La robotique chirurgicale vise à rendre les gestes du chirurgien plus précis et moins invasifs. La complexité d’une salle d’opération conduit à rechercher des dispositifs robotiques aussi compacts que possible et pouvant être facilement stérilisés. Une conception robotique basée sur l’emploi de mécanismes compliants à structures monolithiques et d’actionneurs piézoélectriques est particulièrement intéressante sur ce point. Des travaux précédents conduits au laboratoire ont permis de proposer un dispositif robotique pour le pontage coronarien qui facilite la réalisation des gestes minimalement invasifs sur cœur battant. Ce dispositif répond au besoin médical mais manque aujourd’hui de la compacité souhaitée pour une intégration optimale. À partir du cas d’application où nous cherchons à réduire la taille du dispositif de compensation, nous nous intéressons, dans cette thèse, aux problématiques de conception de mécanismes compliants à fortes contraintes d’intégration. Nous étudions d’abord la possibilité d’intégrer le dispositif de compensation directement dans la tige du stabilisateur cardiaque passif. Puis, nous étudions la possibilité de réduire la taille du dispositif de compensation en amont, en explorant les possibilités de réaliser des mécanismes dans un plan. Nous avons notamment proposé une méthode originale de conception de mécanismes compliants plans à partir de l‘analyse des singularités de mécanismes à architectures parallèles en configuration plane. Afin d’optimiser les différents mécanismes très contraints par les volumes imposés, une méthode originale d’optimisation à base d’un algorithme de colonie de fourmis est employée. / Surgical robotics helps to increase the surgeon’s accuracy and limits the invasiveness of the surgery. The complexity of an operation room implies to design surgical devices that are as compact as possible and that can be easily sterilized. One interesting design approach is to combine compliant mechanisms, which have a monolithic structure, and piezoelectric actuators. Based on this approach, a robotic device for minimally invasive coronary artery bypass grafting has been proposed previously in our laboratory. This device successfully helps to increase the stabilization of the heart surface during the surgery but its compactness needs to be increased for an optimal integration in the operation room. Based on the need to reduce the compensation mechanism of this device, the problem of the design of compliant mechanisms with strong integration constrains is studied in this PhD thesis. First, the possibility to integrate the compensation mechanism directly in the shaft is considered. Then, the possibility to reduce the compensation mechanism at the end of the shaft by considering an assembly of planar manufactured structures is considered. Among the contributions, we propose an original design method based on the analysis of singularities of parallel manipulators in planar configuration. We also propose an original optimization method based on ant colony optimization in order to optimize the compliant architectures proposed in this work.

Cette thèse consiste à explorer une nouvelle approche pour la simulation d'objets flexibles par la mécanique des milieux continus, dans le cadre d'applications graphiques interactives telles que le jeu vidéo ou l'entraînement aux gestes chirurgicaux. Elle s'inscrit en continuité d'un stage de M2-R sur ce même sujet. Il est important de pouvoir régler simplement un compromis entre précision et temps de calcul suivant la nature de l'application. Les approches actuelles de simulation utilisent principalement la méthode des éléments finis. Celle-ci repose sur un maillage volumique des objets qu'il est souvent difficile d'adapter dynamiquement aux besoins de l'application. La nouveauté introduite par cette thèse est d'utiliser des repères déformables comme primitives cinématiques, avec des champs de déplacements inspirés des méthodes de 'skinning' utilisées en informatique graphique. Le but est d'éviter ainsi les difficultés liées au maillage volumique, ainsi que de faciliter le raffinement et la simplification adaptatives par simple ajout ou suppression de repère déformable là où c'est souhaitable. Ce travail est financé par le projet européen 'Passport for Virtual Surgery', dont le but est de créer automatiquement