Suivi des vaisseaux sanguins en temps réel à partir d’images ultrasonores mode-B et reconstruction 3D : application à la caractérisation des sténoses artérielles

La maladie des artères périphériques (MAP) se manifeste par une réduction (sténose) de la lumière de l’artère des membres inférieurs. Elle est causée par l’athérosclérose, une accumulation de cellules spumeuses, de graisse, de calcium et de débris cellulaires dans la paroi artérielle, généralement dans les bifurcations et les ramifications. Par ailleurs, la MAP peut être causée par d`autres facteurs associés comme l’inflammation, une malformation anatomique et dans de rares cas, au niveau des artères iliaques et fémorales, par la dysplasie fibromusculaire. L’imagerie ultrasonore est le premier moyen de diagnostic de la MAP. La littérature clinique rapporte qu’au niveau de l’artère fémorale, l’écho-Doppler montre une sensibilité de 80 à 98 % et une spécificité de 89 à 99 % à détecter une sténose supérieure à 50 %. Cependant, l’écho-Doppler ne permet pas une cartographie de l’ensemble des artères des membres inférieurs. D’autre part, la reconstruction 3D à partir des images échographiques 2D des artères atteintes de la MAP est fortement opérateur dépendant à cause de la grande variabilité des mesures pendant l’examen par les cliniciens. Pour planifier une intervention chirurgicale, les cliniciens utilisent la tomodensitométrie (CTA), l’angiographie par résonance magnétique (MRA) et l’angiographie par soustraction numérique (DSA). Il est vrai que ces modalités sont très performantes. La CTA montre une grande précision dans la détection et l’évaluation des sténoses supérieures à 50 % avec une sensibilité de 92 à 97 % et une spécificité entre 93 et 97 %. Par contre, elle est ionisante (rayon x) et invasive à cause du produit de contraste, qui peut causer des néphropathies. La MRA avec injection de contraste (CE MRA) est maintenant la plus utilisée. Elle offre une sensibilité de 92 à 99.5 % et une spécificité entre 64 et 99 %. Cependant, elle sous-estime les sténoses et peut aussi causer une néphropathie dans de rares cas. De plus les patients avec stents, implants métalliques ou bien claustrophobes sont exclus de ce type d`examen. La DSA est très performante mais s`avère invasive et ionisante. Aujourd’hui, l’imagerie ultrasonore (3D US) s’est généralisée surtout en obstétrique et échocardiographie. En angiographie il est possible de calculer le volume de la plaque grâce à l’imagerie ultrasonore 3D, ce qui permet un suivi de l’évolution de la plaque athéromateuse au niveau des vaisseaux. L’imagerie intravasculaire ultrasonore (IVUS) est une technique qui mesure ce volume. Cependant, elle est invasive, dispendieuse et risquée. Des études in vivo ont montré qu’avec l’imagerie 3D-US on est capable de quantifier la plaque au niveau de la carotide et de caractériser la géométrie 3D de l'anastomose dans les artères périphériques. Par contre, ces systèmes ne fonctionnent que sur de courtes distances. Par conséquent, ils ne sont pas adaptés pour l’examen de l’artère fémorale, à cause de sa longueur et de sa forme tortueuse. L’intérêt pour la robotique médicale date des années 70. Depuis, plusieurs robots médicaux ont été proposés pour la chirurgie, la thérapie et le diagnostic. Dans le cas du diagnostic artériel, seuls deux prototypes sont proposés, mais non commercialisés. Hippocrate est le premier robot de type maitre/esclave conçu pour des examens des petits segments d’artères (carotide). Il est composé d’un bras à 6 degrés de liberté (ddl) suspendu au-dessus du patient sur un socle rigide. À partir de ce prototype, un contrôleur automatisant les déplacements du robot par rétroaction des images échographiques a été conçu et testé sur des fantômes. Le deuxième est le robot de la Colombie Britannique conçu pour les examens à distance de la carotide. Le mouvement de la sonde est asservi par rétroaction des images US. Les travaux publiés avec les deux robots se limitent à la carotide. Afin d’examiner un long segment d’artère, un système robotique US a été conçu dans notre laboratoire. Le système possède deux modes de fonctionnement, le mode teach/replay (voir annexe 3) et le mode commande libre par l’utilisateur. Dans ce dernier mode, l’utilisateur peut implémenter des programmes personnalisés comme ceux utilisés dans ce projet afin de contrôler les mouvements du robot. Le but de ce projet est de démontrer les performances de ce système robotique dans des conditions proches au contexte clinique avec le mode commande libre par l’utilisateur. Deux objectifs étaient visés: (1) évaluer in vitro le suivi automatique et la reconstruction 3D en temps réel d’une artère en utilisant trois fantômes ayant des géométries réalistes. (2) évaluer in vivo la capacité de ce système d'imagerie robotique pour la cartographie 3D en temps réel d'une artère fémorale normale. Pour le premier objectif, la reconstruction 3D US a été comparée avec les fichiers CAD (computer-aided-design) des fantômes. De plus, pour le troisième fantôme, la reconstruction 3D US a été comparée avec sa reconstruction CTA, considéré comme examen de référence pour évaluer la MAP. Cinq chapitres composent ce mémoire. Dans le premier chapitre, la MAP sera expliquée, puis dans les deuxième et troisième chapitres, l’imagerie 3D ultrasonore et la robotique médicale seront développées. Le quatrième chapitre sera consacré à la présentation d’un article intitulé " A robotic ultrasound scanner for automatic vessel tracking and three-dimensional reconstruction of B-mode images" qui résume les résultats obtenus dans ce projet de maîtrise. Une discussion générale conclura ce mémoire. L’article intitulé " A 3D ultrasound imaging robotic system to detect and quantify lower limb arterial stenoses: in vivo feasibility " de Marie-Ange Janvier et al dans l’annexe 3, permettra également au lecteur de mieux comprendre notre système robotisé. Ma contribution dans cet article était l’acquisition des images mode B, la reconstruction 3D et l’analyse des résultats pour le patient sain.

