La surveillance du bien-être fœtal pendant le travail repose essentiellement sur l’enregistrement du rythme cardiaque fœtal (RCF). Celui-ci, même continu pendant le travail, ne permet pas d’évaluer parfaitement l’oxygénation du fœtus ni le risque d’asphyxie néonatale. En effet, cet outil est imparfait et son évaluation subjective avec une importante variabilité d’interprétation inter et intra opérateur. Des examens dits de seconde ligne sont utilisés en pratique courante pour caractériser l’état fœtal : le prélèvement de sang fœtal au scalp pour l’étude de l’équilibre acido-basique du fœtus (pH ou lactates) ou la pose d’électrode au scalp pour étudier l’ECG fœtal (analyse du segment ST). Ces techniques sont néanmoins invasives et sont soumises à des contraintes techniques. Il y a donc un intérêt à développer des moyens d’évaluation du bien être fœtal à la fois objectifs et non invasifs afin de diminuer la survenue d’une asphyxie périnatale. En effet, celle-ci touche 3 à 8 nouveaux nés pour 1000 naissances. La mortalité en période post-natale est de 25 à 50% des cas et ceux qui survivent développeront des troubles sévères (épilepsie, retard neuro-cognitif et comportemental, paralysie cérébrale…). Au cours de l’accouchement, l’asphyxie périnatale se caractérise par une diminution du pH artériel ombilical. Cette mesure du pH sanguin est donc la mesure de référence pour déterminer la sévérité de l’asphyxie.Une des voies étudiées pour améliorer le dépistage des fœtus à risque d’acidose est l’analyse des modifications du système nerveux autonome (SNA) par analyse de la variabilité du rythme cardiaque fœtal. En effet, la fréquence cardiaque fœtale est en permanence sous l’influence du système nerveux autonome et sa variabilité (VFC) est un reflet de la balance sympathique / parasympathique. Le CHU de Lille a développé une nouvelle méthode d’analyse continue de la VFC ayant montré son efficacité chez l’adulte et chez le nouveau né pour l’évaluation du SNA. L’objectif de ce travail de Thèse est d’adapter cette technologie à l’analyse du SNA fœtal pour obtenir un nouvel indice appelé Fetal Stress Index (FSI) et d’évaluer sa pertinence en situation d’acidose.Cette preuve de concept a été effectuée de manière expérimentale chez le fœtus de brebis. Elle s’est réalisée en 2 temps. Nous avons tout d’abord évalué la performance du FSI par rapport aux méthodes classiques d’analyse de la VFC en termes d’aptitude à détecter les variations du SNA. Après injection d’Atropine, parasympatholytique, ou de Propranolol, sympatholytique, nous avons montré que le FSI était une méthode efficace et spécifique d’évaluation des variations du tonus parasympathique du SNA. Cette étude a également montrée la supériorité du FSI par rapport aux méthodes classiques d’analyse de la VFC en termes de sensibilité et de spécificité. Dans un second temps, nous avons évalué ce nouvel indice comme facteur prédictif de l’état acido basique du fœtus dans 2 modèles expérimentaux d’occlusion cordonale. Dans le premier modèle, l’acidose était obtenue par une occlusion continue du cordon avec une réduction de partielle du débit ombilical. Dans le second, nous réalisions des occlusions totales répétées à intervalles réguliers afin de mimer les contractions utérines lors du travail. Dans les 2 études, nous avons observé une hausse du FSI en cas d’acidose avec une corrélation significative entre le FSI et le pH, mais aussi entre le FSI et les lactates dans le second modèle.En conclusion, le FSI constitue un bon reflet de l’activité parasympathique fœtale. Cet indice permet d’étudier les variations du SNA fœtal avec une meilleure sensibilité et une meilleure spécificité que les méthodes usuelles d’analyse de la VFC et semble bien corrélé à l’état acido basique fœtal. Il s’agit donc d’un indice prometteur qu’il sera intéressant d’incorporer dans une analyse multi paramétrique du rythme cardiaque fœtal. / The monitoring of fetal well being during labor is essentially based on fetal heart rate (FHR) analysis. The recording of FHR, even continuously during labor, does not fully assess fetal oxygenation or neonatal risk of asphyxia. Indeed, this tool is imperfect and subjective with an important inter and intra-operator variability. Second-line examinations to characterize the fetal state are currently used in routine practice, i.e. scalp fetal blood sampling to study the fetal acid-base balance (pH or lactates) or scalp electrode placement to study the fetal ECG (ST segment analysis). These techniques are nevertheless invasive and subject to technical constraints. There is therefore an interest in developing both objective and non-invasive means of evaluating fetal wellbeing to reduce neonatal encephalopathy. Indeed, its prevalence is about 3 to 8 per 1000 births. Post natal mortality is about 25 to 50% and survivors will hav severe diseases (epilepsy, neurologic impairment, cerebral palsy…).One of the possibilities studied to better identify fetuses at risk for acidosis is the analysis of changes in the autonomic nervous system (ANS) in response to hypoxia.Indeed, the regulation of heart rate is dependent on the ANS and thus, its variability is a reflection of the sympathetic / parasympathetic balance. Analysis of heart rate variability (HRV) is a recognized non-invasive tool that is used to assess ANS regulation. The CHU Lille has developed a new