Regularization and Bang-bang conjugate times in optimal control

Consideramos o problema de controlo óptimo de tempo mínimo para sistemas de controlo mono-entrada e controlo afim num espaço de dimensão finita com condições inicial e final fixas, onde o controlo escalar toma valores num intervalo fechado. Quando aplicamos o método de tiro a este problema, vários obstáculos podem surgir uma vez que a função de tiro não é diferenciável quando o controlo é bang-bang. No caso bang-bang os tempos conjugados são teoricamente bem definidos para este tipo de sistemas de controlo, contudo os algoritmos computacionais directos disponíveis são de difícil aplicação. Por outro lado, no caso suave o conceito teórico e prático de tempos conjugados é bem conhecido, e ferramentas computacionais eficazes estão disponíveis. Propomos um procedimento de regularização para o qual as soluções do problema de tempo mínimo correspondente dependem de um parâmetro real positivo suficientemente pequeno e são definidas por funções suaves em relação à variável tempo, facilitando a aplicação do método de tiro simples. Provamos, sob hipóteses convenientes, a convergência forte das soluções do problema regularizado para a solução do problema inicial, quando o parâmetro real tende para zero. A determinação de tempos conjugados das trajectórias localmente óptimas do problema regularizado enquadra-se na teoria suave conhecida. Provamos, sob hipóteses adequadas, a convergência do primeiro tempo conjugado do problema regularizado para o primeiro tempo conjugado do problema inicial bang-bang, quando o parâmetro real tende para zero. Consequentemente, obtemos um algoritmo eficiente para a computação de tempos conjugados no caso bang-bang.

Problèmes de premier passage et de commande optimale pour des chaînes de Markov à temps discret.

Nous considérons des processus de diffusion, définis par des équations différentielles stochastiques, et puis nous nous intéressons à des problèmes de premier passage pour les chaînes de Markov en temps discret correspon- dant à ces processus de diffusion. Comme il est connu dans la littérature, ces chaînes convergent en loi vers la solution des équations différentielles stochas- tiques considérées. Notre contribution consiste à trouver des formules expli- cites pour la probabilité de premier passage et la durée de la partie pour ces chaînes de Markov à temps discret. Nous montrons aussi que les résultats ob- tenus convergent selon la métrique euclidienne (i.e topologie euclidienne) vers les quantités correspondantes pour les processus de diffusion. En dernier lieu, nous étudions un problème de commande optimale pour des chaînes de Markov en temps discret. L’objectif est de trouver la valeur qui mi- nimise l’espérance mathématique d’une certaine fonction de coût. Contraire- ment au cas continu, il n’existe pas de formule explicite pour cette valeur op- timale dans le cas discret. Ainsi, nous avons étudié dans cette thèse quelques cas particuliers pour lesquels nous avons trouvé cette valeur optimale.

Régularité Lipschitzienne des Géodésiques Minimisantes pour Quelques Distributions Affines

2000 Mathematics Subject Classification: 49J15, 49J30, 53B50.

Évaluation et contrôle de l'irrégularité de la prise médicamenteuse : proposition et développement de stratégies rationnelles fondées sur une démarche de modélisations pharmacocinétiques et pharmacodynamiques