Comparison of epicardial mapping and noncontact endocardial mapping in dog experiments and computer simulations

La fibrillation auriculaire, l'arythmie la plus fréquente en clinique, affecte 2.3 millions de patients en Amérique du Nord. Pour en étudier les mécanismes et les thérapies potentielles, des modèles animaux de fibrillation auriculaire ont été développés. La cartographie électrique épicardique à haute densité est une technique expérimentale bien établie pour suivre in vivo l'activité des oreillettes en réponse à une stimulation électrique, à du remodelage, à des arythmies ou à une modulation du système nerveux autonome. Dans les régions qui ne sont pas accessibles par cartographie épicardique, la cartographie endocardique sans contact réalisée à l'aide d'un cathéter en forme de ballon pourrait apporter une description plus complète de l'activité auriculaire. Dans cette étude, une expérience chez le chien a été conçue et analysée. Une reconstruction électro-anatomique, une cartographie épicardique (103 électrodes), une cartographie endocardique sans contact (2048 électrodes virtuelles calculées à partir un cathéter en forme de ballon avec 64 canaux) et des enregistrements endocardiques avec contact direct ont été réalisés simultanément. Les systèmes d'enregistrement ont été également simulés dans un modèle mathématique d'une oreillette droite de chien. Dans les simulations et les expériences (après la suppression du nœud atrio-ventriculaire), des cartes d'activation ont été calculées pendant le rythme sinusal. La repolarisation a été évaluée en mesurant l'aire sous l'onde T auriculaire (ATa) qui est un marqueur de gradient de repolarisation. Les résultats montrent un coefficient de corrélation épicardique-endocardique de 0.8 (expérience) and 0.96 (simulation) entre les cartes d'activation, et un coefficient de corrélation de 0.57 (expérience) and 0.92 (simulation) entre les valeurs de ATa. La cartographie endocardique sans contact apparait comme un instrument expérimental utile pour extraire de l'information en dehors des régions couvertes par les plaques d'enregistrement épicardique.

Disclosure of Child Sexual Abuse : Impact of Interviewers’ Attitudes & Children's Collaboration during Forensic Interviews