continuous tool for the analysis of HRV, which demonstrated its efficacity in adults and neonates to evaluate the ANS. The objective of this thesis was to develop its index, called Fetal Stress Index (FSI), in the fetus and to evaluate it in conditions of acidosis.The study was experimental in a sheep model chronically instrumented and was in 2 steps. First, we evaluate the performance of our method compared to commonly used HRV analysis, regarding the ability to detect the variation of variations of the ANS. After injection of atropine, to inhibit parasympathetic tone, or propranolol to block sympathetic activity, we shown that our method appeared to be effective in detecting parasympathetic inhibition and, moreover, was superior to classical analysis of HRV in terms of sensibility and specificity.In a second time, we evaluated this new index as a predictive factor of the fetal acid-base state in 2 experimental models of fetal hypoxia by occlusion of the cord. In the first one, acidosis was obtained through a partial occlusion of the umbilical cord and in the second one, though repetitive complete occlusion as uterine contractions during labor. In those two studies, we observed a raise of our index in case of acidosis with a correlation beetween FSI and pH and also FSI and lactates in the second model.In conclusion, the FSI reflects fetal parasympathetic activity, has a better detection than others usual methods, and seems well correlated to fetal acid-base status. It is a promising index and it will be interesting to incorporate it in a multi parametric analysis of fetal heart rate to predict acidosis.

Cardiovascular disease has been a leading cause of death worldwide over the last decades (Roth et al., 2015; WHO, 2021a). In countries with middle or elevated gross domestic product indices, stroke and myocardial infarction represent the prevalent causes of death. Over the years, the scientific community has identified significant cognitive and emotional impacts on survivors of coronary heart disease and cardiovascular disease. We know that ageing populations and high-stress levels associated with contemporary lifestyles play a crucial role in the prognosis and recovery of individuals with myocardial infarction. These factors are associated with an increased societal burden related to survivors’ care. As they age, a higher proportion of women than men are affected by coronary heart disease, including myocardial infarction. Nonetheless, women remain under-represented in studies addressing trajectories of recovery associated with myocardial infarction. The arching goal of this thesis is to expand the knowledge on the association of various environmental and physical factors with a history of myocardial infarction in a sample of Canadian women. The accomplished research is presented in the form of two empirical studies carried out on samples of Canadian women with and without a history of myocardial infarction, as well as two systematic reviews of the literature. The first study established the state of knowledge on the Trier Social Stress Test paradigm, a tool that we later used in our laboratory study. Through an in-depth examination of the protocols used by different research groups, this systematic review identified essential elements for valid conclusions and proposed a set of recommendations for standardizing the use of the Trier Social Stress Test in research. The second systematic review updated the current scientific knowledge concerning the cognitive consequences of women with a history of coronary heart disease. Despite cardiovascular disease, including coronary heart disease, remainsunderstudied in women, the last decade has seen an emergence of research supporting cognition to be affected. Our findings support subtle cognitive impairments in women with a history of coronary heart disease. Our literature review was conducted to facilitate interpreting the results obtained in a sample of women with a history of MI in this thesis’ fourth study. Regarding data collection, an online questionnaire validated the presence of specific risk factors and symptoms associated with myocardial infarction in a sample of middle-aged Canadian women (N = 366). Finally, a laboratory study measured alterations in the physiological responses (i.e., heart rate variability and salivary cortisol secretion) associated with exposure to a social stressor (i.e., Trier Social Stress Test) in women with a history of myocardial infarction and age-matched controls (N = 29). This body of data and analytic reviews contribute to expanding the knowledge of physiological and cognitive impairments in women with a MI history. Our research also helps improve testing paradigms to examine deficits and identify areas where further research is needed. Our findings support women experiencing different symptoms than those described in men, and it pleads for these to be no longer described as "atypical." Our work highlights a similar prevalence of certain factors (e.g., hypertension) in Canadian women and women from other parts of the world. In terms of the laboratory study, our results indicate subjective/perceived levels of stress intensity to be comparable between the myocardial infarction and non-myocardial infarction women groups. However, we only found tendencies in changes related to measured physiological variables.

