However, many patients have diseased vessels or vessels that have already been used. For these reasons, the LOEX has developed a tissue-engineered blood vessel using the method of self-assembly. Such vessels have a long period of production and cannot be made in advance and stored. Moreover, obstacles slow down the realization of preclinical studies; indeed, given the use of human cells, either new autologous animal models must be developed or experimental animals must be immunosuppressed. The main objective of this thesis is to optimize a small-diameter tissue-engineered blood vessel in order to accelerate the translation from the laboratory to a clinical setting. Inspired by previous work, the studies presented in this thesis have focused on vessels produced from human dermal fibroblasts which were then decellularized. Since the immune response is mostly directed against cells and not against the extracellular matrix, the decellularization allows inter-individual and inter-species immunological compatibility. We have successfully implanted five out of six non-immunosuppressed rats for a period of 6 months. Explants presented cellular infiltrations suggesting the formation of a new media covered by a confluent endothelium. We have thereby shown that vessels of an appropriate length and diameter could be produced for clinical applications. These vessels were preserved for up to three months without showing any sign of mechanical degradation. We have also endothelialized such vessels that were conditioned for one week in a bioreactor. The process led to a compaction of the extracellular matrix and an increase in the ultimate tensile strength. In conclusion, the possibility of making the decellularized vessels in advance and to use them in various preclinical animal models could greatly accelerate the clinical translation from the laboratory to patients.

Ceci est une étude de cohorte rétrospective, monocentrique, évaluant la sécurité de la mise en place d'une prothèse parastomale prophylactique (PPP) et son efficacité pour prévenir la survenue d'une hernie parastomale (HPS) lors de la création d'une stomie permanente. Pour étudier cette question, 185 patients ayant eu une stomie permanente créée entre 2015 et 2018 ont été divisés en deux groupes selon l'utilisation ou non d'une PPP. Au cours de la période de l'étude, 144 colostomies et 41 iléostomies ont ainsi été créées. Une PPP a été mise en place chez 79 patients. Aucune différence n'a été observée entre les deux groupes en ce qui a trait au temps opératoire, à la durée d'hospitalisation, à la réintervention chirurgicale précoce ou à la réhospitalisation pour une complication liée à la stomie. Aucun patient n'a présenté d'infection de prothèse ou n'a nécessité un retrait de celle-ci. Un taux d'incidence plus faible de HPS a été observé chez les patients ayant une colostomie permanente suivant la mise en place d'une PPP. En revanche, un taux d'incidence plus élevé de HPS a été constaté chez les patients porteurs d'une iléostomie permanente avec une PPP. La mise en place d'une PPP nous apparait donc être une approche sécuritaire et efficace pour réduire l'incidence de HPS chez les patients porteurs d'une colostomie permanente. / This is a retrospective, single-center, cohort study evaluating the safety and efficiency of prophylactically placing mesh to prevent parastomal hernia (PSH) during the creation of a permanent stoma. To address this question, 185 patients who had a permanent stoma created between 2015 and 2018 were divided into two groups according to the use of prophylactic parastomal mesh (PPM) or not. During the study period, 144 colostomies and 41 ileostomies were therefore created, including 79 PPM placed. There was no difference between groups in terms of operative time, length of hospital stay, need for early surgical reintervention or rehospitalization for stoma-related complications. No patients experienced infection of the mesh or required prosthesis removal. A lower incidence rate of PSH was observed in patients with permanent colostomy with PPM placement. In contrast, a higher incidence rate of PSH was observed in patients with ileostomy and PPM. Parastomal prophylactic mesh placement to prevent PSH is a safe and efficient approach to reduce the incidence of PSH in patients requiring a permanent colostomy.

