Cette thèse décrit la conception et l'évaluation de systèmes robotiques de ponctions percutanées d'aiguilles guidés par imagerie médicale. Les ponctions percutanées d'aiguilles sont devenues de plus en plus communs dans la diagnostique et le traitement d'un assortiment de maladies humaines. Des exemples d'interventions fréquentes sont les biopsies, les ablations de tumeurs par radiofréquence, la cryothérapie, le drainage et la curiethérapie, entre autres. Le couplage de l'imagerie médicale avec l'insertion d'une aiguille donne suite à un nombre de difficultés pour le clinicien, tels que l'alignement précis de l'aiguille à la trajectoire planifiée dans l'image, la réalisation de trajectoires complexes et hors-plans difficiles à visualiser, et la compensation du mouvement et déformation des tissus mous. La robotique peut être utilisé pour assister à ces procédures pour simplifier les défis et potentiellement améliorer leur précision, leur bénéfices cliniques et leurs taux d'inclusion. Cette thèse expose les défis techniques et cliniques auxquels il faut faire typiquement face pendant la conception et l'évaluation de tels robots de ponction, tout en restant sur les aspects qui les différentient d'autres robots médicaux. Une revue de l'état de l'art est utilisé pour décrire ces défis et pour présenter les divers solutions déjà proposés pour leur faire face. Sur cette base, deux tels systèmes robotiques, développés pendant cette thèse, sont décrits en détail, donnant ainsi des exemples concrètes des nombreuses contraintes imposés dans le cadre de ponctions d'aiguilles guidés par imagerie médicale. Le premier système, s'appelant PROSPER, est dédié aux interventions prostatiques transpérinéales guidés par imagerie ultrasonique, en particulier la curiethérapie. Le robot est fixé à la table chirurgicale et une sonde échographique 3D transrectale lui est rigidement relié, permettant ainsi un calibrage préopératoire entre l'espace du robot et l'espace image. Le protocole développé pour ce système inclue un recalage écho-écho peropératoire pour compenser le mouvement et la déformation de la prostate pendant l'insertion des aiguilles. Ce chapitre expose les défis d'un système qui n'est pas physiquement présent dans l'espace de l'image et qui tient en compte le divers contraintes intrinsèques à l'environnement des tissus mous. Le deuxième système s'appelle LPR et est destiné à la radiologie interventionnelle des régions thoraciques et abdominopelviennes, sous guidage TDM et IRM. Il est fixé sur le corps du patient et positionne et insère une aiguille selon une trajectoire et visant une cible choisis par le radiologue dans l'image. Le robot est calibré à l'image en peropératoire par moyens de mires multimodales incorporés dans la structure du robot. Il est entièrement compatible avec les deux modalités d'imagerie en terme de qualité d'image et contraintes de taille. Par rapport au robot PROSPER, ce chapitre montre comment la présence du robot dans l'espace de l'image donne suite à un nombre d'autres défis qui doivent être considérés pour permettre son acceptabilité clinique. Dans les descriptions des deux systèmes, l'accent est mis sur les solutions innovantes mises en place dans le but de fournir des vrais bénéfices cliniques aux patients ainsi qu'aux cliniciens. Des prototypes de chaque système ont été développés et évalués sur des fantômes synthétiques en termes de leur précision et compatibilité préclinique. / This thesis describes the design and evaluation of robotic systems for medical image guided percutaneous needle interventions. Percutaneous needle interventions have become increasingly more common in the diagnosis and treatment of a variety of illnesses in the human population. Examples include biopsies, radiofrequency ablation, cryotherapy, abscess drainage, and brachytherapy, amongst others. The coupling of medical imaging to the insertion of a needle raises a number of difficulties for the physician, such as accurately aligning the needle to the planned trajectory in the image, realizing complex out-of-plane trajectories that are difficult to visualize and compensating for soft tissue motion. Robotics can be used to assist these procedures and simplify these challenges, potentially resulting in more accurate procedures, better clinical outcomes and greater patient eligibility. This thesis outlines the technical and clinical challenges typically faced during the design and evaluation of such needle insertion robots. Focus is given primarily to the aspects which differentiate needle insertion robots from other medical robots. A review of the state of the art is used to describe these challenges and to present some of the solutions that have been proposed to face them. On this basis, two such robotic systems, developed during this thesis, are described in detail, providing concrete examples of the variety of design constraints imposed in a medical image guided needle insertion setting. The first system, called PROSPER, is for ultrasound(US)-guided transperineal prostate interventions, in particular brachytherapy. It is mounted to the surgical table and a 3D transrectal US probe is rigidly connected to it, allowing one-time pre-operative calibration between the image and the robot coordinate spaces. The protocol developed for this system includes intra-operative US-US registration in order to compensate for prostate motion and deformation during insertion. This chapter exposes the challenges of a system that is not physically present in the imaging space and that takes into account the various constraints inherent to a soft tissue environment. The second system, called the LPR, is for thoracic and abdominopelvic interventional radiology procedures under CT and MRI guidance. It is mounted on the patient's body and positions and inserts the needle according to the trajectory and target chosen by the radiologist in the image. The robot is calibrated to the image intra-operatively using multi-modal fiducials embedded in the robot's structure. It is fully compatible with both imaging modalities in terms of image quality and space constraints. As opposed to the PROSPER robot, this chapter shows how the presence of the robot in the imaging space brings about a number of additional challenges that must be faced for its clinical acceptability. In the descriptions of both systems, emphasis is placed on the novel solutions put into place with the goal of providing a real clinical benefit to both patients and clinicians. Prototypes of each system were developed and evaluated on synthetic phantoms in terms of their pre-clinical compatibility and accuracy.

