In recent years, probabilistic models have become fundamental techniques in machine learning. They are successfully applied in various engineering problems, such as robotics, biometrics, brain-computer interfaces or artificial vision, and will gain in importance in the near future. This work deals with the difficult, but common situation where the data is, either very noisy, or scarce compared to the complexity of the process to model. We focus on latent variable models, which can be formalized as probabilistic graphical models and learned by the expectation-maximization algorithm or its variants (e.g., variational Bayes).<br> After having carefully studied a non-exhaustive list of multivariate kernel density estimators, we established that in most applications locally adaptive estimators should be preferred. Unfortunately, these methods are usually sensitive to outliers and have often too many parameters to set. Therefore, we focus on finite mixture models, which do not suffer from these drawbacks provided some structural modifications.<br> Two questions are central in this dissertation: (i) how to make mixture models robust to noise, i.e. deal efficiently with outliers, and (ii) how to exploit side-channel information, i.e. additional information intrinsic to the data. In order to tackle the first question, we extent the training algorithms of the popular Gaussian mixture models to the Student-t mixture models. the Student-t distribution can be viewed as a heavy-tailed alternative to the Gaussian distribution, the robustness being tuned by an extra parameter, the degrees of freedom. Furthermore, we introduce a new variational Bayesian algorithm for learning Bayesian Student-t mixture models. This algorithm leads to very robust density estimators and clustering. To address the second question, we introduce manifold constrained mixture models. This new technique exploits the information that the data is living on a manifold of lower dimension than the dimension of the feature space. Taking the implicit geometrical data arrangement into account results in better generalization on unseen data.<br> Finally, we show that the latent variable framework used for learning mixture models can be extended to construct probabilistic regularization networks, such as the Relevance Vector Machines. Subsequently, we make use of these methods in the context of an optic nerve visual prosthesis to restore partial vision to blind people of whom the optic nerve is still functional. Although visual sensations can be induced electrically in the blind's visual field, the coding scheme of the visual information along the visual pathways is poorly known. Therefore, we use probabilistic models to link the stimulation parameters to the features of the visual perceptions. Both black-box and grey-box models are considered. The grey-box models take advantage of the known neurophysiological information and are more instructive to medical doctors and psychologists.<br>

Although dynamic prosthetic alignment is an important process for the rehabilitation of transtibial amputees, such alignment technique is subjective and inconsistent. Using biomechanical variables and questionnaire assessments, this study compared an instrument-assisted dynamic alignment technique using the Compas™ system and conventional alignment techniques on nine adults with unilateral transtibial amputation. A focus group discussion was conducted with six prosthetists to understand clinical practice of dynamic alignment and their perception of the Compas™ system. Results found that Compas™ produced more anterior weight line displacement and greater varus moment on the prosthesis than conventional alignment techniques. Alignment changes did not affect pelvic acceleration, and the instrument-assisted alignment technique produced certain biomechanical changes but not necessarily better alignments. Although the current version of the Compas™ system is not clinically feasible, it can be used as a teaching/justification tool. Further investigation with larger sample size and ankle alignment or moment measures is needed.

Although dynamic prosthetic alignment is an important process for the rehabilitation of transtibial amputees, such alignment technique is subjective and inconsistent. Using biomechanical variables and questionnaire assessments, this study compared an instrument-assisted dynamic alignment technique using the Compas™ system and conventional alignment techniques on nine adults with unilateral transtibial amputation. A focus group discussion was conducted with six prosthetists to understand clinical practice of dynamic alignment and their perception of the Compas™ system. Results found that Compas™ produced more anterior weight line displacement and greater varus moment on the prosthesis than conventional alignment techniques. Alignment changes did not affect pelvic acceleration, and the instrument-assisted alignment technique produced certain biomechanical changes but not necessarily better alignments. Although the current version of the Compas™ system is not clinically feasible, it can be used as a teaching/justification tool. Further investigation with larger sample size and ankle alignment or moment measures is needed.

