Séparation de sources en ingénierie biomédicale .Diagnostic des troubles du sommeil. Détection

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  • Sparation de sources en ingnierie biomdicale

    Laurent Albera

    http://perso.univ-rennes1.fr/laurent.albera/

  • 1SAS en SRM ConclusionSAS en SRM Conclusion

    I. Applications, signaux et mthodes

    1. Modalits dacquisitions

    2. Problmes applicatifs

    3. Mthodes de sparation de sources

    II. Interfaces cerveau-machine

    1. Problmatique

    2. Donnes exploites

    3. Etude propose

    III. Epilepsies pharmacorsistantes

    1. Quelques outils

    2. Localisation de rseaux pileptognes

    3. Dbruitage dactivits pileptiques

  • 2

    Applications, signaux et mthodes

    SAS en SRM ConclusionSAS en SRM Conclusion

    I. Applications, signaux et mthodes

    1. Modalits dacquisitions

    2. Problmes applicatifs

    3. Mthodes de sparation de sources

    II. Interfaces cerveau-machine

    1. Problmatique

    2. Donnes exploites

    3. Etude propose

    III. Epilepsies pharmacorsistantes

    1. Quelques outils

    2. Localisation de rseaux pileptognes

    3. Dbruitage dactivits pileptiques

  • 3

    Applications, signaux et mthodes

    MagntoEncphaloGraphie

    (MEG)

    ElectroEncephaloGraphy

    (EEG)

    ElectroCardioGraphie

    (ECG)

    ElectroCorticoGraphie

    (ECoG)

    Spectroscopie par Rsonance Magntique (SRM)

    Diffrentes modalits dacquisition :

    Diffrentes applications : Interfaces Cerveau Machine (ICM) Traitement des pilepsies pharmaco-rsistantesDiagnostic des troubles du sommeil Dtection de tumeurs

    Surveillance du foetus

    Analyse en Composantes Indpendantes (ICA) Diffrentes classes de mthodes :

    ICA semi-nonngative

    (SENICA)ICA priodique (PICA)Factorisations Matricielles Non-ngatives (NMF)

    Reprsentations parcimonieuses

    Outils prliminairesIntroduction SAS en EEG SAS en SRM ConclusionSAS en EEGOutils prliminaires SAS en EEG SAS en SRMOutils prliminaires SAS en EEG ConclusionSAS en SRMOutils prliminaires SAS en EEG

  • 4

    Applications, signaux et mthodes

    Outils prliminairesIntroduction SAS en EEG SAS en SRM ConclusionSAS en EEGOutils prliminaires SAS en EEG SAS en SRMOutils prliminaires SAS en EEG ConclusionSAS en SRMOutils prliminaires SAS en EEG

    Diffrences de potentiel lectrique de lordre de la dizaine de microvolts ;

    Modalit la plus rudimentaire et la plus ancienne avec aujourdhui au plus 256 lectrodes ;

    Premires expriences menes sur des lapins et singes mme le cortex fin du XIXme;

    Premire tude sur lhomme en 1920 par Hans Berger (phys. allemand).

    ElectroEncephaloGraphy

    (EEG)

  • 5

    ElectroCardioGraphie

    (ECG)

    Applications, signaux et mthodes

    ElectroCorticoGraphie

    (ECoG)

    MagntoEncphaloGraphie

    (MEG)

    ElectroEncephaloGraphy

    (EEG)Spectroscopie par Rsonance Magntique (SRM)

    Diffrentes modalits dacquisition :

    Diffrentes applications : Interfaces Cerveau Machine (ICM) Traitement des pilepsies pharmaco-rsistantesDiagnostic des troubles du sommeil Dtection de tumeurs

    Surveillance du foetus

    Analyse en Composantes Indpendantes (ICA) Diffrentes classes de mthodes :

    ICA semi-nonngative

    (SENICA)ICA priodique (PICA)Factorisations Matricielles Non-ngatives (NMF)

