L’infection congénitale à cytomégalovirus (CMV) représente l’infection congénitale la plus fréquente et est la cause principale de retard mental acquis et de déficience auditive neurosensorielle d’origine infectieuse chez le nouveau-né. Le risque de transmission au fœtus en cas de primo-infection maternelle est de 30 à 40%, et d’environ 1.4% chez les femmes séropositives pour le CMV avant la grossesse. L’analyse de la littérature montre que de nombreuses questions subsistent dans le domaine du CMV congénital. Le screening sérologique des femmes enceintes n’est pas systématique, entre autres à cause des difficultés fréquentes d’interprétation sérologique et des possibilités limitées de prévention et de traitement de l’infection fœtale. L’amélioration du diagnostic sérologique de l’infection à CMV est donc une étape importante dans la prise en charge des femmes enceintes. Dans la première partie de notre travail, nous avons montré les bonnes performances des tests automatisés LIAISON®CMV IgG II, LIAISON®CMV IgM II and LIAISON®CMV IgG Avidity II tant en prospectif sur des échantillons de routine que sur des sérums sélectionnés avec date de primo-infection connue. Ces nouveaux tests sont donc utiles pour le diagnostic de la primo-infection à CMV et la détermination du statut immunitaire, avec l’avantage d’une automatisation complète. Cependant, dans 18% des cas, la mesure de l’avidité des IgG se situe dans une zone intermédiaire ne permettant pas de dater l’infection. Dans la deuxième partie de ce travail, nous avons évalué les capacités des immunoblots Mikrogen recomLine CMV IgG and IgG Avidity à dater une infection primaire en utilisant des sérums pour lesquels la date de primo-infection à CMV est précisément connue, et montré que ces tests donnent une interprétation correcte dans 83.1%, un résultat incorrect dans 4.5% et un résultat non concluant dans 12.4% des cas. En particulier, la combinaison des tests Mikrogen montre une meilleure sensibilité à diagnostiquer une infection <14 semaines comparé au test VIDAS IgG Avidity (85.96% vs 76.92%). Sur un second panel d’échantillons avec une avidité des IgG VIDAS intermédiaire, ces nouveaux tests ont apporté une information complémentaire quant à la datation de la primo-infection dans 79% (70/89) des cas. L’impact clinique direct est prometteur :une analyse préliminaire sur 10 femmes enceintes de moins de 14 semaines d’âge gestationnel avec une sérologie difficile à interpréter, montre que ces tests ont permis d’éviter une amniocentèse chez 5 d’entre elles.Enfin, lorsqu’un diagnostic de primo-infection maternelle à CMV est posé ou suspecté chez une femme enceinte, nous manquons de marqueurs prédictifs de transmission materno-fœtale non invasifs pour la grossesse. Dans la troisième partie de notre travail, sur une cohorte de 150 femmes enceintes présentant une primo-infection, nous avons montré que la présence de CMV dans le sang et les urines maternelles est corrélée avec la transmission verticale et que la charge virale urinaire est plus élevée chez les femmes transmetteuses. Ces marqueurs virologiques peuvent être utiles dans l’évaluation du risque de transmission en cas de primo-infection maternelle mais nécessitent des études sur de plus larges cohortes afin de confirmer ces résultats et d’établir un seuil quantitatif. / Doctorat en Sciences biomédicales et pharmaceutiques (Médecine) / info:eu-repo/semantics/nonPublished

Lack of motivation has been highlighted as a major cause of adverse patients outcomes during the rehabilitation process.Thanks to the evolution in the way video games are controlled, from totally passive to active situation, clinicians have had the idea of integrating video games into rehabilitation to increase adherence to treatments, especially during at-home exercises.Specially developed games, the Serious Games (SG), must be created to fulfill the needs and specificities of clinicians and patients.As the rehabilitation exercises are performed in the SG, it is easy to record the movements performed by the patients with the gaming hardware.The aim of this thesis was to determine if the gaming hardware, the Kinect sensor and the Wii Balance Board, can be used to: i) perform functional evaluation of the patients, ii) monitor motions performed by the patients during the rehabilitation exercises and iii) assess the severity of the disease based on the performance during the SG.In order to validate this new approach several validation processes were done: from the strict controlled environment gait laboratory to the clinics.The different developments and validation phases are presented in this thesis. / Doctorat en Sciences biomédicales et pharmaceutiques (Médecine) / info:eu-repo/semantics/nonPublished

