Thèse numérisée par la Division de la gestion de documents et des archives de l'Université de Montréal

Thèse numérisée par la Division de la gestion de documents et des archives de l'Université de Montréal

La carotide est une artère très importante, car elle a pour fonction, principale avec le tronc basilaire d'irriguer le cerveau. Le flux sanguin dans cette région est complexe durant un cycle cardiaque. Les différentes formes de flux et en particulier le vortex ont rarement été discutés auparavant, et le battement de la paroi n'est pas pris en compte. Ce travail de thèse est une contribution pour comprendre l'évolution du vortex et les éléments qui l'influencent, en particulier les battements de parois, pour une recherche expérimentale au niveau de modèles de la bifurcation carotidienne. Les fantômes de carotide avec une transparence et une élasticité des parois artérielles proches de la réalité ont été réalisés par la technique de prototypage rapide. La description des phénomènes de flux et de vortex ont été réalisée dans les fantômes rigide et souple des carotides essentiellement de deux manières : longitudinalement par caméra rapide et transversalement par IRM. Une plateforme économique de PIV a été établie pour quantifier précisément le comportement du vortex avec des vecteurs de vitesse. Une méthode de segmentation de région de vortex et une analyse quantitative ont été mises au point pour étudier leur évolution durant le cycle cardiaque par IRM. La reproductibilité du vortex a été validée par une approche statistique. Les paramètres influençant le comportement des vortex dans les fantômes souple et rigide ont été étudiés. Enfin, une étude de faisabilité sur les vortex dans les fantômes en forme de carotide réelle a été réalisée pour la première fois.

Le problème de la modélisation et de la simulation des mouvements du tronc pendant la respiration est étudié dans cette thèse. L'objectif est la représentation graphiquement réaliste de ces mouvements grâce à des modèles générateurs. Le découpage de ce document propose des étapes méthodologiques pour la modélisation.<br />Dans une première partie les principes mécaniques du phénomène de la respiration sont exposés. Le problème apparaît alors comme la modélisation et la simulation comportementale sous contraintes d'un objet complexe composés de régions ayant des propriétés différentes (élasticité, motricité, rigidité). Les modèles générateurs basés sur la physique se révèlent être les outils informatiques les plus aptes à atteindre notre objectif. Un état de l'art de ces méthodes et des problématiques liées est alors dressé.<br />La deuxième partie présente la construction du modèle informatique découpée en régions de propriétés spécifiques. On présente alors une nouvelle fonction d'élasticité utilisant l'expression d'une mémoire de forme locale. Comparée à un modèle classique masse-ressort, cette fonction d'élasticité prouve son efficacité. La modélisation des régions musculaires et solides est ensuite présentée. Puis, on montre la possibilité de contraindre ces régions afin de modéliser d'autres propriétés. On développe notamment une méthode de résolution directe permettant de vérifier des contraintes locales et globales sans utiliser d'algorithme itératif. La résolution de la contrainte d'incompressibilité illustre cette méthode de résolution ; les principes généraux de cette résolution sont dégagés permettant ainsi de généraliser son application.<br />La dernière partie de ce manuscrit fournit une validation qualitative du modèle développé par l'intermédiaire de différents exemples, dont celui de la simulation des mouvements du tronc pendant la respiration.