L’agression sexuelle (AS) commise envers les enfants est un sujet complexe à enquêter et les allégations reposent souvent exclusivement sur le témoignage de l’enfant. Cependant, même quand l’enfant divulgue une AS, il peut être réticent à révéler certains détails personnels et gênants de l’AS à un étranger. Étant donné qu’il n'est pas toujours possible d'obtenir le consentement de filmer et qu’il est relativement difficile de mesurer l’attitude non verbale de l’enfant et celui de l’enquêteur au cours des entrevues d’investigations, cette recherche a été novatrice dans sa création d’échelles verbales de telles attitudes. Afin de déterminer la corrélation de l’attitude des enquêteurs et la collaboration des enfants, 90 entrevues d’enfants âgés de 4 à 13 ans ont été analysées. Les entrevues ont été enregistrées sur bande audio, transcrites et codifiées à l'aide des sous-échelles verbales d'attitudes soutenantes et non-soutenantes des enquêteurs ainsi que d’attitudes de résistance et de coopération de la part de l'enfant. La proportion des détails sur l’AS fournie par les enfants a également été calculée. Afin de comparer les entrevues avec et sans le protocole du National Institute of Child Health and Human Development (NICHD), une MANCOVA, contrôlant pour l’âge de l’enfant et la proportion de questions ouvertes, démontre tel qu’attendu que les entrevues avec le protocole obtiennent plus de détails fournis à la suite des questions ouvertes que les entrevues sans le protocole. Cependant, aucune différence ne ressort quant aux attitudes de l’enfant et celle de l’enquêteur. Afin de trouver le meilleur prédicteur de la quantité de détails dévoilés par les enfants, une analyse de régression multiple hiérarchique a été faite. Après avoir contrôlé pour l'âge de l’enfant, l’utilisation du protocole et la proportion de questions ouvertes, la résistance de l’enfant et l’attitude non-soutenante de l’enquêteur expliquent 28 % supplémentaire de la variance, tandis que la variance totale expliquée par le modèle est de 58%. De plus, afin de déterminer si la collaboration de l’enfant et l’attitude de l’enquêteur varient en fonction de l’âge des enfants, une MANOVA démontre que les enquêteurs se comportent similairement, quel que soit l'âge des enfants. Ceci, malgré le fait que les jeunes enfants sont généralement plus réticents et coopèrent significativement moins bien que les préadolescents. Finalement, une régression multiple hiérarchique démontre que le soutien de l'enquêteur est le meilleur prédicteur de la collaboration des enfants, au-delà des caractéristiques de l'enfant et de l’AS. Bien que l’utilisation du protocole NICHD ait permis des progrès considérables dans la manière d’interroger les enfants, augmentant la proportion de détails obtenus par des questions ouvertes/rappel libre et amplifiant la crédibilité du témoignage, l’adhésion au protocole n’est pas en soi suffisante pour convaincre des jeunes enfants de parler en détail d’une AS à un inconnu. Les résultats de cette thèse ont une valeur scientifique et contribuent à enrichir les connaissances théoriques sur les attitudes de l'enfant et de l'enquêteur exprimées lors des entrevues. Même si les enquêteurs de cette étude offrent plus de soutien aux enfants résistants, indépendamment de leur âge, pour promouvoir la divulgation détaillée de l’AS, de meilleures façons de contrer les attitudes de résistance exprimées par les jeunes enfants et une minimisation des attitudes non-soutenantes lors des entrevues sont nécessaires.

C’est ma collection mais c’est bien plus que ça : analyse des processus de collecte et de l’évolution des images dans les collections de pornographie juvénile

Cette thèse de doctorat analyse les processus et les actions des consommateurs de pornographie juvénile. Nous soutenons que l’univers des collectionneurs de pornographie juvénile se distingue par trois particularités : la préférence sexuelle, l’offre pornographique dans un monde immatériel et la sociabilité virtuelle. Afin de mettre cette thèse à l’épreuve, nous avons eu accès aux disques durs de 40 personnes condamnées pour des infractions de pornographie juvénile. La méthode de l’analyse informatique judiciaire (computer forensics) utilisée dans ce contexte a permis de recréer les événements entourant la collection d’images par ces personnes. De plus, un échantillon des images possédées par ces individus a été catégorisé selon l’âge et les actes posés sur les images (n = 61 244). En plus des nombreux points qu’il a en commun avec les collectionneurs d’objets populaires, les résultats montrent l’importance de la préférence sexuelle dans la perception et les stratégies du collectionneur, l’omniprésence des images de pornographie adulte dans les collections et la sociabilité virtuelle comme mesure d’efficacité dans la découverte des contenus. En outre, en créant quatre groupes différents en fonction de l’évolution de la gravité des images dans le temps, nous avons découvert que le groupe où il y a aggravation à la fois dans l’âge et dans la gravité des actes posés est le groupe le plus nombreux, avec 37,5 % des sujets. Les résultats de l’étude mettent également en évidence la pertinence de l’utilisation de l’informatique judiciaire dans les études en criminologie.

