Contribution Au Traitement Et à L’analyse De Signaux Issus .
Contribution au traitement et à l’analyse de signauxissus de processus physiologiquesValérie Louis-DorrTo cite this version:Valérie Louis-Dorr. Contribution au traitement et à l’analyse de signaux issus de processus physiologiques. Traitement du signal et de l’image [eess.SP]. Institut National Polytechnique de Lorraine INPL, 2008. tel-00345985 HAL Id: 0345985Submitted on 10 Dec 2008HAL is a multi-disciplinary open accessarchive for the deposit and dissemination of scientific research documents, whether they are published or not. The documents may come fromteaching and research institutions in France orabroad, or from public or private research centers.L’archive ouverte pluridisciplinaire HAL, estdestinée au dépôt et à la diffusion de documentsscientifiques de niveau recherche, publiés ou non,émanant des établissements d’enseignement et derecherche français ou étrangers, des laboratoirespublics ou privés.
Ecole doctorale IAEM LorraineDFD Automatique et Production AutomatiséeInstitut National Polytechnique de LorraineContribution au traitement et àl’analyse de signaux issus de processusphysiologiquesMémoireprésenté publiquement le 02 Octobre 2008pour l’obtention del’Habilitation à Diriger des Recherchesde l’Institut National Polytechnique de LorraineSpécialité : traitement du signalparValérie Louis DorrComposition du juryRapporteurs :M. Patrick ChauvelM. Jacques DuchêneM. Lotfi SenhadjiPUPH à l’Université d’Aix-MarseilleProfesseur à l’Université Technologique de TroyesProfesseur à l’Université de Rennes 1Examinateurs :M. Hervé VespignaniM. Didier WolfPUPH à l’Université Henri Poincaré, NancyProfesseur à l’INPL, NancyCentre de Recherche en Automatique de Nancy (CNRS – UMR 7039)2 avenue de la Forêt de Haye 54516 Vandœuvre-Les-NancyTél. : 33 (0)3 83 59 57 15Fax. : 33 (0)3 83 59 56 44
Mis en page avec la classe thloria.
RemerciementsLes travaux présentés dans cette Habilitation à Diriger les Recherches ont été effectués auCentre de Recherche en Automatique de Nancy, UMR CNRS 7039. Je tiens à remercier sondirecteur actuel Alain Richard et ses prédécesseurs ainsi que les responsables du CRAN pourm’avoir fait confiance au cours de ces années. Je me dois d’associer à ces remerciements lesdifférents directeurs de l’Ecole Nationale Supérieure d’Electricité et de Mécanique qui eux m’ontfait confiance pour le volet enseignement de mon statut d’enseignementJe tiens à exprimer toute ma reconnaissance à Patrick Chauvel, Professeur Universitaire etHospitalier de l’Université d’Aix-Marseille et Directeur du Laboratoire de Neurophysiologie et deNeuropsychologie de m’avoir fait l’honneur de rapporter sur ce travail.Ma gratitude va également à Jacques Duchêne Professeur à l’Université de Technologie deTroyes d’avoir accepté d’établir dans un premier temps un pré-rapport pour l’école doctoraleIAEM Lorraine et dans un second temps de rapporter sur ce travail.Toute ma reconnaissance va également à Lotfi Senhadji, Professeur à l’Université de Rennes,Directeur du Laboratoire Traitement du Signal et de l’lmage pour avoir accepté si spontanémentde rapporter sur ce travail et de faire partie de ce jury.Je suis très reconnaissante envers Hervé Vespignani Professeur Universitaire et Hospitalier del’Université Henri Poincaré, chef du service de Neurologie du CHRU de Nancy de me faire l’honneurde participer à ce jury. Le Professeur Vespignani a initié un certain nombre de projets scientifiquesdepuis de longue date avec le CRAN et Edouard Yvroud en particulier. Son intégration avec LouisMaillard et Jean-Pierre Vignal en tant que membres du laboratoire est un aboutissement légitimequi nous réjouit particulièrement. Il est à l’origine des perspectives de recherche présentées dansce mémoire. Je lui renouvelle toute ma gratitude.Didier Wolf, vous avez accepté la responsabilité du groupe Ingénierie Pour la Santé du CRANil y a une dizaine d’années alors que la situation était délicate. Si les méthodes que vous avezemployées m’ont paru parfois un peu ’provocatrices’, nous en avons discuté, je dois reconnaîtreavec beaucoup de plaisir aujourd’hui qu’elles ont porté leurs fruits, le bilan scientifique du groupeIPS en est la preuve. A titre personnel, vous m’avez soutenue et vous avez mis en œuvre un certainnombre