I) Définition du problèmeL’infection urinaire (IU) est une maladie infectieuse fréquente chez l’enfant, nécessitant un diagnostic rapide et une antibiothérapie efficace parce qu’elle peut être associée à un risque avéré de complications graves. Une étude préliminaire en 2010-2012 chez l’enfant Vietnamien atteint d’une IU fébrile a mis en évidence les difficultés liées au diagnostic et à sa prise en charge :l’absence de dépistage de l’IU chez l’enfant fébrile sans foyer clinique, l’émergence de bactéries Gram-négatifs multirésistantes et le traitement antibiotique empirique inapproprié. Dans le cadre de la coopération Belgo-Vietnamienne, nous avons dès lors réalisé trois études prospectives en Belgique concernant le diagnostic et le traitement des IU chez l’enfant. A partir des résultats de ces études, nous voudrions voir quels sont les attitudes thérapeutiques potentiellement transposables en termes coût-bénéfice chez l’enfant Vietnamien atteint d’une IU fébrile.II) ObjectifsA partir d’une étude préliminaire sur les difficultés liées à la prise en charge de l’enfant Vietnamien fébrile avec IU dans un hôpital tertiaire d’Ho Chi Minh Ville (HCMV) et l’analyse du taux de résistance des germes uropathogènes rencontrés, nous avons mené à l’hôpital des enfants Reine Fabiola (HUDERF) en Belgique trois études cliniques impossibles à réaliser au Vietnam à cause des difficultés logistiques.- La première a été de comparer la performance de deux méthodes de dépistage de l’IU :la tigette et l’examen cytologique de l’urine par cytométrie de flux chez les enfants fébriles se présentant au service des urgences.- La deuxième a évalué le changement du profil de la résistance en 10 ans aux antibiotiques des germes uropathogènes chez les enfants Belges présentant une IU fébrile.- La troisième a testé l’efficacité et la faisabilité d’un traitement antibiotique par voie orale des IU fébriles chez l’enfant.III) MéthodologieL’étude préliminaire au Vietnam est réalisée à l’hôpital pédiatrique Nhi dong 2, HCMV de Juillet 2010 à Novembre 2012 chez 216 enfants hospitalisés pour une IU fébrile.Les trois études belges ont concerné deux cohortes d’enfants traités pour une IU fébrile à l’HUDERF pendant deux périodes :2006-2008 et 2013-2015 :- La première cohorte comprend 1106 enfants fébriles (1246 épisodes) dépistés pour une IU par tigette et cytomètre au service des urgences de l’HUDERF de Juillet 2006 à Juillet 2008. Parmi ces enfants, 198 enfants (221 épisodes) ont été diagnostiqués avec une IU fébrile. - La deuxième cohorte comprend 196 enfants (208 épisodes) traités pour IU fébrile à l’HUDERF d’Octobre 2013 à Octobre 2015. L’évolution des données cliniques et biologiques des enfants traités oralement a été évaluée.IV) Résultatsa) Étude préliminaire au VietnamParmi les 216 enfants fébriles (âge médian :11 mois, extrêmes :3 mois–15 ans) traités pour suspicion d’IU à l’hôpital Nhi Dong 2, HCMV, une IU a été prouvée par culture urinaire chez 143 enfants (66%). L’Escherichia coli (E. coli) était responsable de 80% des IU, avec un taux de résistance de 91% à l’ampicilline et de 74% au co-trimoxazole. Des entérobactéries productrices de β lactamases à spectre étendu (BLSE) ont été isolées dans 52% des cultures. En se basant sur l’antibiogramme, le traitement initial par ceftriaxone était inapproprié dans 63% des cas.b) Étude sur la performance de deux méthodes de dépistage de l’IU en BelgiqueLa prévalence de l’IU chez l’enfant fébrile à l’HUDERF en 2006-2008 était de 17,7% (IC 95%: 15,6 à 19,8%). La sensibilté de la tigette urinaire (contenant les leucocytes estérases et/ou nitrites) était de 93% et la spécificité de 90%. La présence d’une leucocyturie ≥ 35 globule blancs/µl détectée par cytométrie de flux avait une meilleure sensibilité (99,5% ;IC 95% :99-100%) et une spécificité de 80,6% (IC 95%: 78-83%). La surface sous la courbe ROC de la leucocyturie détectée par cytomètre (0,98 ;IC 95% :0,98-0,99) était significativement plus élevée que celle de la positivité de la tigette aux leucocytes estérases et/ou nitrites (0,91; IC 95%: 0,89 à 0,93) (P <0,001). La performance diagnostique du cytomètre est supérieure à celle de la tigette mais son coût est plus élevé. En terme de coût-bénéfice, la tigette urinaire reste un excellent test de dépistage de l’IU.c) Étude sur l’évolution de la résistance aux antibiotiques des germes uropathogènes en BelgiqueDurant la première période (2006-2008) et la deuxième période (2013-2015), 394 enfants ont été traités pour une IU fébrile à l’HUDERF. L’E. coli était isolé dans 87% des cas. La résistance d’E. coli à l’ampicilline et au co-trimoxazole était élevée lors des deux périodes :63% contre 59 % et 40 % contre 33% (p=ns), respectivement. La fréquence d’E. coli productrice BLSE est restée basse lors des deux périodes (3% et 4%, respectivement). Le profil de résistance d’E. coli chez les enfants Belges est resté stable durant cette période de 10 ans.d) Étude sur l’efficacité et la faisabilité d’un traitement antibiotique par voie orale des IU fébriles chez l’enfant en BelgiqueChez 196 enfants diagnostiqués d’IU fébrile en 2013-2015 à l’HUDERF, 82 enfants (42%) ont été traités par céfuroxime 50 mg/kg/jour par voie orale en ambulatoire. Leur âge médian était de 8 mois (EIQ :3-33) et 65 patients (79%) étaient des filles. Les bactéries Gram-négatifs ont été isolées chez 81 enfants (99%) et deux bactéries (2%) étaient résistante au céfuroxime. Parmi les 82 enfants traités par voie orale, 51 enfants (62%; IC 95%: 52 à 73%) ont eu une cure complète de 14 jours de traitement, 14 enfants (17%; IC 95%: 9 à 25%) ne sont pas revenus aux consultations de suivi (3 patients à jour 2 et 11 patients à jour 14) et 17 enfants (21%, IC 95%: 12-29%) ont dû être hospitalisés pour un traitement par voie intraveineuse pour les raisons suivantes :vomissements chez 9 patients, persistance de la fièvre chez 5 patients, bactériémie chez 1 patient et bactérie multirésistante chez 2 patients. V) ConclusionLa tigette urinaire reste un bon test de dépistage des IU chez l’enfant fébrile. Ce test pourrait être utilisé largement au Vietnam en terme de coût-bénéfice. L’émergence des entérobactéries multirésistantes responsables d’IU chez l’enfant Vietnamien nécessite un changement de protocole du traitement antibiotique empirique et le contrôle de la consommation des antibiotiques. Le traitement per os semble difficilement envisageable au Vietnam au vu des risques potentiels d’intolérance et de perte de suivi observés dans l’étude belge. / Doctorat en Santé Publique / info:eu-repo/semantics/nonPublished