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Problématique : Les connaissances théoriques et pratiques au sujet de la mise en charge immédiate d’implants non jumelés chez les édentés sont limitées. Objectifs : Cette étude avait pour but de : (1) déterminer le taux de survie implantaire de 2 implants non jumelés supportant une prothèse totale mandibulaire suite à une mise en charge immédiate, (2) évaluer les changements des niveaux osseux et de stabilité implantaire survenus sur ces 2 implants durant une période de 4 mois et les comparer à un implant témoin, et (3) décrire les complications cliniques associées à ce mode de mise en charge. Méthodologie : Chez 18 individus édentés (âge moyen de 62±7 ans), cette étude de phase I avec un design pré/post a évalué les résultats cliniques suivant la mise en charge immédiate (<48 heures) de 2 implants non jumelés par une prothèse totale mandibulaire. À l’aide de radiographies périapicales, de sondages osseux et d’analyses de la fréquence en résonnance, les niveaux osseux péri-implantaires (en mm) et les niveaux de stabilité implantairte (en ISQ) de ces 2 implants insérés dans la région parasymphysaire ont été évalués à la chirurgie (T0) et au suivi de 4 mois (T1). Un implant non submergé et sans mise en charge inséré dans la région de la symphyse mandibulaire a été utilisé comme témoin. Les données ont été analysées avec des modèles mixtes linéaires, la méthode de Tukey ajustée, l’analyse de variance de Friedman et des tests de rang signés de Wilcoxon. Résultats : De T0 à T1, 3 implants mis en charge immédiatement ont échoué chez 2 patients. Le taux de survie implantaire obtenu était donc de 91,7% (33/36) et, par patient, de 88,9% (16/18). Aucun implant témoin n’a échoué. Les changements osseux documentés radiologiquement et par sondage autour des implants mis en charge immédiatement étaient, respectivement, de -0,2 ± 0,3 mm et de -0,5 ± 0,6 mm. Les pertes d’os de support implantaire n’ont pas été démontrées statistiquement différentes entre les implants avec mise en charge immédiate et les témoins. Les niveaux moyens de stabilité implantaire ont augmenté de 5 ISQ indépendamment de la mise en charge. Les niveaux moyens d’ISQ n’ont pas été démontrés statistiquement différents entre les implants avec mise en charge immédiate et les témoins à T0 ou T1. Cinq des 18 patients n’ont expérimenté aucune complication clinique, alors que 9 en ont eu au moins deux. Hormis les échecs implantaires, aucune de ces complications n’a entraîné de changements au protocole. Conclusion : Les résultats à court terme suggèrent que : (1) le taux de survie implantaire suite au protocole immédiat est similaire à ceux rapportés lors d’un protocole de mise en charge conventionnel (2) les changements d’os de support implantaire et de stabilité ne sont pas différents comparativement à ceux d’un implant témoin, (3) un niveau élevé d’expérience clinique et chirurgicale est requis pour effectuer les procédures et pour gérer les complications associées. Ces résultats préliminaires devraient être confirmés dans une étude clinique de phase II. / Problem: There is a theoretical and practice knowledge gap in regard to immediate loading of unsplinted implants in edentulous individuals. Objectives: This study aimed to: (1) determine the implant survival rate of 2 unsplinted implants supporting a mandibular complete overdenture following an immediate loading protocol, (2) assess marginal bone level and implant stability changes of these immediately loaded implants in a 4-month period and compared them to a control implant, and (3) describe the clinical complications associated with this mode of loading. Methods: In 18 edentate individuals (mean age 62±7 years), this phase-I trial with a pre/post design assessed the clinical outcomes following the immediate loading (<48 hours) of 2 unsplinted implants supporting a mandibular overdenture. Periapical radiograhs, bone probing measurements and resonance frequency analysis were used to assess marginal bone losses and implant stability changes of these two implants inserted in the mandibular parasymphyseal region, at baseline (T0) and 4-month follow-up (T1). A non-submerged and non-loaded implant inserted in the mandibular symphysis was used as a control. Data were analyzed using linear mixed models, adjusted Tukey tests, Friedman’s analysis of variance and Wilcoxon signed-ranks tests. Results: From T0 to T1, 3 immediately loaded implants failed in 2 patients. This resulted in an implant survival rate of 91.7% (33/36), and, per patient, of 88.9% (16/18). No control implant failed. The marginal bone losses around loaded implants were -0.2 ± 0.3 mm for radiographic measurements and -0.5 ± 0.6 mm for probing measurements. There was no statistically significant difference between immediately loaded and control implants in regard to the supporting marginal bone losses. The implant stability levels increased of 5 ISQ units regardless of loading. There was no statistically significant difference in the mean ISQ levels between immediately loaded and control implants at T0 or T1. Five out of 18 patients experienced no clinical complication, while 9 of them had at least two. Apart from implant failures, none of these clinical complications led to changes in the protocol. Conclusion: The short-term results suggest that: (1) the implant survival rate following the immediate protocol is similar to those reported during a conventional loading protocol, (2) marginal implant supporting bone and stability changes are not different compared to those of a control implant, (3) a high level of clinical and surgical experience is required to perform the procedures and to manage the associated complications. These preliminary results should be confirmed in a phase II clinical trial.