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Ce travail s’est intéressé au traitement sous cortical de la parole dégradée par le bruit, notamment par la caractérisation première de l’importance de certains traits acoustiques dans la perception de la parole normale. Pour cela, nous avons d’abord participé à la mise au point de la technique électrophysiologique de potentiels évoqués auditifs obtenus en réponse à des sons de parole, technique proche de celle des potentiels évoqués auditifs précoces, mais qui a des exigences propres en matière de traitement du signal et de techniques de recueil, qui nécessitent une adaptation importante de part la nature différente des stimuli français par rapport aux stimuli anglais utilisés par l’équipe de référence américaine. Les différents axes de notre recherche ont, par ailleurs, permis de mettre en évidence l’importance de l’encodage sous cortical de certaines caractéristiques acoustiques telles que l’enveloppe temporelle, le voisement, mettant par là même en évidence un possible effet corticofuge sur l’encodage de celui-ci. Ces différentes expériences nous ont amenés à nous poser la question des conditions idéales de recueil des PEASP, et notamment l’effet de l’intensité sur le recueil de ceux-ci, mettant en évidence une relation non-linéaire entre l’intensité de stimulation, et les caractéristiques des PEAPSP. Si une intensité de 20 dB SL semble nécessaire au recueil d’un PEAPSP, les réponses montrent une variabilité qui reste très grande à l’échelon individuel, ce qui rend l’utilisation de l’outil PEAPSP à visée diagnostique, que ce soit dans les troubles du langage chez l’enfant, ou dans les troubles de l’audition dans le bruit, difficile. / The major purpose of my thesis was the investigation of brainstem structures implications into speech in noise processing, particularly by identifying the impact of acoustic cues on normal speech perception. Firstly, we were involved in the engineering of the speech auditory brainstem responses (SABR) recording system. SABR are similar to brainstem auditory evoked responses to clicks, but require different acquisition and signal processing set-ups, due to the difference between the French and the American stimuli used by the American reference team. The different studies presented here, permitted to emphasize the role of brainstem structures into the subcortical processing of acoustical cues, such as the temporal enveloppe, or the voicing, with a possible evidence of a corticofugal effect on SABR. These experimentations lead us to a more fundamental question on the best conditions required for PEASP collection, in particular, the best stimulation intensity needed. The results of the experiment on intensity effect showed a non linear relation between the stimulation intensity and PEASP characteristics. Even if an intensity of only 20 dB SL seems enough for SABR recording, individual results are still highly variable so that diagnostic application of SABR on, for example, children with language learning problems or subject suffering from speech in noise perception impairment remains difficult.

Les données biomécaniques sur les enfants sont rares et difficiles à obtenir lors d'expérimentations. Cette recherche s'intéresse à l'évaluation in vivo du comportement mécanique du tronc et des propriétés mécaniques de l'os cortical des côtes. Le comportement mécanique in vivo du tronc de l'enfant et de l'adulte sous charge pendant des manipulations de kinésithérapie respiratoire ont été étudiées. Trois formes typiques de courbes de force en fonction du déplacement ont été observées. Un plus grand décalage en temps entre les courbes de force en fonction du temps et les courbes de déplacement en fonction du temps ont été observés plus fréquemment chez les enfants que chez les adultes, ce qui conduit à différentes formes de courbes de force en fonction du déplacement entre les enfants et les adultes. Parmi les paramètres qui peuvent affecter le comportement mécanique du tronc, les propriétés mécaniques de l'os cortical des côtes ont été étudiées. Dans un premier temps, il a été constaté ex vivo que les propriétés mécaniques de l'os cortical des côtes des adultes sont liées de façon linéaire à la Densité Minérale Osseuse (DMO) mesurée par la tomodensitométrie quantitative (Quantitative Computed Tomography, QCT) et la tomographie périphérique quantitative à haute résolution (High Resolution Peripheral Quantitative Computed Tomography, HR-pQCT). La DMO peut être mesurée par QCT in vivo. Ensuite, les relations entre la DMO et les propriétés mécaniques pour l'adulte ont été appliquées aux enfants, et les propriétés mécaniques de l'os cortical de l'enfant ont pu être estimées. Les propriétés mécaniques ont été trouvées plus élevées dans la partie latérale des côtes que dans les régions antérieures et postérieures. Il a également été constaté que les propriétés mécaniques augmentent au cours de la croissance. Il s'agite la première étude qui a évalué les propriétés des matériaux de l'os cortical des côtes de l'enfant in vivo. Cette étude peut aider à mieux comprendre la réponse mécanique du tronc de l'enfant et les propriétés mécaniques de l'os cortical costal. À court terme, ces résultats mesurés in vivo seront considérés dans des modèles éléments finis du tronc de l'enfant / Biomechanical data on children, both mechanical behaviors and tissue properties, are rare and difficult to be obtained through biomechanical experiments. This thesis mainly discussed the mechanical behavior of pediatric trunk and mechanical properties of pediatric rib cortical bones in vivo. The mechanical responses of the living and active pediatric and adult trunks during in vivo loading tests were investigated. Three typical shapes of force-displacement curves were observed. Larger time lags between force time histories and displacement time histories were observed more frequently in children than adults, resulting in different shapes of force-displacement curves between children and adults. To better understand the mechanical behavior of pediatric trunk, rib cortical bone mechanical properties were studied. It was found that mechanical properties of adult rib cortical bones were linearly related to Bone Mineral Density (BMD) measured by Quantitative Computed Tomography (QCT) and High Resolution Peripheral Quantitative Computed Tomography (HR-pQCT). The BMD could be measured by QCT in vivo. Then, the mechanical property-BMD relationships were introduced to child population, and the mechanical properties of pediatric rib cortical bones were estimated. The mechanical properties were found higher in the lateral part of the ribs than the anterior and posterior regions. It was also found that the mechanical properties were growing during the growth of children. This is the first study which estimated the material properties of pediatric rib cortical bones in vivo. This study can help to better understand the mechanical response of pediatric trunk and mechanical properties of pediatric rib cortical bones. These results measured in vivo could contribute to improve the biofidelity of pediatric modeling