des modèles physiques pour l'entraînement aux gestes de chirurgie hépatique, à partir de données médicales et anatomiques personnalisées. Dans ce contexte, Guillaume, en collaboration avec d'autres membres du projet, mettra en place les outils nécessaires pour construire la scène physique à partir d'images médicales segmentées et de connaissances anatomiques génériques. Le foie sera dans un premier temps représenté par des modèles physiques précédemment développés à EVASION et étendus aux opérations de découpe. Par la suite, il y appliquera son nouveau modèle mécanique basé sur des repères déformables. The aim of this thesis is to develop a new approach for the simulation of flexible objects based on the continous middle method, related with interactive graphics applications such as video games or training in surgery. It is a continuity of the M2 research internship on the same topic. It is important to simply settle a compromise between accuracy and time computing according to the application. Current simulation approaches mainly use the finite element method, which is based on a volumetric mesh of the simulated objects. It is often difficult to dynamically adapt the needs to the application. The novelty of this thesis is to use deformable reference frames as kinematic primitives, with displacement fields based on 'skinning' methods used in computer graphics. The aim is to avoid the difficulties associated with volumetric mesh, and make the refinement and the adaptive simplification easier by adding or deleting deformable reference frames if necessary. This work is funded by the European project 'Passport for Virtual Surgery', which aims to automatically create models for physical training in gestures of liver surgery, from medical and anatomical custom data. In this context, Guillaume, in collaboration with other members of the project, will develop the tools necessary to build the physical scene from segmented medical images and generic anatomical knowledge. The liver will initially be represented by physical models previously developed in the EVASION team and then extended to cutting operations. Thereafter, Guillaume will apply his new mechanical model based on deformable reference frames. / Physically based deformable models have become ubiquitous in computer graphics. It allow to synthetize real behaviors, based on the physical laws from continuum mechanics. In this thesis, we focus on interactive simulations such as to video games or surgical simulators. The majority of the existing works focused up to here on the animation of objects made of homogeneous materials. Nevertheless, plenty of real objects, for instance like the biological structures, consist of multiple imbricated materials. Their decomposition in homogeneous zones requires a high-resolution spatial discretization to solve the variations of the material properties, which requires prohibitive computation time. In this context, we present new real time simulation techniques for deformable objects which can be cut. First of all, we present a real time method for cutting deformable objects in which, contrary to the previous methods, the object deforms on the cutting tool contact and cuts occur only when the pressure reaches a certain level. The independence of the physical, collision and visual models makes the topological changes easier. The GPU computing and local modifications enable fast execution. Then, a dynamic meshless method is described, which uses reference frames as control nodes instead of using points, with a displacement field formulation similar to skinning. It allows to easily tune the weights and benefits from the rigor of physical methods as the finite elements. The introduction of integration points, reducing the samples number by a least squares approximation, speeds up the spatial integrations. Other pre-computations are proposed in order to speed up the simulation time. Finally, new anisotropic shape functions are defined to encode the variations of material properties thanks to the introduction of the compliance distance. These complex shape functions uncouple the material resolution of the displacement functions ones. It allow an extremely sparse nodes sampling. The use of the compliance distance allows an automatic nodes distribution with regard to the material properties.

