La microscopie par cohérence optique (OCM) est une technique d'imagerie tomographique basée sur l'interférométrie en lumière blanche permettant d'imager les milieux biologiques à l'échelle microscopique. L'OCM est une méthode particulièrement adaptée à l'imagerie dermatologique, en particulier pour le diagnostic du cancer de la peau, car elle permet d'obtenir des images similaires aux images histologiques sans nécessiter d'effectuer de biopsie.Ces travaux de thèse portent sur le développement de la microscopie par cohérence optique pour l'imagerie de la peau, dans le but de fournir au dermatologue un outil d'imagerie compact, adapté à l'imagerie dermatologique in vivo, et permettant d'obtenir des images à la fois structurelles et fonctionnelles.Un dispositif de microscopie par cohérence optique plein champ (FF-OCM) compact, à éclairage par LED blanche, a tout d'abord été développé, permettant d'obtenir des images tomographiques à très haute résolution (0.7 μm × 1.8 μm) jusqu’à ∼200 μm de profondeur dans la peau. En utilisant une LED de haute puissance, des images de peau in vivo ont pu être obtenues.A partir de ce dispositif de FF-OCM, des méthodes d'imagerie fonctionnelle permettant de cartographier les écoulements sanguins (angiographie) ont été mises en oeuvre. Quatre méthodes, basées sur une analyse du signal interférométrique (temporelle ou fréquentielle), d'images de phase ou d'images d'amplitude ont permis d'imager de l'intralipide s'écoulant dans un modèle de capillaire sanguin.L'imagerie fonctionnelle polarimétrique a aussi été explorée en FF-OCM. Une optimisation du contraste des images polarimétriques a été obtenue en modifiant les composants polarisants d'un montage conventionnel de FF-OCM polarimétrique en fonction de l'échantillon imagé. Cette méthode a été testée sur un échantillon polarisant simple.Finalement, une nouvelle méthode d'OCM, la microscopie par cohérence optique confocale à éclairage « ligne » (LC-OCM) a été étudiée, dans le but de développer un système permettant d'imager la peau in vivo, avec une plus grande profondeur de pénétration dans les tissus que la FF-OCM. Ce système, combinant un filtrage interférométrique et un filtrage confocal, a permis d'obtenir des images de peau in vivo en coupe verticale et en coupe en face, avec une résolution spatiale similaire à celle de la FF-OCM, mais à une profondeur supérieure atteignant 300 μm. / Optical coherence microscopy (OCM) is a technique for tomographic imaging based on white light interferometry, making it possible to image biological media with micrometer-scale spatial resolution. OCM is particularly well-suited to dermatological imaging, especially skin cancer diagnosis, since it provides images that are similar to histological images without the need for biopsy.This PhD thesis focuses on the development of OCM for skin imaging, with the aim of providing a compact, in vivo imaging tool for the dermatologist, capable of acquiring structural and functional images of the skin.A compact, full-field OCM (FF-OCM) system illuminated by a white LED was first developed, making it possible to obtain tomographic images at an ultra-high resolution (0.7 μm × 1.8 μm), up to ∼200 μm in depth within the skin. Using a high power LED, in vivo skin images could be obtained.Using this FF-OCM setup, functional imaging methods for blood flow mapping (angiography) were implemented. Four methods, based on temporal or frequency analysis of the interferometric signal, phase images or amplitude images, have been shown to be able to image intralipid flow within a model blood capillary.Functional polarimetric imaging has also been explored in FF-OCM. Contrast optimization in polarimetric images has been obtained by modifying the polarizing components of the conventional polarization sensitive FF-OCM setup depending on the sample to be imaged. This method has been tested on a simple polarizing sample.Finally, a new OCM method, line-field confocal OCM (LC-OCM), has been studied. The goal here was to develop a system capable of imaging the skin in vivo, with a tissue penetration depth greater than what is possible for FF-OCM. This system, which combines interferometric filtering and confocal filtering, makes it possible to obtain in vivo skin images in vertical and en face slices, with a spatial resolution similar to that of FF-OCM, but with a greater penetration depth of 300 μm.