Avec le développement des nouvelles technologies d'analyse (comme par exemple les puces à ADN) et de gestion de l'information (augmentation des capacités de stockage), le domaine de la santé a particulièrement évolué ces dernières années. En effet, des techniques de plus en plus avancées et efficaces sont mises à disposition des chercheurs, et permettent une étude approfondie des paramètres génomiques intervenant dans des problèmes de santé divers (cancer, d'Alzheimer ...) ainsi que la mise en relation avec les paramètres cliniques. Parallèlement, l'évolution des capacités de stockage permet désormais d'accumuler la masse d'information générée par les diverses expériences menées. Ainsi, les avancées en terme de médecine et de prévention passent par l'analyse complète et pertinente de cette quantité de données. Le travail de cette thèse s'inscrit dans ce contexte médical. Nous nous sommes particulièrement intéressé à l'extraction automatique de motifs graduels, qui mettent en évidence des corrélations de variation entre attributs de la forme "plus un patient est âgé, moins ses souvenirs sont précis". Nous décrivons divers types de motifs graduels tels que les itemsets graduels, les itemset multidimensionnels graduels ou encore les motifs séquentiels graduels, ainsi que les sémantiques associées à ces motifs. Chacune de nos approches est testée sur un jeu de données synthétique et/ou réel. / With the raise of new biological technologies, as for example DNA chips, and IT technologies (e.g. storage capacities), health care domain has evolved through the last years. Indeed, new high technologies allow for the analysis of thousands of genomic parameters related to various deseases (as cancer, Alzheimer), and how to link them to clinical parameters. In parallel, storage evolutions enable nowadays researchers to gather a huge amount of data generated by biological experiments. This Ph.D thesis is strongly related to medical data mining. We tackle the problem of extracting gradual patterns of the form « the older a patient, the less his memories are accurate ». To handle different types of information, we propose to extract gradualness for an extensive range of patterns: gradual itemsets, gradual multidimensionnal itemsets, gradual sequencial patterns. Every contribution is experimented on a synthetic or real datasets.

Cette thèse porte sur la classification automatique de sommeil humain et plus précisément le développement d'un système automatique de classification d'enregistrements polysomnographiques composés de trois signaux: EEG, EOG et EMG. Le système développé est conçu pour prendre en compte l'occurrence d'artéfacts polluant ces signaux en utilisant les caractéristiques les plus discriminantes issus de ces signaux.<br />La première partie de la thèse présente une procédure permettant l'identification automatique, sur des plages de signaux de 2 secondes, de 8 types d'artéfacts parmi les plus courants ainsi qu'une stratégie permettant d'évaluer la qualité globale d'un signal sur une période de 20 secondes. <br />Dans une deuxième partie, une méthode de sélection de caractéristiques est proposée puis appliquée sur une base de signaux, afin de sélectionner les caractéristiques qui serviront d'entrées au classifieur.<br />Enfin, en conséquence des deux premières parties, un système de classification automatique à deux étapes est proposé. Dans une première étape, un système de détection d'artéfacts permet de sélectionner les signaux ne présentant pas d'artéfacts au cours de l'epoch à classer. Dans la deuxième étape, les caractéristiques les plus discriminantes sont extraites et classées à l'aide d'un réseau de neurones sélectionné parmi un ensemble de quatre classifieurs, chaque classifieur utilisant des caractéristiques d'entrées extraites de combinaisons de signaux différentes. Le système proposé permet la classification des enregistrements de nuits de sommeil à partir de caractéristiques extraites de signaux non pollués par des artefacts, sans perdre un trop grand nombre d'epochs.