Depuis quelques années, des recherches décrivent des effets alarmants de l’exposition à des environnements acoustiques artificiels sur les propriétés fonctionnelles des neurones du système auditif. L’objectif de ce projet était de déterminer si une exposition à très long terme à une intensité sonore, qui n’est pas reconnue par les législations pour provoquer des pertes permanentes ou temporaires (80dB SLP 8h/jour), induisait ou pas des changements au niveau des audiogrammes et des propriétés fonctionnelles des neurones du cortex auditif primaire.Des rattes adultes (Sprague Dawley) ont été exposées entre 3 mois à 18 mois (selon les groupes) à un milieu acoustique mimant les environnements sonores quotidiens de la majorité de la population et dont les effets n’ont jamais été étudiés sur de telles durées. L’originalité de ce projet réside dans l’analyse des effets à tous les niveaux du système auditif depuis le niveau périphérique (ABRs) jusqu’au niveau central (électrophysiologie corticale) ainsi que les conséquences possibles au niveau comportemental. Une tâche d’apprentissage perceptif inédite a été mise au point afin d’évaluer les effets de l’exposition. Au cours du vieillissement, nos données montrent une baisse des performances comportementales, une atteinte progressive des seuils ABRs et des atteintes de certains paramètres des réponses neuronales comme (i) la latence, (ii) la durée, (iii) la détection de silence dans une vocalisation, (iv) le suivit d’une modulation d’amplitude, (v) la reproductibilité des réponses à une vocalisation. Le principal effet de l’exposition à un environnement bruité est l’apparition d’un TTS après 6 à 12 mois d’exposition (qui disparait complètement en 3 semaines), sans que cela ait, de façon très surprenante, la moindre conséquence notable sur les seuils ABRs, l’activité évoquée corticale, ou les performances de discrimination des animaux. Ces résultats nous incitent à la prudence sur la généralisation des conclusions à tirer des expositions à des environnements bruités artificiels. / Over the last few years, studies have described alarming effects of exposure to artificial acoustic environments on the functional properties of neurons in the auditory system. The aim of this project was to determine if long-lasting exposure at a sound intensity which is not recognized by the legislation to cause permanent or temporary hearing loss (80 dB SLP 8h/ day) induced, or not, changes in the audiograms and functional properties of neurons in theprimary auditory cortex. Adult female rats (Sprague Dawley) were exposed over 3 to 18 months (depending on the group) to an acoustic environment mimicking daily sound environments surrounding a large part of the population, and whose effects have never been studied on such durations. The originality of this project lies in analyzing the effects at alllevels of the auditory system from peripheral (via ABRs) to central levels (cortical electrophysiology) and also the possible consequences at the behavioral level. A new perceptual learning task has been developed to assess the effects of exposure. During aging, our data showed a decrease in behavioral performance, a gradual impairment of ABRs thresholds as well as an impairment in parameters of the neural responses such as (i) the response latency, (ii) response duration, (iii) the ability to detect silence in a vocalization (iv) or to follow an amplitude modulation, (v) the reproducibility of response to vocalization. The main effect of exposure to a noisy environment is the appearance of a Temporary Threshold Shift (TTS) after 6 to 12 months of exposure (which completely disappears in three weeks). Surprisingly, this long lasting TTS had apparently no e ffect on ABRs thresholds, the evokedcortical activity, or the animal’s discrimination performance. These results encourage us to be quite cautious in generalizing the conclusions to be drawn from exposures to artificial noisyenvironments.