de dispositifs associés à des conseils scientifiques pour me permettre de prendre un viragethématique, je vous en remercie très sincèrement.Monsieur Yvroud, vous avez été le père de l’Ingénierie Biomédicale à Nancy et au CRANen particulier, vous avez été mon Directeur de Recherche, vous êtes devenu un ami fidèle. Jeconnais votre définition de la fidélité et j’en mesure la valeur. Quelques années ont passé depuisle jour où vous m’avez proposé mon sujet de thèse d’Université, cependant votre soutien, vosencouragements sont restés des stimulations permanentes et quotidiennes. J’admire ce don quevous avez pour magnifier les relations humaines. Merci, merci pour tout.Combien dois-je vous remercier Radu, pour ces échanges que nous partageons depuis de nombreuses années maintenant. Scientifiquement votre point de vue permet très souvent de donnerun éclairage nouveau aux différentes problématiques que nous abordons. Votre rigueur et votrecuriosité intellectuelle sont des sources permanentes d’enrichissement. Je voudrais vous témoignerici toute ma gratitude pour ce que vous êtes scientifiquement et humainement.Les travaux présentés ne seraient pas ce qu’ils sont sans les doctorants que j’ai co encadrés :Karim, Radu, Matthieu, Rebeca et Hugo. Bien évident je les salue pour le travail accompli ou àaccomplir et je leur souhaite beaucoup de réussite dans leur vie personnelle et professionnelle.i
Je tiens à présenter ici toute ma reconnaissance à mes collègues du groupe ESPaCE. Il estévident que ce projet prospectif n’aurait pu voir le jour sans la contribution de chacun d’eux. Lacohésion de ce groupe permet de nourrir de grandes ambitions pour nos futurs travaux. Avantd’envisager des concepts, de mettre en œuvre des méthodes, ce sont d’abord les hommes qui fontla recherche, cette conception doit nous rendre optimistes. Bien qu’ils soient soumis à des responsabilités hospitalières lourdes, Jean-Pierre Vignal et Louis Maillard sont des sources d’idées et deréflexions scientifiques très pertinentes, ils savent se rendre disponibles et font preuve de beaucoupde patience pour nous faire partager à la fois leurs curiosités intellectuelles et leurs expertises médicales acquises depuis de nombreuses années. J’apprécie particulièrement nos échanges toujoursfructueux. De par leurs expériences passées, Thierry Cecchin et Olivier Caspary qui viennent denous rejoindre apportent au projet ESPaCE des visions scientifiques et méthodologiques nouvelles.Nous nous en réjouissons : je vous renouvelle à tous mes remerciements.Les travaux de recherche présentés dans ce mémoire ont tous fait l’objet de collaborations scientifiques et médicales. Comment ne pas remercier ces collègues avec qui j’ai travaillé sur chaqueprojet ? Anne Marie Benoît avec qui j’ai partagé l’encadrement scientifique de l’application surle glaucome, quelques galères technologiques et de nombreux fous rires. J’associe également lespersonnes du service d’ophtalmologie du CHRU de Nancy le professeur Antoine Raspiller chef duservice, Laurent Mallat, Karim Naoun et Paul Allé. Le professeur François Guillemin Directeur duCentre Alexis Vautrin et chirugien qui a initié le sujet sur les sons abdominaux et que la curiositéscientifique n’est plus à démontrer. Christian Heinrich pour les échanges scientifiques que nousavons eus sur la partie débruitage en phonoentérographie, échanges qui perdurent aujourd’hui. Etenfin, Fabrice Wendling, sa compétence scientifique indéniable, sa grande expérience des problématiques de neurophysiologie et sa disponibilité ont été d’un grand soutien pour la collaborationd’encadrement de thèse de Matthieu Caparos qui a effectué deux séjours dans les meilleures conditions d’accueil au LTSI. Les conseils éclairés et permanents qui ont été prodigués par Fabrice, nousont permis de faire des choix judicieux et fructueux. Que toutes ces personnes soient sincèrementremerciées.J’associe à ces remerciements l’ensemble de mes collègues du groupe IPS Christian Daul,Walter Blondel et les membres du Centre Alexis Vautrin qui sont trop nombreux pour les citerpour les échanges que nous partageons pendant les séminaires et réunions de groupe thématique.Et bien évidemment j’adresse toute ma gratitude à mes collègues du CRAN et de l’ENSEMen général qui enrichissent mon quotidien par des idées, des points de vue, leur dévouement, leursympathie. Je voudrais témoigner plus particulièrement ma reconnaissance à toutes les personnesqui facilitent, assistent, soutiennent avec une grande efficacité au quotidien nos tâches : Christine Pierson, Carole Courrier, Céline Morville, Jean-Marie Munier, Fadi Scharif, Benoît Marchal,Marie-Claude Cardot, Pierre Maffeïs, sans oublier le personnel du service de scolarité MoniqueBilon, Josette Contal et Patricia Thaize.ii