Diverses méthodes d'interfaçage Homme/Machine se confrontent et se complètent, suivant une gradation allant du peu invasif, le contact, jusqu'au totalement invasif, la greffe. Il ressort de cette recherche comparative portant sur le recours à des dispositifs implantés actifs comme sur l'utilisation de différentes prothèses détachables (membres bioniques, interfaces haptiques, informatique pervasive et systèmes de réalité augmentée), que l'implantation d'une endoprothèse est acceptée principalement parce qu'elle est perçue comme un moyen de prolonger l'espérance de vie ou d'améliorer significativement la qualité de vie. La pose des implants informatisés s'inscrit dans le contexte de l' »Humain réparé ». Dans ce domaine, des relations étroites entre patients, médecins, constructeurs d'implants et pouvoirs publics donnent lieu à la mise en place d'un accompagnement social structurant qui permet de limiter fortement de nombreuses dérives liées à un usage inapproprié. Cependant, il s'avère que l'essentiel de l'émergence actuelle de l' »Humain augmenté » ne découle pas du recours à des implants ni à des prothèses de membres, car la diffusion de ces appareils est limitée à un très faible effectif de la population mondiale. On assiste à un déferlement d'objets informatisés détachables (comme les smartphones et les tablettes tactiles, par exemple). Ces outils, diffusés massivement, sont principalement des prothèses cognitives. Or, l'usage fréquent de ces appareils semble pourtant en mesure d'exercer une forme de modification subtile de l'activité cognitive et peut transformer significativement les rapports sociaux ainsi que certains processus pédagogiques essentiels. / The research subject addresses the social use of man/machine interfaces. This thesis investigates invasive approaches (such as electronic surgical implants) as well as non-invasive approaches (nerve impulse detection using non-implanted sensors, haptic interfaces, augmented reality devices and ubiquitous computing). Such investigation aims at understanding the clinical and antropological issues generated by the multiplication of self-animated devices in the environment as well as in the human body. A clear point that stands out of this research is the following. Implants are not the key element in the process of « enhanced human » being which, by the way, concerns only a tiny portion of the world population. Implanted computing devices are mainly used an a strictly regulated context of « repaired human » (to keep the patients alive or to restore significantly their quality of life). It is worth mentioning that we are witnessing a surge of computer objects (such as smartphones, tablet computers...) in our social world as never before. Instances of computerized removable (detachable) prostheses are deeply pervasive nowadays. An increasing part of them can be described as cognitive prosthetics. A marketing very intense, presents this devices as fully harmless items. However, the way we constantly recourse (without clear social regulation) to these tools (or gadgets), the common daily exposure to different kinds of computer programs, raises fundamental pedagogic questions, causes upheavals in our relationship to our surrounding environment, let alone to man's cognitive activity.

INTRODUCTION : Il existe une discordance entre l’aire valvulaire aortique (AVA<1.0cm²) et le gradient moyen (GM<40mmHg) lors de l’évaluation de la sévérité de la sténose aortique (SA). OBJECTIF: Définir le bénéfice de survie associé au remplacement valvulaire aortique (RVA) en fonction des marqueurs échocardiographiques de sévérité de la SA. MÉTHODES : 1710 patients avec SA ont été séparés en 4 strates de sévérité selon AVA, AVA indexée, GM ou la vélocité aortique maximale (Vmax). Nous avons comparé la survie entre les groupes traités avec ou sans RVA dans chaque strate. RÉSULTATS : Les patients avec une AVA entre 0.8 et 1cm² avaient un bénéfice de survie significatif du RVA en multivarié. Un bénéfice était observé chez les patients avec strates de GM/Vmax non sévères et AVA<1cm². CONCLUSION : Le RVA peut être bénéfique chez un nombre substantiel de patients avec une AVA7<1cm², malgré des gradients non sévères.

Les cellules et la matrice extracellulaire composant les tissus humains ont une architecture tridimensionnelle organisée leur conférant des propriétés propres à leur physiologie. La plupart des substituts créés par génie tissulaire ne possèdent pas cette organisation architecturale leur permettant d'être physiologiquement comparable aux tissus à remplacer. Cela s'avère particulièrement crucial lors de la conception de substituts vasculaires où les propriétés mécaniques ont une importance primordiale afin de résister à la pression artérielle, mais aussi la compliance nécessaire pour ne pas induire une athérosclérose postimplantation due à une trop grande rigidité. De plus, les présents modèles vasculaires conçus par génie tissulaire n'intègrent pas la microcirculation dans les parois vasculaires. Les vasa vasorum, capillaires de l'adventice, servent à nourrir et oxygéner les parois des vaisseaux sanguins et ont probablement un rôle clé dans l'intégration dans les tissus avoisinants des substituts vasculaires. À ces fins, nous avons conçu un biomatériau pouvant être microstructuré afin de reproduire une topographie similaire à celle composant le micro environnement des tissus. Les polymères thermoplastiques permettent la production à grande échelle de substrats avec une nanotopographie de surface permettant l'alignement des cellules et de la matrice extracellulaire. Nous avons fait la démonstration que ces substrats permettent l'auto-assemblage tridimensionnel des cellules et de la matrice extracellulaire suivant un angle précis, lequel correspond à la même organisation physiologique intrinsèque du tissu et varie en fonction du type cellulaire en culture. Pour les cellules musculaires lisses vasculaires composant la média, nous avons montré que cette organisation se traduit par une augmentation de plus de 100% en résistance mécanique. D'autre part, une nouvelle technique de culture cellulaire pour les adventices vasculaires a permis de créer un réseau de capillaires in vitro s'apparentant au vasa vasorum. Ces substituts vasculaires ont été implantés en sous-cutané dans un modèle animal permettant de démontrer la rapidité d'intégration des tissus pré-vascularisés (48h) en comparaison avec des tissus non-vascularisés (141). Ces améliorations aux substituts vasculaires leurs confèrent une importante ressemblance anatomique et physiologique avec les vaisseaux utilisés notamment pour les pontages des artères soit coronaires ou périphériques, les rapprochant ainsi d'une utilisation en clinique.