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Dans cette thèse, nous nous intéressons à l'utilisation des modèles déformables surfaciques pour la segmentation d'images 3D et 4D. Dans un premier temps, nous nous sommes attachés à contraindre l'espace des déformations admissibles du modèle afin de rendre le processus de déformation plus fiable. Nous avons utilisé le formalisme des maillages simplexes pour exprimer des contraintes régularisantes de la surface. Nous avons développé un processus évolutif de déformation combinant une transformation globale ayant peu de degrés de liberté et un champ de déformations locales. Il permet de contrôler le nombre de degrés de liberté offerts au modèle surfacique de manière simple et efficace. Nous avons également cherché à enrichir la connaissance a priori des données apportée par le modèle. Nous utilisons des contraintes de forme pour faciliter la segmentation des structures à reconstruire, notamment dans les zones où les données de l'image sont bruitées ou lacunaires. Nous nous sommes également intéressés à la convergence formelle du processus de déformation. Nous avons développé un algorithme de changement de topologie des modèles discrets que nous avons comparé à l'approche par ensembles de niveaux. Dans un deuxième temps, nous nous sommes intéressés à la définition du terme d'attache aux données pour différents types d'images 3D. Nous avons envisagé plusieurs géométries rencontrées dans les images médicales. Nous avons étudié l'apport d'une information sur les régions ou sur la distribution des niveaux de gris de l'image pour la déformation ou le recalage multimodal d'un modèle. Finalement, nous nous sommes intéressés à la segmentation de séquences temporelles d'images cardiaques 2D ou 3D. La prise en compte de l'information temporelle permet d'introduire de nouvelles contraintes de déformations. Nous avons mis nos méthodes en pratique avec la segmentation d'images ou des séquences d'images cardiaques provenant de différentes modalités d'acquisition.

Les dispositifs de numérisation de trajectoire font progressivement leurs apparitions afin de permettre la quantification de la trajectoire d'un mouvement dans une scène afin de répondre à différents besoins pour des applications variées. Elles sont potentiellement nombreuses et peuvent être déclinées en 5 familles : loisirs, simulation pour l'industrie, applications médicales, applications liées aux sports et la robotique. Parmi les axes de progression, la suppression des phases de réglages et d'équipement ainsi que la limitation de l'usage de marqueurs actifs contraignants, constituent un nouveau challenge. Les techniques optiques offrent l'opportunité de réaliser des mesures sans contacts. La mesure de lumière est rendue possible à l'aide d'un transducteur électronique qui convertit une énergie ou une puissance optique absorbée en une grandeur électrique. A l'aide d'un traitement approprié, la distance peut être évaluée. Pour l'application recherchée, c'est-à-dire pour des interactions sur plusieurs mètres avec une précision inférieure au centimètre, les méthodes de télémétrie les plus adéquates sont la triangulation, la mesure de phase et éventuellement, la mesure par temps de vol à lumière pulsée constituant un autre compromis intéressant entre complexité et précision. Le concept exploré en détail dans un premier temps, consiste à remplacer les moteurs galvanométriques, onéreux et impliquant des éléments mécaniques à haute dynamiques, par un dispositif de scrutation local basé sur un réseau de sources lasers. Cette approche multi-faisceaux donne une première mesure de position de la cible sans la nécessité de générer un mouvement à cet organe. Afin d'élargir le champ de mesure, un second dispositif prend le relai permettant d'atteindre un volume sphérique. C'est le concept de combinaison mesure locale et mesure globale que nous proposons dans ces travaux de thèse. Cette approche hybride contribue à l'effort de coût avec cependant une dégradation de la précision mais une simplification du dispositif et de ses cibles. Au-delà de cet exemple, différentes autres possibilités de combinaison de mesures globales et locales sont envisageables en fonction des choix technologiques. Chacune d'entre elles possède des spécificités qui vont se traduire sous forme de forces et de faiblesses en fonction des besoins. L'usage d'une matrice de micro-miroir DMD ainsi que d'autres procédés de micro-fabrication représentent des voies d'innovation prometteuses afin de réduire les difficiles compromis entre performances, coût et facilité d'utilisation.