Les chirurgiens orthopédistes utilisent actuellement des guides de coupes adaptés à chaque patient afin d’effectuer l’opération d’arthroplastie totale du genou. Notamment, l’intervention chirurgicale est préparée grâce à des outils de planification où le chirurgien peut manipuler des images virtuelles du patient, construites à partir d’une imagerie médicale préopératoire. Des points de repère anatomiques permettent d’effectuer plusieurs mesures sur la jambe virtuelle afin de contrôler le positionnement des guides de coupes personnalisés par rapport aux modèles 3-D des os du genou. Nous proposons une méthode multi-atlas pour le positionnement automatique des points anatomiques pré-définis sur les maillages surfaciques modélisant le fémur et le tibia du patient. Nous exploitons un groupe d’atlas (exemples expert) constitué de plusieurs maillages triangulaires pour lesquels les points anatomiques définis ont été placés par des experts. Nous transférons les points anatomiques d’un exemple expert vers le maillage patient à travers le calcul d’un recalage global initial avec l’algorithme Iterative Closest Point (ICP) où une contrainte de courbure est utilisée en tant que dimension supplémentaire de façon à améliorer la robustesse du recalage. Des recalages locaux rigides permettent d’affiner l’adaptation pour la projection des points anatomiques sur la surface du maillage patient. Après avoir traité le maillage patient avec le groupe d’atlas, nous générons une position définitive pour chaque point de repère anatomique en utilisant une sélection automatique du jeu des meilleurs points transférés. Nous avons développé un environnement informatique accessible via internet pour la construction des modèles 3-D des os du genou du patient. Notre méthode de positionnement automatique des points de repère anatomiques est mise en œuvre sur ce système. Nous comparons notre positionnement automatique avec le positionnement manuel par des opérateurs expérimentés ainsi qu’avec des résultats rapportés dans les travaux des publications scientifiques du domaine. / Nowadays, orthopedic surgeons utilize patient-specific systems based on custom cutting guides for total knee arthroplasty. Particularly, the chirurgical operation is prepared by using planning tools where the surgeon can manipulate virtual images of the patient, built from pre-surgical medical images. Identified anatomical landmarks provide various measurements on the virtual lower limb allowing to control the positioning of the cutting guides relative to the 3-D models of the knee bones. We propose a multi-atlas method for the automatic positioning of the pre-defined landmarks on the surface of the models of the femur and the tibia of the patient. We exploit a group of atlases (expert examples) consisting of multiple triangular meshes for which the defined landmarks have been placed by experts. We transfer identified landmarks from an expert example to the patient mesh by computing an initial coarse global registration with an Iterative Closest Point (ICP) algorithm where a curvature constraint serves as a supplementary dimension in order to improve robustness. Adaptive local rigid registrations refine the fit for the projection of reference landmarks onto the surface of the patient mesh. After the patient mesh has been processed with the group of atlases, we compute a definite position for each landmark using an automatic selection of a set of best transferred landmarks. We developed a Web framework for the construction of the 3-D models of the bones of the patient. Our positioning method is implemented in this system. We compare our positioning method against the manual positioning of trained operators and against the results of published scientific works on the domain.

Différentes techniques de chirurgie mini-invasive permettent aujourd’hui d’effectuer les procédures d'ablation de tumeurs. La cryochirurgie est une de ces techniques et fonctionne grâce à une technique de décompression très rapide de l'argon à l’extrémité d’une sonde en forme d'aiguille. La planification pré-opératoire de ce type d’intervention est très difficile pour le chirurgien, qui doit se représenter mentalement la disposition finale des aiguilles par rapport à la position des structures anatomiques complexe. Une sur-ablation ou une sous-ablation peuvent entraîner des complications donc, devant le besoin crucial d'une telle planification, dans cette thèse nous nous sommes concentrés sur la planification pré-opératoire automatisée de la cryochirurgie,avec les objectifs de assister le chirurgien grâce à une prédiction plus réaliste des zones d'ablation et proposer automatiquement un placement d'aiguille avec un risque minimal pour le patient dans un délai acceptable pour une utilisation en salle d'opération. / There exist several minimally invasive techniques to perform tumor ablation procedures.Cryosurgery is one of these techniques and works by decompressing very rapidly the argon gas through a needle-like probe. It is hard for the surgeons to imagine final results and plan the surgery in advance in a complicated anatomical environment. Over-ablation or under ablation may result in complications during the treatment. So, due to a crucial need for having such a planning tool, in this thesis we focused on an automated pre-surgical planning for cryosurgery with goals to support the physician by utilizing a more realistic prediction of ablation zones and proposing a needle placement setup with a close to minimum risk to the patient and an optimal coverage of the tumor by the iceball in an acceptable time for the use in the operation room.