L’article 2 de la loi n°94-43 du 18 janvier 1994, transférant l’organisation des soins en milieu carcéral du ministère de la Justice au service public hospitalier, a souvent été présenté comme une réforme de santé publique s’imposant au vu de l’état des prisons françaises. L’épidémie de sida et le volontarisme des ministres de la Santé suffiraient à rendre compte de ce qui a été qualifié de « révolution sanitaire ». Pourtant au-delà de ces facteurs conjoncturels, les conditions de possibilité de cette réforme s’inscrivent plus largement au croisement d’une double dynamique, professionnelle et carcérale, que cette recherche propose de retracer. En effet, la loi du 18 janvier 1994 est également la réforme d’une profession et d’un secteur d’action publique tous deux fortement contestés. La réforme de l’organisation des soins en prison marque l’échec d’une stratégie de spécialisation médicale, entendue comme la tentative opérée par certains praticiens d’occuper une position spécifique au sein du secteur médical.Initiée au début des années soixante par le premier Médecin-inspecteur des prisons, Georges Fully, l’affirmation d’une « médecine pénitentiaire » spécifique avait alors pour but de conférer aux praticiens une plus grande légitimité, et ainsi autonomie, à l’égard de leur employeur, l’Administration pénitentiaire. La spécialisation était ainsi conçue comme une ressource supplémentaire afin de mettre fin au tiraillement auquel étaient confrontés les praticiens travaillant en détention entre leur statut de vacataire du ministère de la Justice et celui de médecin-traitant des détenus. Toutefois, après la violente contestation des prisons survenue durant les années soixante-dix, l’affirmation d’une médecine pénitentiaire devient pour le nouveau Médecin-inspecteur, Solange Troisier, le moyen de légitimer un secteur d’action publique discrédité : l’organisation des soins en milieu carcéral. La consécration d’une médecine spécifique aux détenus est également pour elle le moyen de faire prévaloir les exigences du Code de procédure pénale sur celles issus du Code de déontologie. La spécialisation de la médecine pénitentiaire devient ainsi un moyen de s’autonomiser non pas du ministère de la Justice mais du secteur médical. La réforme de 1994 marque l’échec de cette tentative de spécialisation médicale. Elle résulte de la rencontre entre un « segment » de praticiens défendant l’idée d’une médecine non-spécifique avec quelques magistrats-militants, issus du Syndicat de la magistrature, en poste à l’Administration pénitentiaire favorables à un « décloisonnement » de l’institution carcérale. La loi du 18 janvier 1994 marque l’aboutissement de cette stratégie et l’échec de la tentative de spécialisation. A la « médecine pénitentiaire », désormais rattachée à un passé stigmatisant révolu, succéderait une « médecine exercée en milieu carcéral ».L’enjeu de cette thèse est par conséquent de retracer la sociogenèse d’une réforme à partir des dynamiques qui traversent un groupe professionnel, d’une part, et des transformations qui affectent un secteur d’action publique, d’autre part. On montrera également que la spécialisation de la médecine ne peut être comprise que si elle est articulée à d’autres logiques et qu’elle ne peut ainsi être réduite à sa seule dimension médicale. / Article 2 of French law No 94-43 of January 18, 1994, which concerns the transfer of the organization of health care in prisons from the Ministry of Justice to the public hospital service, has often been presented as a necessary public health reform considering the state of French prisons. The AIDS epidemic and the voluntary work of the Ministry of Health and the Ministry of Justice have revealed the need for what has been called a “sanitary revolution”. However, the conditions required for this reform would seem to require a dual approach: both professional and institutional, which this study will underline. Indeed, The French law of January 18, 1994 is also the reform of a profession, and of a sector of action, that is strongly criticized publicly. The reform of organization of health care in prisons underlines the failure of a strategy for a medical specialty, and is viewed by a few observers as an attempt by some practitioners to establish a particular position within the medical sector.Launched in the early sixties by the very first Doctor-inspector for prisons, Georges Fully, the assertion of specific “ health care in prison” was designed to give more legitimacy to the practitioners and therefore to allow them a greater level of autonomy from their employer, the prison administration. The specialization was designed to be an additional resource to help to put an end to the tension that the practitioners working in prison had to face, between their contract status at the Ministry of Justice and their status as general practitioners working in prisons . However, after the violent protests in prisons during the seventies, the organisation of “ health care in prisons” became for the new Doctor-inspector, Solange Troisier, a means of legitimizing the work of a discredited public service. The consecration of a specific medical practice for prisoners was also for her a means of asserting the requirements of the Code of Criminal Procedure over those of the Code of Medical Ethics. Thus the specialization of health care in prison became a means of empowerment not for the Ministry of Justice but for the medical sector.The reform of 1994 marks the failure of this attempt of medical specialization. It results from interactions between a group of practitioners defending the idea of a non-specific medical care and several militant magistrates, coming from the trade union of magistrates, working in the prison administration who were in favour of a opening-out of the penitentiary institution. The French law of January 18, 1994, highlights the accomplishment of this type of strategy and the failure to create a specialized health care in prison, the latter being then attached to a stigmatized and outdated past.The issue of this thesis is consequently to explore the sociogenesis of a reform from the dynamics which guide a professional group, on the one hand, and the evolutions which affect a public sector of action, on the other hand. We will also show that the specialization of medicine can be understood only if it is apprehended differently and subsequently cannot be reduced only to its medical dimension.

