Universiẗat, Diss.--Bielefeld, 2007.

Zugl.: Aachen, Techn. Hochsch., Diss., 2008.

Diss. Univ. Kassel, 2005.

Thesis (Doctoral)--Universität Bielefeld, 2005. / Includes bibliographical references (p. 237-251) and index.

Le suivi longitudinal en oncologie consiste à évaluer régulièrement l'évolution tumorale afin de définir un protocole de traitement adapté à chaque patient. Il est alors nécessaire d'identifier des biomarqueurs pertinents, qui permettent de quantifier précocement l'évolution tumorale. Les examens d'imagerie permettent d’assurer un suivi non invasif et de proposer des biomarqueurs complémentaires de ceux préexistants. Cette recherche de nouveaux biomarqueurs nécessite de s’appuyer sur des études cliniques et d’effectuer une étude comparative des examens réalisés à différents temps, dans différentes modalités, et ce tant au niveau global que local. Dans cette thèse, nous nous sommes attachés à développer une approche intégrée de traitement d’images pour analyser la pertinence d'indices pour le suivi tumoral. Cette stratégie se décompose en trois étapes: le recalage des données acquises à différents temps et provenant de modalités différentes, la segmentation des lésions tumorales sur les examens de chaque modalité, et le calcul d'indices globaux et locaux traduisant l'évolution spatio-temporelle de la tumeur.L'aspect le plus innovant réside dans l'étape de recalage pour laquelle, au vu des difficultés rencontrées avec les approches classiques, nous avons proposé une nouvelle approche consistant en l'utilisation de plusieurs méthodes de recalage et la sélection de la meilleure pour chaque jeu de données, grâce à un critère quantitatif défini en fonction des applications considérées. L'apport de cette approche a été démontré dans le cadre de deux études cliniques : 1) le suivi de patients atteints de gliomes de haut grade traités par un médicament antiangiogénique nécessitant la mise en correspondance de données de tomographie d’émission monophotonique (TEMP) obtenues après injection de Sestamibi marqué au Technétium-99m avec des images de résonnance magnétique (IRM) pondérées en T1 et acquises après l'injection d'un produit de contraste; 2) le suivi de patients atteints de lésions hépatiques et traités par différents médicaments anticancéreux, nécessitant le recalage de données de perfusion en tomodensitométrie (TDM).La stratégie complète d'analyse a été appliquée à la première étude. Les zones tumorales ont été segmentées sur les IRM en utilisant une méthode classique de Level Set 2D et sur les données TEMP à l'aide de cinq méthodes de seuillage qui diffèrent par les options de choix du seuil. Malgré une forte corrélation en terme de volumes globaux, les indices locaux ont permis de montrer qu'une partie des volumes tumoraux détectés sur les examens TEMP précoces (réalisés 15 minutes après injection) et tardifs (réalisés 3 heures après injection) pouvaient être localisés en-dehors des volumes détectés sur les IRM après injection de Gadolinium. La corrélation élevée constatée entre, d’une part, les variations d'intensité au sein des volumes tumoraux au cours du traitement sur les examens TEMP tardifs et, d’autre part, l'indice de survie globale, suggère que cette variation relative d'intensité pourrait être prédictive de la durée de survie globale des patients, ce qui n’est pas le cas des indices utilisant les données IRM sur notre série limitée de patients. Ainsi ces résultats montrent que l’imagerie TEMP, avec un examen réalisé 3 heures après l’injection de Sestamibi marqué au Technétium-99m, peut être complémentaire de l’IRM, pour évaluer l'évolution tumorale des glioblastomes.Les perspectives de ce travail de thèse sont d'appliquer la stratégie d'analyse à d'autres études cliniques. Néanmoins chaque étape doit être adaptée aux spécificités de l'application concernée, notamment aux modalités d'imagerie impliquées et à la zone anatomique considérée. La principale difficulté à résoudre réside dans l'automatisation et la robustesse des différentes étapes de traitement d’images envisagées. / Longitudinal follow-up in oncology consists in assessing tumor progression in order to define a treatment strategy for each patient. It is thus necessary to identify relevant biomarkers that allow an early evaluation of the tumor’s response to the treatment. Biomedical imaging exams help to ensure a non-invasive monitoring of patients and to propose complementary biomarkers to existing ones. This search for new biomarkers requires relying on clinical studies to compare globally and locally exams acquired at different times and in different modalities.In this PhD dissertation, we focused on developing an integrated image processing framework to analyze the relevance of indices for evaluating the tumor evolution. The strategy includes three steps: registration data acquired at different times and in different modalities, the segmentation of tumor lesions on exams in each modality, and the computation of global and local indices reflecting the spatiotemporal evolution of the tumor.The most innovative aspect lies in the registration step: due to the difficulties faced with conventional methods, we proposed a new approach consisting in using several registration methods and selecting the best one for each dataset, thanks to a quantitative criterion based on the specific features of the application. The contribution of this approach was proven in two clinical studies: 1) monitoring of patients with high-grade gliomas treated with an antiangiogenic drug, where Single Photon Emission Tomography data (SPECT) obtained after injection of Technetium-99m Sestamibi have to be matched with T1-weighted Magnetic Resonance Images (MRI) acquired after the injection of a contrast agent; 2) monitoring of patients with liver damage treated with various anticancer drugs, requiring the alignment of Computed Tomography (CT) data.The complete image processing framework was applied to the first study. Tumor areas were segmented on MR images using a conventional 2D Level Set method, as well as on the TEMP data using five thresholding methods that differ in the choice of the threshold options. Despite a strong correlation in terms of overall volumes, local indices have shown that some of the detected tumor volumes on early SPECT exams (performed 15 minutes after injection) and late SPECT exams (performed 3 hours after injection) could be located out of the tumor volumes detected on MRI. The high correlation found between the intensity variations in tumor volume during treatment on late SPECT exams and the index of Overall Survival (OS) suggests that this relative change of intensity could be predictive of the patient overall survival, which is not the case with the indices derived from the MRI data on our limited series of patients. Thus, these results show that SPECT imaging, with an exam performed 3 hours after injection of Technetium-99m Sestamibi, can be complementary to MRI in the assessment of tumor progression in glioblastomas.The main perspective for this PhD work would consist in applying the analysis strategy to other clinical studies. However, each step must be adapted to suit the specific nature of the targeted application, including the imaging modalities involved and the considered anatomical area. The expected sticking points are the automation and the robustness of the different steps of the processing chain.