Cette thèse a été réalisée dans un cadre pluridisciplinaire alliant protocole expérimental, instrumentation dans des conditions de mesures in vivo, détection de ruptures associées à des changements d'états physiologiques et identification et prétraitement d'artefacts de mesures chez des coureurs de marathons. Nous avons considéré l'analyse de la variabilité du rythme cardiaque (VRC) et l'analyse de l'activité électrodermale (AED) pendant une course et lors des phases qui la précèdent et la suivent. La détection de ruptures de moyenne et de tendance est effectuée par la méthode Filtered Derivative with p-Value (FDpV) tout au long de cette thèse. La méthode FDpV est basée sur une analyse dynamique faisant appel à un modèle stationnaire par morceaux. Elle a permis en particulier d'introduire un indice de régulation cardiaque pour les coureurs. Un suivi des changements des états d'éveil et de motivation à travers l'AED par la détection de ruptures de la tendance pendant la course d'un semi-marathonien est également proposée. Ceci a permis de définir des signatures de début et de fin de course. Une attention particulière a été apportée à la composante tonique de l'AED reflétant le niveau d'activation affectif. Nous avons comparé trois méthodes d'extraction du niveau tonique en tenant compte des artefacts potentiels présents. Ce travail concerne des études de cas; il peut être étendu à une cohorte et englober plus de paramètres physiologiques (VO2, EEG,...). Ainsi, une classification des états d'éveil et de motivation peut être envisagée et représente des éléments significatifs de caractérisation des données physiologiques in vivo pour l'optimisation des performances sportives. / This thesis was carried out in a multidisciplinary approach that combines experimental protocol, instrumentation, in vivo measurements, physiological change detection instants and identification and preprocessing of measurement artefacts for marathon runners. We considered the analysis of the heart rate variability (HRV) and the electrodermal activity (EDA) recorded during a semi-marathon including pre and post competition periods. A study of the HRV and EDA change detection was carried based on the mean and the trend using the Filtered Derivative with pValue method (FDpV) throughout this thesis. This segmentation method is based on a dynamical approach using a piece-wise stationary model. As a result, itallowed to introduce an index of cardiac regulation for semi-marathon runners. Physiological state changes tracking of affective dimension i.e. "stress" and motivation via the EDA by change detection on its tonic component which reflects the EDA general trend throughout a semi-marathon was also proposed. This enabled us to characterize start and finish phases of a race which are key elements in any competition. A special attention was given to the tonic component of the EDA reflecting the overall level of affective activation. We compared three methods of tonic level extraction by taking into account the present potential artefacts. Thiswork focused on case studies; It can be generalized over a cohort and include more physiological parameters such that VO2 or EEG. Hence, a classification of stress states may also be considered and represent other significant features for characterizing in vivo physiological data for sport performance optimization.