Deep learning of representations and its application to computer vision

L’objectif de cette thèse par articles est de présenter modestement quelques étapes du parcours qui mènera (on espère) à une solution générale du problème de l’intelligence artificielle. Cette thèse contient quatre articles qui présentent chacun une différente nouvelle méthode d’inférence perceptive en utilisant l’apprentissage machine et, plus particulièrement, les réseaux neuronaux profonds. Chacun de ces documents met en évidence l’utilité de sa méthode proposée dans le cadre d’une tâche de vision par ordinateur. Ces méthodes sont applicables dans un contexte plus général, et dans certains cas elles on tété appliquées ailleurs, mais ceci ne sera pas abordé dans le contexte de cette de thèse. Dans le premier article, nous présentons deux nouveaux algorithmes d’inférence variationelle pour le modèle génératif d’images appelé codage parcimonieux “spike- and-slab” (CPSS). Ces méthodes d’inférence plus rapides nous permettent d’utiliser des modèles CPSS de tailles beaucoup plus grandes qu’auparavant. Nous démontrons qu’elles sont meilleures pour extraire des détecteur de caractéristiques quand très peu d’exemples étiquetés sont disponibles pour l’entraînement. Partant d’un modèle CPSS, nous construisons ensuite une architecture profonde, la machine de Boltzmann profonde partiellement dirigée (MBP-PD). Ce modèle a été conçu de manière à simplifier d’entraînement des machines de Boltzmann profondes qui nécessitent normalement une phase de pré-entraînement glouton pour chaque couche. Ce problème est réglé dans une certaine mesure, mais le coût d’inférence dans le nouveau modèle est relativement trop élevé pour permettre de l’utiliser de manière pratique. Dans le deuxième article, nous revenons au problème d’entraînement joint de machines de Boltzmann profondes. Cette fois, au lieu de changer de famille de modèles, nous introduisons un nouveau critère d’entraînement qui donne naissance aux machines de Boltzmann profondes à multiples prédictions (MBP-MP). Les MBP-MP sont entraînables en une seule étape et ont un meilleur taux de succès en classification que les MBP classiques. Elles s’entraînent aussi avec des méthodes variationelles standard au lieu de nécessiter un classificateur discriminant pour obtenir un bon taux de succès en classification. Par contre, un des inconvénients de tels modèles est leur incapacité de générer deséchantillons, mais ceci n’est pas trop grave puisque la performance de classification des machines de Boltzmann profondes n’est plus une priorité étant donné les dernières avancées en apprentissage supervisé. Malgré cela, les MBP-MP demeurent intéressantes parce qu’elles sont capable d’accomplir certaines tâches que des modèles purement supervisés ne peuvent pas faire, telles que celle de classifier des données incomplètes ou encore celle de combler intelligemment l’information manquante dans ces données incomplètes. Le travail présenté dans cette thèse s’est déroulé au milieu d’une période de transformations importantes du domaine de l’apprentissage à réseaux neuronaux profonds qui a été déclenchée par la découverte de l’algorithme de “dropout” par Geoffrey Hinton. Dropout rend possible un entraînement purement supervisé d’architectures de propagation unidirectionnel sans être exposé au danger de sur- entraînement. Le troisième article présenté dans cette thèse introduit une nouvelle fonction d’activation spécialement con ̧cue pour aller avec l’algorithme de Dropout. Cette fonction d’activation, appelée maxout, permet l’utilisation de aggrégation multi-canal dans un contexte d’apprentissage purement supervisé. Nous démontrons comment plusieurs tâches de reconnaissance d’objets sont mieux accomplies par l’utilisation de maxout. Pour terminer, sont présentons un vrai cas d’utilisation dans l’industrie pour la transcription d’adresses de maisons à plusieurs chiffres. En combinant maxout avec une nouvelle sorte de couche de sortie pour des réseaux neuronaux de convolution, nous démontrons qu’il est possible d’atteindre un taux de succès comparable à celui des humains sur un ensemble de données coriace constitué de photos prises par les voitures de Google. Ce système a été déployé avec succès chez Google pour lire environ cent million d’adresses de maisons.