    Reprsentations parcimonieuses

    Outils prliminairesIntroduction SAS en EEG SAS en SRM ConclusionSAS en EEGOutils prliminaires SAS en EEG SAS en SRMOutils prliminaires SAS en EEG ConclusionSAS en SRMOutils prliminaires SAS en EEG

  • 6

    Applications, signaux et mthodes

    MagntoEncphaloGraphie

    (MEG)

    Outils prliminairesIntroduction SAS en EEG SAS en SRM ConclusionSAS en EEGOutils prliminaires SAS en EEG SAS en SRMOutils prliminaires SAS en EEG ConclusionSAS en SRMOutils prliminaires SAS en EEG

    Champs magntique issu de lactivit crbrale enregistr en 1968 par David Cohen (physicien du MIT, spcialis dans les blindages magntiques) ;

    S. Baillet, J. C. Mosher, and R.M. Leahy. Electromagnetic brain mapping.IEEE Signal Processing Magazine, 18(6):1430, Nov. 2001. Avec permission.

    De lordre de 100 femtoteslas la surface de la tte, soit 10 milliards de fois plus faible que le champs magntique terrestre ;

    Capteurs SQUID (Superconducting QUantum Interference Device, invent par Jim Zimmerman en 1965) plongs dans un cryostat rempli dhlium liquide -269C ;

  • 7

    Applications, signaux et mthodes

    Spectroscopie par Rsonance Magntique (SRM)

    ElectroCardioGraphie

    (ECG)

    ElectroCorticoGraphie

    (ECoG)

    MagntoEncphaloGraphie

    (MEG)

    ElectroEncephaloGraphy

    (EEG)

    Diffrentes modalits dacquisition :

    Diffrentes applications : Interfaces Cerveau Machine (ICM) Traitement des pilepsies pharmaco-rsistantesDiagnostic des troubles du sommeil Dtection de tumeurs

    Surveillance du foetus

    Analyse en Composantes Indpendantes (ICA) Diffrentes classes de mthodes :

    ICA semi-nonngative

    (SENICA)ICA priodique (PICA)Factorisations Matricielles Non-ngatives (NMF)

    Reprsentations parcimonieuses

    Outils prliminairesIntroduction SAS en EEG SAS en SRM ConclusionSAS en EEGOutils prliminaires SAS en EEG SAS en SRMOutils prliminaires SAS en EEG ConclusionSAS en SRMOutils prliminaires SAS en EEG

  • 8

    ElectroCardioGraphie

    (ECG)ElectroCardioGraphie

    (ECG)

    Applications, signaux et mthodes

    Outils prliminairesIntroduction SAS en EEG SAS en SRM ConclusionSAS en EEGOutils prliminaires SAS en EEG SAS en SRMOutils prliminaires SAS en EEG ConclusionSAS en SRMOutils prliminaires SAS en EEG

    Dcouverte en 1842 par litalien Carlo Matteucci de lapparition dun courant lectrique chaque mouvement de cur dune grenouille ;

    Prix Nobel de Willem Einthoven en 1924 pour l'invention de l'lectrocardiographe ;

    1. Atrium droit2. Atrium gauche3. Veine cave suprieure4. Aorte5. Artre pulmonaire6. Veine pulmonaire7. Valve mitrale (atrio-ventriculaire)8. Valve aortique9. Ventricule gauche10. Ventricule droit11. Veine cave infrieure12. Valve tricuspide (atrio-ventriculaire)13. Valve sigmode (pulmonaire)

  • 9

    ElectroCardioGraphie

    (ECG)

    Applications, signaux et mthodes

    ElectroCorticoGraphie

    (ECoG)

    MagntoEncphaloGraphie

    (MEG)

    ElectroEncephaloGraphy

    (EEG)Spectroscopie par Rsonance Magntique (SRM)

    Diffrentes modalits dacquisition :