Contexte: En raison de l'utilisation répandue des valvules cardiaques aortiques prothétiques, il est extrêmement important d'en étudier la biofonctionnalité, la biodurabilité et la biocompatibilité. Les valves mécaniques ont une excellente durabilité. Cependant, en raison des traitements anticoagulants, il existe des risques de thromboembolique et hémorragique. Les valves polymériques ont une faible résistance à la calcification et à la thrombose. À cet égard, les valves biologiques sont préférables. Plus récemment, les chirurgiens et les cardiologues ont développe à l'implantation de valves aortiques percutanées, plutôt qu’à la chirurgie ouverte pour traiter les patients âgés et fragiles. Cependant, la durabilité des bioprothèses soulève toujours des questions reliées au sertissage et l’expansion lors de l'implantation. Comme la performance des bioprothèses dépend de l'architecture et du comportement mécanique du tissu sélectionné, il est nécessaire de sélectionner le tissu le plus approprié pour fabriquer ces prothèses. Objectifs: Il s’agit d’identifier le tissu le plus approprié avec la plus longue durabilité pour fabriquer des valvules cardiaques en comparant les propriétés mécaniques et histologiques des péricardes équin, porcin et d’âne par rapport à celles du péricarde bovin et des feuillets de la valve aortique humaine. Hypothèse: La durabilité des valves cardiaques bioprothétiques est largement déterminée par les caractéristiques histologiques et mécaniques des tissus des feuillets. Par conséquent, la sélection du péricarde selon sa structure histologique et ses propriétés mécaniques permettra d’augmenter la durée de vie de ces prothèses. Méthodologie: 1. Étude des structures de collagène des tissus sélectionnés. 2. Étude des propriétés mécaniques des tissus et évaluation de leur durabilité avec différents tests mécaniques. 3. Extraction des propriétés hyperélastiques et viscoélastiques biaxiales à l'aide des modèles appropriés. 4. Application du modèles d'éléments finis est appliqué en utilisant les propriétés mécaniques extraites pour évaluer la déhiscence possible de la valve et le stress sous la charge physiologique. Résultats: Le péricarde d’âne et le péricarde équin ont démontré une architecture ondulée de faisceaux de collagène semblable à celle du péricarde bovin. L’architecture ondulée du péricarde peut convenir aux valves aortiques transcutanées car elles sont moins susceptibles d'être délaminées lors du sertissage. Selon des tests mécaniques, les pourcentages de relaxation des différents péricardes équin (16%), âne (28%) et bovin (21%) étaient supérieurs à ceux du péricarde porcin (11%) et similaires aux feuillets valvulaires aortiques humains natifs (21%). En particulier, le péricarde porcin a démontré un comportement plus rigide (module d'élasticité plus élevé), basé sur sa plus grande amplitude d'énergie de déformation et la pente moyenne des courbes contrainte-étirement. Ce tissu était également moins extensible que les deux autres péricardes et les feuillets humains, en raison de sa souche aréale inférieure. En général, les propriétés mécaniques du péricarde d’âne sont plus proches des feuillets valvulaires humains. De plus, le modèle âne n'a induit que des régions localisées à faible stress pendant les phases systolique et diastolique du cycle cardiaque. En outre, une diminution des contraintes mécaniques sur les feuillets bioprothétiques devrait contribuer à réduire la dégénérescence des tissus et augmenter la durabilité à long terme de la valve. Conclusion: D'après nos observations, les spécimens péricardiques se sont comportés comme des tissus anisotropes et non linéaires - bien caractérisés par des modèles constitutifs. Les résultats indiquent que le péricarde d'âne est mécaniquement et histologiquement plus approprié pour la fabrication de prothèses valvulaires cardiaques que le péricarde bovin. Les résultats de cette étude peuvent être utilisés dans la conception et la fabrication de valvules cardiaques bioprothétiques percutanéei. / Background: Due