La mise en correspondance d'images multimodales est devenue un axe de recherche essentiel en traitement d'images quels que soient les domaines d'applications. Dans le cadre médical, de nombreuses modalités d'imagerie permettent d'explorer l'organisme mais la grande diversité des phénomènes physiques mis en jeu implique que les organes seront analysés selon des points de vue très différents, spécifiques à chacune des modalités. La fusion d'images multimodales permet de palier cette difficulté en exploitant la complémentarité des différentes modalités pour extraire des données nouvelles par la juxtaposition des données initiales et faisant ainsi de la mise en correspondance un élément d'analyse incontournable. La présente étude est orientée sur la recalage et la mise en correspondance de données issues de systèmes d'imageries projective et tomographique d'angiographie cérébrale. L'angiographie par rayons X (2D) est la référence actuelle pour l'étude des vaisseaux intracrâniens mais elle souffre d'un manque de flexibilité et d'absence d'informations tridimensionnelles. Le recalage et la mise en correspondance de cette modalité avec l'Imagerie par Résonance Magnétique permet, d'une part de compléter les données de l'image radiologique et, d'autre part, de valider les innovations technologiques apportées aux dernières générations d'imageurs. La méthode proposée se base sur un recalage automatique et rigide entre les deux modalités. L'originalité de l'approche réside en l'absence de marqueurs ou référentiels externes, basant ainsi le recalage uniquement sur les caractéristiques anatomiques individuelles. Les retombées médicales de ce travail sont multiples tant dans le domaine diagnostique que thérapeutique. A titres d'exemples, une information fine et précise de la vascularisation peut se révéler être décisive dans un cadre neurochirurgical et la mise en correspondance d'images acquises à des instants différents permet un suivi plus objectif d'une pathologie.

Les gliomes de haut grade sont des tumeurs cérébrales très agressives. Des techniques particulières combinant l'ajout éléments lourds dans la tumeur à une irradiation avec des rayons X d'énergie inférieure à 100 keV ont été proposées en utilisant une source de type synchrotron. Pour la préparation d'essais cliniques, l'utilisation de systèmes de planification de traitement doit être envisagée de même que la mise en place de protocoles de dosimétrie adaptés. Les objectifs de cette thèse étaient de (1) mettre en place une interface de calcul dosimétrique utilisant un code Monte-Carlo généraliste du transport des particules et (2) proposer une méthode expérimentale de vérification de la dose en volume. L'outil de calcul développé fait appel au code MCNPX pour l'évaluation de la dose dans une géométrie voxélisée à partir des images tomographiques d'un échantillon. Par ailleurs, la répartition volumique de la dose a été évaluée à l'aide d'un gel polymère radiosensible. Les résultats de ces expériences se sont avérés proches des valeurs calculées.

L'imagerie de résonance magnétique de diffusion (IRMD) est une technique d'imagerie non-invasive qui donne l'accès aux caractéristiques de diffusion de l'eau dans des tissus biologiques, notamment, dans le cerveau. Les restrictions que la structure cellulaire microscopique impose à la diffusion des molécules d'eau, sont agrégées statistiquement dans un mesurable signal d'IRMD macroscopique. L'inférence de la structure microscopique du tissu à partir du signal d'IRMD permet de détecter des régions pathologiques et d'observer les propriétés fonctionnelles du cerveau. A cet effet, il est important de mieux comprendre la relation entre la microstructure du tissu et le signal d'IRMD ce qui nécessite des nouvelles outils numériques capable de faire les calculs dans des géométries complexes modèles des tissus. Nous proposons une telle méthode numérique basée sur les éléments finis linéaires ce qui permet de décrire précisément des géométries complexes. La discrétisation par des éléments finis est couplée à la méthode adaptative des pas de temps de Runge-Kutta Chebyshev. Cette méthode qui assure la convergence du second ordre à la fois en temps et en espace, est implémentée sous la plateforme FeniCS C++. Nous utilisons aussi le générateur de maillage Salome pour travailler de manière efficace avec des géométries périodiques à plusieurs compartiments. Nous considérons quatre applications de la méthode pour étudier la diffusion dans des modèles à plusieurs compartiments. Dans la première application, nous étudions le comportement au temps long et démontrons la convergence d'un coefficient de diffusion apparent vers un tenseur de diffusion effectif obtenu par l'homogénéisation. La deuxième application vise à vérifier numériquement qu'un modèle à deux compartiments permet d'approximer le modèle à trois compartiments dans lequel le compartiment cellulaire et le compartiment extra-cellulaire sont complétés par un compartiment membranaire. La troisième application consiste à valider le modèle de Karger du signal d'IMRD macroscopique qui prend en compte l'échange entre compartiments. La dernière application se focalise sur le signal d'IMRD issu des neurones isoles. Nous proposons un modèle efficace unidimensionnel pour calculer le signal d'IRMD de manière précise dans un réseau des neurites de rayons variés. Nous testons la validité d'une expression semi-analytique du signal d'IRMD issu des réseaux de neurites.