Des éléments contributifs à plusieurs facettes de la chirurgie cardiaque ont été étudiés dans la présente thèse. Le premier manuscrit adresse la problématique de l’accident cérébro-vasculaire (ACV) post-opératoire. Nous avons analysé de façon rétrospective la médication prise en pré-opératoire de 6813 patients nécessitant une chirurgie de revascularisation coronarienne. Le but étant d’établir si la présence d’une médication précise (aspirine, inhibiteur de l’enzyme de conversion de l’angiotensine, statine, bêta-bloqueur) peut agir en pré-opératoire pour diminuer le risque d’ACV. En analyse multivariée, la combinaison de la prise de bêta-bloqueurs avec une statine a produit un ratio de cote de 0,37, suggérant un effet protecteur très important. Dans le deuxième manuscrit, je présente une étude ciblant les patients avec insuffisance mitrale ischémique modérée. Trente et un patients furent randomisés entre un traitement par pontages seuls vs pontages et annuloplastie mitrale restrictive. L’insuffisance mitrale a disparu en post-opératoire immédiat en présence de l’annuloplastie alors qu’aucun effet immédiat de la revascularisation coronarienne n’était noté sur l’insuffisance mitrale. Un an suivant la chirurgie, une insuffisance mitrale légère est réapparue chez le groupe ayant subi l’annuloplastie alors que les patients du groupe pontages seuls ont remodelé leur ventricule gauche et diminué l’importance de leur insuffisance mitrale au même niveau que le groupe annuloplastie. Aucun des marqueurs d’évolution clinique, tant au niveau symptomatique qu’au niveau de la survie ne diffère entre les groupes. La troisième étude est un suivi sur 20 ans des patients ayant eu des remplacements valvulaires mitraux ou aortiques avec une prothèse mécanique Carbomedics. Cette étude démontre une excellente survie avec un taux de complications valvulaires hémorragiques, thrombotiques, thrombo-emboliques, et d’endocardite favorable comparé aux autres types de prothèse et une absence de bris mécanique. / Many aspects of heart surgery have been carefully studied in the present thesis. The first manuscript touches the important problematic of post-operative stroke. We have analysed in a retrospective fashion the prescription drugs taken pre-operatively in 6,813 patients requiring coronary artery bypass surgery. The aim was to analyse the effect of taking any of the following medications pre-operatively on the risk of post-operative stroke: aspirin, agiotension converting enzyme (ACE) inhibitors, statins, beta-blockers. The combination of taking a beta-blocker and a statin yielded an odd ratio of 0.37 in multivariable analysis, suggesting a strong protective effect. In the second manuscript, I present a study addressing the problematic of moderate ischemic mitral regurgitation. We randomized 31 patients to be treated either by coronary bypass grafts alone or by a combination of coronary bypass grafting and restrictive mitral annuloplasty. Mitral valve regurgitation disappeared immediately following surgery in the annuloplasty group while no impact of coronary artery bypass graft (CABG) alone was noted on mitral insufficiency at the same time point. After one year of follow-up, mild mitral insufficiency was noted to recur in the annuloplasty group while the patients from the CABG alone group remodelled their left ventricle and secondarily decreased their mitral insufficiency grade to the same level as the annuloplasty group. None of the different measurements of clinical evolution differed between the groups at one year. The third study is a 20-year follow-up of patients who had an isolated valvular replacement on the aortic or mitral position with the Carbomedics mechanical prosthesis. This study shows an excellent survival rate with low complications of hemorrhage, thrombosis, thrombo-embolism, reoperation and endocarditis. Noteworthy, a complete absence of structural failure at 20 years.

Diss. (sammanfattning) Stockholm : Karol. inst., 2004. / Härtill 5 uppsatser.

Deux méthodes d’assistance opératoire, pour le positionnement du composant glénoïdien d’une prothèse d’épaule, sont explorées. Elles ont pour dénominateur commun une reconstruction 3D première de la glène pathologique à implanter. Une approche essentiellement clinique, avec des travaux d’application pratique, est proposée pour la technologie des Patients Specific Implants (PSI), dont l’utilisation en orthopédie est croissante. Une approche davantage technologique est ensuite proposée, de type Réalité Augmentée, jusqu’à maintenant encore inexploitée dans le champ de la chirurgie orthopédique. La faisabilité de cette approche, les conditions d’emploi des technologies inhérentes, ont été étudiées. En amont, un nouveau type d’information pour implémenter, sur le support connecté (lunettes électroniques), l’application de réalité, est proposé, avec la modélisation mathématique par régression linéaire multiple d’une glène normale. L’objectif secondaire est d’obtenir une banque de données dites de glènes génériques normales, pouvant servir de référence à la reconstitution d’une glène pathologique à traiter, après un processus de morphing. / In this thesis, two methods of operating assistance for the positioning of the glenoid component of a shoulder prosthesis, are addressed. They have in common a preliminary 3D reconstruction of the pathological glenoid to implant. A main clinical approach, with practice studies, is proposed for the Patient Specific Implants technology, which is currently used in orthopaedics. Then a main prospective and technological approach is proposed with the Augmented Reality, while it is so far untapped in the field of orthopaedic surgery. The feasibility of this last technology, as well as the tools and the manual for its use, were studied. Upstream, a new type of information to implement the augmented reality connected application support is offered, with mathematical modeling by multiple linear regression of a normal glenoid. The second goal is to build a normal generic glenoids database. It can be used as reference to the reconstruction of a pathological glenoid to treat, after a morphing process step.