to the widespread use of prosthetic aortic heart valves, investigating these prostheses in terms of biofunctionality, biodurability and biocompatibility is of considerable importance. Mechanical heart valves (MHVs) have excellent durability; however, due to the long-term use of anticoagulants, thromboembolism and hemorrhage remain a possibility. Polymeric valves have a low resistance to calcification and thromboembolism. In this respect, biological valves are preferred. In recent years, surgeons and cardiologists have also used transcatheter aortic valve implantation (TAVI) due to its superiority over the open-heart surgery to treat elderly and frail patients. However, the long-term durability of the commercially available bioprosthesesstill raises questions related to crimping and ballooning at the implantation. The function and performance of the bioprostheses depend on the collagen architecture and mechanical behaviors of the pericardial tissue. Therefore, it is necessary to select the most appropriate pericardia to manufacture these prostheses. Objectives: To identify the most appropriate tissue with a long durability to make bioprosthetic heart valves by analyzing the mechanical and histological properties of the equine, porcine, and donkey pericardia, with respect to those of the bovine pericardium and human aortic valve leaflets. Hypothesis: The long term durability of bioprosthetic heart valves is largely determined by the leaflet tissues. Consequently, selecting the pericardium based on its adequate mechanical property and histological structure will increase the lifetime of these prostheses. Methodologies: 1. Histological analysis was performed to investigate the collagen structures of the selected tissues. 2. Different mechanical tests (uniaxial tests, biaxial tests, and stress relaxation tests) were performed to determine the mechanical properties of the tissues and to evaluate their durability. 3. The biaxial hyperelastic and viscoelastic properties of the selected tissues were extracted using the appropriate models. 4. The finite element model was applied using the extracted mechanical properties to evaluate valve dehiscence and stress under physiological loadings. Results: The donkey and equine pericardia showed a wavy collagen bundle architecture similar to the bovine pericardium. The wavy pericardia may be suitable for the transcatheter aortic valves (TAVs) because they are less likely to be delaminated during crimping. According to the mechanical tests, the relaxation percentages of the equine (16%), donkey (28%), and bovine (21%) pericardia were greater than that of the porcine (11%) pericardium and similar to that of the native human aortic valve leaflets (21%). In particular, the porcine pericardium exhibited a stiffer behavior (higher elastic modulus), based on its greater strain energy magnitude and the average slope of stress-stretch curves. This tissue was also less distensible than the other two pericardia and the native leaflets, due to its lower areal strain. In general, among the pericardia analyzed, the mechanical properties of the donkey pericardium are closer to that of the native leaflets. Furthermore, the donkey model showed low stress regions during the systolic and diastolic phases of the cardiac cycle. Such decreased mechanical stress in the bioprosthetic leaflets should reduce tissue degeneration and increase the long-term durability of the valve. Conclusion: Based on the observations, the pericardial specimens behaved as anisotropic and nonlinear tissues, and their mechanical behaviors were very well characterized by the constitutive models. The results indicate that, compared to the bovine pericardium, the donkey pericardium is mechanically and histologically more appropriate to manufacture heart valve prostheses. Therefore, this study contributes to our understanding of the difference in animal pericardia with respect to human heart leaflets, which is very useful for the design and manufacture of the percutaneous bioprosthetic heart valves.