Le byssus est un réseau de filaments protéiques synthétisés par la moule pour se lier à un substrat solide, comme un rocher, pour ne pas être emportée par les vagues ou la marée. Un filament de byssus est formé de PréCols qui sont des protéines principalement composées de blocs de collagène se terminant par un bloc d'histidine et de DOPA et reliés entre eux principalement par des métaux de transition qui assurent la réticulation des fibres. Lors de leur culture, les moules sont suspendues à des boudins à l'aide de leur byssus. Par contre, leurs propriétés mécaniques varient tout au long de l'année, ce qui entraîne une perte de moules par décrochage à certains moments. Les objectifs de ce travail de recherche étaient d'étudier la variation des propriétés mécaniques des brins de byssus et de composition en métaux selon la saison et le site de culture. De plus, afin de mieux comprendre la relation structure-propriétés mécaniques des brins de byssus, nous avons étudié par résonance magnétique nucléaire (RMN) des filaments de byssus de Xenostrobus securis et Mytilus edulis, ainsi que l'effet de l'hydratation sur les fibres. Dans un premier temps, les propriétés mécaniques des brins de byssus individuels ont été déterminées à l'été et à l'automne et dans deux environnements aux Îles-de-la-Madeleine, soit dans une lagune et en mer. Il a été conclu que la force variait significativement selon la saison en raison de la variation des diamètres et selon le site en raison d'une variation de la structure des fibres. Les métaux étant utilisés comme agent de réticulation, leur concentration a été déterminée dans la partie proximale et distale des brins byssaux ainsi que dans les branchies, le manteau et la glande digestive. Il y a une variation statistiquement significative de la concentration en métaux selon les tissus et la saison, mais pas entre les parties proximale et distale des brins de byssus. Les métaux des brins de byssus semblent provenir du métabolisme de la moule et pas directement de l'eau lors de la formation de la fibre. Aussi, la moule semble utiliser son byssus pour se détoxifier car on y retrouve des métaux toxiques qui ne sont pas présents dans les chairs. Des expériences RMN en une et deux dimensions ont permis de déterminer que les brins de byssus de M. edulis et X. securis ont une structure moléculaire semblable mais une stratégie de réticulation différente. On a également trouvé que l'hydratation augmente la mobilité moléculaire. Par contre, cette hydratation n'est pas uniforme dans les protéines des deux fibres. ______________________________________________________________________________ MOTS-CLÉS DE L’AUTEUR : Byssus, Propriétés mécaniques, Métaux, Résonance Magnétique Nucléaire, Hydratation, Structure, Dynamique, Mytilus edulis, Xenostrobus securis

L'aorte conduit le sang oxygéné aux organes et amortit l'onde pulsatile cardiaque. Au cours du vieillissement, elle est exposée à des altérations hémodynamiques et à une rigidité augmentée, elle-même associée à la mortalité.L'objectif de ma thèse est de proposer, à partir de l'IRM et des simulations, des indices non-invasifs de l'hémodynamique aortique locale, qui soient simples, rapides et complémentaires aux indices IRM de géométrie et de fonction aortiques établis.Un premier volet est consacré au développement et la personnalisation d'un modèle 1D de l'aorte descendante, validé qualitativement et quantitativement avec des données IRM sur 7 sujets, afin d'extraire des paramètres de pression, vitesse et surface.Un second volet, dédié aux données IRM, est centré sur :la comparaison de 7 méthodes d'évaluation de la pulsatilité aortique et leur validation avec la référence sur 70 sujets sainsla quantification du flux réverse aortique et l'étude de sa variation avec l'âge, ainsi que l'identification de ses déterminants sur 96 sujets sainsl'estimation automatique d'indices hémodynamiques de la sténose valvulaire aortique (SVA) et leur comparaison à l'échocardiographie Doppler sur 53 patients avec une SVA et 21 contrôles.Ainsi, le modèle aortique pourrait aider à identifier les déterminants des altérations aortiques et à consolider les observations in vivo. Par ailleurs, les outils mis au point pour l'analyse reproductible des données d'IRM fournissent des indices caractéristiques du vieillissement, qui pourraient être étudiés vis-à-vis des organes cibles (coeur, cerveau, rein, etc.) dans les pathologies cardiovasculaires (hypertension artérielle, drépanocytose).