Dans le domaine du développement de l'enfant, la variabilité cardiaque est largement utilisée en tant qu'indice physiologique à la base de l'autorégulation émotionnelle, des processus de traitement de l'information ou des comportements d'affiliation. Tout de même, peu d'information existe sur le caractère comparable des méthodes d'estimation de cette mesure et sur l'étiologie génétique/environnementale de la variabilité cardiaque chez les jeunes enfants. En utilisant des données recueillies dans le cadre de l'Étude des jumeaux nouveau-nés du Québec à l'âge de 5 mois, cette thèse vise à répondre à ces lacunes en abordant, en premier lieu, des questions méthodologiques liées à la comparabilité des méthodes d'estimation de la variabilité cardiaque. En deuxième lieu, la thèse examine la cohérence des patrons de différences individuelles et la convergence étiologique de la variabilité cardiaque dans un contexte multitâche et au repos. Dans le premier article, les paramètres de variabilité cardiaque estimés lors d'une tâche standard d'inclinaison à la verticale à l'aide de trois méthodes d'estimation (autorégressive, transformation de Fourier rapide et méthode de Porges) ont été comparés. Les résultats, en raison de fortes corrélations entre les trois méthodes, ont indiqué leur comparabilité sur le plan des différences individuelles. Par contre, les méthodes différaient significativement sur le plan des moyennes ne pouvant pas être interchangeables. De plus, la méthode de Porges présentait un biais systématique, caractérisé par de plus grandes divergences avec les méthodes d'estimation spectrales pour les valeurs plus élevées. Les résultats du deuxième article, en accord avec les prédictions basées sur la théorie polyvagale de Porges, ont révélé une sensibilité contextuelle de la variabilité cardiaque d'origine parasympathique, avec une variabilité réduite dans le contexte du traitement de l'information, comparativement au contexte impliquant des affects. Les analyses de convergence phénotypique et génotypique des mesures contextuelles de la variabilité cardiaque d'origine parasympathique ont démontré que celle-ci représenterait un phénomène non homogène et serait mieux décrite en termes de deux dimensions, correspondant à la variabilité cardiaque réactive et basale avec leur étiologie propre. Des facteurs environnementaux contribueraient à la variabilité cardiaque réactive, tandis que des effets génétiques et environnementaux expliqueraient la variance interindividuelle des mesures basales.

cneuromod.ca / Les Corrélations Inter-Sujets (ISC) des signaux corps-cerveaux permettent-elles de repérer les processus affectifs partagés par deux individus ? Le présent mémoire propose une approche complémentaire pour étudier les ISC corps-cerveaux en réponse à des récits audiovisuels en analysant les enregistrements multimodaux de six participants ayant regardé quatre saisons de la série télévisée Friends. Nous avons tenté de déterminer si une activité cardiaque synchronisée, mesurée à l'aide des ISC du rythme cardiaque (HR-ISC), se produit dans les mêmes fenêtres temporelles qu’une synchronisation de l’activité localisée dans les aires cérébrales reliées aux émotions chez chaque paire de sujets séparément. Les analyses ISC de l'activité cérébrale (mesurée avec imagerie par résonance magnétique fonctionnelle; IRMf) et cardiaque (mesurée avec la photopléthysmographie; PPG) ont été effectuées dans le contexte d'une tâche de visionnement libre incluse dans le projet Courtois-Neuromod (Bellec & Boyle, 2019; Boyle et al., 2022) consistant à écouter des épisodes de Friends. Des ISC temporelles univariées ont été utilisées pour estimer le degré de synchronisation propre à chaque paire d'individus. Nos résultats, en accord avec la littérature, ont montré un niveau plus élevé d’ISC cérébrales pour les aires sensorielles que pour les aires non-sensorielles (Kauppi et al., 2010; Nastase et al., 2019). Les paires de sujets ont également montré un niveau significatif de synchronisation cardiaque moyenne. Contrairement à notre hypothèse, la modélisation de la variabilité des ISC cérébrales et cardiaques chez chaque paire de sujets suggère que la synchronisation cardiaque ne coïncide pas linéairement avec une synchronisation temporellement stable ou localisée de l’activité cérébrale. / Can shared affective processes of two individuals be tracked down by brain-body Inter-Subject Correlations (ISC)? We propose a complementary approach to investigating brain-body ISC in response to audiovisual narratives by analyzing multimodal recordings from six subjects who watched four seasons of the Friends TV show. We specifically asked whether consistent cardiac activity assessed using heart rate ISC (HR-ISC) yields localized synchronization in emotional areas of the brain in each pair of subjects. ISC analyses of brain (functional magnetic resonance imaging; fMRI) and cardiac (photoplethysmography; PPG) activity were carried out in the context of a free viewing task included in the Courtois-Neuromod project (Bellec & Boyle, 2019; Boyle et al., 2022). Univariate temporal ISC were used to estimate the degree of synchronization specific to each pair of individuals. Our results are in line with the literature in showing a distinctive level of Brain-ISC for sensory and non-sensory areas (Kauppi et al., 2010; Nastase et al., 2019). Moreover, every subject showed a significant level of cardiac synchronization as nonparametric hypothesis testing reports average HR-ISC is larger than zero. Modeling the variability of Brain-ISC and HR-ISC in specific pairs of subjects suggests that cardiac synchronization does not linearly coincide with temporally stable nor localized synchronization in the brain. On this ground, we suggest that subjects submitted to the same audiovisual narrative might not synchronize as they access a shared cognitive representation (Madsen & Parra, 2022; Nastase et al., 2019) but rather as they perform similar “mental actions” (Sandved-Smith et al., 2021).