Depuis plusieurs années la robotique est vue comme une solution clef pour améliorer la qualité de vie des personnes ayant subi une amputation. Pour créer de nouvelles prothèses intelligentes qui peuvent être facilement intégrées à la vie quotidienne et acceptée par ces personnes, celles-ci doivent être non-intrusives, fiables et peu coûteuses. L’électromyographie de surface fournit une interface intuitive et non intrusive basée sur l’activité musculaire de l’utilisateur permettant d’interagir avec des robots. Cependant, malgré des recherches approfondies dans le domaine de la classification des signaux sEMG, les classificateurs actuels manquent toujours de fiabilité, car ils ne sont pas robustes face au bruit à court terme (par exemple, petit déplacement des électrodes, fatigue musculaire) ou à long terme (par exemple, changement de la masse musculaire et des tissus adipeux) et requiert donc de recalibrer le classifieur de façon périodique. L’objectif de mon projet de recherche est de proposer une interface myoélectrique humain-robot basé sur des algorithmes d’apprentissage par transfert et d’adaptation de domaine afin d’augmenter la fiabilité du système à long-terme, tout en minimisant l’intrusivité (au niveau du temps de préparation) de ce genre de système. L’aspect non intrusif est obtenu en utilisant un bracelet à électrode sèche possédant dix canaux. Ce bracelet (3DC Armband) est de notre (Docteur Gabriel Gagnon-Turcotte, mes co-directeurs et moi-même) conception et a été réalisé durant mon doctorat. À l’heure d’écrire ces lignes, le 3DC Armband est le bracelet sans fil pour l’enregistrement de signaux sEMG le plus performant disponible. Contrairement aux dispositifs utilisant des électrodes à base de gel qui nécessitent un rasage de l’avant-bras, un nettoyage de la zone de placement et l’application d’un gel conducteur avant l’utilisation, le brassard du 3DC peut simplement être placé sur l’avant-bras sans aucune préparation. Cependant, cette facilité d’utilisation entraîne une diminution de la qualité de l’information du signal. Cette diminution provient du fait que les électrodes sèches obtiennent un signal plus bruité que celle à base de gel. En outre, des méthodes invasives peuvent réduire les déplacements d’électrodes lors de l’utilisation, contrairement au brassard. Pour remédier à cette dégradation de l’information, le projet de recherche s’appuiera sur l’apprentissage profond, et plus précisément sur les réseaux convolutionels. Le projet de recherche a été divisé en trois phases. La première porte sur la conception d’un classifieur permettant la reconnaissance de gestes de la main en temps réel. La deuxième porte sur l’implémentation d’un algorithme d’apprentissage par transfert afin de pouvoir profiter des données provenant d’autres personnes, permettant ainsi d’améliorer la classification des mouvements de la main pour un nouvel individu tout en diminuant le temps de préparation nécessaire pour utiliser le système. La troisième phase consiste en l’élaboration et l’implémentation des algorithmes d’adaptation de domaine et d’apprentissage faiblement supervisé afin de créer un classifieur qui soit robuste au changement à long terme. / For several years, robotics has been seen as a key solution to improve the quality of life of people living with upper-limb disabilities. To create new, smart prostheses that can easily be integrated into everyday life, they must be non-intrusive, reliable and inexpensive. Surface electromyography provides an intuitive interface based on a user’s muscle activity to interact with robots. However, despite extensive research in the field of sEMG signal classification, current classifiers still lack reliability due to their lack of robustness to short-term (e.g. small electrode displacement, muscle fatigue) or long-term (e.g. change in muscle mass and adipose tissue) noise. In practice, this mean that to be useful, classifier needs to be periodically re-calibrated, a time consuming process. The goal of my research project is to proposes a human-robot myoelectric interface based on transfer learning and domain adaptation algorithms to increase the reliability of the system in the long term, while at the same time reducing the intrusiveness (in terms of hardware and preparation time) of this kind of systems. The non-intrusive aspect is achieved from a dry-electrode armband featuring ten channels. This armband, named the 3DC Armband is from our (Dr. Gabriel Gagnon-Turcotte, my co-directors and myself) conception and was realized during my doctorate. At the time of writing, the 3DC Armband offers the best performance for currently available dry-electrodes, surface electromyographic armbands. Unlike gel-based electrodes which require intrusive skin preparation (i.e. shaving, cleaning the skin and applying conductive gel), the 3DC Armband can simply be placed on the forearm without any preparation. However, this ease of use results in a decrease in the quality of information. This decrease is due to the fact that the signal recorded by dry electrodes is inherently noisier than gel-based ones. In addition, other systems use invasive methods (intramuscular electromyography) to capture a cleaner signal and reduce the source of noises (e.g. electrode shift). To remedy this degradation of information resulting from the non-intrusiveness of the armband, this research project will rely on deep learning, and more specifically on convolutional networks. The research project was divided into three phases. The first is the design of a classifier allowing the recognition of hand gestures in real-time. The second is the implementation of a transfer learning algorithm to take advantage of the data recorded across multiple users, thereby improving the system’s accuracy, while decreasing the time required to use the system. The third phase is the development and implementation of a domain adaptation and self-supervised learning to enhance the classifier’s robustness to long-term changes.

