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Doctorant (H/F) - Analyse multimodale de l'ECG d'un fœtus

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Informations générales

Référence : UMR5525-ROMCIM-003
Lieu de travail : LA TRONCHE
Date de publication : vendredi 3 mai 2019
Nom du responsable scientifique : Julie Fontecave-Jallon (TIMC-IMAG), Bertrand Rivet (GIPSA-Lab), Pierre-Yves GUM2R (TIMC-IMAG)
Type de contrat : CDD Doctorant/Contrat doctoral
Durée du contrat : 36 mois
Date de début de la thèse : 1 septembre 2019
Quotité de travail : Temps complet
Rémunération : 2 135,00 € brut mensuel

Description du sujet de thèse

Pour suivre le bien-être du fœtus ou pour établir un diagnostic médical, un défi est d'extraire un électrocardiogramme fœtal (fECG) de qualité grâce à un nombre limité de capteurs non-invasifs placés sur l'abdomen de la mère. Le projet SurFAO a pour ambition d'enrichir les pratiques cliniques actuelles. D'une part, pendant l'accouchement, le bien-être fœtal est évalué par l'analyse de la variabilité du rythme cardiaque fœtal (RCF), enregistré classiquement par cardiotocographie. Améliorer la fiabilité de l'estimation du RCF [1] par une analyse menée sur le fECG est d'un grand intérêt clinique. D'autre part, à un stade plus précoce de la grossesse et plus rarement, des anomalies du RCF peuvent être détectées. L'accès aux enregistrements du fECG pour l'analyse de leurs morphologies permettrait un diagnostic plus précis et un meilleur suivi de l'efficacité des traitements.
Pour faire face à ces problématiques, l'approche proposée vise à coupler 2 informations cardiaques complémentaires recueillies aux meilleurs emplacements. Elle combine l'utilisation de capteurs électrophysiologiques ECG avec des capteurs sonores donnant accès à des signaux phonocardiographiques (PCG). La thèse proposée pourra être orientée selon 2 axes, en fonction des aspirations du (ou de la) candidat(e) :
1/ améliorer la robustesse de l'estimation du RCF par fusion des modalités. Un traitement conjoint des 2 modalités, basé sur la factorisation de matrices non-négatives sera considéré, tout comme le switch entre modalités, inspiré des méthodes de détection de points de rupture (OCPD) [6,7], pour assurer la meilleure estimation de RCF.
2/ extraire les formes d'ondes ECG du fœtus en améliorant le processus d'estimation à l'aide du PCG. Nos précédents travaux [2-5] basés sur les processus gaussiens ont montré l'efficacité de ce modèle non-paramétrique, mais les coûts de calcul sont encore trop élevés. Les modèles de Kalman étendus et les algorithmes KRLS (kernel recursive least square) seront considérés.
Ces travaux méthodologiques seront menés en parallèle de l'acquisition de données expérimentales réelles sur femmes enceintes, en collaboration avec le CHU de Grenoble, dans le cadre de protocoles cliniques déposés. Ces données serviront au développement et à la validation des algorithmes proposés. La validation nécessitera de décider d'un ou de plusieurs indicateurs de performance permettant de qualifier les résultats obtenus.
Des liens industriels sont d'ores et déjà identifiés pour le développement d'un futur dispositif médical.
Références bibliographiques :
[1] V. Equy, S. Buisson, M. Heinen, J-P Schaal, P. Hoffmann, F. Sergent, “Confusion between maternal and fetal heart rate during delivery: risk factors and consequences” British Journal of Midwifery, vol.20 (11), 2012.
[2] S. Noorzadeh, B. Rivet, and P.-Y. Guméry, “An application of Gaussian processes on ocular artifact re- moval from EEG,” in Proc. Int. Conf. of the IEEE Engineering in Medicine and Biology Society (EMBC), Milan, Italy, 2015, 554–557.
[3] S. Noorzadeh, B. Rivet, and P.-Y. Gumery, “A multi-modal approach using a non-parametric model to extract fetal ECG,” in Proc. IEEE Int. Conf. Acoustics, Speech, and Signal Processing (ICASSP), Brisbane, Australia, 2015, pp. 1856–60.
[4] S. Noorzadeh, B. Rivet, and P.-Y. Gumery, “Enhancing fetal ECG using Gaussian process,” in Proc. IMA International Conference on Mathematics in Signal Processing, 2014.
[5] S. Noorzadeh, M. Niknazar, B. Rivet, J. Fontecave-Jalon, P.-Y. Gumery, and C. Jutten, “Modeling quasi-periodic signals by a non-parametric model: Application on fetal ECG extraction,” in Proc. Int. Conf. IEEE Eng. in Medicine and Biology Society (EMBC), Chicago, USA, Aug 2014, pp. 1889–92.
[6] R. P. Adams D. J. C. and MacKay, “Bayesian online change point detection,” Technical report, 
University of Cambridge, Cambridge, UK, 2007.
[7] R. Turner, Y. Saatçi, and C. E. Rasmussen, “Adaptive sequential Bayesian change point detection,” NIPS Workshop on Temporal Segmentation, 2009.

