Source localization and connectivity analysis of uterine activity

par Saeed Zahran

Thèse de doctorat en Bioingénierie et Informatique : Unité de Recherche en Biomécanique et Bioingénierie (UMR-7338)

Sous la direction de Catherine Marque, Mohamad Khalil et de Ahmad Diab.

Soutenue le 18-12-2018

à Compiègne en cotutelle avec l'Université Libanaise , dans le cadre de École doctorale 71, Sciences pour l'ingénieur (Compiègne) , en partenariat avec Biomécanique et Bioingéniérie (laboratoire) .

mots clés

• Électrohystérographie (EHGI )
• Méthode inverse
• Connectivité
• Localisation de source
• Hystérographie
• Utérus -- Propriétés électriques
• Ondes électriques
• Problèmes inverses
• Traitement du signal
• Modèles mathématiques

Titre traduit

Localisation de la source et analyse de la connectivité de l'activité utérine

Résumé

La technique d'EHGI permet une reconstruction non invasive du potentiel électrique à la surface de l’utérus à partir du potentiel électrique mesuré à la surface du corps et des données anatomiques du torse. L’EHGI fournit des informations très précieuses sur l'état de l’utérus car il est capable de fournir une description spatiale raffinée de la voie et de l’amplitude des ondes électriques à la surface de l'utérus. Cela peut aider beaucoup dans différentes interventions cliniques. Les algorithmes scientifiques derrière tout outil EHGI sont capables de prétraiter les données anatomiques du patient afin de fournir un maillage informatique, de filtrer les mesures bruitées du potentiel électrique et de résoudre un problème inverse. Le problème inverse en électrohystérographie utérine (imagerie électrohystérographique (EHGI)) est une technique de diagnostic nouvelle et puissante. Cette technologie non invasive intéresse de plus en plus les industries médicales. Le succès de cette technologie serait considéré comme une percée dans le diagnostic de l'utérus. Cependant, dans de nombreux cas, la qualité du potentiel électrique reconstruit n’est pas suffisamment précise. La difficulté vient du fait que le problème inverse en électrohystérographie utérine est bien connu comme un problème mathématiquement mal posé. Différentes méthodes basées sur la régularisation de Thikhnov ont été utilisées afin de régulariser le problème. Nous avons mené notre analyse en utilisant un modèle d’utérus réaliste et avons cherché à identifier l’étendue spatiale des sources.

mots clés

• Electrohysterography Imaging (EHGI)
• Inverse methode
• Forward model
• Connectivity
• Source localization
• Inverse problems

Résumé

The technique of EHGI allows a noninvasive reconstruction of the electrical potential on the uterus surface based on electrical potential measured on the body surface and anatomical data of the torso. EHGI provides very precious information about the uterus condition since it is able to provide refined spatial description of the electrical wave pathway and magnitude on the uterus surface. This may help a lot in different clinical interventions. The scientific algorithms behind any EHGI tool are able to preprocess the anatomical data of the patient in order to provide a computational mesh, filter noisy measurements of the electrical potential and solve an inverse problem. The inverse problem in uterus electrohysterography (electrohysterography imaging (EHGI)) is a new and a powerful diagnosis technique. This non-invasive technology interests more and more medical industries. The success of this technology would be considered as a breakthrough in the uterus diagnosis. However, in many cases the quality of reconstructed electrical potential is not accurate enough. The difficulty comes from the fact that the inverse problem in uterus electrohysterography is well known as a mathematically ill-posed problem. Different methods based on Thikhnov regularization have been used in order to regularize the problem. We have conducted our analysis by using a realistic uterus model and have aimed at identifying the spatial extent of the sources.