Le recalage est un problème classique en vision par ordinateur qui intervient notamment dans de nombreuses tâches d'analyse des images médicales. Le principe général d'un algorithme de recalage est d'optimiser un critère mesurant la correspondance entre deux images sur un espace prédéterminé de transformations spatiales. Le choix du critère, appelé mesure de similarité, conditionne de façon déterminante la précision et la robustesse de l'algorithme. Il existe aujourd'hui un dictionnaire de mesures de similarité dans lequel le concepteur d'un programme choisit, en se fiant le plus souvent à son intuition et à son expérience, celle qui est la mieux adaptée à son problème particulier. Afin de rendre plus objectif un tel choix, cette thèse propose une méthodologie pour construire des mesures de similarité en fonction de modèles probabilistes de formation d'images. En considérant d'abord un modèle simple de liaison fonctionnelle entre les intensités des images, nous définissons une nouvelle classe de mesures de similarité liée à la notion de rapport de corrélation. Nous montrons expérimentalement que cette classe est adaptée au recalage rigide multimodal d'images acquises par résonance magnétique (IRM), scanner et scintigraphie. La méthode du rapport de corrélation est ensuite étendue au cas du recalage multimodal non-rigide au prix de quelques adaptations pratiques. Enfin, nous formulons le recalage d'images comme un problème général d'estimation par maximum de vraisemblance, ce qui nous permet de prendre en compte des modèles de dépendance inter-images plus complexes que des modèles fonctionnels. Cette approche est appliquée au recalage rigide d'images ultrasonores 3D et IRM.

Les pathologies cardio-vasculaires constituent une des premières causes de mortalité dans les pays occidentaux et en France. En particulier, les pathologies ischémiques en représentent une part significative qui sont elles- mêmes la consé- quence de pathologies vasculaires comme l'athérosclérose. Les progrès de l'imagerie cardiaque permettent aujourd'hui de voir en détail les effets des pathologies ischémiques sur le mouvement du cœur, notamment. L'imagerie cardiaque est ainsi un outil précieux pour l'aide au diagnostic de ce type de pathologies, et pour mieux comprendre leurs causes et leur évolution. A ce jour, l'exploitation de ces données en clinique reste cependant très incomplète. En effet, le volume très important de données rend quasiment impossible le trai- tement manuel complet des images acquises sur chaque patient. D'autre part, le traitement manuel des images manque d'objectivité et de reproductibilité, com- promettant la validité des résultats obtenus, tant dans un contexte de recherche que pour un diagnostic en clinique. Nous proposons de recourir à des méthodes d'analyse assistées par l'ordinateur pour améliorer l'exploitation de ces images, à savoir l'extraction de l'anatomie et du mouvement du cœur en 3D. Ces méthodes permettront d'apporter une aide au diagnostic précieuse en fournissant des para- mètres globaux et locaux de la fonction contractile. Elles permettront en outre de faire avancer les connaissances en permettant une analyse accélérée et objective de groupes importants de patients. L'analyse automatisée d'images cardiaques pose cependant de nombreux pro- blèmes méthodologiques. Les travaux menés à ce sujet ont montré que l'utilisation de modèles réalistes comme a priori dans les algorithmes est un pré-requis indis- pensable à leur efficacité. Dans le cadre de cette thèse, nous nous sommes focalisés sur l'évolution de la méthode du Gabarit Déformable Élastique (GDE) pour l'extraction automatique de l'anatomie cardiaque (cavités ventriculaires et enveloppe péricardique), déve- loppée au laboratoire Creatis-LRMN. Le GDE consiste à représenter le myocarde par un modèle de forme a priori que l'on déforme élastiquement pour l'adapter à la forme spécifique du cœur du patient. Au cours de cette thèse, un nouvel algorithme non-linéaire, permettant une meilleure prise en compte de la variabilité de la forme du cœur, a été développé en collaboration avec l'Institut Camille Jordan de Mathématiques Appliquées à Lyon. La collaboration avec des mathématiciens permet d'asseoir nos travaux sur des bases théoriques solides : une preuve de convergence de l'algorithme a été proposée [13]. Nous proposons en outre une méthode de multirésolution sur le maillage qui permet une accélération significative de l'algorithme, ainsi qu'une méthode de perturbation singulière permettant de s'assurer que le modèle est par- faitement adapté aux données [14]. Parallèlement, un travail a été réalisé pour l'amélioration de l'attache aux don- nées [15] et en particulier du champ de force qui guide la déformation du gabarit, de manière à améliorer la robustesse de la méthode, notamment avec les données issues des imageurs modernes. Nous proposons également plusieurs contributions pour le positionnement ini- tial du modèle dans les images. En particulier, l'utilisation d'un recalage par fonc- tions splines de plaque mince a été proposé [16], en collaboration avec le Profes- seur L. Axel à New York. Enfin, nous proposons d'étendre le GDE pour une modélisation dynamique et non plus statique du cœur, en s'appuyant sur une représentation harmonique du mouvement sur l'ensemble du cycle cardiaque et en proposant un algorithme original de résolution [17, 18]. Cette dernière proposition constitue sans doute la principale contribution de notre travail. Elle s'appuie là-aussi sur des résultats théoriques. Les méthodes proposées sont évaluées sur des données de synthèse et des données réelles acquises chez l'homme et le petit animal.