Contexte: Les bénéfices associés à l’utilisation de sujets cadavériques en enseignement médical sont bien documentés et la maîtrise des dernières techniques endovasculaires est essentielle à la pratique quotidienne des chirurgiens vasculaires. Notre étude démontre la faisabilité d’élaborer un modèle cadavérique humain avec perfusion artério-veineuse antérograde pulsatile et chauffée pour une simulation endovasculaire fiable et reproductible. Méthodes: La canulation de sept sujets cadavériques conservés en solution saturée en sel a été réalisée pour permettre une perfusion centrale gauche-droite avec une solution chauffée, de l’aorte ascendante vers l’oreillette droite. Pour ce faire, nous avons utilisé des fistules artério-veineuses carotido-jugulaire et fémoro-fémorale créées chirurgicalement. Une pulsatilité de plus de 4.5 litres par minutes a été atteinte grâce à un prototype de pompe abordable conçue par des ingénieurs biomédicaux. La pression artérielle invasive et la température étaient contrôlées. Des séances de formation pour des procédures endovasculaires aortiques et des manipulations chirurgicales ouvertes ont été réalisées avec ce modèle. Résultats: Une perfusion cadavérique efficace a été possible pendant plusieurs heures, non seulement par voie artério-artérielle mais aussi avec une circulation artério-veineuse. La pression artérielle et les températures in situ ont reproduit fidèlement les fonctions vasculaires pour offrir des conditions similaires à la réalité. Ce nouveau modèle a permis de réaliser avec succès la mise en place d’une endoprothèse aortique thoracique (TEVAR), l’insertion d’un stent à l’artère sous-clavière gauche, et une simulation de la prise en charge chirurgicale ouverte d’une hémorragie sur traumatisme vasculaire. La méthode de conservation en solution saturée en sel et une pompe spécialement conçue ont amélioré la compétitivité des coûts. Conclusion: La simulation endovasculaire sur des sujets cadavériques, optimisée grâce au système de perfusion pulsatile et chauffé, peut être un complément dynamique à la formation chirurgicale et pour se familiariser avec de nouveaux instruments. Cet outil pédagogique reproductible pourrait trouver sa place dans tous les programmes d’enseignement chirurgical. / Abstract Background: The benefits of using cadaveric human subjects in surgical training are well documented and knowledge of the latest endovascular techniques is essential in the daily practice of vascular surgeons. Our study demonstrates the feasibility of developing an affordable human cadaveric model, with pulsatile and heated antegrade perfusion, for reliable and reproducible endovascular or surgical simulation. Methods: Cannulation of seven saturated-salt-solution embalmed human cadavers was undertaken to create a left-to-right central perfusion with a heated solution, from the ascending thoracic aorta to the right atrium. To that end, we used surgically created carotido-jugular and femoro-femoral arteriovenous fistulas. Pulsatile flow rate greater than 4.5 liters per minute was achieved with an affordable prototype pump designed by biomedical engineers. Invasive blood pressure and temperature were monitored. Training for endovascular thoracic aortic procedures and open vascular surgeries was performed using this model. Results: Effective cadaveric perfusion was achieved for several hours, not only with an arterio-arterial pathway but also with arteriovenous circulation. The arterial pressures and in situ temperatures accurately restored vascular functions for life-like conditions. This new model made it possible to successfully perform thoracic endovascular aortic repair (TEVAR), subclavian artery stenting, and simulation of abdominal open vascular trauma management. The saturated salt solution method and a specifically designed pump improved cost competitiveness. Conclusion: Endovascular simulation on human cadavers, optimized with the pulsatile and heated perfusion system, can be a dynamic adjunct for surgical training and familiarization with new devices. This reproducible teaching tool could be relevant in all surgery programs.