Au cours des 30 dernières années, d'importants progrès ont été faits dans le domaine de l'oncologie. Les cancers pédiatriques ont été les grands bénéficiaires des progrès des thérapies anticancéreuses et aujourd'hui, le cancer de l'enfant peut être soigné, dans les pays développés, dans 75 à 80% des cas. Cependant, ces thérapies sont connues pour leurs effets gamétotoxiques, et seulement 33 % des garçons qui ont survécu à leur cancer durant l'enfance produisent du sperme de bonne qualité une fois arrivé à l'âge adulte. Actuellement, la seule mesure de préservation envisageable pour ces enfants est de procéder à un prélèvement et à une cryoconservation de tissu testiculaire. Aujourd'hui, il est donc important de mettre au point un procédé capable de produire des spermatozoïdes à partir de tissus testiculaire dans le but de restaurer leur fertilité. Pendant plusieurs décennies, les biologistes de la reproduction ont essayé de développer une technologie pour accomplir in vitro la spermatogenèse chez les mammifères. Malgré des investissements importants dans la recherche, aucune méthode n'a permis de reproduire in vitro l'ensemble de ce processus chez l'homme. Dans cette étude, la société de biotechnologie Kallistem a développée, en collaboration avec des partenaires académiques incluant le laboratoire Ingénierie des Matériaux Polymères (projet ARTIS financé par la Canceropôle Lyon Auvergne Rhône-Alpes) un système de culture tridimensionnel constitué d'un hydrogel de chitosane capable de réaliser in vitro l'ensemble de la spermatogenèse chez différents mammifères incluant l'homme. Le système de culture 3D est un hydrogel physique de chitosane sous forme de tube obtenu après neutralisation d'une solution aqueuse de chitosane, sans aucun agent réticulant. Avantageusement, le tissu testiculaire est confiné dans la lumière du tube ce qui permet de conserver l'architecture 3D in vivo des tissus. L'influence de plusieurs paramètres structuraux du chitosane et de paramètres liés au procédé d'élaboration sur la microstructure, les propriétés mécaniques et de diffusion des hydrogels a été évaluée, dans le but d'optimiser la capacité du système de culture à assurer la survie et la différentiation cellulaire / During the past 30 years, huge progress has been performed in the field of oncology. In particular, pediatric cancers have been the beneficiaries and can now achieve cure rates of 75-80% in developed countries. However, cancer therapies are known for their gametotoxic effects and only 33% of male children who have survived cancer during childhood produce sperm of normality quality when they are adults. Currently, the only feasible conservation protocol for these boys is to make a collection and cryopreservation of their testicular tissue. There is thus a need to provide a process enabling to produce spermatozoa starting from testicular tissue in order to restore fertility. For several decades, reproductive biologists have been trying to develop a technology to achieve spermatogenesis in vitro in mammals. Despite sustained investment in research, no method has now reproduced in vitro this entire process in humans. In this work, Kallistem (Biotech Company) has developed, in collaboration with academic laboratories including “Polymer Materials Engineering” laboratory (project ARTIS financed by the Cancéropôle Lyon Auvergne Rhône-Alpes) a 3D culture system made of chitosan hydrogel enabling to make a complete spermatogenesis in vitro in several mammals including human. The 3D culture system is a tube of chitosan physical hydrogel obtained from neutralization of aqueous chitosan solution, without any external cross-linking agent. Advantageously, the testicular tissue is confined in the lumen of tube which enables to reproduce in vivo 3-dimensional architecture. The impact of several material and processing parameters on microstructure, mechanical and diffusion properties of resulting hydrogels was evaluated, in order to optimize the culturing and maturation ability of 3D culture system

Titre de l'écran-titre (visionné le 5 juin 2023) / La fabrication additive (impression 3D) par fusion sélective au laser (FSL) permet de concevoir des pièces de géométries complexes en utilisant une large gamme de poudres métalliques. Cependant, la performance mécanique de ces pièces est affectée par trois facteurs : les porosités, l'anisotropie de la microstructure et les contraintes résiduelles (CR). À ce jour, l'inspection aux ultrasons pour le contrôle immédiat de la qualité des pièces n'a pas fait l'objet d'une étude systématique et complète. Ce projet de recherche a permis de développer des méthodologies aux ultrasons permettant de révéler et de quantifier la présence de défauts dans les pièces métalliques produites par fusion sélective au laser. D'abord, des échantillons d'acier (316L) et de titane (Ti-6Al-4V) de différentes densités, tailles de porosité et orientations granulaires ont été fabriqués en variant la vitesse et l'espacement entre les passes du