L'objectif de l'étude était d'évaluer le lien entre la variabilité de la fréquence cardiaque (VFC) et le fonctionnement cognitif en tant que mécanisme sous-tendant l'effet bénéfique de l'activité physique (AP) sur la cognition. Les données de sept personnes âgées (65-81 ans) présentant un trouble cognitif léger (TCL) et des symptômes neuropsychiatriques, issues d'un plus vaste projet d'intervention en AP, ont été utilisées. Les mesures de la VFC, du fonctionnement cognitif (attention, mémoire et fonctions exécutives), des symptômes neuropsychiatriques et de la capacité cardiorespiratoire ont été réalisées avant et après un programme d'entraînement aérobie d'intensité élevée d'une durée de 12 semaines. Des analyses corrélationnelles ont été utilisées au prétest afin de valider la présence d'un lien entre la cognition et la VFC, ainsi que certaines variables confondantes (symptômes neuropsychiatriques et capacité cardiorespiratoire). Les changements bruts survenus entre le prétest et le posttest ont ensuite été décrits de manière exploratoire à l'aide de trois participants pour qui les données étaient disponibles. Les résultats des analyses corrélationnelles indiquent qu'une plus faible VFC et une plus grande capacité cardiorespiratoire sont associées de manière significative à de meilleures performances cognitives. Ces résultats sont appuyés par les changements bruts survenus entre le prétest et le posttest malgré l'hétérogénéité, possiblement liée à la présence des variables confondantes. La capacité cardiorespiratoire est améliorée chez tous les participants, alors que la VFC est diminuée chez un participant qui a pourtant des performances améliorées dans les différents domaines cognitifs évalués. En somme, les résultats suggèrent qu'une plus grande capacité cardiorespiratoire est associée à de meilleures capacités cognitives, indépendamment de l'activité du système parasympathique, et l'amélioration de la capacité cardiorespiratoire à la suite d'un programme d'entraînement serait davantage liée à l'amélioration des performances cognitives chez des aînés sédentaires présentant un TCL.

Les neurones cholinergiques et adrénergiques efférents du système nerveux cardiaque ‎intrinsèque (SNCI) sont impliqués dans la régulation de la fonction cardiaque chronotrope. ‎La galanine, peptide présent et libéré dans les terminaisons nerveuses cardiaques, est capable ‎de diminuer la libération de l’acétylcholine. Notre hypothèse est d’étudier la possibilité que ‎la galanine puisse agir comme un peptide neuromodulateur inhibiteur dans les neurones du ‎SNCI chez le rat. Les oreillettes et les tissus associés du SNCI sont isolés à partir de rats ‎Sprague-Dawley et perfusés en vitro. Les valeurs de la fréquence auriculaire mesurées d’un ‎battement à l’autre sont tirées à partir d’un enregistrement bipolaire auriculaire. La perfusion ‎de la nicotine en forme de bolus (avec des concentrations dans le bain de 20-250 µm) a ‎induit des réponses biphasiques composées d’une réponse chronotrope négative au début ‎suivie d’une réponse chronotrope positive. Au cours de la superfusion de la galanine ‎‎(170 nM), les réponses chronotropes positives à la nicotine sont réduites chez 12/14 ‎préparations (contrôle : 21,35 ± 17,4 à galanine : 5,46 ± 8,0 bpm, n = 14, p = 0,02), tandis que ‎les réponses chronotropes négatives sont réduites chez 8 /14 préparations et affichent une ‎tendance générale vers la réduction (contrôle : -16,09 ± 14,7, galanine : -12,53 ± 13,2 bpm). ‎On peut conclure que la galanine agit comme un peptide neuromodulateur inhibiteur dans les ‎SNCI chez le rat, en modifiant de préférence la stimulation nicotinique de neurones ‎adrénergiques.‎ / Cholinergic and adrenergic efferent neurons of the intrinsic cardiac nervous system ‎‎(ICNS) regulate cardiac chronotropic function. Galanin, a peptide present and released in ‎cardiac nerve endings, is able to reduce the acetylcholine release. Our aim was to investigate ‎the proposition that galanin can act as an inhibitory neuromodulatory peptide in the rat ICNS. ‎Atria and associated ICNS tissues were isolated from Sprague-Dawley rats and superfused in ‎vitro. Beat to beat atrial rate measurements were derived from an atrial bipolar recording. ‎Nicotine bolus infusion (bath concentrations of 20-250 µM) induced biphasic responses ‎consisting of an early negative followed by a positive chronotropic response. During galanin ‎superfusion (170 nM), positive chronotropic responses to nicotine were reduced in 12/14 ‎preparations (control: 21.35±17.4 to galanin: 5.46±8.0 bpm, n=14, p=0.02) whereas the ‎negative chronotropic responses were reduced in 8/14 preparations and displayed an overall ‎tendency towards reduction (control: -16.09±14.7, galanin: -12.53±13.2 bpm). It is concluded ‎that galanin may act as an inhibitory neuromodulatory peptide in the rat ICNS, preferentially ‎modifying nicotinic stimulation of adrenergic neurons.‎