L'hétérogénéité de réponses dans un groupe de patients soumis à un même régime thérapeutique doit être réduite au cours d'un traitement ou d'un essai clinique. Deux approches sont habituellement utilisées pour atteindre cet objectif. L'une vise essentiellement à construire une observance active. Cette approche se veut interactive et fondée sur l'échange ``médecin-patient '', ``pharmacien-patient'' ou ``vétérinaire-éleveurs''. L'autre plutôt passive et basée sur les caractéristiques du médicament, vise à contrôler en amont cette irrégularité. L'objectif principal de cette thèse était de développer de nouvelles stratégies d'évaluation et de contrôle de l'impact de l'irrégularité de la prise du médicament sur l'issue thérapeutique. Plus spécifiquement, le premier volet de cette recherche consistait à proposer des algorithmes mathématiques permettant d'estimer efficacement l'effet des médicaments dans un contexte de variabilité interindividuelle de profils pharmacocinétiques (PK). Cette nouvelle méthode est fondée sur l'utilisation concommitante de données \textit{in vitro} et \textit{in vivo}. Il s'agit de quantifier l'efficience ( c-à-dire efficacité plus fluctuation de concentrations \textit{in vivo}) de chaque profil PK en incorporant dans les modèles actuels d'estimation de l'efficacité \textit{in vivo}, la fonction qui relie la concentration du médicament de façon \textit{in vitro} à l'effet pharmacodynamique. Comparativement aux approches traditionnelles, cette combinaison de fonction capte de manière explicite la fluctuation des concentrations plasmatiques \textit{in vivo} due à la fonction dynamique de prise médicamenteuse. De plus, elle soulève, à travers quelques exemples, des questions sur la pertinence de l'utilisation des indices statiques traditionnels ($C_{max}$, $AUC$, etc.) d'efficacité comme outil de contrôle de l'antibiorésistance. Le deuxième volet de ce travail de doctorat était d'estimer les meilleurs temps d'échantillonnage sanguin dans une thérapie collective initiée chez les porcs. Pour ce faire, nous avons développé un modèle du comportement alimentaire collectif qui a été par la suite couplé à un modèle classique PK. À l'aide de ce modèle combiné, il a été possible de générer un profil PK typique à chaque stratégie alimentaire particulière. Les données ainsi générées, ont été utilisées pour estimer les temps d'échantillonnage appropriés afin de réduire les incertitudes dues à l'irrégularité de la prise médicamenteuse dans l'estimation des paramètres PK et PD . Parmi les algorithmes proposés à cet effet, la méthode des médianes semble donner des temps d'échantillonnage convenables à la fois pour l'employé et pour les animaux. Enfin, le dernier volet du projet de recherche a consisté à proposer une approche rationnelle de caractérisation et de classification des médicaments selon leur capacité à tolérer des oublis sporadiques. Méthodologiquement, nous avons, à travers une analyse globale de sensibilité, quantifié la corrélation entre les paramètres PK/PD d'un médicament et l'effet d'irrégularité de la prise médicamenteuse. Cette approche a consisté à évaluer de façon concomitante l'influence de tous les paramètres PK/PD et à prendre en compte, par la même occasion, les relations complexes pouvant exister entre ces différents paramètres. Cette étude a été réalisée pour les inhibiteurs calciques qui sont des antihypertenseurs agissant selon un modèle indirect d'effet. En prenant en compte les valeurs des corrélations ainsi calculées, nous avons estimé et proposé un indice comparatif propre à chaque médicament. Cet indice est apte à caractériser et à classer les médicaments agissant par un même mécanisme pharmacodynamique en terme d'indulgence à des oublis de prises médicamenteuses. Il a été appliqué à quatre inhibiteurs calciques. Les résultats obtenus étaient en accord avec les données expérimentales, traduisant ainsi la pertinence et la robustesse de cette nouvelle approche. Les stratégies développées dans ce projet de doctorat sont essentiellement fondées sur l'analyse des relations complexes entre l'histoire de la prise médicamenteuse, la pharmacocinétique et la pharmacodynamique. De cette analyse, elles sont capables d'évaluer et de contrôler l'impact de l'irrégularité de la prise médicamenteuse avec une précision acceptable. De façon générale, les algorithmes qui sous-tendent ces démarches constitueront sans aucun doute, des outils efficients dans le suivi et le traitement des patients. En outre, ils contribueront à contrôler les effets néfastes de la non-observance au traitement par la mise au point de médicaments indulgents aux oublis

Positionnement optimal de l'activité physique pour profiter de l'effet anorexigène