laser. Ensuite, des échantillons porteurs de différents niveaux de contraintes internes ont été fabriqués en faisant varier la température du lit de déposition. Finalement, tous les échantillons ont été analysés aux ultrasons (vélocité, atténuation et fréquence de référence), ont fait l'objet d'une étude métallographique complète et ont été analysés par rayons X (niveau de CR). Les résultats de ces travaux ont démontré que l'analyse par ultrasons des pièces imprimées par FSL en acier et en titane était possible, et ce avec des fréquences ultrasonores allant de 5 MHz à 20 MHz. L'approche systématique utilisée a permis d'identifier et de quantifier les caractéristiques ultrasonores qui sont modifiées par les défauts métallurgiques présents dans des pièces issues de FSL. De plus, une corrélation a été établie entre les signatures ultrasonores et la masse volumique des échantillons. Cette étude permet de confirmer l'intérêt d'intégrer des pièces étalons issues de la fabrication additive dans le processus d'inspection aux ultrasons de pièces d'acier inoxydable et de titane issues elles aussi de procédés de fabrication additive. / The process of additive manufacturing (3D printing) by selective laser melting (SLM) enables the design of geometrically complex parts from a wide variety of alloys. However, their mechanical performance is impacted by the three following factors: porosity, microstructure anisotropy, and residual stress. Today, ultrasonic inspection for in-situ quality control of 3D-printed parts has not been subject to a systematic and comprehensive study. This project allows the development of a methodology using ultrasounds that reveals and quantifies metallurgic flaws inside parts manufactured by SLM. At first, samples of steel (316L) and titanium (Ti-6Al-4V) were produced by SLM at various densities, pore sizes, and grain orientations. These characteristics were obtained by varying the manufacturing speed and space between each path of the laser. Then, samples with different residual stress levels were produced by varying the build platform temperature. Finally, all the samples were analyzed with ultrasounds (velocity, attenuation, frequency), and were subject to a complete metallographic and X-ray study (residual stress). The results showed that the ultrasonic inspection of steel and titanium SLM parts was possible by using inspection frequencies between 5 MHz and 20 MHz. This systematic method revealed and quantified the ultrasonic characteristics affected by the metallurgic flaws contained in the SLM samples. Correlations between ultrasonic signature and density of samples were revealed. Overall, this study confirms the relevance of preliminary studies with standards made of metal parts produced by additive manufacturing, for the development of ultrasound-based nondestructive inspection procedures adapted to 3D-printed metal parts.

Le secteur de la mode, comme beaucoup de domaines industriels, fait l’objet d’une forte digitalisation. De nouveaux processus créatifs, tels que l’impression 3D, sont employés pour permettre aux entreprises et aux stylistes d’innover en créant des vêtements ou des accessoires qu’il n’aurait pas été possible de réaliser avec les méthodes de fabrication traditionnelles. L’émergence de l’Intelligence artificielle ne semble pas non plus épargner l’industrie de l’habillement qui tend à utiliser cette technologie pour améliorer sa productivité. Au vu de ces constatations, il faut se poser la question de savoir si les créations générées par ces nouvelles technologies peuvent être appréhendées normalement par le droit d’auteur. Par ailleurs, l’utilisation de technologies aussi pointues nécessite généralement de nombreux intervenants dont le savoir-faire technique, s’éloignent grandement de la conception traditionnelle d’auteur posée par le Code de la propriété intellectuelle et la jurisprudence française. Dans l’hypothèse d’une protection par le droit d’auteur de ces créations, une réflexion sur la détermination des titulaires de ces dernières s’impose. / The fashion sector, like many industrial sectors, is highly digitalized. New creative processes, such as 3D printing, are used to enable companies and designers to innovate by creating clothing or accessories that would not have been possible to do with traditional manufacturing methods. On the other hand, the emergence of Artificial Intelligence does not seem to spare the clothing industry, which tends to use this technology to improve its productivity. In view of these observations, the question must be asked whether the creations generated by these new technologies can be apprehended normally by copyright. Moreover, the use of such advanced technologies generally requires many participants, holders of technical know-how, whose role differs greatly from the traditional concept of author laid down by the Intellectual Property Code and French case law. If French copyright law protects the creations concerned, it is still necessary to determine the author on them.