La transformation des enquêtes policières due à l’influence des technologies : perspective d’une unité policière spécialisée en analyse judiciaire informatique

La popularité des technologies de l’information et des communications entraîne l’augmentation de la preuve retrouvée sous forme numérique lors d’enquêtes policières. Les organisations policières doivent innover afin d’analyser, gérer et tirer profit de cette preuve numérique. En réponse, elles ont constitué des unités spécialisées en criminalité technologique et en analyse judiciaire informatique. La présente étude utilise les théories de l’innovation afin de déterminer comment l’évolution des technologies et des tendances en matière de criminalité technologique influencent les enquêtes et les organisations policières. Cette recherche vise à augmenter les connaissances sur ces unités spécialisées en quantifiant et en qualifiant leur travail quotidien. Avec la collaboration d’une unité policière canadienne spécialisée en analyse judiciaire informatique, une analyse détaillée des demandes d’expertise adressées à leur service a été effectuée. Les résultats indiquent une augmentation de la preuve numérique avec la prévalence de certaines formes de criminalité et de certains appareils électroniques. Les facteurs influençant le délai de traitement sont soulignés ainsi que les stratégies mises de l’avant afin de gérer efficacement l’accroissement des demandes de service. Finalement, des entrevues ont été menées avec certains membres de l’équipe afin de mettre en lumière les défis et les enjeux relatifs à l’implantation et au fonctionnement d’une telle unité. Les principaux enjeux soulevés concernent les environnements technologiques et juridiques, la formation du personnel, la gestion des ressources et les priorités organisationnelles.

La programmation informatique dans la recherche et la formation en mathématiques au niveau universitaire

Une étude récente auprès de 302 mathématiciens canadiens révèle un écart intriguant : tandis que 43% des sondés utilisent la programmation informatique dans leur recherche, seulement 18% indiquent qu'ils emploient cette technologie dans leur enseignement (Buteau et coll., 2014). La première donnée reflète le potentiel énorme qu'a la programmation pour faire et apprendre des mathématiques. La deuxième donnée a inspiré ce mémoire : pourquoi existe-t-il un tel écart ? Pour répondre à cette question, nous avons mené une étude exploratoire qui cherche à mieux comprendre la place de la programmation dans la recherche et la formation en mathématiques au niveau universitaire. Des entrevues semi-dirigées ont été conduites avec 14 mathématiciens travaillant dans des domaines variés et à différentes universités à travers le pays. Notre analyse qualitative nous permet de décrire les façons dont ces mathématiciens construisent des programmes informatiques afin d'accomplir plusieurs tâches (p.e., simuler des phénomènes réels, faire des mathématiques « expérimentales », développer de nouveaux outils puissants). Elle nous permet également d'identifier des moments où les mathématiciens exposent leurs étudiants à certains éléments de ces pratiques en recherche. Nous notons toutefois que les étudiants sont rarement invités à concevoir et à écrire leurs propres programmes. Enfin, nos participants évoquent plusieurs contraintes institutionnelles : le curriculum, la culture départementale, les ressources humaines, les traditions en mathématiques, etc. Quelques-unes de ces contraintes, qui semblent limiter l'expérience mathématique des étudiants de premier cycle, pourraient être revues.

A prospective two-year examination of cognitive and behavioral correlates of provoked vestibulodynia outcomes.

Note de l'éditeur : This article may not exactly replicate the final version published in the journal. It is not the copy of record. / Cet article ne constitue pas la version officielle, et peut différer de la version publiée dans la revue.

Aggressive incidents inside a Montreal barroom involving patrons, barmaids and bouncers : a micro level examination of routine activity theory

Objectives: This article further examines the phenomenon of aggression inside barrooms by relying on the “bouncer-ethnographer” methodology. The objective is to investigate variations in aggression through time and space according to the role and routine of the target in a Montreal barroom. Thus, it provides an examination of routine activity theory at the micro level: the barroom. Methods: For a period of 258 nights of observation in a Canadian barroom, bouncers completed reports on each intervention and provided specific information regarding what happened, when and where within the venue. In addition, the bouncer-ethnographer compiled field observations and interviews with bar personnel in order to identify aggression hotspots and “rush hours” for three types of actors within barrooms: (a) bouncers, (b) barmaids and (c) patrons. Findings: Three different patterns emerged for shifting hotspots of aggression depending on the target. As the night progresses, aggressive incidents between patrons, towards barmaids and towards bouncers have specific hotspots and rush hours influenced by the specific routine of the target inside the barroom. Implications: The current findings enrich those of previous work by pointing to the relevance of not only examining the environmental characteristics of the barroom, but also the role of the target of aggression. Crime opportunities follow routine activities, even within a specific location on a micro level. Routine activity theory is thus relevant in this context, because as actors in differing roles follow differing routines, as do their patterns of victimization.