Suite à l’émergence de protocoles d’hypofractionnement à visée curative comportant un risque accru de toxicité, il devient fondamental d’arriver à augmenter la précision dans la délivrance de la dose. Les mouvements internes entre et pendant les séances d’irradiation peuvent devenir un facteur limitant majeur pour la qualité de l’irradiation des localisations tumorales mobiles. C’est le cas pour le cancer de la prostate pour lequel l’hypofractionnement est une voie prometteuse bien qu’il existe un risque élevé de toxicité digestive. Lors de cette thèse, nous nous sommes intéressés à la quantification et correction des mouvements du volume cible irradié dans le cadre d’une radiothérapie pour un cancer de la prostate sans ou après ablation totale de la glande. Nous avons étudié un nouveau système d’imagerie basé sur la modalité ultrasons (US) permettant de visualiser la zone pelvienne grâce à deux voies d’acquisition : transabdominale (TA) et transpérinéale (TP). Contrairement aux systèmes US précédemment commercialisés, les mouvements entre les séances de simulation et de traitement (mouvements interfractions) sont quantifiés par recalage monomodal US/US. De plus, des images acquises avec la sonde TP en continu pendant l’irradiation permettent de quantifier les mouvements intrafractions du volume cible. Nous avons proposé une méthodologie d’évaluation des deux sondes US-TA et US-TP pour la correction des mouvements interfractions, en conditions cliniques. Les données US ont été comparées à celles obtenues par tomodensitométrie (CBCT), actuelle modalité de référence. De plus, nous avons quantifié pour la première fois les incertitudes liées à l’impact de la pression de la sonde sur la localisation du volume cible, et à la variabilité inter-opérateur du recalage manuel US/US. Nous avons observé pour la sonde TA une faible concordance entre les mouvements interfractions mesurés par US et CBCT, ainsi qu’une variabilité importante de la pression exercée par la sonde et du recalage manuel entre les opérateurs. Pour la sonde TP, nous avons proposé une méthode corrective de la localisation de l’image US de référence qui nous a permis de valider son utilisation en clinique. Les données recueillies avec la sonde TP ont montré une importante variation des amplitudes et fréquences des mouvements intrafractions, parfois supérieurs à 15mm, entre les patients et d’une séance à l’autre pour un même patient. Nous avons proposé une étude dosimétrique des conséquences de ces déplacements et ainsi démontré que l’impact sur la dose délivrée au volume cible est patient-dépendant, et est plus important lorsque le traitement est délivré avec une stratégie d’hypofractionnement. Nous avons démontré dans cette étude la faisabilité de l'implémentation clinique de la technique US-TP qui permet un repositionnement quotidien en début de séance sans dose additionnelle ou marqueurs invasifs, et la correction de la position du volume cible pendant l’irradiation. / The emergence of hypofractionated treatments implies an increase of precision on the dose delivery. Organs motions between and during the irradiation fraction are a limiting factor for achieving a high quality treatment of mobile tumor localizations. In particular, hypofractionation was demonstrated as a promising strategy for prostate cancer treatment, whereas a high digestive toxicity cannot be excluded.During this thesis, motions of the target volume were quantified during radiotherapy delivered for treating a prostate cancer, on the prostatic gland or after a prostatectomy. An innovative imaging modality was used, based on two different ultrasound (US) probes: a transabdominal (TA) probe and a transperineal (TP) probe. Contrary to US systems previously commercialized, motions between simulation and treatment sessions were quantified with a monomodal registration US/US. Moreover, intrafraction motions of the target volume were recorded with the TP probe, since images can be continuously acquired with this probe. A methodology for evaluating the performances of the TA and TP probes were developed for the correction of interfractions motions, in clinical conditions. US data were compared with the current reference modality, the Cone Beam Computed Tomography (CBCT). Moreover, the uncertainties on the target localization due to the variability of the probe pressure and to inter-operator variability of the manual US/US registration were quantified for the first time. Poor agreements of the interfraction motions measurements were found between US and CBCT modalities, using the TA probe. Furthermore, a high variability of the TA probe pressure and of the inter-operator registration was observed. Using the TP probe, a corrective method of the US reference image localization was developed and validated, leading to a high agreement with the CBCT modality.Intrafraction motions were observed with the TP probe, and were highly patient and session dependent. A dosimetric study was proposed to evaluate the impact of the intrafraction motion on the dose delivery. The effects were patient dependent and more important when the treatment was simulated using a hypofractionated strategy.