Multimodal interfaces (MMIs) are a promising human-computer interaction paradigm. They are feasible for a wide rang of environments, yet they are especially suited if interactions are spatially and temporally grounded with an environment in which the user is (physically) situated. Real-time interactive systems (RISs) are technical realizations for situated interaction environments, originating from application areas like virtual reality, mixed reality, human-robot interaction, and computer games. RISs include various dedicated processing-, simulation-, and rendering subsystems which collectively maintain a real-time simulation of a coherent application state. They thus fulfil the complex functional requirements of their application areas. Two contradicting principles determine the architecture of RISs: coupling and cohesion. On the one hand, RIS subsystems commonly use specific data structures for multiple purposes to guarantee performance and rely on close semantic and temporal coupling between each other to maintain consistency. This coupling is exacerbated if the integration of artificial intelligence (AI) methods is necessary, such as for realizing MMIs. On the other hand, software qualities like reusability and modifiability call for a decoupling of subsystems and architectural elements with single well-defined purposes, i.e., high cohesion. Systems predominantly favour performance and consistency over reusability and modifiability to handle this contradiction. They thus accept low maintainability in general and hindered scientific progress in the long-term. This thesis presents six semantics-based techniques that extend the established entity-component system (ECS) pattern and pose a solution to this contradiction without sacrificing maintainability: semantic grounding, a semantic entity-component state, grounded actions, semantic queries, code from semantics, and decoupling by semantics. The extension solves the ECS pattern's runtime type deficit, improves component granularity, facilitates access to entity properties outside a subsystem's component association, incorporates a concept to semantically describe behavior as complement to the state representation, and enables compatibility even between RISs. The presented reference implementation Simulator X validates the feasibility of the six techniques and may be (re)used by other researchers due to its availability under an open-source licence. It includes a repertoire of common multimodal input processing steps that showcase the particular adequacy of the six techniques for such processing. The repertoire adds up to the integrated multimodal processing framework miPro, making Simulator X a RIS platform with explicit MMI support. The six semantics-based techniques as well as the reference implementation are validated by four expert reviews, multiple proof of concept prototypes, and two explorative studies. Informal insights gathered throughout the design and development supplement this assessment in the form of lessons learned meant to aid future development in the area. / Multimodale Schnittstellen sind ein vielversprechendes Paradigma der Mensch-Computer-Interaktion. Sie sind in einer Vielzahl von Umgebungen einsetzbar und eignen sich besonders wenn Interaktionen zeitlich und räumlich mit einer Umgebung verankert sind in welcher der Benutzer (physikalisch) situiert ist. Interaktive Echtzeitsysteme (engl. Real-time Interactive Systems, RIS) sind technische Umsetzungen situierter Interaktionsumgebungen, die vor allem in Anwendungsgebieten wie der virtuellen Realität, der gemischten Realität, der Mensch-Roboter-Interaktion und im Bereich der Computerspiele eingesetzt werden. Interaktive Echtzeitsysteme bestehen aus vielfältigen dedizierten Subsystemen, die zusammen die Echtzeitsimulation eines kohärenten Anwendungszustands aufrecht erhalten und die komplexen funktionalen Anforderungen des Anwendungsgebiets erfüllen. Zwei gegensätzliche Prinzipien bestimmen die Softwarearchitekturen interaktiver Echtzeitsysteme: Kopplung und Kohäsion. Einerseits verwenden Subsysteme typischerweise spezialisierte Datenstrukturen um Performanzanforderungen gerecht zu werden. Um Konsistenz aufrecht zu erhalten sind sie zudem auf enge zeitliche- und semantische Abhängigkeiten untereinander angewiesen. Diese enge Kopplung wird verstärkt, falls Methoden der künstlichen Intelligenz in das RIS integriert werden müssen, wie es für die Umsetzung multimodaler Schnittstellen der Fall ist. Andererseits bedingen Softwarequalitätsmerkmale wie Wiederverwendbarkeit und Modifizierbarkeit die Entkopplung von Subsystemen und Architekturelementen und fordern hohe Kohäsion. Bestehende Systeme lösen diesen Konflikt überwiegend zu Gunsten von Performanz und Konsistenz und zu Lasten von Wiederverwendbarkeit und Modifizierbarkeit. Insgesamt wird auf diese Weise geringe Wartbarkeit akzeptiert und auf lange Sicht der wissenschaftliche Fortschritt eingeschränkt. Diese Arbeit stellt sechs Softwaretechniken auf Basis von Methoden der Wissensrepräsentation vor, welche das etablierte Entity-Component System (ECS) Entwurfsmuster erweitern und eine Lösung des Konflikts darstellen, die die Wartbarkeit nicht missachtet: semantic grounding, semantic entity-component state, grounded actions, semantic queries, code from semantics und decoupling by semantics. Diese Erweiterung löst das Introspektionsdefizit des ECS-Musters, verbessert die Granularität von ECS-Komponenten, erleichtert den Zugriff auf Entity-Eigenschaften außerhalb der Subsystem-Komponentenzuordnung, beinhaltet ein Konzept zur einheitlichen Beschreibung von Verhalten als Komplement zur Zustandsrepräsentation und ermöglicht sogar Kompatibilität zwischen interaktiven Echtzeitsystemen. Die vorgestellte Referenzimplementierung Simulator X weist die technische Machbarkeit der sechs Softwaretechniken nach. Sie kann von anderen Forschern auf Basis einer Open-Source Lizenz (wieder)verwendet werden und beinhaltet ein Repertoire an üblichen Verarbeitungsschritten für multimodalen Eingaben, welche die besondere Eignung der sechs Softwaretechniken für eine solche Eingabeverarbeitung veranschaulichen. Dieses Repertoire bildet zusammen das integrierte multimodale Eingabeverarbeitungs-Framework miPro und macht damit Simulator X zu einem RIS, welches explizit die Umsetzung von multimodalen Schnittstellen unterstützt. Die sechs Softwaretechniken sowie die Referenzimplementierung sind durch vier Expertengutachten, eine Vielzahl an technischen Demonstrationen sowie durch zwei explorative Studien validiert. Informelle Erkenntnisse, die während Design und Entwicklung gesammelt wurden, ergänzen diese Beurteilung in Form von lessons learned, welche bei künftigen Entwicklungsarbeiten in diesem Gebiet helfen sollen.