La fabrication additive plus communément nommée l’impression 3D est une « innovation de rupture », car elle bouleverse les modèles économiques actuels et met en marche une troisième révolution industrielle. Désormais, tout est quasiment imprimable, peu importe la matière, le prix et le domaine concerné. Cette technologie aux potentiels incommensurables pour l’innovation et la production doit trouver son équilibre avec les droits de la propriété intellectuelle. De nombreuses doctrines se sont accordées sur le fait que le droit de la propriété intellectuelle français disposait des outils nécessaires pour appréhender ces technologies et donc que des interventions à court terme n’étaient pas nécessaires. Cependant, l’objectif de ce mémoire est de montrer que le droit de la propriété littéraire et artistique tend à être impacté par l’impression 3D. En effet, cette technique propice à la fabrication de contrefaçon met à mal l’exception de copie privée et le marché de l’art. Les conditions nécessaires pour caractériser l’exception de copie privée ne sont pas adaptées à l’impression 3D. De ce constat résultent des situations où les frontières entre la copie privée et la contrefaçon deviennent poreuses au détriment des particuliers, mais aussi des créateurs qui ne bénéficient pas de la compensation équitable de l’exception. D’autre part, le recours aux impressions 3D avec des techniques limitées porte atteinte à l’intégrité et au respect des œuvres. Alors qu’avec une technique sophistiquée elle permet de reproduire des œuvres quasi identiques sans moyen d’identifier la contrefaçon de l’original. De cette dernière situation découlent des risques d’introduction de faux dans le marché de l’art. La problématique principale de ce développement repose donc sur un meilleur contrôle de la contrefaçon pour la contrecarrer et rétablir la frontière entre l’exception de copie privée et la contrefaçon. Il est donc nécessaire d’anticiper le potentiel de cette technologie en proposant un encadrement plus protecteur des droits des auteurs, des intervenants du processus de création d’un objet imprimé et des consommateurs sans freiner son développement. L’interconnexion de modifications légales sur la responsabilité des intervenants et sur l’exception de copie privée, des interventions contractuelles avec la mise en place d’offre légale, le recours à des outils techniques en amont et en aval du processus de création d’un objet tridimensionnelle pour contrôler, identifier et tracer les objets ainsi qu’une sensibilisation des intervenants permettront de mettre en place un encadrement plus protecteur et efficace sur le long terme. / Additive manufacturing, more commonly known as 3D printing, is a "breakthrough innovation" because it disrupts current business models and sets in motion a third industrial revolution. From now on, almost everything is printable, regardless of the subject, the price and the field concerned. This technology with huge potential for innovation and production must strike a balance with intellectual property rights. Many doctrines have agreed that French intellectual property law has the necessary tools to apprehend these technologies and therefore that short-term legal interventions are not necessary. However, the purpose of this dissertation is to show that 3D printing does impact the law of literary and artistic. Indeed, this technique conducive to the manufacture of counterfeit undermines the exception of private copying and the art market. The conditions necessary to characterize the private copy exception are not suitable for 3D printing. This analysis results in situations where the boundaries between private copying and counterfeiting become porous to the detriment of individuals, but also creators who do not benefit from the fair compensation of the exception. Moreover, the use of 3D printing with limited techniques undermines the integrity and respect of works. While with a sophisticated technique allow a reproduction of almost identical works without any ways to identify the counterfeit from the original. From this last observation, arises the risks of introducing forgeries into the art market. The main problem of this development therefore lies in a better control of counterfeiting in order to counter it and restore the border between the private copying exception and counterfeiting. It is therefore necessary to anticipate the potential of this technology and prevent its negative effects by providing a more protective framework for the rights of authors, stakeholders in the process of creating a printed object and consumers without curbing its development. An interconnection of legal changes on the responsibility of the stakeholders and the exception of private copying, contractual interventions with the establishment of legal offer, the use of technical tools upstream and downstream of the process of creation of a three-dimensional object to control, identify and trace objects as well as stakeholder awareness will help set up a more protective and effective framework in the long term.

La scoliose idiopathique de l’adolescence (SIA) est une déformation de la colonne vertébrale d’origine inconnue. Bien qu’elle soit encore aujourd’hui mesurée et classifiée en utilisant des radiographies bidimensionnelles (2D), il est largement rapporté dans la littérature qu’il s’agit d’une affection dans les trois plans de l’espace. Aussi, il semble que le bassin soit impliqué dans la déformation scoliotique, puisqu’il constitue l’assise de la colonne vertébrale et que son orientation influe sur l’équilibre postural. Ainsi, l'asymétrie du bassin et son attitude posturale pourraient être des mécanismes compensatoires de la scoliose idiopathique ou encore être les agents qui déclenchent la déformation du rachis. L’objectif de ce travail est de déterminer la relation entre la morphologie tridimensionnelle (3D) de la colonne vertébrale et du bassin et les déformations scoliotiques groupées selon la méthode de Lenke et de connaître les liens entre ces paramètres morphologiques et l’angle de Cobb. Pour ce faire, 80 filles atteintes de la SIA ont participé à l’étude. Plus précisément, 32 sujets étaient atteintes d’une scoliose thoracique, 23 d’une scoliose thoraco-lombaire et 25 d’une scoliose lombaire. Des radiographies simultanées des plans postéro-antérieur et latéral en position debout ont été prises au moyen du système EOS. Quinze repères anatomiques sur chacune des vertèbres entre T1 à L5 et vingt-et-un sur le bassin ont été identifiés sur les paires de radiographies. La reconstruction