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

Miz-1 est un facteur de transcription qui active la transcription de gènes cytostatiques tels que p15[indice supérieur 1NK4B] ou p21[indice supérieur CIP1]. Il s’agit d’une protéine de la famille BTB/POZ, qui possède un ensemble de 13 doigts de zinc de type Cys?His? dans sa portion C-terminale. L’activation de ces gènes par Miz-1 peut être régulée par les protéines SMAD. SMAD3 et 4 peuvent toutes deux se lier aux doigts de zinc 1 à 4 de Miz-1, et les autres doigts de zinc sont pressentis pour être responsables de la liaison à l’ADN. Les séquences reconnues par Miz-1 sur les promoteurs des deux gènes mentionnés ci-haut ont été identifiées, mais n’ont pas d’homologie entre elles. L’oncogène c-Myc a la possibilité de se lier à Miz-1, et cette interaction cause la répression des gènes normalement activés par Miz-1, favorisant ainsi la prolifération cellulaire. Cette interaction cruciale, de même que celle entre Miz-1 et l'ADN, est toutefois assez mal caractérisée. Le but du projet dont fait partie ce mémoire est d’éclaircir tout ce mécanisme de liaison. Ce mémoire étudie la structure et les propriétés dynamiques des doigts de zinc 5 à 8 de Miz-1, qui, selon l’hypothèse initiale, seraient impliqués dans la liaison au promoteur des gènes-cibles de Miz-1. La résonance magnétique nucléaire est la technique qui a été utilisée dans le but d’obtenir ces résultats, et une partie importante de ce mémoire est dévouée à la théorie derrière cette puissante technique. La détermination de la structure de ces doigts de zinc est en fait une seule des nombreuses étapes du projet de l’élucidation du mécanisme de transrépression par c-Myc/Miz-1. Suite à la présentation des structures de ces doigts de zinc, ce mémoire s’intéresse à leurs caractéristiques dynamiques très particulières pour ce type de domaine protéique. Nous avons en effet découvert que les doigts de zinc 5 à 8 présentaient un niveau très élevé d’échange conformationnel, et qu’une portion du doigt de zinc 6 ne peut être caractérisée structurellement à cause de mouvements dans l’échelle de la micro/milliseconde, eux-mêmes dus à des répulsions électrostatiques. En conclusion, nous proposons que le ZF 6 ait un rôle de charnière entre deux ensembles de ZFs dans Miz-1. Ces résultats permettent l’actualisation du modèle de liaison de Miz-1 au promoteur de p15[indice supérieur INK4B] qui avait été élaboré comme hypothèse, et ils nous rapprochent de la compréhension de la transrépression par c-Myc. [symboles non conformes]

Le cancer de la prostate est le cancer le plus fréquent chez l'homme de plus de 50 ans. Actuellement, les méthodes de dépistage manquent soit de sensibilité, soit de spécificité ou sont désagréables pour le patient. La spectroscopie de résonance magnétique permet l'étude du métabolisme in vivo. L'utilisation d'appareil haut champ (≥3T) permet dorénavant d'analyser la prostate sans antenne endorectale. L'objectif de cette thèse est de créer un système automatique de dépistage de ce cancer en mettant au point une méthode de classification automatique permettant de traiter les données obtenues grâce à la spectroscopie de résonance magnétique. La spectroscopie de résonance magnétique est un phénomène complexe, très sensible aux conditions d'acquisition. Nous avons donc étudié comment améliorer l'acquisition de ce signal. Cependant, même avec une acquisition de très bonne qualité, le signal de résonance magnétique doit subir quelques traitements pour être analysable automatiquement par une méthode de classification. La suite du travail a donc consisté à rechercher les traitements à appliquer pour optimiser les spectres en vue d'une classification. Nous avons alors recherché la méthode de classification optimale pour ce problème. Cet ensemble d'étapes (acquisition du signal, traitement des spectres puis classification des données obtenues) nous permet de mettre en évidence la présence de tumeurs de la prostate avec un taux d'erreur global de moins de 12%. Dans un second temps, nous avons cherché de nouveaux biomarqueurs dans les spectres. Ces biomarqueurs pouvaient être un métabolite précis ou une plage de fréquence correspondant à plusieurs métabolites. Nous n'avons pas trouvé d'attributs plus significatifs que la choline ou le citrate, cependant quelques bandes de fréquence semblent participer à l'amélioration des taux d'erreurs. Enfin, nous avons élargi notre champ d'investigation en tentant d'appliquer ces techniques chez le rat. Des contraintes liées à l'acquisition ne nous ont pas permis d'obtenir suffisamment de spectres dans le cas pré-clinique. Nous avons cependant pu valider la faisabilité de la SRM chez le rongeur et sa pertinence dans le cerveau. La technique doit cependant être améliorée pour pouvoir être validée dans le cas du cancer de la prostate chez le rat.