Contexte de travail

Le laboratoire TIMC-IMAG réunit scientifiques et cliniciens autour de l'utilisation de l'informatique et des mathématiques appliquées pour la compréhension et le contrôle des processus normaux et pathologiques en biologie et santé. Son activité pluridisciplinaire contribue tant à la connaissance de base dans ces domaines qu'au développement de systèmes pour l'aide au diagnostic et à la thérapie. L'équipe PRETA (Physiologie cardio-Respiratoire Expérimentale Théorique et Appliquée) réunit des physiologistes, des cliniciens urgentistes, ainsi que des spécialistes de l'instrumentation et du traitement du signal dans le domaine des technologies pour la santé. Les travaux de recherche qui y sont réalisés sont, pour la plupart, translationnels et recouvrent des domaines fondamentaux de la physiologie cellulaire et moléculaire, ainsi que les domaines plus appliqués de la physiologie et de la physiopathologie intégrées chez l'animal et chez l'humain, avec un fort potentiel de valorisation
GIPSA-Lab (Grenoble Images Parole Signal Automatique) et en particulier le département Images et Signaux est un laboratoire expert dans le domaine du traitement du signal numérique. L'équipe ViBS développe des méthodes théoriques pour les signaux biomédicaux (notamment EEG et ECG) qui sont ensuite appliquées sur des données réelles. Avec la multiplicité des observations (multi-capteurs, multi-modales, multi-composants), il est important de modéliser la pertinence et la redondance de chaque source en développant des méthodes de séparation à la source ainsi que des processus de fusion. Plus spécifiquement, l'équipe ViBS propose de nouvelles méthodes d'analyse conjointe des signaux EEG et du regard pour extraire et analyser les activités cérébrales synchronisées sur des événements d'intérêt afin d'étudier le mécanisme neural lié au système de vision humaine.
La thèse proposée sera préparée à l'Université Grenoble Alpes, au sein de l'école doctorale Ingénierie pour la Santé, la Cognition et l'Environnement (EDISCE), dans la spécialité BIS (biotechnologie, instrumentation, signalisation et imagerie pour la médecine, la biologie et l'environnement). L'ambition scientifique, commune aux équipes de recherche de l'EDISCE, est d'utiliser les théories, les méthodologies et l'ingénierie pour l'acquisition, le traitement et la modélisation de données afin d'élucider les mécanismes impliqués dans les principales fonctions des systèmes vivants en relation avec leur environnement.

Contraintes et risques

RAS

Informations complémentaires

Le/la candidate recherché(e) sera issu(e) d'une formation en traitement du signal ou mathématiques appliquées. Il/elle devra être intéressé(e) par les aspects théoriques et expérimentaux liés à l'application visée.

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