L'imagerie par résonance magnétique (IRM) est un outil remarquable pour le diagnostic clinique, aussi bien pour l'imagerie cérébrale que pour l'imagerie cardiaque et abdominale. En IRM cardiaque, deux problèmes sont récurrents : la non reproductibilité des cycles cardiaques et le mouvement respiratoire. L'IRM cardiaque morphologique est généralement faite avec une séquence composée d'une préparation longue, visant à annuler le signal du sang pour accentuer le contraste au niveau du myocarde, et de l?acquisition à proprement parler. Ces acquisitions sont généralement faites en mésodiastole (phase de relaxation passive du coeur) ce qui permet de satisfaire les contraintes liées à l'annulation du sang et d'éviter les problèmes liés aux non reproductibilités des cycles cardiaques car la mésodiastole est longue. Il est donc difficile de satisfaire les contraintes liées à l?annulation du sang pour faire les acquisitions en télésystole (phase où le coeur est contracté) à cause des non reproductibilités cardiaques car la télésystole est courte. Afin de passer outre ces limitations et de pouvoir acquérir ces mêmes images morphologiques en télésystole, nous proposons une nouvelle méthode adaptative qui permet à la fois de placer la fenêtre d'acquisition de manière optimale et de satisfaire les contraintes liées à l'annulation du sang. Une application de cette méthode a également été mise en place pour estimer et comparer les temps de relaxation transversale (T2) entre télésystole et mésodiastole. Pour la gestion prospective du mouvement respiratoire, le point crucial est d'estimer les mouvements en temps réel en perturbant au minimum les signaux de résonance magnétique. Pour ce faire nous proposons une méthode basée sur l'estimation paramétrique des mouvements en temps réel à partir des signaux physiologiques disponibles (ceintures respiratoires et ECG). Cette méthode a été testée et les résultats montrent son intérêt et sa fiabilité par rapport aux erreurs faites au niveau du mouvement. Une méthode de reconstruction incluant les mouvements a également été utilisée pendant ces travaux afin de faire de l'imagerie en télésystole en respiration libre et d'utiliser d'autres types de capteurs respiratoires comme certains signaux de résonance magnétique. Ainsi pendant ces travaux, des méthodes adaptatives ont été mises en place afin de mieux gérer le mouvement et de prendre en compte les spécificités de chaque patient. Ces travaux ouvrent la voie de l'imagerie par résonance magnétique adaptative pleinement fonctionnelle dans un contexte clinique / Magnetic resonance imaging (MRI) is a valuable tool for the clinical diagnosis for brain imaging as well as cardiac and abdominal imaging. In cardiac MRI, there are two challenging issues: the non reproducibility of cardiac cycles and respiratory motion. Morphological cardiac MRI is generally performed with a pulse sequence composed of a long preparation, to cancel the blood signal and thus enhance the contrast of the myocardium, and the acquisition itself. These acquisitions are performed during the mid-diastolic rest (relaxation period of the heart) to satisfy constraints to cancel the blood signal and to avoid problems linked to the cardiac non reproducibility because the mid-diastolic rest is long. Consequently, to acquire images in end-systolic rest (when the heart is fully contracted) while taking into account constraints to cancel the blood signal is not straight forward due to cardiac non reproducibility because the end-systolic rest is short. To overcome these limitations and to acquire images in end-systolic rest, a new adaptive method is introduced that allows to optimally placing acquisition windows while taking constraint for the cancellation of the blood signal into account. This method was applied to measure and compare transverse relaxation time (T2) between end-systolic and mid-diastolic rests. For prospective respiratory motion correction, the crucial point is to estimate motion in real-time without perturbing MR signal used for imaging. In order to solve this issue, a new method is introduced aiming at estimating motion parameters in real-time based on physiological signals such as respiratory bellows and ECG. This method is evaluated and results show its interest and its reliability regarding motion estimation errors. A reconstructions algorithm is also used in order to perform cardiac imaging during the end-systolic rest in free breathing and to use different kind of respiratory motion sensors such as MR signals. Hence, during this research work, several adaptive method were developed to get a better management of motion and to take into account specificity of each patient. These works open the way of fully functional adaptive magnetic resonance imaging in a clinical situation