Les éthers de cellulose (EC) sont des adjuvants couramment introduits dans les mortiers pour améliorer leurs propriétés. Malgré le retard d'hydratation du ciment engendré par ces polysaccharides, ils sont capables d'améliorer la maniabilité et la rétention d'eau des matériaux cimentaires.Cette étude a été initiée afin d'accroître les connaissances sur l'effet des EC sur la rétention d'eau des mortiers à l'état frais. L'objectif est double : identifier les paramètres physico-chimiques jouant un rôle clé et clarifier les mécanismes d'action de dérivés cellulosiques dans les matériaux cimentaires.Pour ce faire, grâce à un large panel d'EC, l'influence des paramètres structuraux des molécules a été élucidée. Les résultats ont démontré que la masse moléculaire était un paramètre primordial alors que les degrés de substitution des groupements greffés sur la molécule ont un impact négligeable sur la rétention d'eau des mortiers. Pour comprendre les mécanismes d'action des EC dans les phénomènes de rétention d'eau, deux pistes ont été explorées. La première a consisté à savoir s'il existait une relation entre le comportement rhéologique des mortiers et leur capacité à retenir l'eau lors d'un contact avec un substrat. L'étude rhéologique a montré que les EC sont des agents viscosants et que pour des EC ayant des degrés de substitution identiques, la viscosité et la rétention d'eau du mortier semblent aller de paire. Cependant, cette relation n'est pas aussi simple. En effet, des propriétés de rétention d'eau différentes ont été mesurées pour des mortiers ayant des consistances voisines. La capacité des mortiers à retenir l'eau ne peut donc pas être déterminée uniquement à partir de son comportement rhéologique. Par ailleurs, d'autres molécules telles que les dérivés de l'amidon, ont mis en évidence une évolution opposée de la rétention d'eau avec les propriétés rhéologiques. Ainsi, la consistance d'un mortier ne peut pas à elle seule expliquer les phénomènes de rétention d'eau des mortiers adjuvantés avec les éthers de cellulose.La seconde hypothèse souvent avancée pour expliquer les propriétés de rétention d'eau est que les dérivés cellulosiques forment une barrière de diffusion à l'eau dans le mortier. La capacité des polymères à former des films a été étudiée à l'aide de deux techniques de résonance magnétique nucléaire (RMN) : la RMN à gradients de champ et la relaxométrie RMN. A l'aide de ces deux techniques, il a été montré que les EC n'ont aucun effet sur le coefficient de diffusion de l'eau dans le volume et à la surface des solides. Une étude temporelle menée par relaxométrie a mis en avant l'importance de la quantité d'eau piégée transitoirement à la surface des solides.

Le travail présenté ici a consisté en la mise au point d'une méthode de spectroscopie localisée proton filtrée carbone 13C chez la souris ainsi que de la mise en place d'un protocole pour des acquisitions, in vivo, de spectroscopie localisée en rotation à l'angle magique sur la drosophile. Le travail sur la souris a en particulier porté sur l'effet d'un traitement antivasculaire sur des tumeurs cérébrales. Pour réaliser cette étude il a également fallu concevoir une sonde de mesure (support + détecteur) spécialement dédiée à ce type d'étude. Le travail a permis de mettre en évidence l'apport de cette nouvelle méthode par rapport à la méthode classique de spectroscopie proton. Le travail sur la drosophile a permis la mise en place de la spectroscopie localisée par tranche, ce qui était l'objectif de départ, mais également la mise en place d'imagerie de déplacement chimique à 1 dimension spatiale, qui permet de réaliser une cartographie de la répartition spatiale des métabolites. Ces deux méthodes de spectroscopie sur la drosophile représentent à notre connaissance, deux premières, et ouvrent des perspectives importantes de recherche sur cet insecte qui est le plus utilisé dans le domaine, en particulier car il représente un très bon modèle génétique.