Le sujet principal de cette thèse est le développement d’un contrôle commande intelligentpour une prothèse de main robotique avec des parties souples qui comporte: (i) uneinterface homme–machine permettant de contrôler notre prothèse, (ii) et des stratégiesde contrôle améliorant les performances de la main robotique. Notre approche tientcompte : 1. du développement d’une interaction intuitive entre l'homme et la prothèse facilitantl'utilisation de la main, d'un système d’interaction entre l’utilisateur et la mainreposant sur l'acquisition de signaux ElectroMyoGrammes superficiels (sEMG) aumoyen d'un dispositif placé sur l'avant-bras du patient. Les signaux obtenus sontensuite traités avec un algorithme basé sur l'intelligence artificielle, en vued'identifier automatiquement les mouvements désirés par le patient.2. du contrôle de la main robotique grâce à la détection du contact avec l’objet et de lathéorie du contrôle hybride.Ainsi, nous concentrons notre étude sur : (i) l’établissement d’une relation entre lemouvement du membre supérieur et les signaux sEMG, (ii) les séparateurs à vaste margepour classer les patterns obtenues à partir des signaux sEMG correspondant auxmouvements de préhension, (iii) le développement d'un système de reconnaissance depréhension à partir d'un dispositif portable MyoArmbandTM, (iv) et des stratégieshybrides de contrôle commande de force-position de notre main robotique souple. / The target of this thesis disertation is to develop a new Smart control of a soft robotic hand prosthesis for the soft robotic hand prosthesis called ProMain Hand, which is characterized by:(i) flexible interaction with grasped object, (ii) and friendly-intuitive interaction between human and robot hand. Flexible interaction results from the synergies between rigid bodies and soft bodies, and actuation mechanism. The ProMain hand has three fingers, each one is equipped with three phalanges: proximal, medial and distal. The proximal and medial are built with rigid bodies,and the distal is fabricated using a deformable material. The soft distal phalange has a new smart force sensor, which was created with the aim to detect contact and force in the fingertip, facilitating the control of the hand. The friendly intuitive human-hand interaction is developed to facilitate the hand utilization. The human-hand interaction is driven by a controller that uses the superficial electromyographic signals measured in the forearm employing a wearable device. The wearable device called MyoArmband is placed around the forearm near the elbow joint. Based on the signals transmitted by the wearable device, the beginning of the movement is automatically detected, analyzing entropy behavior of the EMG signals through artificial intelligence. Then, three selected grasping gesture are recognized with the following methodology: (i) learning patients entropy patterns from electromyographic signals captured during the execution of selected grasping gesture, (ii) performing a support vector machine classifier, using raw entropy data extracted in real time from electromyographic signals.

Ce travail de recherche contribue au questionnement sur les nouveaux enjeux de conception soulevés par le design critique. À plusieurs égards, le corpus de cette thèse repose sur une histoire de la contre-histoire. Une manière de faire et de penser dont l’historicité la plus évidente se situe à la fin des années 1960, lorsque certains designers ont souhaité porter le projet vers la mise en œuvre d’un écart afin d’interroger la société par les moyens du design. Une attitude qui instaure la conception à l’instar d’une logique de la désadaptation des habitudes et des manières conventionnelles de penser. La notion de critique, du grec krinein, qui signifie «séparer», «distinguer», prend ici tout son sens en instaurant, non pas une rupture, mais un déplacement, qui aménage des entre-deux et ménage des porosités de la pensée et de la conception. De l’individu augmenté à l’individu modifié, cette thèse révèle de surcroît, l’inquiétude d’une mainmise au delà de l’invention de l’artificiel et aux abords du biologique. Au gré d’un épuisement de la question du critique en design, nous décelons des moyens de déconstruire les systèmes de la discipline et ses réinventions. / This research work aims to contribute to the study of the new challenges of conception raised by critical design. In several respects the corpus of this thesis is based on a history of coun¬ter history, a way of doing and thinking whose conspicuous historicity takes place in the late sixties when a few designers decided to reconsider the notion of project and stray from the straight and narrow in order to question society through the means of design. The notion of criticism - from the Greek krinein meaning «separate», «discriminate» - takes on its full meaning by introducing a shift (not a break) which makes room for inter¬vals and allows sensitive thinking and conception. From human enhancement to human modification, this thesis also reveals a number of concerns which go beyond the invention of artificial means and touch upon biological aspects. Considering that the critical dimen¬sion in the field of design has been exhausted, this research highlights a few ways to deconstruct the operating principles of this discipline as well as its reinventions.