Le traitement et l’analyse d’images angiographiques rotationnelles 3D (3DRA) de haute résolution spatiale pour l’aide à la planification d’interventions en neuroradiologie interventionnelle est un domaine de recherche récent et en plein essor. Les neuroradiologues ont besoin d’outils interactifs pour la planification des procédures d’embolisation et l’optimisation du guidage de microcathéters durant les interventions endovasculaires. L’exploitation des données d’imagerie pour l’aide au diagnostic et la thérapeutique requiert le développement d’algorithmes robustes et de méthodes efficaces. Ces méthodes permettent d’intégrer les informations contenues dans ces images pour en extraire des descripteurs anatomiques utiles durant les phases pre et per-opératoires.Cette thèse est dédiée au développement d’une chaine de traitement complète comprenant la segmentation, la reconstruction tridimensionnelle (3D) et la représentation symbolique de vaisseaux cérébraux à partir d’images 3DRA, pour faciliter la planification d’interventions d’embolisation pour le traitement de Malformations ArtérioVeineuses cérébrales (MAVs).La première partie du travail est consacrée à l’étude des différentes approches utilisées en segmentation des vaisseaux. Deux méthodes de segmentation sont ensuite proposées. Tout d’abord, une méthode de segmentation 2D coupe par coupe est développée ainsi qu’un technique robuste de suivi de vaisseaux permettant de détecter les bifurcations et de poursuivre le tracking de plusieurs branches du même vaisseau. Un maillage basé sur la triangulation Contrainte de Delaunay permet ensuite la reconstruction et la visualisation 3D des vaisseaux ainsi obtenus. Une méthode de segmentation 3D automatisée des images 3DRA est ensuite développée, elle présente l’avantage d’être plus rapide et de traiter le volume d’images entier en 3D. Cette méthode est basée sur la croissance de régions. Le processus 3D démarre à partir d’une coupe initiale pré-segmentée en utilisant la reconstruction géodésique et sur laquelle les germes sont placés de manière automatique. Finalement, une représentation du réseau vasculaire sur laquelle on distingue clairement les trois entités que sont les artères, les veines drainantes et le nidus est obtenue.La deuxième partie de la thèse est consacrée à la représentation symbolique des vaisseaux. L'étude hiérarchique du squelette permet de donner une description graphique du réseau vasculaire cérébral. A partir de cette description graphique, les vaisseaux et leurs branches sont labellisés et un ou plusieurs vaisseaux peuvent être isolés du reste du réseau pour une analyse visuelle plus précise, ce qui n’est pas possible avec les reconstructions 3D du constructeur. De plus, cette représentation améliore la détermination des chemins optimaux pour l’embolisation de la MAV et réduit la complexité due à l’enchevêtrement des vaisseaux malformés.La chaine de traitement complète ainsi développée aboutit à une description 3D précise des vaisseaux. Elle permet une meilleure compréhension structurelle du réseau vasculaire cérébral et offre aux neuroradiologues la possibilité d’extraire des descripteurs anatomiques, et géométriques (taille, diamètre…) des vaisseaux. Enfin, une étape de vérification des résultats par un expert neuroradiologue a permis la validation clinique des résultats de segmentation et de reconstruction 3D. L’intégration des algorithmes développés dans une interface graphique intuitive et facile d’utilisation devra être faite pour permettre l’exploitation de nos résultats en routine clinique / The processing and analysis of 3D Rotational Angiographic images (3DRA) of high spatial resolution to facilitate intervention planning in interventional neuroradiology is a new and booming research area. Neuroradiologists need interactive tools for the planning of embolization procedures and the optimization of the guidance of micro-catheters during endovascular interventions. The exploitation of imaging data to help in diagnosis and treatment requires the development of robust algorithms and efficient methods. These methods allow integrating information included in these images in order to extract useful anatomical descriptors during preoperative and peroperative phases.This thesis is dedicated to the development of a complete processing pipeline including segmentation, three-dimensional (3D) reconstruction and symbolic representation of cerebral vessels from 3DRA images, aiming to facilitate the embolization intervention planning for the treatment of cerebral ArterioVenous Malformations (AVMs).The first part of the work is devoted to the study of the different approaches used for the segmentation of vessels. Two segmentation methods are then proposed. First, a 2D slice-by-slice segmentation method is developed, followed by a robust vessel tracking process that enables detecting bifurcations and further following several branches of the same vessel. A mesh based on the Constrained Delaunay triangulation allows then the 3D reconstruction and visualization of the obtained vessels. An automated 3D segmentation method of 3DRA images is then developed, which presents the advantage of being faster and processing the whole 3D volume of images. This method is region growing based. The 3D process starts from an initial pre-segmented slice using the geodesic reconstruction, where the seeds are automatically