L'imagerie par Résonance Magnétique (IRM) cardiaque est un domaine qui nécessite d'adapter la séquence au rythme du coeur, afin d'éviter le flou causé par un temps d'acquisition long devant les constantes de temps du mouvement. Ainsi, les temps séparant les impulsions radio-fréquence (RF) de la séquence sont aussi variables que les durées des cycles cardiaques sur lesquels on synchronise l'acquisition. Cela est cause d'imprécision sur l'image résultante, en particulier dans son caractère quantitatif. L'aimantation des spins n'est effectivement pas dans un état d'équilibre sur toute l'acquisition. La thèse présente deux axes principaux de recherche explorés ; le premier est une étude de l'impact de la variation du rythme cardiaque (présentée en outre dans le manuscrit) sur la mesure quantitative du temps de relaxation transversal T2. L'étude a été menée sur des objets fantômes et sur des volontaires sains. Deux méthodes de correction de la variation du rythme sont proposées, l'une basée sur la correction du signal au centre de l'espace de Fourier, l'autre basée sur une approche de reconstruction généralisée. Les résultats préliminaires sont encourageants, et des travaux ultérieurs seraient à entreprendre pour confirmer l'efficacité de ces méthodes. Ensuite, les variations temporelles du cycle cardiaque sont traitées à l'échelle d'un cycle, et nous proposons une méthode de mise en coïncidence des différents segments de l'électrocardiogramme (ECG) basée sur la déformation de l'ECG dans l'IRM probablement par effet magnétohydrodynamique. Cette méthode est mise au service de l'imagerie dans le cadre d'une séquence cinétique CINE dans laquelle une meilleure mise en correspondance des segments de cycles cardiaques successifs devrait permettre de gagner en qualité d'image, à condition d'avoir des résolutions spatiale et temporelle suffisamment fines. Les résultats apportés au cours de cette thèse sont préliminaires à de futures recherches nécessaires dans le domaine temporel de la séquence, beaucoup moins traité que le mouvement des organes / Cardiac Magnetic Resonance Imaging (MRI) requires to adapt the sequence to heart rate, so as to avoid the blur caused by the acquisition time longer than motion time constants. Thus, times between sequence radiofrequency pulses are as much variable as synchronization cardiac cycles durations. It causes imprecision on the resulting image, particularly for quantification. In fact, spins magnetization is not in a steady state during the acquisition. Two main research axis are presented in this thesis; the first one is a study of the impact of heart rate variation (described in the manuscript) on the transversal relaxation time T2 quantitative measurement. The study was lead on both phantom objects and on healthy volunteers. Two correction methods for heart rate variation are proposed, one based on the correction of the signal of the central line of the k-space, the other one based on a generalized reconstruction approach. First results are encouraging, and further works should be lead to confirm the methods efficacity. Then, heart rate variations are treated inside the cardiac cycle, and we propose a method to match the different segments of the electrocardiogram (ECG), based on the ECG deformation in the MR scanner probably due to by magnetohydrodynamic effect. This method is applied on imaging with a CINE kinetic sequence in which a better successive cardiac cycles segments matching should enable to improve image quality, at the condition to have sharp enough spatial and temporal resolutions. Results brought in this thesis are preliminary to necessary future researches in the sequence time domain, largely less addressed than organ motion