Dans le monde de la recherche, l'analyse du signal et plus particulièrement d'image, est un domaine très actif, de par la variété des applications existantes, avec des problématiques telles que la compression de données, la vidéo-surveillance ou encore l'analyse d'images médicales pour ne prendre que quelques exemples. Le mémoire s'inscrit dans ce dernier domaine particulièrement actif. Le nombre d'appareils d'acquisition existant ainsi que le nombre de clichés réalisés, entraînent la production d'une masse importante d'informations à traiter par les praticiens. Ces derniers peuvent aujourd'hui être assistés par l'outil informatique. Dans cette thèse, l'objectif est l'élaboration d'un système d'aide au diagnostic, fondé sur l'analyse conjointe, et donc la comparaison d'images médicales. Notre approche permet de détecter des évolutions, ou des tissus aberrants dans un ensemble donné, plutôt que de tenter de caractériser, avec un très fort a priori, le type de tissu cherché.Cette problématique permet d'appréhender un aspect de l'analyse du dossier médical d'un patient effectuée par les experts qui est l'étude d'un dossier à travers le suivi des évolutions. Cette tâche n'est pas aisée à automatiser. L'œil humain effectue quasi-automatiquement des traitements qu'il faut reproduire. Avant de comparer des régions présentes sur deux images, il faut déterminer où se situent ces zones dans les clichés. Toute comparaison automatisée de signaux nécessite une phase de recalage, un alignement des composantes présentes sur les clichés afin qu'elles occupent la même position sur les deux images. Cette opération ne permet pas, dans le cadre d'images médicales, d'obtenir un alignement parfait des tissus en tous points, elle ne peut que minimiser les écarts entre tissus. La projection d'une réalité 3D sur une image 2D entraîne des différences liées à l'orientation de la prise de vue, et ne permet pas d'analyser une paire de clichés par une simple différence entre images. Différentes structurations des clichés ainsi que différents champs de déformation sont ici élaborés afin de recaler les images de manière efficace.Après avoir minimisé les différences entre les positions sur les clichés, l'analyse de l'évolution des tissus n'est pas menée au niveau des pixels, mais à celui des tissus eux-mêmes, comme le ferait un praticien. Afin de traiter les clichés en suivant cette logique, les images numériques sont réinterprétées, non plus en pixels de différentes luminosités, mais en motifs représentatifs de l'ensemble de l'image, permettant une nouvelle décomposition des clichés, une décomposition parcimonieuse. L'atout d'une telle représentation est qu'elle permet de mettre en lumière un autre aspect du signal, et d'analyser sous un angle nouveau, les informations nécessaires à l'aide au diagnostic.Cette thèse a été effectuée au sein du laboratoire LIPADE de l'Université Paris Descartes (équipe SIP, spécialisée en analyse d'images) en collaboration avec la Société Fenics (concepteur de stations d'aide au diagnostic pour l'analyse de mammographies) dans le cadre d'un contrat Cifre.