tridimensionnelle de la colonne vertébrale et du bassin a été faite à partir des repères anatomiques. Au total, cinq paramètres sur la colonne vertébrale et trois sur le bassin ont été calculés afin d’identifier la morphologie des déformations scoliotiques thoraciques, thoraco-lombaires et lombaires. L’algorithme de classification non-supervisée de la logique floue ou fuzzy c-means (FCM) a été utilisé pour classifier les sujets. Des classifications à deux et trois classes ont été faites avec les données normalisées et non-normalisées, c’est-à-dire en faisant ou en ne faisant pas abstraction au niveau de la courbure scoliotique. Des analyses de variances à un facteur (ANOVA) avec post-hoc ont été menées sur les classifications à deux groupes et deux classes, alors que des analyses multivariées (MANOVA) avec post-hoc ont été réalisées sur les classifications à trois groupes et trois classes non-normalisés et normalisés. L’angle de Cobb du segment thoracique principal est significativement différent pour les trois types de scolioses. Cependant, ces différences pourraient être associées aux segments analysés et à la sévérité de la courbure. Avec les données normalisées, les scolioses thoraciques L1 se regroupent ensemble pour la classification à deux classes et se divisent en deux pour la classification à trois classes. Les paramètres de la cyphose (p = 0,000), de la lordose (p = 0,000) et de l’orientation du plan de courbure maximale (PCM) (p = 0,000) sont ceux qui divisent ces sujets. Quant aux L5 et L6, peu importe la classification, ils se rassemblent généralement dans une même classe. Aussi, des corrélations de Pearson ont été réalisées en fonction de l’angle de Cobb, afin de déceler des liens entre les types de déformation et les paramètres morphologiques. Le bassin ne semble pas avoir d’impact sur l’issu des classifications, mais il est corrélé avec les déviations scoliotique des sujets lombaires. En effet, la version pelvienne (r = -0,433; p = 0,031) est en relation inverse, tandis que la pente sacrée est en relation directe (r = 0,419; p = 0,037). En résumé, les résultats de cette étude indiquent que l’apport de la morphologie 3D de la colonne vertébrale et du bassin aux déformations scoliotiques thoraciques (L1), thoraco-lombaires (L5) et lombaires (L6) apporte des informations cliniquement pertinentes. Nos résultats obtenus par logique floue concernant les sujets thoraciques appuient ceux de la littérature, à savoir que ces sujets ne sont pas tous hypocyphosés. De nouveaux paramètres, tels que la lordose et l’orientation du PCM, viennent renforcer l’idée qu’il existe des sous-groupes parmi les scoliotiques thoraciques. Finalement, bien que d’un point de vue visuel, les sujets thoraco-lombaires et lombaires soient différents, du côté de la morphologie tridimensionnelle, ces sujets sont inséparables. / Adolescent idiopathic scoliosis (AIS) is a deviation of the spine of unknown origin. Although it is still classified and measured using two-dimensional X-ray, it is widely reported in the literature that scoliosis is a deviation in the three planes of space. Also, it seems that the pelvis is involved in the scoliosis deformity, as it is the foundation of the spine and its orientation influence on postural balance. Thus, the asymmetry of the pelvis and postural attitude could be compensatory mechanisms of idiopathic scoliosis or be agents that trigger this disease. The aim of this work is to determine the relationship between the three-dimensional morphology of the spine and pelvis of scoliosis grouped according to Lenke’s classification and to know the links between morphological parameters and the Cobb angle. Eighty girls with the SIA participated in this study. Specifically, 32 subjects were suffering from thoracic scoliosis, 23 thoracolumbar scoliosis and 25 lumbar scoliosis. Simultaneous radiographs of posterior-anterior and lateral planes in standing position were taken with the EOS system. Fifteen anatomical landmarks on each of the vertebrae between T1 and L5 on the spine and twenty-one on the pelvis, have been identified on the pairs of radiographs. The three-dimensional reconstruction of the spine and pelvis was made from the two radiographs and the anatomic landmarks. A total of five parameters on the spine and three on the pelvis were calculated to identify the morphology of thoracic, thoracolumbar and lumbar deformations. The unsupervised classification algorithm of fuzzy c-means (FCM) was used to classify subjects. Classifications with two and three classes were made with non-standardized and normalized data, i.e. by omitting the level of the scoliosis curve. Analysis of variance (ANOVA) with post-hoc was conducted on classifications with two groups and classes and multivariate analysis (MANOVA) with post-hoc were made on classifications with three groups and classes. The Cobb angle of the main thoracic segment was significantly different for the three types of scoliosis. However, these differences might be attributed to the analyzed segment and severity of the curve. With the normalized data, the thoracic scoliosis L1 subjects regroup in classification with two classes and divides into two classes in the classification with three classes. These classes are divided according to the kyphosis (p = 0.000), lordosis (p = 0.000) and the orientation of plane of maximum curvature (PMC) (p = 0.000) parameters. Regardless of classification, L5 and L6 usually gather in the same class. Also, Pearson correlations were made according to the Cobb angle, in order to detect the relationship between the types of deformation and morphological parameters. Finally, the pelvis had no impact on classifications, but it is correlated with the scoliotic deviation of the lumbar scoliosis. The pelvic tilt (r = -0.433; p = 0.031) is inversely correlated, while the sacral slope has a direct relationship (r = 0.419; p = 0.037). In conclusion, the results of this study indicate that the contribution of the 3D morphology of the spine and pelvis to the thoracic (L1), thoracolumbar (L5) and lumbar (L6) scoliosis provides clinically relevant information. Our results gained by fuzzy-c-means support those in the literature, according to which these subjects are not all hypokyphotic. New parameters such as lordosis and orientation of the PMC, reinforce the idea that there are subgroups within the thoracic scoliosis. Finally, although the thoracolumbar and lumbar subjects appear to differ from a visual standpoint, these subjects are inseparable according to the three-dimensional morphology parameters.