La douleur est une expérience multidimensionnelle comportant des aspects sensoriels, émotionnels et cognitifs. Théoriquement, des méthodes de mesures comportementales, physiologiques, neurophysiologiques et sensorielles peuvent quantifier la douleur. Peu d’études ont étudié la validation des mesures utilisées en médecine vétérinaire. La recherche combine les travaux de Maîtrise et de Doctorat, traite en partie de la validité de méthodes. Dans cet objectif, nos travaux de recherche étudiaient la validité de méthodes comportementales, physiologiques et neurophysiologiques usuelles pour la mesure de la douleur en comparant les expressions de douleur (vache et chien) chez des animaux contrôle par comparaison à des animaux sous analgésie préventive ou sous traitement curatif suivant une douleur induite par chirurgie (modèles de douleur viscérale bovine ou orthopédique canine) ou causée par une maladie naturelle (arthrose canine). Une première étude comparait les mesures de la douleur entre les vaches du groupe placebo et celles sous analgésie postopératoire sur une durée de 21 jours suivant l’induction d’une douleur viscérale chronique. Les vaches du groupe placebo ont présenté une plus forte sensibilité à la douleur et une diminution de la noradrénaline et de la transthyrétine mesurées dans le liquide cérébro-spinal, une diminution de l’activité motrice (AM) (moindre que dans les groupes avec analgésie), de l’agitation enregistrée par vidéo-analyse et une augmentation du stress selon la mesure de l’activité électrodermique (AED). Les méthodes d’intérêt identifiées étaient les marqueurs spinaux, la mesure de la sensibilisation, de comportements par vidéo-analyse et de l’AM par bio-télémétrie. En utilisant des méthodes semblables à celles précédemment décrites, deux études expérimentales de douleur orthopédique ont été réalisées afin de comparer les réponses à la douleur entre des chiens traités avec une analgésie préventive (opioïdes et anti-inflammatoires, étude #2) ou un biphosphonate (tiludronate, étude #3) par comparaison à des chiens contrôles. Seules les échelles de douleur étaient différentes entre les études de recherche. Pour l’étude #2, les ii chiens sous analgésie ont présenté de plus faibles scores de douleur mesurés avec l’échelle de douleur nommée 4A-VET et ceci simultanément à une faible réponse de l’AED une heure après la chirurgie de trochléoplastie. La fréquence du comportement spontané de ‘la marche avec plein appui de la patte opérée’ mesurée à l’aide de la vidéo-analyse augmentait chez les chiens sous analgésie préventive 24 heures après la chirurgie. L’étude #3 démontrait surtout l’apparition de sensibilisation centrale (à la fois par l’évaluation sensorielle quantitative et les marqueurs spinaux) chez les chiens contrôle, 56 jours après l’induction d’arthrose chirurgicale. Ainsi, les chiens traités avec le tiludronate ont présenté une différence sur la substance P et la transthyrétine cérébro-spinale, une diminution de la sensibilisation périphérique, plus d’appui de la patte opérée lors de la marche selon la mesure du pic de force verticale (PFV), une augmentation de la fréquence de ‘la marche avec plein appui de la patte opérée’. La sensibilisation centrale était associée à la diminution de PFV, et une augmentation de l’AED et du comportement spontané de ‘la marche avec plein appui de la patte opérée’. Pour l’étude #4, la validité et la sensibilité des méthodes ont été évaluées dans une condition d’arthrose naturelle chez des chiens traités avec une diète enrichie en moule verte, un produit ayant des effets anti-inflammatoires et chondroprotecteurs attendus. Les chiens traités présentaient une diminution des scores de douleur via l’échelle nommée CSOM, une augmentation de PFV et une augmentation de l’AM. Dans l’ensemble, les résultats confirment que la vidéo-analyse évaluait la douleur de façon objective et pour des modèles différents de douleur et les marqueurs spinaux sont prometteurs. Le PFV était spécifique de la douleur orthopédique. La sensibilisation était présente lors de douleur pathologique. L’AED n’est pas valide pour la mesure de la douleur. La baisse d’AM suggèrerait un comportement de douleur. Les études étaient exploratoires pour les échelles de douleur en raison de leur niveau (débutant) de développement et du manque d’informations sur