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Thème B - Signaux et image en Santé
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Thèse:Etude théorique et pratique des effets de la stimulation électrique sur les systèmes neuronaux
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Contexte général : épilepsie et neurostimulations
Les épilepsies partielles regroupent un ensemble de syndromes épileptiques en relation avec une zone épileptogène (ZE), région plus ou moins circonscrite du cortex cérébral responsable de crises récurrentes. En France, on considère que 40 000 personnes souffrent d’un handicap grave dû à une épilepsie partielle pharmaco-résistante (EPPR). Chez certains patients l’exérèse chirurgicale de la ZE est contre-indiquée. Des alternatives thérapeutiques restent donc à développer.
La neurostimulation, (injection directe de courants électriques dans les structures cérébrales) est une technique émergeante dans le cadre des EPPR. En effet, l’application de champs électriques peut moduler la dynamique des systèmes neuronaux. De plus, la réponse de ces systèmes à la stimulation dépend des processus excitateurs et inhibiteurs sous-jacents.
Sujet de thèse : neurostimulations, approche combinant modélisation et expérimentation
Récemment, deux types complémentaires de neurostimulation ont été décrits :
1) le premier (type 1) est transitoire, et vise à réduire/supprimer l’activité épileptique dès qu’elle survient.
2) le second (type 2) est continu (trains de très faible intensité) et vise à suivre la réponse des systèmes neuronaux au cours du temps pour détecter les états pré-critiques.
Pour les stimulations de type 1, souvent définies empiriquement, un contrôle total des crises n’a jamais été atteint. Pour celles de type 2, les résultats obtenus chez un faible nombre de patients doivent être confirmés.
Le sujet de thèse proposé porte sur l’étude de ces deux types de stimulation en combinant modèles biomathématiques (ou « computationnels », http://www.scholarpedia.org/article/Models_of_epilepsy) et modèles expérimentaux (in vivo et in vitro). Les objectifs de cette thèse sont les suivants:
- Etudier, de manière théorique, les 2 types de stimulation et reproduire leurs effets dans les modèles biomathématiques.
- Participer à l’évaluation expérimentale des stratégies de stimulation mises à jour grâce aux modèles biomathématiques.
Sur le plan formel, les modèles computationels qui seront utilisés correspondent à des systèmes dynamiques non linéaires (SDNL) « perturbés » par un signal externe (amplitude, fréquence et polarité variables). Des problèmes d’identification de paramètres seront traités ici, soit au moyen d’outils mathématiques (stabilité, bifurcations des SDNL), soit au moyen de méthodes optimisation (simulations intensives et analyse de sensibilité aux paramètres).
La partie « évaluation des protocoles de stimulation » se fera sur un modèle in vivo de « souris épileptique » développé dans l’équipe. La partie « in vitro », quant à elle, sera effectuée sur la plateforme d’imagerie bi-photonique PIXEL (GIS EUROPIA, Université de Rennes 1).
Compétences recherchées : traitement du signal, contrôle des systèmes (boucle ouverte, boucle fermée), programmation (C, labview), acquisition de données électrophysiologiques in vivo
Rémunération : égale à l’allocation de recherche du ministère de l'enseignement supérieur (1367 Euros net sans monitorat, 1620 Euros net avec monitorat)
Contact:
F. Wendling. LTSI. 02 23 23 56 05. fabrice.wendling@univ-rennes1.fr,
Sujet_thèse_imagerie_LTSI_Rennes
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Titre de thèse :
Laboratoire d'accueil :
LTSI, Laboratoire Traitement du Signal et de l’Image, UMR INSERM 642, Université de Rennes 1
Encadrants : Mireille GARREAU (PU), Pascal HAIGRON (PU)
Descriptif :
Résumé du projet :
Le problème posé concerne l'assistance au geste interventionnel pour la pose de valve aortique par voie percutanée dans le cadre du traitement de valvulopathie. Le remplacement chirurgical de la valve aortique est actuellement le traitement de référence pour les patients atteints de sténose aortique symptomatique sévère. Sans chirurgie, le pronostic est extrêmement défavorable, avec un taux de survie à trois ans de moins de 30 % [1]. Ce geste chirurgical reste cependant une intervention à risque avec une morbidité non négligeable, notamment pour les sujets âgés et atteints de comorbidités multiples. Le remplacement valvulaire aortique percutané ou "Transcatheter Aortic Valve Implantation" (TAVI) est une nouvelle technique moins invasive qui a été appliquée pour la première fois en clinique en 2002 en France (A. Cribier, Rouen). Elle est actuellement envisagée comme alternative au remplacement valvulaire aortique chirurgical conventionnel chez les patients atteints de sténose aortique symptomatique sévère, considérés comme présentant un risque trop important pour une chirurgie à coeur ouvert [2]. La perspective d'un traitement percutané connaît ainsi un grand engouement et suscite un fort dynamisme du milieu clinique et industriel. Cependant, les interventions réalisées à ce jour (environ 300 patients compassionnels) sont entâchées d'un taux de mortalité précoce important et d'échecs techniques (dimensions d'instruments mal adaptées, difficultés de positionnement de la prothèse).
Les défis scientifiques, technologiques et cliniques à relever se situent alors à la fois aux niveaux pré- et peropératoires. L'optimisation et la sécurisation de ce traitement au moyen d'une nouvelle approche de thérapie guidée par l'image constitue l'objectif majeur de ce projet. Compte-tenu des difficultés posées par les mouvements cardiaques et respiratoires, la présence des artères coronaires et de plaques à risque embolique, l'utilisation de modalités d'imagerie temps-réel mais de qualité informative limitée, la méthodologie envisagée doit permettre une localisation plus précise du dispositif endovasculaire avant et au moment du largage.
Les travaux seront abordés en considérant les phases pré- et intra-opératoires qui sont étroitement liées. A - Planification / simulation du geste : (1) Modélisation anatomique et extraction de caractéristiques spatio-temporelles de l'imagerie 4D préopératoire: segmentation de la crosse aortique, des ostia coronaires, de l'annulus et des commisures, avec mise en évidence et volumétrie des lésions calcaires pour l'aide à la décision thérapeutique et le dimensionnement d'une endovalve idéale ; (2) Planification de trajectoire afin de déterminer la voie d'abord et l'ancillaire adéquats ; (3) Simulation de largage de l'endovalve à partir de modèle géométrique de valve et des données patient. B-Assistance per-opératoire : (1) Fusion d'images TDM préopératoires et angiographiques peropératoire ; (2) Suivi, contrôle et ajustement de la position du cathéter supportant la prothèse pour un largage/accrochage optimisé de la prothèse. Ces travaux s'appuieront sur l'expérience de l'équipe IMPACT du LTSI dans le domaine de l'aide à la conduite de gestes interventionnels en imagerie cardio-vasculaire et sur des compétences méthodologiques en traitement d'images et modélisation (caractérisation, recalage, visualisation, navigation, simulation spécifique patient, réalité augmentée) [3].
[1] Sambu N, Curzen N. Future Cardiol 2010;6(2):243-254.
[2] Leguerrier A. J Heart Valve Dis. 2006 ; 15(5):630-7.
[3] Haigron P, Luo L, Coatrieux JL. IEEE Eng Med Biol Mag. 2009 ; 28(4):96-8.
Contact(s) :
Mireille GARREAU - Pascal HAIGRON
LTSI (Laboratoire Traitement du Signal et de l'Image), UMR Inserm 642, Université de Rennes 1
tél : 02 23 23 67 67 / 02 23 23 69 19