The minimally invasive approach of arthroscopy means less pain and faster recovery time for patients compared to open surgery. However, it implies a high difficulty of performance. Therefore, surgeon should remain at a high level of technical and professional expertise to perform such operations. Surgeon’s skills are being developed over years of surgical training on animals, cadavers and patients. Nowadays, cadavers and animal specimens present an ethical problem also the practice on real humans is usually risky. For surgeons to reach a high level, new and alternative ways of performing surgical training are required. Virtual reality technology has opened new realms in the practice of medicine. Today, virtual reality simulators have become one of the most important training methods in the medical field. These simulators allow medical students to examine and study organs or any structure of the human body in ways that were not possible few years earlier. Similarly, the surgeon as well as the medical student can gain a valuable experience by performing a particular surgery with an anatomical accuracy and realism as it is actually performed in the real world. Thus, they can practice on virtual operation before they proceed and operate on real patients. In this thesis, a virtual reality training simulator for wrist arthroscopy is introduced. Two main issues are addressed: the 3-D reconstruction process and the 3-D interaction. Based on a sequence of CT images a realistic representation of the wrist joint is obtained suitable for the computer simulation. Two main components of the computer-based system interface are illustrated: the 3-D interaction to guide the surgical instruments and the user interface for haptic feedback. In this context, algorithms that model objects using the convex hull approaches and simulate real time exact collision detection between virtual objects are presented. A force feedback device, coupled with a haptic algorithm, is used as a haptic interface with the computer simulation system. This leads in the development of a low cost system with the same benefits as professional devices. In this regard, the wrist arthroscopy can be simulated and medical students can learn the basic skills required with safety, flexibility and less cost / La chirurgie arthroscopique présente actuellement un essor très important pour le bénéfice du plus grand nombre des patients. Cependant, cette technique possède un certain nombre d’inconvénients et il est donc nécessaire pour le médecin de s’entrainer et répéter ses gestes afin de pouvoir exécuter ce type d’opération d’une façon efficace et certaine. En effet, les méthodes traditionnelles d’enseignement de la chirurgie sont basées sur l’autopsie des cadavres et l’entrainement sur des animaux. Avec l’évolution de notre société, ces deux pratiques deviennent de plus en plus critiquées et font l’objet de réglementations très restrictives. Afin d’atteindre un niveau plus élevé, de nouveaux moyens d’apprentissage sont nécessaires pour les chirurgiens. Récemment, la réalité virtuelle commence d’être de plus en plus utilisée dans la médecine et surtout la chirurgie. Les simulateurs chirurgicaux sont devenus une des matières les plus récentes dans la recherche de la réalité virtuelle. Ils sont également devenus une méthode de formation et un outil d’entrainement valable pour les chirurgiens aussi bien que les étudiants en médecine. Dans ce travail, un simulateur de réalité virtuelle pour l’enseignement de la chirurgie arthroscopique, surtout la chirurgie du poignet, a été préesenté. Deux questions principales sont abordées : la reconstruction et l’interaction 3-D. Une séquence d’images CT a été traitée afin de générer un modèle 3-D du poignet. Les deux principales composantes de l’interface du système sont illustrées : l’interaction 3-D pour guider les instruments chirurgicaux et l’interface de l’utilisateur pour le retour d’effort. Dans ce contexte, les algorithmes qui modélisent les objets en utilisant les approches de “Convex Hull” et qui simulent la détection de collision entre les objets virtuels en temps réel, sont présentés. En outre, un dispositif de retour d’effort est utilisé comme une interface haptique avec le système. Cela conduit au développement d’un système à faible coût, avec les mêmes avantages que les appareils professionnels. A cet égard, l’arthroscopie du poignet peut être simulée et les étudiants en médecine peuvent facilement utiliser le système et peuvent apprendre les compétences de base requises en sécurité, flexibilité et moindre coût

Différents éléments vasculo-nerveux participent à la constitution de l'angle ponto-cérébelleux. Dans certaines conditions pathologiques dont la genèse est encore imparfaitement connue actuellement, des conflits peuvent apparaître entre des vaisseaux battants autour du tronc cérébral et des nerfs crâniens. L'objectif de ce travail en trois parties distinctes est consacré à certaines bases anatomiques et physiologiques permettant de mieux appréhender ces conflits vasculo-nerveux. La première partie s'intéresse à la morphogenèse du système vertébrobasilaire. La conception d'un logiciel original de reconstruction tridimensionnelle a permis la modélisation de quatre embryons à partir de coupes histologiques. Les images obtenues permettent de confirmer la morphogenèse décrite dans la littérature et jette les bases d'une étude plus exhaustive. La deuxième partie démontre pour la