placed. Finally, a representation of the vasculature is obtained, in which these three entities are clearly visible: the feeding arteries, the draining veins and the nidus.The second part of the thesis is devoted to the symbolic representation of the vessels. The hierarchical study of the skeleton allows giving a graphic description of the cerebral vascular network. From this graphic description, the vessels and their branches are labeled and one or more vessels can be isolated from the rest of network for a more accurate visual analysis, which is not possible with the original 3D reconstructions. Moreover, this improves the determination of the optimal paths for the AVM embolization and reduces the complexity due to the entanglement of the malformed vessels.The complete processing pipeline thus developed leads to a precise 3D description of the vessels. It allows a better understanding of the cerebral vascular network structure and provides the possibility to neuroradiologists of extracting anatomical and geometric descriptors (size, diameter...) of the vessels. Finally, a verification step of the results by a neuroradiology expert enabled clinical validation of the 3D segmentation and reconstruction results. The integration of the developed algorithms in a user-friendly graphical interface should be achieved to allow the exploitation of our results in clinical routine

L’imagerie mentale consiste en un processus mental dynamique par lequel un sujet humainrevit intérieurement des sensations avec ou sans stimuli externes. Cette opération cognitivepeut être appliquée dans différentes modalités ;les termes d’imagerie motrice sont utiliséslorsqu’elle est concerne le mouvement. Les études en imagerie fonctionnelle cérébrale sesont multipliées considérablement ces deux dernières décennies et ont permis d’analyser lescorrélats neuronaux du mouvement réalisé et imaginé, mettant en exergue des réseauxneuronaux identiques lors de l’imagerie motrice et de l’exécution réelle mais aussi des airesspécifiques à chaque modalité.L’objectif de nos recherches était d’étudier l’influence de facteurs intrinsèques aumouvement imaginé sur les activations cortico-sous-corticales. Dans un premier temps,nous avons comparé ces activations lors du mouvement imaginé et lors du mouvementexécuté avec deux méthodes d’analyses distinctes :GLM (General Linear Model) et TICA(Tensorial Independent Component Analysis). Dans un deuxième temps, nous avonsanalysé l’influence de la vitesse sur le mouvement imaginé et sur le mouvement exécuté enétudiant les activations cortico-sous-corticales lors d’une séquence motrice identiqueimaginée et exécutée à vitesse rapide et à vitesse lente. Dans un troisième temps, nousavons étudié l’influence de l’apprentissage sur le mouvement imaginé an analysant lesréseaux neuronaux moteurs et cognitifs impliqués lors d’un apprentissage moteur parimagerie mentale.Nos résultats ont montré que la méthode TICA permet une analyse plus précise des réseaux etsous-réseaux liés à la tâche et impliqués dans l’imagination et l’exécution d’une mêmeséquence motrice que la méthode GLM. Nous avons pu confirmer que ces deux tâchesrecrutent un réseau fronto-pariéto-insulo-temporo-cérébelleux commun impliqué dans lapréparation, le contrôle et la simulation motrice ;incluant le système miroir. Par ailleurs, nousavons mis en évidence un réseau bilatéral plus étendu au niveau des cortex fronto-polaire,préfrontal, insulaire médial, précunéal et néocérébelleux lors de l’imagerie motrice alors quel’exécution motrice montrait une activation spécifique du cortex sensorimoteur ainsi qu’unsous-réseau cérébello-thalamo-corticomoteur probablement impliqué dans l’initiation et lacorrection motrice. Les résultats de notre second travail ont montré que le taux demouvements active spécifiquement et différentiellement certaines aires corticales associatives,striatales et cérébelleuses. L’exécution de mouvements lents et l’imagination de mouvementslents et rapides ont révélé des activations communes au niveau des cortex frontopolaire,orbitofrontal et préfrontal dorsolatéral, suggérant que l’exécution de mouvements lentspartage avec l’imagerie motrice l’exigence de requérir des ressources exécutives importantestelles que l’attention, la mémoire de travail et la représentation mentale afin d’assurer uncontrôle fin, conscient et complexe nécessaire à ce type de tâche. L’exécution demouvements rapides a permis de mettre en évidence un contrôle plus automatique, relayé parle biais d’une boucle (pré)-motrice-cortico-cérébelleuse impliquant le vermis antérieur et,d’une manière moins étendue, les lobules cérébelleux VI/VII/VIII. Nous suggérons donc quele vermis antérieur contribue aux aspects computationnels de la commande rapide alors que lelobe supérieur plus latéral et le lobule VIII régule le séquençage et la régulation des patternsdes sous-mouvements.Les résultats de notre troisième travail ont montré qu’un entraînement par pratique mentaleentraîne des améliorations des performances motrices associées à une réorganisation corticosous-corticale. Nos observations ont permis de mettre en évidence le recrutement du putamenen phase avancée de l’apprentissage par pratique mentale tel que retrouvé dans les modèlesd’apprentissage moteur classiques. De plus, des activations néocérébelleuses etparacingulaires ont été notées après l’apprentissage, soulignant une réorganisation