Motion analysis for Medical and Bio-medical applications

par Elodie Puybareau

Thèse de doctorat en Informatique

Sous la direction de Laurent Najman et de Hugues Talbot.

Soutenue le 28-11-2016

à Paris Est , dans le cadre de MSTIC : Math?matiques et Sciences et Technologies de l'Information et de la Communication , en partenariat avec Laboratoire d'informatique de l'Institut Gaspard Monge (laboratoire) et de Laboratoire d'Informatique Gaspard-Monge / LIGM (laboratoire) .

Le président du jury était Olivier Meste.

Le jury était composé de Toru Tamaki, Jes?s Angulo L?pez, Caroline Chaux, Pierre-R?gis Burgel, Andr? Coste.

  • Titre traduit

    Analyse du mouvement pour applications m?dicales et bio-m?dicales


  • Résumé

    L?analyse du mouvement, ou l?analyse d?une s?quence d?images, est l?extension naturelle de l?analyse d?images ? l?analyse de s?ries temporelles d?images. De nombreuses m?thodes d?analyse de mouvement ont ?t? d?velopp?es dans le contexte de la vision par ordinateur, incluant le suivi de caract?ristiques, le flot optique, l?analyse de points-clef, le recalage d?image, etc. Dans ce manuscrit, nous proposons une boite a outils de techniques d?analyse de mouvement adapt?es ? l?analyse de s?quences biom?dicales. Nous avons en particulier travaill? sur les cellules cili?es qui sont couvertes de cils qui battent. Elles sont pr?sentes chez l?homme dans les zones n?cessitant des mouvements de fluide. Dans les poumons et les voies respiratoires sup?rieures, les cils sont responsables de l??puration muco-ciliaire, qui permet d??vacuer des poumons la poussi?re et autres impuret?s inhal?es. Les alt?rations de l??puration mucociliaire peuvent ?tre li?es ? des maladies touchant les cils, pouvant ?tre g?n?tiques ou acquises et peuvent ?tre handicapantes. Ces maladies peuvent ?tre caract?ris?es par l?analyse du mouvement des cils sous un microscope avec une r?solution temporelle importante. Nous avons d?velopp? plusieurs outils et techniques pour r?aliser ces analyses de mani?re automatiques et avec une haute pr?cision, ? la fois sur des biopsies et in-vivo. Nous avons aussi illustr? nos techniques dans le contexte d??co-toxicit? en analysant le rythme cardiaque d?embryons de poissons


  • Résumé

    Motion analysis, or the analysis of image sequences, is a natural extension of image analysis to time series of images. Many methods for motion analysis have been developed in the context of computer vision, including feature tracking, optical flow, keypoint analysis, image registration, and so on. In this work, we propose a toolbox of motion analysis techniques suitable for biomedical image sequence analysis. We particularly study ciliated cells. These cells are covered with beating cilia. They are present in humans in areas where fluid motion is necessary. In the lungs and the upper respiratory tract, Cilia perform the clearance task, which means cleaning the lungs of dust and other airborne contaminants. Ciliated cells are subject to genetic or acquired diseases that can compromise clearance, and in turn cause problems in their hosts. These diseases can be characterized by studying the motion of cilia under a microscope and at high temporal resolution. We propose a number of novel tools and techniques to perform such analyses automatically and with high precision, both ex-vivo on biopsies, and in-vivo. We also illustrate our techniques in the context of eco-toxicity by analysing the beating pattern of the heart of fish embryo


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