première fois la mobilité physiologique du nerf vestibulo-cochléaire au niveau de l'angle ponto-cérébelleux, par l'utilisation d'une séquence IRM en contraste de phase. Les directions crânio-caudale et antéro-postérieure et leur amplitude ont été étudiées. Ces mouvements sont dépendants de l'onde de pouls. De façon plus générale, ils peuvent être modélisés sous la forme d'une corde oscillant entre le tronc cérébral et le fond du méat acoustique interne. La troisième partie traite d'une étude de faisabilité qui jette les bases informatiques permettant d'apprécier le vieillissement artériel par la variabilité morphologique du point de confluence des artères vertébrales. Au laboratoire, nous avons conçu un programme de normalisation à partir des scanographies de neuf patients. Il autorise ainsi la création d'un tronc cérébral moyen, et la comparaison de la topographie de ces points de confluence. / Several vascular and nervous structures are located within the cerebello-pontine angle. In certain pathological conditions, microvascular compression syndroms may occur, where an artery or a vein is compressing a cranial nerve. The purpose of this work in three parts is to investigate some anatomical and physiological bases of these microvascular compression syndroms. The first part focuses on the vertebrobasilar system morphogenesis. A special designed 3D reconstruction original software allowed us to reformate four human embryos from histological serial sections. The three-dimensional views are confirming the classical features thus creating the basis of a larger study based on multiple embryos. The second part shows for the first time the physiological motion of the vestibulo-cochlear nerve at the level of the cerebello-pontine angle, with the help of a phase-contrast MRI sequence. The cranio-caudal and antero-posterior directions and their amplitudes have been studied. These motions are cardiac-cycle-dependant. We used an "oscillating string" model to explain the VCN motion between the brain stem and the fundus of the internal acoustic meatus. The third part of this work is focused on a preliminary study of the variability of the vertebro-basilar arterial fusion along the lifetime. An original software has been designed and allowing the normalisation from nine post-contrast cerebral CT scanners. A ?mean? brain stem was obtained and visualized in front of nine arterial fusion points.

Il est estimé qu'une fracture se produit toutes les trois secondes autour du monde, accompagné par un risque élevé d'invalidité ou même de mortalité. La connaissance des mécanismes de fractures dans une configuration de chargement représentatif d'une chute semble être d'un intérêt majeur pour le développement de méthodes dédiées à la prédiction du risque de fracture. La ténacité est un paramètre approprié lorsqu'on s'intéresse à ces mécanismes de fracture, elle détermine l'énergie nécessaire pour propager une fissure à travers l'architecture du tissu. L'objectif de cette étude est d'évaluer la ténacité de l'os cortical humain, considérant à la fois des conditions chargement quasi-statique et représentatif d'une chute sur sites anatomiques appariés. L'acquisition d'images en micro-tomographie ainsi qu'une mesure des cross-links ont été réalisées afin d'évaluer leur influence sur les mécanismes fracture du tissu. Les résultats ont montré que dans des conditions quasi-statiques, les différents sites anatomiques présentent des propriétés mécaniques différentes : le radius résiste mieux à une propagation de fissure. Dans des conditions de chute, il n'y a plus de différences entre ces sites, mais la ténacité décroit de façon significative par rapport au chargement standard. L'os cortical résiste mieux à une propagation de fissure dans des conditions quasi-statiques. Les analyses structurales et biochimiques ont montré des différences entre les sites anatomiques qui expliquent les différences mécaniques. Les caractéristiques architecturales du tissu sont déterminantes vis-à-vis des mécanismes de fracture dans des conditions quasi-statiques. Mais leur rôle lors d'une chute est moins évident. Ces résultats impliquent que la microstructure de l'os cortical n'est pas un déterminant majeur vis-à-vis du risque de fracture. De futures études doivent être réalisées afin de déterminer les paramètres décisifs dans des conditions représentatives d'une chute / A fracture is estimated every three seconds in the world, leading to an increased risk of impairment or even mortality. The biomechanical knowledge of bone fracture mechanisms in a fall configuration of loading is of great interests for the development of clinical method for the prediction of the risk of fracture. Toughness seems to be a good candidate to investigate this fracture process as it corresponds to the energy needed to propagate a crack through cortical bone complex microstructure. The aim of this study was thus to evaluate human cortical bone toughness parameter under both quasi-static and fall-like loading conditions paired anatomical locations. Micro-computed tomography images using synchrotron radiation and collagen cross-links maturation measurements were performed to investigate the influence of the tissue architecture on crack propagation. Results found showed that under quasi-static condition, the different anatomical locations present different mechanical behavior. Radius significantly better resist crack propagation than the other studied