à Léna, Lucas et Richard pour ce qu’ils sont et représentent pour moi,à ma famille, ma mère si présente dans la discrétion, mon père si présent dans l’absence.iii
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Table des matièresChapitre 1 Présentation générale11.1Curriculum vitae . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .21.2Activités d’enseignement . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .51.2.1Détails des enseignements . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .51.2.2Réforme Pédagogique. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .71.2.3Financement de plateforme d’enseignement . . . . . . . . . . . . . . . . . .81.31.41.5Responsabilités administratives et collectives. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .91.3.1Responsable d’un projet de recherche . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .91.3.2Responsable de modules . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .91.3.3Responsable de la gestion des TP filières 2A . . . . . . . . . . . . . . . . . .91.3.4Responsable de communication ENSEM . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .91.3.5Gestion des crédits de TP électronique . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .9Synthèse des activités de recherche . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 111.4.1Contexte. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 111.4.2Projets de recherche . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 12Activités d’encadrement . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 161.5.1Thèses . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 161.5.2DEA, Masters, Stages , Diplomarbeit . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 171.6Participations à des jurys de thèses . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 181.7Publications . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 20Chapitre 2 Activités de recherche252.1Introduction . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 262.2Débruitage des sons abdominaux . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 282.32.2.1Contexte. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 282.2.2Méthode de débruitage par ondelettes . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 292.2.3Ré-interprétation de type point fixe . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 302.2.4Conditions générales d’application . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 332.2.5Modèles gaussiens généralisés . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 342.2.6Signaux et Algorithmes . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 352.2.7Résultats . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .37Application à la phonoenterographie . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 44v
2.3.1Segmentation, élimination d’artefact et localisation . . . . . . . . . . . . . . 44Segmentation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 45Elimination des artefacts . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 45Localisation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 462.3.2Résultats . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .47Définition des indices d’activité . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 472.3.3Analyse de données pour la phonoenterographie . . . . . . . . . . . . . . . . 482.3.4Classification non-supervisée. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 49Méthode proposée . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 50Résultats de la classification . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .2.42.5502.3.5Tests d’hypothèses statistiques . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 522.3.6Conclusion sur le traitement des sons abdominaux . . . . . . . . . . . . . . 532.3.7Publications . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 53Mesure de relations inter-signaux . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 552.4.1Mesures paramétriques. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 552.4.2Mesures paramétriques de relations inter-structures . . . . . . . . . . . . . . 572.4.3Modélisation des signaux2.4.4Evaluation des méthodes paramétriques . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 602.4.5Résultats . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .2.4.6Mesures non-paramétriques . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 662.4.7Evaluation des méthodes non paramétriques . . . . . . . . . . . . . . . . . . 672.4.8Conclusion . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 596269Etude des EEG : application à l’épilepsie . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 702.5.1Base de données . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 702.5.2Comparaison entre les méthodes . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 722.5.3Latéralisation du foyer épileptogène . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 742.5.4Latéralisation d’événements détectés . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 802.5.5Résultats . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .81Conclusion sur la latéralisation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 822.62.5.6Classification des crises d’épilepsie du lobe temporal . . . . . . . . . . . . . 832.5.7Résultats . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .952.5.8Conclusion . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .972.5.9Publications . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 97Etude du dichroïsme linéaire de la couche des fibres optiques de la rétine . . . . . . 992.6.1Objectif du projet . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 992.6.2Le glaucome . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .2.6.3Dichroïsme des fibres nerveuses rétiniennes . . . . . . . . . . . . . . . . . . 10099Caractérisation de la biréfringence et du dichroïsme . . . . . . . . . . . . 100vi2.6.4Positionnement . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1002.6.5Modélisation des milieux oculaires . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 101
2.6.6Modélisation du système . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1012.6.7Mesure du degré de polarisation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1032.6.8Résultats . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1052.6.9Conclusion . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1062.6.10 Publications . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 107Chapitre 3 Bilan et Perspectives de recherche1093.1Bilan . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1103.2Perspectives . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1133.2.1Contexte médical . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1133.2.2Objectifs3.2.3Positionnement méthodologique . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1153.2.4Positionnement national et international du projet . . . . . . . . . . . . . . 1173.2.5Moyens du projet . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 117. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 114Chapitre 4 Annexe : sélection de publications119Bibliographie121vii
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1Présentation générale1
1.1Curriculum vitaeValérie Louis DorrNée le 30 Novembre 1964, 43 ansMariée, 2 enfantsNationalité FrançaiseAdresse professionnelleCRAN CNRS UMR 7039ENSEM INPL 2 Avenue de la Forêt de Haye54516 Vandoeuvre les Nancy CedexTel. : 03 83 59 55 63Email :Valerie.Louis@ensem.inpl-nancy.frAdresse personnelleValérie Louis Dorr15 Rue Majorelle54690 Lay Saint ChristopheTel. : 03 83 22 97 49Valerie.dorr@wanadoo.frSITUATION PROFESSIONNELLE ACTUELLEMaître de Conférences à l’Ecole Nationale Supérieure d’Electricité et de Mécanique (ENSEM)de l’Institut National Polytechnique de Lorraine (INPL). Classe Normale, 7e échelon.Chercheur au Centre de Recherche en Automatique de Nancy (CRAN, UMR 7039 CNRS-NancyUniversité dans le thème Ingénierie Pour la Santé IPS. Titulaire de la PEDR depuis octobre 2005.Depuis ma thèse d’université, mes objectifs scientifiques sont tous clairement