    Diffrentes applications : Interfaces Cerveau Machine (ICM) Traitement des pilepsies pharmaco-rsistantesDiagnostic des troubles du sommeil Dtection de tumeurs

    Surveillance du foetus

    Analyse en Composantes Indpendantes (ICA) Diffrentes classes de mthodes :

    ICA semi-nonngative

    (SENICA)ICA priodique (PICA)Factorisations Matricielles Non-ngatives (NMF)

    Reprsentations parcimonieuses

    Outils prliminairesIntroduction SAS en EEG SAS en SRM ConclusionSAS en EEGOutils prliminaires SAS en EEG SAS en SRMOutils prliminaires SAS en EEG ConclusionSAS en SRMOutils prliminaires SAS en EEG

  • 10

    Principe de la spectroscopie par RMN

    Phnomne de relaxation

    Polarisation laide dun aimant de noyaux (par ex. 1H);

    Excitation grce lmission dune onde RadioFrquence (RF) ;

    Relaxation par arrt de lmission de londe RF : retour ltat dquilibre ;

    Acquisition du signal temporel dans le plan xOy : FID.

    Spectroscopie par Rsonance Magntique (SRM)

  • 11

    ElectroCardioGraphie

    (ECG)

    Applications, signaux et mthodes

    ElectroCorticoGraphie

    (ECoG)

    MagntoEncphaloGraphie

    (MEG)

    ElectroEncephaloGraphy

    (EEG)Spectroscopie par Rsonance Magntique (SRM)

    Diffrentes modalits dacquisition :

    Diffrentes applications : Interfaces Cerveau Machine (ICM) Traitement des pilepsies pharmaco-rsistantesDiagnostic des troubles du sommeil Dtection de tumeurs

    Surveillance du foetus

    Analyse en Composantes Indpendantes (ICA) Diffrentes classes de mthodes :

    ICA semi-nonngative

    (SENICA)ICA priodique (PICA)Factorisations Matricielles Non-ngatives (NMF)

    Reprsentations parcimonieuses

    Outils prliminairesIntroduction SAS en EEG SAS en SRM ConclusionSAS en EEGOutils prliminaires SAS en EEG SAS en SRMOutils prliminaires SAS en EEG ConclusionSAS en SRMOutils prliminaires SAS en EEG

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    Applications, signaux et mthodes

    Diagnostic des troubles du sommeil

    Outils prliminairesIntroduction SAS en EEG SAS en SRM ConclusionSAS en EEGOutils prliminaires SAS en EEG SAS en SRMOutils prliminaires SAS en EEG ConclusionSAS en SRMOutils prliminaires SAS en EEG

    Objectif : extraire les signaux dintrt pour le diagnostic des diffrents troubles du sommeil ;

    Contrainte : rduction du nombre dlectrodes dEEG pour une acquisition domicile.

  • 13

    Applications, signaux et mthodes

    Dtection de tumeurs

    ElectroCardioGraphie

    (ECG)

    ElectroCorticoGraphie

    (ECoG)

    MagntoEncphaloGraphie

    (MEG)

    ElectroEncephaloGraphy

    (EEG)Spectroscopie par Rsonance Magntique (SRM)

    Diffrentes modalits dacquisition :

    Diffrentes applications : Interfaces Cerveau Machine (ICM) Traitement des pilepsies pharmaco-rsistantesDiagnostic des troubles du sommeil

    Surveillance du foetus

    Analyse en Composantes Indpendantes (ICA) Diffrentes classes de mthodes :

    ICA semi-nonngative

    (SENICA)ICA priodique (PICA)Factorisations Matricielles Non-ngatives (NMF)

    Reprsentations parcimonieuses

    Outils prliminairesIntroduction SAS en EEG SAS en SRM ConclusionSAS en EEGOutils prliminaires SAS en EEG SAS en SRMOutils prliminaires SAS en EEG ConclusionSAS en SRMOutils prliminaires SAS en EEG

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    Applications, signaux et mthodes

    metabolites Resonance fr