Processing of laser speckle contrast images : study of mathematical models and use of nonlinear analyses to investigate the impact of aging on microvascular blood flow

par Adil Khalil

Thèse de doctorat en Traitement des images et du signal

Sous la direction de Anne Humeau-Heurtier.

Soutenue le 05-04-2017

à Angers , dans le cadre de École doctorale Sciences et technologies de l'information et mathématiques (Nantes) , en partenariat avec LARIS. Laboratoire Angevin de Recherche en Ingénierie des Systèmes (EA7315) (équipe de recherche) , Laboratoire Angevin de Recherche en Ingénierie des Systèmes (LARIS) (laboratoire) et de LARIS (laboratoire) .

Le président du jury était Jean-Luc Cracowski.

Le jury était composé de Emilie Péry.

Les rapporteurs étaient Walter Blondel, Jean-Marc Girault.

  • Titre traduit

    Traitement d’images de speckle laser : étude à partir de modèles mathématiques et utilisation d’analyses non linéaires pour appréhender l’effet de l’âge sur la microcirculation sanguine


  • Résumé

    Le vieillissement est un facteur de risque des maladies cardiovasculaires. Il est associé à des altérations fonctionnelles et structurelles du système vasculaire.Une étude approfondie du processus de vieillissement et le développement de systèmes d’imagerie et des traitements de données associés deviennent donc une priorité. Par l’analyse d’images de contraste par speckle laser (LSCI), l’objectif de cette thèse est d’étudier l’influence de l’âge sur la micro circulation.Pour ce faire, des données de LSCI ont été acquises sur l’avant-bras de sujets sains jeunes et âgés. A partir de modèles mathématiques, nous avons déterminé la vitesse des érythrocytes de la micro circulation chez les deux groupes de sujets. Par ailleurs, nous avons également mené une étude de la complexité de séries temporelles d’ LSCI s’appuyant sur des mesures d’entropie multi échelle. Nos résultats montrent que : 1) le groupe de sujets plus âgés présente des valeurs de vitesse des globules rouges significativement plus élevées que celles des sujets jeunes à l’hyperémie réactive post-occlusive; 2) les fluctuations des séries temporelles de LSCI dans le groupe des sujets jeunes ont une complexité supérieure à celles du groupe de sujets âgés. Ces modifications observées sur la micro circulation pourraient être attribuées à des modifications du système vasculaire dans son ensemble. La compréhension de ces altérations pourrait conduire à de nouvelles perspectives en matière de prévention et de traitement des pathologies liées à l’âge.


  • Résumé

    Aging is a primary risk factor for cardiovascular diseases. It is associated with functional and structural alterations in the vascular system. Therefore, a deep study of the aging process and the development of imaging systems and associated processing become of the utmost importance. By processing laser speckle contrast images (LSCI), this PhD work aims at studying the influence of age on microcirculation. In our work, LSCI data were acquired from the skin forearm of healthy subjects, subdivided into two age groups (younger and older). From mathematical models, we determined red blood cells velocity in microcirculation in the two groups of subjects. Moreover, we applied multiscale entropy-based algorithms to LSCI time series in order to study the complexity of microvascular signals. Our main findings are: 1) the older group has significantly higher velocity values than the younger group at post-occlusive reactive hyperaemia; 2) LSCI fluctuations in the younger group have significantly higher complexity than those of the older group. Age-related changes in skin microcirculation can be attributed to alterations in the vascular system as a whole. Understanding these changes in the microcirculatory system may give new insights for prevention and treatment of age-related diseases


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