inscrits dans uneproblématique biomédicale. Il s’agit de concevoir des méthodes et des outils de traitement dessignaux physiologiques à des fins diagnostiques ou thérapeutiques. Cette recherche inclut parfoisle développement technologique nécessaire à la chaîne d’instrumentation.FORMATION-DIPLÔMES– 1989-1993 : Doctorat de l’Institut National Polytechnique de Lorraine - Spécialité Génieélectrique. Thèse préparée et soutenue au Centre de Recherche en Automatique de NancyCNRS UMR7039 "Conception d’un procédé automatisé pour la mesure d’angles par capteursà fibres optiques : application à la rééducation des handicapés" Thèse soutenue le 05 février1993. Mention TH. Directeur de thèse : Edouard Yvroud Directeur de Recherche CNRS.Rapporteurs : P. Le Huy, S. Jaquey, J.M. André. Examinateurs : R. Husson, M. Abignoli,– 1988-1989 : D.E.A. Métrologie, Electrotechnique et Automatique option Métrologie - Laboratoire d’Instrumentation et d’Electronique de Nancy (LIEN). Université Henri PoincaréNancy. "Détection par ultrasons du niveau d’urine dans la vessie : applications aux grandstraumatisés",– 1987-1988 : Maîtrise d’Electronique, Electrotechnique et Automatique option génie électrique. Université Henri Poincaré– 1986-1987 : Licence d’Electronique, Electrotechnique et Automatique. Université Henri Poincaré Mention AB,– 1985-1986 : 4 Unités de Valeurs CNAM (cursus DUT de Génie Electrique et MathématiquesGénérales) et stage de formation continue CUCES de 840 Heures "Conception et commandede processus industriels"– 1983-1985 : BTS de physique appliquée. Lycée Arthur Varoquaux.2
FONCTIONS– 1994-2007 : Maître de Conférences à l’INPL-ENSEM 63e (1994-1997) puis 61e section. Chercheur au CRAN CNRS UMR 7039. Thème Ingénierie Pour la Santé. Enseignante en instrumentation, transmission de l’information et traitement du signal à l’ENSEM. 1re classe en1998, puis classe normale. Prime d’Encadrement Doctorale et de Recherche depuis 2005,– 1992-1994 : ATER temps plein en électronique à l’ESSTIN Université Henri Poincaré : cours,TD et TP d’électronique analogique-numérique et de simulation (CAO),– 1990-1992 : Moniteur à l’Université de Metz puis à l’ESSTIN. TD et TP d’électroniqueanalogique et numérique,– 1989-1990 : Vacataire à l’IUT du Montet au département de biologie appliquée,– 1989-1992 : Doctorant, allocataire de recherche bourse MRES.PARTICIPATION A LA COMMUNAUTE SCIENTIFIQUE–
DFD Automatique et Production Automatis ee Institut National Polytechnique de Lorraine Contribution au traitement et a l’analyse de signaux issus de processus physiologiques M emoire pr esent e publiquement le 02 Octobre 2008 pour l’obtention de l’Habilitation a Diriger des Recherches de l’Institut National Polytechnique de Lorraine
Traitement de l’image : de l’equation de la chaleur aux ondelettes Jean-Pierre Antoine* et Laurent Jacques§ *professeur, resp. §assistant, a l’Universite Catholique de Louvain I. Gen eralit es sur le traitement num erique des images Avant de discuter du traitement d’images, il convient de pr eciser l’objet de notre e .
le traitement du signal 2D, c’est- a-dire le traitement d’image. Les outils expos es pour le traitement du signal 1D sont fondamentaux d es qu’on s’int eresse au cas bidimen-sionnel. Nous donnons en quelques pages des pistes pour la g en eralisation de ces outils. Orl eans, le 18 mars 2014.
bout de n cycles de traitement par le médicament A d’une tumeur initialement constituée de 109 cellules. Calculer et représenter par un nuage de points le nombre total de cellules cancéreuses en fonction du nombre de cycles de traitement. Le traitement est-il efficace ? Justifier.
chirurgicale (donc votre stade) et ces études ont notamment révélé une aide à réduire le risque de réapparition du mélanome chez ces patients. Ce type de traitement est appelé « traitement adjuvant » parce qu’il est donné après le traitement primaire (qui dans votre cas est la chirurgie) et c’est un traitement par médicaments.
et techniques utiliséesdans le domaine du traitement du signal, sujet très vaste et en constante évolution. Parcontre, il est destiné aux étudiants qui désirent acquérir une formation de base dans les techniques du traitement du signal. De plus cet ouvrage offreun outil de base àtous les techniciens
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