les qualités métrologiques de ces mesures. / Pain is a multidimensional experience involving sensitive, emotional and cognitive components. Theoretically, there are multiple methods by which pain can be assessed including sensitive, behavioural, physiological, or neurophysiological measurements. However, little work has been done to validate these measurements in veterinary medicine. The presented research program including both Master and Doctorate works was intended to address partially this paucity of research. For this purpose, our work would validate some behavioural and physiological methods of pain assessment by contrasting pain expressions (cows and dogs) in painful animals (negative control) and animals treated with preventive analgesic or curative treatment following surgery-induced (bovine visceral and canine orthopaedic models) pain or natural occurring disease (osteoarthritis in dog). A pain study was first conducted to compare measurements of placebo treated-cows with postoperative analgesic treated-cows during 21 days following surgical induction of sustained visceral pain. Placebo treated-cows were found to have increased pain sensitization and decreased concentration of cerebrospinal fluid noradrenaline and transthyretin, less motor activity (but higher than in analgesic groups), more restlessness recorded with video-analysis and increased partially stress with measurement of electrodermal activity (EDA). This first study allowed a selection of methods of interest for pain evaluation including spinal biomarkers, measurement of sensitization, behavioural recording with video-analysis and motor activity with biotelemetry. Therefore, two canine pain experiments, with use of similar methods of pain assessment presented above, were performed to compare responses to pain between preventive analgesics treated-dogs (opioids and anti-inflammatory drug, study #2) or a bisphosphonate (tiludronate in study #3) with placebo-treated dogs. Only the pain scales were different among the projects. For project #2, analgesic treated-dogs were found to have lower pain scores measured with the so-called 4A-VET postoperative pain scale while simultaneously exhibiting reduction of EDA response up to 1 hour following trochleoplasty. In addition, the occurrence rate of the spontaneous behaviour ‘Walking with full weight bearing of the operated leg’ recorded with video-analysis, was higher in analgesic treated-dogs when compared with the placebotreated dogs at 24 hours post trochleoplasty. The pain study #3 was then conducted and demonstrated central sensitization (assessed with quantitative sensory testing and spinal biomarkers) in all control dogs at 56 days post induction of the canine osteoarthritis pain model. Nevertheless, tiludronate treated-dogs were found to have different spinal biomarkers (substance P and transthyretin), decreased peripheral sensitization, more peak vertical force (PVF), which is a kinetic gait parameter, and increased occurrence rate of ‘Walking with full weight bearing of the operated leg’. Interestingly, the central sensitization was associated negatively with PVF and positively with both EDA and ‘Walking with full weight bearing of the operated leg’. Finally, a fourth pain study was conducted to examine whether some of the methods performed validity and sensitivity in clinical condition with osteoarthritic dogs. For this purpose, osteoarthritic dogs were treated with a green-lipped mussel enriched-diet, having both anti-inflammatory and chondroprotective expected activities. The treated-dogs were found to have low pain scores measured with the pain scale for owner named CSOM, increased PVF and motor activity. Indeed, CSOM scores were associated with both PVF and motor activity. Taken together, the results suggest that video-analysis would assess pain expression through objective, predictive and unique evaluation whatever the species or the model, whereas spinal biomarkers are promising. The PVF changes were related to orthopaedic pain. Sensitization appeared to be common to the pathological pain pattern. The EDA was not validated for pain assessment in animals. Decreased motor activity is pain suggestive. Psychometric evaluation of the pain scales remained only exploratory at this (early) stage of development and knowledge of the present pain scales.