La grossesse chez la femme peut avoir des répercussions sur la santé physique (SP), la qualité de la vie (QV), et conduire à certaines limitations lors des activités de la vie quotidiennes (AVQ).Dans un premier temps, nous confirmons la fréquence assez élevée des douleurs chez la femme sédentaire durant la grossesse. Ces douleurs sont associées à une diminution de la QV et de la SP conduisant à des effets défavorables voire risqués sur la réalisation de certaines AVQ telle que la traversée d’une rue. En post-partum (PP), ces douleurs ont perduré avec toujours un effet négatif sur la QV et la SP. Dans un deuxième temps, nous abordons l’association entre les douleurs et un changement de la motricité sportive en PP. Ces effets négatifs de la grossesse menacent la vie sportive de la femme restée sédentaire durant la grossesse. Ainsi, elle ne réalise plus le geste du coup droit au tennis, utilisé comme paradigme, de la même manière. Dans un troisième temps, nous proposons un programme de renforcement musculaire centré sur le tronc pour contribuer à contrecarrer les effets négatifs. Les effets de ce programme semblent prometteurs et globalement plus importants que ceux des autres programmes de la littérature. Les femmes actives durant la grossesse ont une intensité nettement plus faible de douleurs, leur permettant de préserver une meilleure SP et une meilleur QV, conduisant à plus de facilité et moins de prise de risque lors de cette même tâche de traversée de rue. Le maintien de l’effet de notre programme est également mise en évidence en PP avec toujours une intensité des douleurs plus faible et une bonne QV et SP. Le geste technique de tennis (coup droit) en PP montre que les femmes sportives et actives durant la grossesse réalisent ce geste, de la même manière que sans grossesse. Enfin, nous avons montré que les effets de la grossesse sont peu différents chez les femmes sportives ou non lorsqu’il s’agit d’une grossesse sédentaire. De même, les effets de notre programme, durant la grossesse, sont globalement similaires sur des femmes déjà sportives ou non. / The pregnancy in women can affect physical health (PH), quality of life (QoL), and lead to some limitations in activities of daily life (ADL). Firstly, we confirm the high frequency of pain in sedentary women during pregnancy. These pains associated with a decrease in PH and in QoL leading to adverse effects or risks in the achievement of some ADL such as crossing a street. In post-partum (PP) period, these pains persisted with always a negative effect on the QoL and PH. Secondly, weconsider the association between pain and changes in motor function in a sportive gestural in women in PP period. These negative effects of pregnancy threaten the sporting life of the woman which remained sedentary during pregnancy. Thus, she does not realize the forehand in tennis, used as a paradigm, in the same manner. Thirdly, we propose a strengthening general program centered on the trunk to help counteract the negative effects. The effects of this program are promising and generally more important than those of other programs in the literature. Active women during pregnancy have a significantly lower intensity of pain, enabling them to preserve a better PH and a better QoL, leading to more ease and less risk-taking during this same task crossing street. Maintaining the effect of our program is also evidence in PP, always with lower pain intensity and a better QoL and PH. The technical gesture in tennis (the forehand) in PP shows that the sportive and active women during pregnancy realize this gesture, in the same manner as without pregnancy. Finally, we showed that the effects of pregnancy are only slightly different in sportive or non-sportive women when it is a sedentary pregnancy. Similarly, the effects of our program, during pregnancy, are overall similar in women already sportive or not.