La balance énergétique (dépense énergétique et ingestion calorique) est au centre du contrôle de la masse corporelle. L’activité physique peut par ailleurs réduire l’appétit et l’ingestion calorique, un phénomène qu’on appelle aussi l’effet anorexigène de l’activité physique. Cependant, l’hormone orexigénique, liée à une diminution de l’appétit, diminue pendant l’exercice pour remonter rapidement après l’effort. Le but de ce mémoire était de déterminer si l’ingestion calorique est réduite quand l’exercice précède immédiatement le repas comparativement à une condition où il y a une pause entre l’exercice et le repas. Pour ce faire, douze garçons non obèses (15-20 ans) ont pris part à l’étude. Chaque participant était évalué individuellement pour les deux tâches suivantes, et ce, dans un ordre aléatoire : 1) Ex = 30 minutes d’exercice (70% VO2max) suivi immédiatement par un buffet à volonté à midi; 2) Expause = 30 minutes d’exercice (70% VO2max) suivi d’une pause de 135 minutes et d’un buffet à volonté à midi. Les visites étaient précédées par un déjeuner standard et complétées avec une collation à volonté durant l’après-midi et un souper type buffet à volonté pour souper. Alors que les résultats ont révélé que la faim était similaire en tout temps, l’ingestion calorique au diner était plus basse pour la condition Ex que pour la condition Expause (5 072 vs 5 718 kJ; p < 0,05). Aucune différence significative n’a été notée pour la collation de l’après-midi et le souper. Chose intéressante, l’ingestion calorique des lipides était plus basse au diner avec une ingestion de 1 604 kJ pour la condition Ex versus 2 085 kJ pour la condition Expause (p < 0,05). Cette étude est la première à investiguer l’effet du positionnement optimal de l’activité physique pour réduire l’ingestion calorique et elle révèle qu’être actif physiquement juste avant le repas joue un rôle sur la diminution de l’ingestion calorique indépendamment des sensations d’appétit. L’absence d’une compensation durant le reste de la journée suggère de plus qu’une balance énergétique négative, incluant une réduction de la consommation de lipides, peut être plus facilement atteinte en positionnant l’activité physique juste avant un repas.

Analyse de sensibilité de l’effet d’un programme de prévention avec randomisation : application de trois techniques d’appariement pour balancer les groupes contrôle et expérimental : distance de Mahanalobis, score de propension et algorithme génétique

Les analyses effectuées dans le cadre de ce mémoire ont été réalisées à l'aide du module MatchIt disponible sous l’environnent d'analyse statistique R. / Statistical analyzes of this thesis were performed using the MatchIt package available in the statistical analysis environment R.

Impact de la pression artérielle et influence de l’insuffisance cardiaque systolique sur le contrôle de la fibrillation auriculaire et la survie

La pression artérielle est un déterminant potentiellement majeur de l’évolution de pathologies telles que la FA et l’insuffisance cardiaque. Pourtant, il demeure plusieurs incertitudes quant à la prise en charge optimale de la pression artérielle chez ces patients. Le rôle potentiel de la pression artérielle sur l’efficacité du maintien en rythme sinusal est inconnu. De plus, en présence d’insuffisance cardiaque, non seulement une pression artérielle élevée, mais aussi une pression artérielle basse pourrait augmenter la mortalité. Les travaux présentés ont pour but d’évaluer l’impact de la pression artérielle sur l’efficacité du contrôle du rythme et la mortalité ainsi que d’évaluer le rôle potentiel de l’insuffisance cardiaque sur cette interaction. Une étude post-hoc utilisant une banque de données combinant les études AFFIRM et AF-CHF a été réalisée. Les patients ont d’abord été classés selon leur FEVG (>40%, ≤40%), puis nous avons évalué l’impact de la PAS (<120 mmHg, 120-140 mmHg, >140 mmHg) sur les issues. Premièrement, chez les 2715 patients randomisés au contrôle du rythme, nous avons évalué la survie sans récidive de FA. Deuxièmement, chez tous les 5436 patients inclus dans les 2 études sources, nous avons évalué la mortalité et la morbidité. Chez les patients avec FEVG >40%, aucune des issues n’a été affectée par la PAS dans des analyses de régression multivariées de Cox. Par contraste, chez les patients avec FEVG ≤40%, le taux de récidive de FA était plus élevé avec une PAS >140 mmHg et une PAS <120 mmHg, par rapport à une PAS de 120-140 mmHg [HR, 1.47; IC 95% (1.12-1.93)] et [HR 1.15; IC 95% (0.92-1.43)], respectivement. La mortalité s’est également avérée augmentée chez ces patients avec une PAS >140 mmHg et une PAS <120 mmHg [HR 1.75; IC 95% (1.41-2.17)] et [HR 1.40; IC 95% (1.04-1.90)], respectivement. En conclusion, le maintien en rythme sinusal et la survie sont influencés par la PAS chez les patients avec FA et FEVG diminuée, mais non chez les patients avec FEVG normale. Une courbe en forme de U a été identifiée, où les pression plus basses (<120 mmHg) et plus hautes (>140 mmHg) sont associées à un moins bon pronostic.