location. Considering a fall-like loading condition, no more difference is observed between the locations but a significant decreased is measured compare to the first configuration. Human cortical bone has a better capacity to resist crack propagation under a standard quasi-static loading condition. By investigating the tissue morphometric and biochemical parameters, we observed different organization from a location to another that explains the mechanical differences. The architectural features appear to be determinant for crack propagation mechanisms under quasi-static condition, but they play a lesser role under fall-like condition. These results imply that the tissue microstructure is not a determinant when dealing with the prediction of the risk of fracture. Further work has to be done to reach out which parameters are more determinants under a specific fall-like loading condition

Les spectres de bruit mesurés en cabine d’hélicoptère montrent que la boîte de transmission principale (BTP) est un des principaux contributeurs au bruit perçu par les usagers. Elle génère en effet plusieurs raies émergeant fortement du bruit large bande et dont les fréquences se situent dans la plage de sensibilité maximale de l’oreille humaine. Dans un contexte d’amélioration permanente du confort acoustique des usagers, un modèle numérique est développé pour prédire le comportement dynamique des BTP. Les équations du mouvement sont écrites sur la base de fonctions du temps représentatives des excitations générées par l’engrènement (raideur d’engrènement et erreurs de transmission). Plusieurs éléments de validation sont présentés pour confirmer la pertinence de la formulation proposée. Différents résultats numériques et expérimentaux de la littérature sont utilisés à des fins de comparaison, montrant que le modèle s’applique aux systèmes à simple étage de réduction, par engrenage cylindrique ou spiro-conique. La validation est ensuite étendue aux systèmes à deux étages de réduction et les résultats confirment que la formulation basée sur les erreurs de transmission permet de tenir compte des corrections de profil. Finalement, le modèle est utilisé pour diverses applications. Premièrement, l’influence des erreurs de pas sur le comportement dynamique de transmissions par engrenages est discutée, ainsi que l’influence combinée du niveau de chargement appliqué. Dans un second temps, la relation entre l’erreur de transmission dynamique et différents coefficients dynamiques est étudiée. Le contenu spectral de la réponse au niveau des roulements est ensuite analysé pour des systèmes à deux engrènements cylindriques et l’influence de différents paramètres est discutée. Enfin, une application est réalisée sur un système comprenant un engrenage cylindrique et un engrenage spiro-conique. Les phénomènes de couplage entre les étages successifs sont mis en évidence ainsi que la contribution des deux engrènements au contenu spectral de la réponse aux roulements. / Noise measurements have shown that helicopters main gearboxes highly contribute to the overall cabin noise. Gear mesh vibrations propagate through the shafts to the rolling element bearings and the casing which becomes a source of radiated noise. The latter is characterized by high-amplitude tones emerging from broadband noise whose frequencies lie in the range of maximum human ear sensitivity. In the context of continuous improvement in the acoustic comfort of helicopter passengers, it is therefore necessary to analyse and optimize gearbox vibrations in order to reduce casing noise radiations. The research work presented in this memoir is focused on the development of a numerical model dedicated to the prediction of gear system dynamic behaviour, comprising several gear stages and different types of gears. This model relies on classic beam and lumped parameter elements along with specific two-node gear elements for both cylindrical (spur, helical) and spiral-bevel gears. The equations of motion are developed based on time-varying functions representative of mesh excitations which comprise: (a) mesh stiffness functions, (b) quasi-static transmission error under load, and (c) kinematic (or no-load) transmission error. A number of comparisons with benchmark numerical and experimental results from the literature are presented which demonstrate that the proposed approach is sound as far as single-stage systems with spur, helical or spiral-bevel gears are considered. Validations are then extended to double-stage gears and, here again, it is confirmed that the proposed transmission error based formulation is accurate and can account for tooth shape modifications. In the second part of the memoir, several examples of application are presented and commented upon. First, the combined influence of tooth pitch errors and load on the dynamic behaviour of gear transmissions is tackled. An extended three-dimensional model and a reduced torsional version are then confronted in order to investigate the dependency between dynamic transmission errors and mesh force / root stress dynamic factors. Further investigations on bearing dynamic response in two-stage spur gear systems are conducted and the particular contributions of profile modifications are analysed. Finally, a system combining a cylindrical gear and a spiral-bevel gear is considered and particular attention is paid to the dynamic couplings between the various meshes and their influence on bearing dynamic responses.