corticalefonctionnelle au niveau du réseau attentionnel, plus spécifiquement au niveau du réseau decontrôle exécutif qui assure des ressources cognitives supplémentaires et transitoiresnécessaires à l’exécution et l’encodage de nouvelles tâches.En conclusion, nos travaux ont permis d’analyser les effets de certains facteurs intrinsèquesau mouvement sur les activations cortico-sous-corticales lors de l’imagerie mentale et decomparer ceux-ci au mouvement réel. La vitesse de mouvement ainsi que le niveaud’apprentissage sont deux paramètres qui influent sur les réseaux neuronaux mis en jeu par lesdeux modalités de mouvement, réel et imaginé, laissant entrevoir des possibilités multiples entermes d’apprentissage moteur dans des disciplines diverses telles que la neurologie, lamédecine physique ou la pratique sportive. / Doctorat en Sciences de la motricité / info:eu-repo/semantics/nonPublished

Les biomatériaux insérés dans la cavité orale, tout particulièrement les prothèses dentaires amovibles en résine, constituent des surfaces propices à la formation de biofilms incorporant des levures du genre Candida, à l’origine de candidose. Les levures, comme d’autres micro-organismes, adaptent leur prolifération à l’environnement par des molécules dites du quorum sensing. D’autre part, la contamination du milieu oral est contrôlée par de nombreuses protéines sécrétées par les glandes salivaires, mais leur utilisation en hygiène est peu documentée. Le but de ce travail est d’étudier l’effet anti-biofilm de molécules du quorum sensing et de protéines exocrines, le lysozyme et la lactoperoxydase, dans la perspective de réduire la colonisation des surfaces de prothèses dentaires par des levures du genre Candida et par conséquent de prévenir une stomatite prothétique. A cette fin, des biofilms à Candida ont été produits dans des plaques multi-puits à fond plat en polystyrène et quantifiés par coloration au cristal violet. L’effet de deux molécules du quorum sensing - tyrosol et farnésol - sur la formation des biofilms à Candida a été investigué in vitro sur la souche de référence ATCC 10231 et sur des souches cliniques isolées à partir de prothèses dentaires. Le tyrosol et le farnésol à hautes concentrations (> 6 mM et > 1 mM respectivement) entraînent une limitation de la formation de biofilms sans altérer la croissance fongique tandis que des concentrations plus faibles (~ 1 mM et ~ 1 µM respectivement) favorisent la formation de biofilms. Le lysozyme présente aussi un effet dépendant de la dose sur la formation de biofilms par Candida: promoteur de la formation de biofilms à une concentration de 1000 µg/ml et inhibiteur de la formation de biofilms à des concentrations plus faibles (3 et 10 µg/ml). Les composés hypohalogéneux (> 500 µM) produits par un système peroxydase limitent la croissance des levures et par conséquent leur capacité à former des biofilms in vitro. Un seul trempage ex vivo de prothèses amovibles pendant 5 minutes dans une solution d’ions hypohalogéneux (2000 µM) entraîne une diminution d’au moins 1 unité logarithmique du nombre de Candida dans 58,3 % des cas (N = 23) alors qu’un trempage dans de l’eau n’a aucun effet sur la colonisation de la prothèse :cet effet est statistiquement significatif (Chi carré, p = 0,0006, test de Fisher, p = 0,0009). / Doctorat en Sciences biomédicales et pharmaceutiques (Médecine) / info:eu-repo/semantics/nonPublished

La vertébroplastie percutanée est une intervention non chirurgicale et peu invasive qui consiste à injecter, sous contrôle radioscopique, un ciment orthopédique dans le corps vertébral. Malgré son efficacité, celle-ci présente quelques inconvénients non négligeables. Le premier est dû au ciment orthopédique qui est injecté pendant sa polymérisation. Au début, sa faible viscosité augmente le risque de fuite hors de la vertèbre traitée, ce qui peut provoquer de lourdes complications. Ensuite, la variation rapide de viscosité limite la durée. Le second désagrément concerne le contrôle par fluoroscopie à rayons X qui expose le praticien de manière prolongée. Ainsi, l’enjeu de ce projet est de proposer aux radiologues un nouveau système d’injection à distance avec retour d’effort sur lequel la viscosité du ciment est régulée pendant l’injection. Le développement de ces aspects permettra la radioprotection des praticiens, une réduction des risques de fuite et une durée d’injection allongée. / Percutaneous vertebroplasty is a minimally invasive intervention that involves injecting bone cement, under fluoroscopic guidance, into the vertebral body. It consolidates the fractured vertebra and reduces pain. However, some inconveniences must be considered. The major difficulties are related to the cement that is injected during its curing phase. It is very liquid at the beginning of the injection, which introduces a high risk of leakage outside the vertebra and, thus, potential dramatic complications. During the injection, the reaction progresses and the cement hardens suddenly, leaving a short working phase. Finally, the operator is permanently exposed to harmful X-rays. This work aims to provide a new teleoperated injection device with haptic feedback that allows a fine supervision of the cement injection by including a viscosity control system. This device will allow the radioprotection of the medical staff, a reduction of the leakage risks and an extended injection phase.