Dans le cadre de l’évaluation pré-chirurgicale de patients épileptiques, il est impératif de déterminer la spécialisation hémisphérique du langage, ainsi que de localiser les aires du langage au sein de cet hémisphère. De nouvelles méthodes d’évaluation non- invasives doivent être mises au point afin de diminuer les risques associés aux méthodes plus invasives telles que le test à l’amobarbital intracarotidien (TAI). L’objectif principal de cette thèse est donc de développer un protocole d’évaluation pré-chirurgicale alternatif et non-invasif à l’aide de la magnétoencéphalographie (MEG) pour la latéralisation et la localisation du langage, incluant la mémoire verbale qui serait éventuellement accessible à une population pédiatrique francophone épileptique. L’article 1 présente une recension de la littérature résumant les différentes études en MEG ayant pour objectif l’évaluation pré-chirurgicale du langage. Trente-sept articles en MEG ont été analysés pour déterminer quelles tâches permettaient d’obtenir les meilleurs résultats de latéralisation intrahémisphérique et de localisation du langage pour l’évaluation du langage réceptif et expressif chez des sujets neurologiquement sains et épileptiques. Parmi les tests retenus, l’épreuve de reconnaissance de mots permet d’évaluer le langage réceptif et la mémoire verbale, tandis que des épreuves de fluence verbale telles que la génération de verbes permettent d’évaluer le langage expressif de façon à obtenir de très bons résultats. L’article 2 a permis de valider un protocole auprès de sujets neurologiquement sains à l’aide des épreuves identifiées dans l’article 1. Le protocole utilisé comprend une tâche de langage réceptif et de mémoire verbale (une épreuve de reconnaissance de mots) et une tâche de langage expressif (une épreuve de fluence verbale). Suite à la validation du protocole à l’aide d’analyses par composantes principales, les épreuves ont été administrées à un groupe de patients épileptiques. Les index de latéralité et les analyses de sources i révèlent que la MEG permet de localiser et de latéraliser les fonctions langagières et pourrait donc être utilisée comme méthode d'évaluation du langage lors de l'évaluation pré- chirurgicale auprès de patients épileptiques. Toutefois, alors que l’épreuve de mémoire verbale a permis d’obtenir les meilleurs résultats auprès de l’ensemble des participants, l’épreuve de fluence verbale n’a fourni des informations supplémentaires que chez un seul patient et chez aucun participant neurologiquement sain. En résumé, les deux articles de cette thèse démontrent le potentiel clinique de la MEG pour l’évaluation pré-chirurgicale de patients souffrant d’une épilepsie réfractaire. / It is imperative to determine hemispheric dominance of language and to localize language areas in this hemisphere as part of the presurgical evaluation of epileptic patients. New non-invasive evaluation methods should be developed to reduce the risks associated with more invasive methods such as the intracarotid sodium amobarbital procedure (ISAP). The main objective of this dissertation is to develop an alternative non-invasive presurgical evaluation protocol using magnetoencephalography (MEG) to determine the lateralisation and localization of language and verbal memory that would eventually be accessible to a French-speaking paediatric population suffering from epilepsy. Article 1 is a literature review summarizing MEG studies on the presurgical evaluation of language. Thirty-seven articles were analyzed to determine which tasks allow to obtain the best results with regards to language lateralization and localization with MEG in the assessment of receptive and expressive language in neurologically healthy individuals as well as epileptic patients. We conclude that the word recognition task is well suited to assess receptive language and verbal memory, while a verbal fluency task, such as the verb generation task allows the assessment of expressive language with very good results. Article 2 allowed the validation of a language protocol with neurological healthy participants based on the tasks identified in article 1. The protocol included a task evaluating receptive language functions and verbal memory (word recognition task) and a task evaluation expressive language (verbal fluency). After having validated the tasks using principal component analysis, they were administered to a group of patients with epilepsy. Laterality findings and source analysis showed that MEG can be used to lateralize and localize language and could therefore be used in the presurgical assessment of patients with epilepsy. However, the verbal fluency task, when compared to the verbal memory task, provided additional information for only one patient and in none of the neurologically healthy participants. In summary, the two articles of this dissertation demonstrate the clinical potential of MEG for the presurgical evaluation of patients with refractory epilepsy.