L'accessibilité universelle est de nos jours très importante pour nos villes, car elle permet à toute personne, ayant des incapacités physiques ou non, de mener à bien ses activités socio-professionnelles. À travers le monde, plusieurs projets ont vu le jour comme AXS Map à New York ou AccesSIG en France. Au Canada, un projet multidisciplinaire nommé MobiliSIG ayant pour lieu d'expérimentation la ville de Québec a vu le jour en 2013. L'objectif du projet MobiliSIG est de concevoir et développer une application multimodale d'assistance au déplacement des personnes à mobilité réduite. Ce projet se concentre principalement sur la constitution d'une base de données d'accessibilité se référant au modèle PPH (Processus de Production du Handicap). Nos travaux visent à définir la diffusion d'itinéraires adaptés, adaptables et adaptatifs liés à des contextes multi-utilisateurs, multiplateformes, multimodaux (interfaces et transports) et multi-environnements. Après une revue de littérature et afin d'identifier et définir les besoins liés à cette diffusion des données de navigation, nous nous sommes attelés à la description de plusieurs scénarios pour mieux comprendre les besoins des utilisateurs : planification d'un déplacement et navigation dans le milieu urbain ; parcours multimodal ; recherche d'un point d'intérêt (toilettes accessibles). Cette démarche nous a permis également d'identifier les modes de communication et représentations souhaitées de l'itinéraire (carte, texte, image, parole, …) et de proposer une approche basée sur la transformation de l'itinéraire reçu de la base de données d'accessibilité. Cette transformation est effectuée en tenant compte des préférences de l'utilisateur, de son appareil et de son environnement. La diffusion de l'itinéraire se fait ensuite par un service web de diffusion conçu selon le standard du W3C sur les architectures multimodales (MMI) en combinaison avec le concept de la plasticité des interfaces. Le prototype développé a permis d'avoir comme résultat un système qui diffuse de façon générique l'information de navigation adaptée, adaptable et adaptative à l'utilisateur, à son appareil et à son environnement.

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Darmstadt, Techn. Universiẗat, Diss., 2007. / Dateien im PDF-Format.

Zugl.: Saarbrücken, Univ., Diss., 2006