Suivi non-invasif du rythme cardiaque foetal : exploitation de la factorisation non-négative des matrices sur signaux électrocardiographiques et phonocardiographiques

Non-invasive monitoring of fetal heart rate : non-negative matrix factorization of electrocardiographic and phonocardiographic signals

• Auteur / Autrice : Nafissa Dia
• Direction : Pierre-Yves Guméry
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Biotechnologie, instrumentation, signal et imagerie pour la biologie, la médecine et l'environnement
• Date : Soutenance le 06/12/2019
• Etablissement(s) : Université Grenoble Alpes (ComUE)
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale ingénierie pour la santé, la cognition, l'environnement (Grenoble, Isère, France ; 1995-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Recherche translationnelle et innovation en médecine et complexité (La Tronche, Isère, France ; 1995-....) - Grenoble Images parole signal automatique (2007-....)
• Jury : Président / Présidente : Norbert Noury
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Pierre-Yves Guméry, Vicente Zarzoso, Anne Humeau, Ahmed Dooguy Kora
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Vicente Zarzoso, Anne Humeau

Mots clés

Mots clés contrôlés

Électrocardiographie

Traitement du signal -- Techniques numériques -- Appareils et matériel

Cardiotocographie

Mots clés libres

Electrocardiogramme

Phonocardiogramme

Rythme cardiaque fœtal

Multimodalité

Traitement de signaux biomédicaux

Factorisation non-Négative des matrices

Electrocardiogram

Phonocardiogram

Fetal heart rate

Multimodality

Biomedical signals processing

Non-Negative matrix factorization

Résumé

Avec plus de 200 000 naissances par jour dans le monde, la surveillance du bien-être fœtal pendant l'accouchement est un enjeu clinique majeur. Ce suivi se fait au travers du rythme cardiaque fœtal (RCF) et de sa variabilité, et doit être robuste tout en minimisant le nombre de capteurs non-invasifs sur l'abdomen de la mère.Dans ce contexte, les signaux électrocardiogrammes (ECG) et phonocardiogrammes (PCG) sont d’intérêt, puisqu'ils fournissent tous deux des informations cardiaques, à la fois redondantes et complémentaires. Cette multimodalité ainsi que certaines caractéristiques, telles que la quasi-périodicité, des signaux ECG et PCG ont été exploitées. Plusieurs propositions ont été mises en concurrence, basées sur la factorisation non-négative des matrices (NMF), une approche de décomposition matricielle adaptée aux signaux physiologiques.La solution finalement proposée pour l’estimation du RCF est basée sur une modélisation source-filtre des signaux ECG ou PCG fœtaux, préalablement extraits, permettant une estimation de la fréquence fondamentale par NMF.L'approche a été évaluée sur une base de données cliniques de signaux ECG et PCG sur femmes enceintes et les RCF obtenus ont été validés par comparaison à la technique clinique de référence par cardiotocographie.

With more than 200,000 births per day in the world, fetal well-being monitoring during birth is a major clinical challenge. This monitoring is done by analyzing the fetal heart rate (FHR) and its variability, and this has to be robust while minimizing the number of non-invasive sensors to lay on the mother's abdomen.In this context, electrocardiogram (ECG) and phonocardiogram (PCG) signals are of interest since they both bring cardiac information, both redundant and complementary. This multimodality as well as some features of ECG and PCG signals, as quasi-periodicity, have been exploited. Several propositions were put in competition, based on non-negative matrix factorization (NMF), a matrix decomposition algorithm adapted to physiological signals.The final solution proposed for the FHR estimation is based on a source-filter modeling of real fetal ECG or PCG signals, previously extracted, allowing an estimation of the fundamental frequency by NMF.The approach was carried out on a clinical database of ECG and PCG signals on pregnant women and FHR results were validated by comparison with the cardiotocography clinical reference technique.