Le droit de la responsabilité médicale est sans doute l'un des domaines du droit ayant connu une évolution majeure à l'aune de ce XXIème siècle. Devenu un « véritable laboratoire des instruments de responsabilité civile », il a influé et sera influencé par différentes réformes intervenues très récemment. S'il est communément admis que l'essor des sciences et des techniques a influé sur les méthodes de prise en charge du malade, ces progrès ont également joué sur la manière d'appréhender la responsabilité du médecin que l'étude abordera à travers son activité de prévention, de diagnostic et de soins. L’art médical, dont la capacité de guérir trouvait initialement son essence dans un pouvoir divin, s’est progressivement doté de méthodes d’analyse et d’interprétation scientifiques. Envahi par la probabilité, l’exercice médical s’est technicisé mais s’est aussi systématisé, gagnant peu à peu précision et capacité de prévision. Dès lors, le médecin tente aujourd’hui de prévenir, de maîtriser, d’amoindrir ou d’éviter la survenance d’un événement dommageable, qu’il soit lié à l’état de santé initial du patient ou qu’il résulte du système de santé. Qu’il s’agisse de l’erreur ou de l’aléa, ce dernier est devenu probabilisable et c’est ainsi qu’il finira par être nommé « risque » ou plus exactement « risque résultant du système de santé ». L’idée est donc d’envisager le droit de la responsabilité médicale à l’épreuve de ce risque, étude qui conduira à en réviser les conditions de mise en œuvre à la poursuite d’un équilibre actuellement altéré / Medical liability law is undoubtedly one of the fields of law that has undergone major changes in the light of the 21st century. By becoming a true “civil liability treasure chest”, it has influenced and will in turn be influenced no doubt by various recent reforms. While it is generally agreed that the development of science and technology has strongly influenced patient management and care systems, it has clearly also played a vital role in grasping the physicists’ knowledge of such liability which has in turn been addressed accordingly through prevention, diagnosis and care. Originally based on divine power, the healing capacity of the medical skill has gradually adopted and advanced through analysis and scientific interpretation. With this increased and enhanced probability medical practice has progressively gained accuracy and therefore the capacity to subsequently predict possibilities purely by taking on board this newfound technology. As a result, physicians now aim to avoid, prevent, and lesson damaging situations that stem from the actual health of the patient or those from the health care system itself. Whether medical mistake or misfortune, the latter can therefore be subject to a simple assessment with the aim to highlight a “risk” or more specifically a “risk resulting from the actual health care structure in place”. The notion therefore is to determine this specific liability within medical responsibility, the application of which would then lead to the revision of conditions and the necessary balance

Le but de ce travail est d’étudier l’influence de l’expertise (musicale ou linguistique) sur le traitement des sons linguistiques et non-linguistiques chez l’adulte sain. Plus précisément, il s’agit de cerner les effets de transfert d’apprentissage d’un domaine d'expertise vers un autre domaine afin de tester la spécificité des processus qui sous-tendent le traitement de la musique et du langage et de mieux comprendre les phénomènes de plasticité induits par l’expertise. Pour étudier ces questions, j’ai conduit plusieurs expériences, basées sur l’utilisation conjointe des méthodes issues de la psychologie expérimentale (Temps de Réaction et pourcentage d’erreurs) et de l’électrophysiologie chez l’homme (Potentiels Evoqués). En comparant des musiciens et des non-musiciens, j’ai d’abord testé les effets de transfert d’apprentissage de la musique sur le traitement du mètre et de la sémantique dans le langage (Expérience 1), ainsi que sur la phonologie et les variations de hauteur tonale (Expérience 2). Les résultats montrent que l'expertise musicale améliore la perception des aspects métriques du langage parlé et réduit les interférences liées au traitement sémantique. Ils soulignent également que l'expertise musicale améliore la discrimination de variations tonales et phonologiques dans une langue à tons inconnue des participants: le Mandarin. Dans une troisième étude j’ai testé l’hypothèse inverse, celle d’un transfert d’apprentissage du langage vers des sons non-linguistiques. Pour ce faire, j’ai comparé le traitement pré-attentif et attentif de variations de durée, de fréquence et d’intensité de sons non-linguistiques chez des locuteurs d’une langue à quantité, le Finnois, et chez des Français. Les résultats montrent que les participants Finlandais sont plus sensibles aux variations de durée de sons non-linguistiques que les participants Français. En incluant un groupe de sujets musiciens Français à cette étude, j’ai également pu comparer l’influence de l’expertise linguistique et de l’expertise musicale. Les résultats révèlent une influence similaire de ces deux types d’expertise sur le traitement des variations de durée. Enfin, les résultats de deux études visant à comparer les processus conceptuels/sémiotiques impliqués dans l’analyse de sons de l’environnement et de sons musicaux à ceux impliqués dans l’analyse de sons du langage, révèlent des similarités dans les corrélats électrophysiologiques (N400) associés aux différents types de sons. Deux interprétations complémentaires, reposant sur la mise en jeu d’effets « bottom-up » et « top-down », sont proposées pour rendre compte des effets de transfert d’apprentissage. / The aim of this work is to study the influence of expertise (musical and linguistic) on the processing of linguistics and non-linguistics sounds in healthy adults. More precisely, the goal is to examine the transfer of training effects from one domain of expertise to another domain in order to test the specificity of the processes underlying music and language processing as well as the effects of plasticity induced by expertise. To address these questions, I conducted several experiments based on the use of methods from experimental psychology (Reaction Times and error rates) and from human electrophysiology (Evoked Potentials). By comparing musicians and non-musicians, I first tested transfer of training effects from music to meter and semantic processing in language (Experiment 1), and to phonology and pitch variations (Experiment 2). Results showed, first, that musical expertise improves metrical speech processing while reducing interferences with semantic processing. Second, they showed that musical expertise improves the discrimination of tonal and phonological variations in a tone language unknown to the participants, Mandarin. In a third study I tested the reverse hypothesis of transfer of training from language to the processing of nonlinguistics sounds. To this end, I compared the pre-attentive and attentive processing of duration, frequency and intensity changes in non-speech sounds by Finns, speakers of a quantity language, and by French. Results showed a positive transfer of training from the expertise of Finns to process phoneme duration in their native language to the processing of duration changes in non-speech sounds. I also compared the influence of linguistic and musical expertise by including a group of French musicians. Results revealed similar effects of linguistic and musical expertise on the processing of changes in duration. Finally, in two other studies, we compared the conceptual processes involved in the analysis of environmental sounds and musical sounds with those involved in the analysis of speech sounds, always considering the effects of musical expertise. Results revealed similarities in the electrophysiological correlates (N400) of semiotic processing for these different types of sounds. Two complementary interpretations, relying on bottom-up and top-down effects, are proposed to account for this set of results on transfer of training effects.