Analyse de la variabilité de forme des signaux : application aux signaux électrophysiologiques

Analyse of signal shape variability : application to electrophysiological signals

• Auteur / Autrice : Sofiane Boudaoud
• Direction : Hervé Rix
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Automatique, traitement du signal et des images
• Date : Soutenance en 2006
• Etablissement(s) : Nice
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Sciences et technologies de l'information et de la communication (Sophia Antipolis, Alpes-Maritimes)

Mots clés

Mots clés contrôlés

Traitement du signal

Électrophysiologie

Génie biomédical

Signal, Théorie du (télécommunications)

Résumé

Le sujet de la thèse est l’analyse de la variabilité de forme d’un ensemble de signaux avec comme principales applications le traitement des signaux électrophysiologiques mesurés sur la chaîne auditive et cœur. Cette variabilité de forme des signaux est souvent présente dans les signaux issus de processus naturels et elle est porteuse d’information. Pour accéder à cette information, il est nécessaire de formaliser le concept d’écart de forme et de proposer des outils statistiques spécifiques. Certaines méthodes ont été récemment proposées pour analyser la variabilité présente dans un ensemble de signaux. Ces méthodes travaillent dans un cadre fonctionnel en considérant les données comme des observations de fonctions. Elles cherchent à éliminer la variabilité temporelle dans le but d’accéder à une variabilité d’amplitude par divers algorithmes dit de « recalage de courbes ». Dans cette thèse, nous proposons de nouvelles méthodes d’analyse de forme qui utilisent aussi un réalignement temporel (warping) mais dont le sens diffère des approches de recalage des courbes. De plus, ces approches proposent une moyenne de forme et distance de forme permettant la mesure de la variabilité de forme. Au chapitre I, nous présentons toutes ces méthodes et les comparons afin d’aider l’utilisateur à bien choisir suivant l’application dédiée. Au chapitre II, nous nous intéressons à la caractérisation objective de l’acouphène, une sensation sonore fantôme. En effet, un problème majeur est l’absence de critère objectif pour le caractériser. Pour cela, nous étudions l’activité spontanée (AS) issue du nerf auditif et les potentiels évoqués (PE) issus de relais auditifs en présence de la salicylate, un générateur d’acouphènes, chez les cochon d’Inde. La première partie du travail consiste en la présentation d’un modèle de génération de l’AS. Ce modèle nous sert à tester en simulation des scénarios possibles d’altérations neurosensorielles en présence de salicylate. En complément de l’index spectral décrit dans la littérature, nous proposons d’employer un critère de similarité sur la distribution d’amplitude de l’AS pour mesurer ces altérations. La seconde partie du chapitre, consiste à étudier la variabilité temporelle des PE sur plusieurs relais auditifs en présence de salicylate. Au chapitre III, nous montrons des applications de détection de pathologies à partir de l’analyse de forme d’une composante spécifiques de l’ECG, l’onde P. Les pathologies concernées sont la fibrillation auriculaire et l’apnée du sommeil.

The subject of the thesis is the analysis of shape variability of a set of signals. The main applications are in the processing of electrophysiological signals coming from the auditory pathway or the hearth. This signal shape variability is often present in signals generated by biological processes and should contain information. To have an access to this information, the concept of shape difference must be formalized and specific statistical tools are needed. Some methods avec recently been proposed for analyzing the variability in a set of signals. These methods work in a functional framework considering data as observed functions. They try to eliminate time variability in order to access to amplitude variability trough “curve registration” algorithms. In this thesis, new methods of shape analysis are proposed which also make use of time realignment (warping) but with a different meaning from curve registration approaches. In fact, these methods give an average shape signal and a shape distance allowing the measure of shape variability. In chapter I, all these methods are presented and compared to give a guideline to the practitioner in his choice according to the application. In chapter II, we are interested in the objective characterization of tinnitus, an auditory phantom sensation. Indeed, the absence of such a criterion is a major problem. Thus, spontaneous activity (SA) from the auditory nerve and the Evoked Potentials (EP) from generators on the Guinea pig auditory pathway, with salicylate, a tinnitus generator, are studied. The first part of the work is the presentation of a SA generation model. This model is used to test, by simulation, possible neurosensorinal alterations scenarios in presence of salicylate. In addition to the existing spectral index, we propose to use a shape similarity criterion on the SA amplitude distribution to detect these alterations. The second part of the chapter deals with the time variability of the EPs on several auditory generators in presence of salicylate. In chapter III, applications to the detection of hearth pathologies, using shape analysis approaches applied to P-wave, are considered. Te concerned pathologies are atrial fibrillation and sleep apnea.