L’analyse visuelle du rythme cardiaque fœtal (RCF) est une excellente méthode de dépistage de l’hypoxie fœtale. Cette analyse visuelle est d’autre part sujette à une variabilité inter- et intra-individuelle importante. L’hypoxie fœtale au cours du travail s’exprime par des anomalies du RCF. La sous-évaluation de la gravité d’un RCF entraine une prise de risque indue pour le fœtus avec une augmentation de sa morbi-mortalité et sa surévaluation entraine un interventionnisme obstétrical inutile avec une augmentation du taux de césariennes. Ce dernier point pose par ailleurs en France un problème de santé publique.L’analyse automatisée du signal RCF permet de diminuer la variabilité inter- et intra-individuelle et d’accéder à d’autres paramètres calculés visant à augmenter la valeur diagnostique. Les critères d’analyse morphologiques du RCF (ligne de base, nombre d’accélérations, nombre et typage des ralentissements, variabilité à long terme (VLT)) ont été décrits ainsi que d’autres tels que les surfaces des ralentissements, les indices de variabilité à court terme (VCT) et les analyses fréquentielles. Il n’en demeure pas moins que la définition de la ligne de base, à partir de laquelle sont repérés les accélérations et les ralentissements reste, dans certains cas, difficile à établir.L’objectif principal de la thèse est d’établir un modèle prédictif de l’acidose fœtale à partir d’une analyse automatisée du RCF. L’objectif secondaire est de déterminer la pertinence des différents paramètres élémentaires classiques (CNGOF 2007) (fréquence de base, variabilité, accélérations, ralentissements) et celle d’autres paramètres inaccessible à l’œil (indices de variabilité à court terme, surfaces des ralentissements, analyse fréquentielle…). Par la suite, nous voulons identifier des critères de décision qui aideront à la prise en charge obstétricale.Nous proposons d’aborder l’analyse automatisée du RCF pendant le travail par l’intermédiaire d’une étude cas-témoins ; les cas étant des tracés RCF de nouveau-nés en acidose néonatale (pH artériel au cordon inférieur ou égal à 7,15) et les témoins, des tracés RCF de nouveau-nés sans acidose (pH artériel au cordon supérieur ou égal à 7,25). Il s’agit d’une étude monocentrique à la maternité de l’hôpital Saint Vincent de Paul, GHICL – Lille, sur notre base de données « Bien Naitre » (archivage numérique des tracés RCF depuis 2011), comptant un un nombre suffisant de cas sur ce seul centre. La maternité Saint Vincent de Paul (GHICL) présente depuis 2011 environ 70 cas par an d’acidose néonatale (pHa ≤ 7,10) (3,41%). Le logiciel R sera utilisé pour l’analyse statistique / Visual analysis of the fetal heart rate FHR is a good method for screening for fetal hypoxia but is not sufficiently specific. The visual morphological analysis of the FHR during labor is subject to inter- and intra-observer variability – particularly when the FHR is abnormal. Underestimating the severity of an FHR leads to undue risk-taking for the fetus with an increase in morbidity and mortality and overvaluation leads to unnecessary obstetric intervention with an increased rate of caesarean section. This last point also induces a French public health problem.FHR automated analysis reduces inter and intra-individual variability and accesses other calculated parameters aimed at increasing the diagnostic value. The FHR morphological analysis parameters (baseline, number of accelerations, number and typing of decelerations, long-term variability (LTV)) were described as well as others such as the decelerations surfaces, short-term variability (STV) and frequency analyzes. Nevertheless, when attempting to analyze the FHR automatically, the main problem is computation of the baseline against which all the other parameters are determined.Automatic analysis provides information on parameters that cannot be derived in a visual analysis and that are likely to improve screening for fetal acidosis during labor.The main objective of the thesis is to establish a predictive model of fetal acidosis from a FHR automated analysis. The secondary objective is to determine the relevance of the classical basic parameters (CNGOF 2007) (baseline, variability, accelerations, decelerations) and that of other parameters inaccessible to the eye (indices of short-term variability, surfaces of decelerations, frequency analysis ...). Later, we want to identify decision criteria that will help in the obstetric care management.We propose to validate FHR automated analysis during labor through a case-control study; cases were FHR recordings of neonatal acidosis (arterial cord pH less than or equal to 7.15) and controls, FHR recordings of neonatal without acidosis (arterial cord pH upper than or equal to 7.25). This is a monocentric study at the maternity hospital of Saint Vincent de Paul Hospital, GHICL - Lille, on our « Well Born » database (digital archiving of RCF plots since 2011), with a sufficient number of cases on this only center. Since 2011, the Saint Vincent de Paul hospital (GHICL) has had about 70 cases per year of neonatal acidosis (pHa less than or equal to 7.10) (3.41%). The R software will be used for statistical analysis.