Les malformations cardiaques congénitales sont parmi les malformations les plus communes à la naissance et la première cause de décès des nouveau-nés. La plupart des anomalies cardiaques sont visibles dans la morphologie des signaux électriques cardiaques, qui sont enregistrés par l'électrocardiographie qui semble contenir plus d'informations par rapport aux méthodes conventionnelles sonographiques. Par conséquent, l'étude non invasive des signaux cardiaques du foetus peut fournir un moyen efficace pour contrôler le bon fonctionnement du coeur du foetus et peut être utilisé pour la détection précoce des anomalies cardiaques.<br /><br />Dans les précédentes études, diverses méthodes ont été mises au point pour le traitement et l'extraction d'électrocardiogramme (ECG) du foetus, à partir des signaux enregistrés de la surface du corps de la mère. Toutefois, en raison du faible rapport signal/bruit de ces signaux, l'application d'électrocardiographie fétale a été limitée à l'analyse des battements cardiaques et à des enregistrements ECG invasifs pendant l'accouchement.<br /><br />Dans cette recherche, l'objectif est d'améliorer les méthodes de traitement du signal utilisées en cardiographie du foetus et d'apporter de nouvelles solutions à ce problème, en développant de nouvelles techniques de modélisation et de filtrage des signaux d'ECG du foetus enregistrés par un réseau d'électrodes placées sur le ventre maternel. L'idée de base derrière les méthodes développées, consiste à utiliser les informations a priori des signaux cardiaques, tels que leur pseudo-périodicité, afin d'améliorer les performances des méthodes existantes et de concevoir de nouvelles techniques de filtrage qui sont spécifiques aux signaux cardiaques. En raison du recouvrement des signaux du foetus avec les interférences/bruits dans différents domaines, les méthodes qui utilisent l'information dans un seul de ces domaines, ne réussissent pas à extraire les ECG foetaux. Par conséquent, nous proposons des méthodes de traitement qui utilisent les informations provenant de différents domaines, afin d'améliorer la qualité des signaux extraits.<br /><br />Théoriquement, les méthodes proposées sont des combinaisons de modèles morphologiques de l'ECG, de techniques de filtrage bayésienne ad hoc basées sur la théorie de l'estimation et de classes spéciales de filtres spatiaux issus du contexte de la séparation aveugle et semi-aveugle de sources. Il est montré que, en raison de la généralité des méthodes proposées, les mêmes procédures sont également applicables aux signaux ECG multicapteurs chez l'adulte, et peuvent être utilisées en temps réel dans les systèmes de surveillance cardiaque.<br /><br />En outre, les méthodes développées sont fondées sur la morphologie du signal cardiaque, sans prendre en compte les particularités de la théorie du volume conducteur et la propagation électromagnétique dans les milieux physiologiques. Par conséquent, les mêmes méthodes sont applicables à d'autres modalités de surveillance cardiaque, comme le magnétocardiogramme (MCG), qui sont morphologiquement similaire à l'ECG. En particulier, nous présentons une étude de cas sur l'extraction des signaux MCG de jumeaux.<br /><br />Nous présentons également une technique originale de déflation, qui vise à séparer les sous-espaces formés par les signaux d'intérêt dans des mélanges sous-déterminés. Cette idée s'avère très performante et débouche sur des applications diverses dans d'autres contextes.

Ce travail a été réalisé en cotutelle entre l'Université Nationale de Technologie de Ternopil Ivan Pul'uj (TNTU, Ukraine) et l’Université Blaise Pascal (France). Il appartient au domaine scientifique de la biomécanique et de l'informatique. Le but de l'étude est de développer les modèles et les méthodes de traitement des signaux biomécaniques cardiaques par les systèmes de diagnostic assisté par ordinateur avec une précision accrue, informativité et de la complexité de calcul inférieure. La méthode d'analyse statistique du rythme cardiaque a été mise au point. Cette méthode possède une plus grande précision et informativité par rapport aux méthodes connues d'analyse du rythme cardiaque. Dans cette thèse, le logiciel existant de l'analyse des signaux cardiaques biomécaniques a été améliorée par l'ajout de nouveaux modules logiciels, qui mettent en œuvre les nouvelles méthodes de l'analyse du rythme cardiaque et de l'analyse morphologique des signaux cardiaques biomécaniques. / This work has been performed under the co-tutelle agreement between Ternopil Ivan Pul’uj National Technical University in Ternopil (TNTU, Ukraine) and the University Blaise Pascal in Clermont-Ferrand (France). It belongs to the scientific field of biomechanics and informatics. The aim of the study is to develop the mathematical models and methods of the processing of biomechanical heart signals in computer-based diagnostic systems with increased accuracy, informativeness and lower computational complexity. The method of statistical analysis of heart rhythm was developed, which is characterised by higher accuracy and informativeness compared with the known methods of heart rhythm analysis. In this thesis, the existing software of the analysis of biomechanical heart signals was improved by means of adding new software modules that implement the new methods of the analysis of heart rhythm and morphologic analysis of biomechanical heart signals.