L'objectif principal de cette thèse est de développer une nouvelle interface pour la simulation des procédures de chirurgie mini-invasive. L'interface développée introduit les modalités visuelle, haptique et thermique pour les futures générations de simulateurs et de robots chirurgicaux. La particularité de cette recherche réside dans l'utilisation de la stimulation thermique dans une perspective d'application pour la chirurgie. Dans ce cadre, plusieurs modèles de transfert de chaleur ont été développés, implémentés et évalués pour des applications de téléprésence et de réalité virtuelle. Des sensations intéressantes ont été enregistrées, ce qui a une conséquence directe sur la capacité de distinguer entre des objets dans l'environnement et particulièrement dans le domaine médical où la sensation thermique est en corrélation avec la présence d'anomalies dans certaines maladies. Un nouveau dispositif haptique est conçu et réalisé en analysant les tâches chirurgicales en termes de dextérité, d'espace de travail, de force et de couple exigés. Nous avons tenu compte des exigences générales de conception mécaniques des interfaces haptiques à partir de ce qui a été établi dans la littérature de l'haptique. Le dispositif complet a été interfacé avec un logiciel de simulation en réalité virtuelle (SOFA). Nous avons intégré dans SOFA le module nécessaire pour la simulation thermique. L'intégration était réussie et un scénario de simulation réaliste avec le retour d'information visuel que thermique a été réalisé. Des résultats préliminaires utilisant la simulation complète sont présentés.

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L’endométriose est définie comme la présence de tissu endométrial et de stroma en dehors de la cavité utérine. Ses localisations les plus fréquentes sont le péritoine pelvien et les ovaires. L’endométriose infiltrante est classiquement décrite comme la présence de tissu endométriotique plus de cinq millimètres sous le péritoine pelvien ou la séreuse d’un organe. Histologiquement il s’agit d’une lésion endométriotique mais qui contrairement aux lésions ovariennes ou péritonéales contient significativement plus de muscle lisse et de fibrose et est davantage associée à la douleur. Les lésions infiltrantes peuvent être responsables de dysménorrhée, dyspareunie profonde et douleurs pelviennes chroniques sévères ayant un charactère hyperalgique tel qu’on peut le retrouver dans les douleurs neuropathiques. Ces douleurs nécessitent souvent la prise de quantités importantes d’antalgiques et ont des répercussions importantes sur la vie professionnelle, quotidienne et sexuelle des femmes atteintes. L’endométriose infiltrante présente un rapport histologique étroit avec les structures nerveuses du rétropéritoine ou les nerfs des organes atteints. Dans sa localisation rectovaginale il existe une relation histologique étroite entre les lésions d’endométriose et les nerfs ainsi qu’une correlation entre l’intensité de la douleur et le nombre de structures nerveuses envahies par l’endometriose ou engaînées dans la fibrose. Ces lésions infiltrantes expriment le «nerve growth factor» (NGF), une neurotrophine qui joue un rôle clé dans la genèse de l’hyperalgie et de la douleur. Les structures nerveuses du rétropéritoine pelvien expriment quant à elles le récepteur spécifique pour la neurotrophine NGF. Le système «NGF-récepteur spécifique» peut être responsable d’un chimiotactisme tissulaire entre les tissus sécrétant du NGF et les nerfs qui expriment le récepteur pour le NGF. Le système «NGF- récepteur spécifique» au sein de la relation endométriose-nerfs pourrait rendre compte du caractère hyperalgique des lésions endométriotiques infiltrantes ainsi, qu’expliquer pourquoi les lésions nodulaires n’apparaissent que dans les sites anatomiques richement innervés (ligaments utérosacrés, lame rectovaginale, paroi du rectum ou du côlon…) et pas ailleurs. Le traitement de première intention est chirurgical. Il convient d’être suffisamment agressif sur les lésions tout en engendrant le moins de séquelles postopératoires possibles sachant que nombre de ces femmes sont stériles. En cas d’atteinte digestive basse, les modalités de l’intervention sont dictées par l’extension et le degré d’infiltration de la paroi digestive. Dans le but de réaliser dans la majorité des cas une chirurgie minimalement invasive (laparoscopique) avec des cicatrices de petites tailles, nous avons développé une stratégie de traitement basée sur le degré d’infiltration de la paroi digestive. Dans ce cadre nous avons développé une technique laparo-assistée de résection colique segmentaire et de résection antérieure du rectum. / Doctorat en sciences médicales / info:eu-repo/semantics/nonPublished