Au cours des dernières années, le progrès des dispositifs électroniques implantables alimentés par des technologies sans fil a évolué continuellement et le besoin d'une alimentation sans fil et durable devient nécessaire pour le développement de ces appareils. La transmission d'énergie sans fil est l'une des technologies clés ayant été utilisée dernièrement pour alimenter les implants biomédicaux. Elle a été en effet l'objet des recherches scientifiques pour le traitement des maladies chroniques. La recherche en neuroscience est l'une des applications où le transfert d'énergie sans fil a amélioré la performance des implants neuronaux et a participé à la réduction de la taille, la complexité et à la consommation d'énergie de ces dispositifs. Ces implants ne peuvent pas utiliser de grosses batteries en raison de l'espace limité et pour éviter le risque associé à la chirurgie invasive pouvant également changer les résultats des expériences. Cette thèse présente le développement d'un système de transmission d'énergie sans fil par couplage inductif pour l'alimentation d'une interface d'enregistrement neuronal. Le système réalisé évite d'utiliser des grosses batteries ou câbles pour fournir l'énergie à ces interfaces et augmente la durée de vie des batteries implantables afin d'effectuer des opérations électrophysiologiques sur les animaux vivants à long terme. Cette base aidera les médecins et neuroscientifiques à suivre le comportement de ces animaux en mouvement libre et pendant une longue période de temps et en tout sécurité. La plateforme sans fil développée utilise une cage énergétique afin d'effectuer ces opérations et dans le but de distribuer la puissance dans plusieurs positions en fonction des déplacements et les mouvements effectués par des animaux des tests à l'intérieur de la cage. Le travail réalisé dans ce mémoire fournit de nouvelles stratégies pour la conception optimale des systèmes d'alimentations sans fil avec des améliorations et de forts résultats expérimentaux. Il comprend en outre le développement de quatre systèmes. Tout d'abord, l'architecture de chaque système sera présentée d'une manière ingénieuse. Par la suite, les performances du système pour des tests expérimentaux seront expliqués. Les résultats de ces tests seront bien sûr interprétés tout en comparant avec des systèmes existants. Une validation de ces résultats sera finalement effectuée avec des animaux vivants pour tester la fonctionnalité de la plateforme dans un cadre réel. / In recent years, the progress of implantable electronic devices powered by wireless technologies has evolved continuously and the need for wireless and sustainable power becomes necessary for the development of these devices. The transmission of energy without wire is one of the key technologies used lately to power biomedical implants and which has been the subject of scientific research for the treatment of several diseases such as chronic diseases. Research in neuroscience is indeed one of the applications where wireless energy transfer has improved the performance of neural implants and participated in reducing the size, complexity, and power consumption of these devices. Since these implants cannot use large batteries due to the limited space of these implants and to avoid the risk associated with the surgery, the change of the folds which can also change the results of experiment. In this thesis, a wireless energy transmission system by inductive coupling is presented, this system is used to power a neural interface. Which has made it possible to avoid the use of large batteries or cables to provide energy to these interfaces and which has increase the lifespan of implantable batteries in order to perform electrophysiological operations on living animals and in the long term, this will help physicians and neuroscientists to follow the behavior of these animals in free movement and during a long period of time and in complete safety. The developed wireless platform uses an energy cage to perform these operations and to distribute the power in several positions according to the displacements and the movements carried out by the animals of the tests inside the cage. The work carried out in this thesis provides new strategies for the optimal design of wireless power systems, with innovations and strong experimental results. It also includes the development of four systems with innovations. Firstly, the architecture of each system will be genuinely presented. Furthermore, the performance of the system for testing of the experimental will be explained. The results of these tests will be indeed interpreted in comparison with existing systems. A validation of these results will be finally performed with live animals to test the functionality of the platform in a real setting.

L'objectif global de ce projet de doctorat est d'améliorer les qualités fonctionnelles des prothèses vasculaires de téflon (PTFE). En ce sens, deux stratégies ont été développées: l'une pour diminuer les risques de thromboses et l'autre pour inhiber l'hyperplasie intimale. Les thromboses se produisent dans les prothèses synthétiques car les matériaux utilisés sont non-hémocompatibles. Puisque le seul tissu hémocompatible connu est l'endothélium, le PTFE a été modifié afin de favoriser l'adhésion et la survie des cellules endothéliales. Le PTFE a d'abord été aminé par plasma d'ammoniac puis des bras d'ancrage ont été greffés sur les amines de la surface. Deux bras différents ont été employés, soit l'anhydride glutarique (GA) et le sulfo-SMPB (SMPB). L'autre extrémité des bras d'ancrage a été utilisée pour greffer la fibronectine (FN), une glycoprotéine d'adhésion présente dans les matrices extracellulaires. Le succès de chaque étape de modification à été vérifié par des analyses XPS. La quantité, l'activité et la conformation de la FN sur chacun des bras d'ancrage ont été étudiées par dosage radioactif, des essais d'adhésion cellulaire, ELISA, AFM et angle de contact. La FN favorise l'adhésion des cellules endothéliales sur le PTFE, particulièrement lorsqu'elle est greffée sur GA. La FN greffée sur GA a une plus grande activité biologique et une conformation plus étendue que celle greffée sur SMPB. L'hyperplasie intimale est un épaississement de la couche interne des artères dû à la migration et la prolifération des cellules musculaires lisses (SMCs) et à leur production de matrice extracellulaire. Cet épaississement entraîne une réduction de la lumière artérielle et du flux sanguin, puis ultimement, l'échec de la prothèse. Pour contrer ce phénomène, le potentiel du mésylate d'imatinib à inhiber spécifiquement les SMCs sans nuire à la croissance des cellules endothéliales a été évalué in vitro. Des essais de prolifération de cellules musculaires et endothéliales en mono et en co-culture ont été faits avec différentes concentrations de mésylate d'imatinib. Il a été démontré que des concentrations de 1.2 à 3.7µM de mésylate d'imatinib inhibent les SMCs et favorisent la prolifération des cellules endothéliales. De plus, l'analyse de l'expression des protéines PARP et caspase 3 clivée par western blot a montrée qu'à ces concentrations, le mésylate d'imatinib n'entraîne pas l'apoptose des cellules. / The overall objective of this Ph.D. thesis is to improve the patency of PTFE vascular prostheses. To achieve this goal, two strategies were developed: one aiming to decrease thromboses risks and the other to inhibit intimal hyperplasia. Thromboses happen in synthetic prostheses because they are made of non-haemocompatible materials. Since the only known haemocompatible tissue is the endothelium (monolayer of endothelial cells covering the inner wall of all blood vessels and heart), the PTFE was modified in order to promote adhesion and survival of endothelial cells. PTFE was first functionalized by low pressure ammonia plasma to introduce amino groups and linking arms were grafted onto these functional groups. Two different linkers were used, glutaric anhydride (GA) and sulfo-SMPB (SMPB). The free end of linking arms was used to graft fibronectin (FN), an adhesion protein found in most extracellular matrix. The success of each step of modification was ascertained by XPS analyses. FN quantity, activity and conformation on each linking arm was studied by radiolabeling assays, cellular adhesion assays, ELISA, AFM and contact angle. FN greatly promotes endothelial cell adhesion on PTFE, especially when it is grafted onto GA. It was demonstrated that FN grafted on GA had a better biological activity and a more unfolded conformation than FN grafted on SMPB. Intimal hyperplasia is a thickening of the innermost layer of artery wall due to migration and proliferation of smooth muscle cells and their matrix production. This thickening leads to a decrease in lumen size and blood flow which ultimately cause the prosthesis failure. To counter this phenomenon, the inhibition potential of imatinib mesylate over smooth muscle cells and its harmlessness to endothelial cells were evaluated in vitro. Proliferation assays of muscular and endothelial cells were performed in mono and co-culture with different imatinib mesylate concentrations. It was demonstrated that imatinib mesylate inhibits smooth muscle cells and promotes endothelial cell proliferation in a concentration range of 1.2 to 3.7µM. Furthermore, PARP and cleaved caspase 3 expression analyses by western blotting showed that in this concentration range, imatinib mesylate did not cause cell apoptosis.