Reconstruction statistique 3D à partir d’un faible nombre de projections : application : coronarographie RX rotationnelle

The problematic of this thesis concerns the statistical iterative 3D reconstruction of coronary tree from a very few number of coronary angiograms (5 images). During RX rotational angiographic exam, only projections corresponding to the same cardiac phase are selected in order to check the condition of space and time non-variability of the object to reconstruct (static reconstruction). The limited number of projections complicates the reconstruction, considered then as an illness inverse problem. The answer to a similar problem needs a regularization process. To do so, we choose baysian formalism considering the reconstruction as a random field maximizing the posterior probability (MAP), composed by quadratic likelihood terms (attached to data) and Gibbs prior (prior markovian based on a partial interpretation of the object to reconstruct). The MAP maximizing allowed us using a numerical optimization algorithm, to introduce a smoothing constraint and preserve the edges on the reconstruction while choosing wisely the potential functions associated to prior energy. In this paper, we have discussed in details the three components of efficient statistical reconstruction MAP, which are : 1- the construction of precise physical model of acquisition process; 2- the selection of an appropriate prior model; and 3- the definition of an efficient iterative optimization algorithm. This discussion lead us to propose two iterative algorithms MAP, MAP-MNR and MAP-ARTUR-GC, which we have tested and evaluated on realistic simulated data (Patient data from 64-slice CT).La problématique de cette thèse concerne la reconstruction statistique itérative 3D de l'arbre coronaire, à partir d'un nombre très réduit d'angiogrammes coronariens (5 images). Pendant un examen rotationnel d'angiographie RX, seules les projections correspondant à la même phase cardiaque sont sélectionnées afin de vérifier la condition de non variabilité spatio-temporelle de l'objet à reconstruire (reconstruction statique). Le nombre restreint de projections complique cette reconstruction, considérée alors comme un problème inverse mal posé. La résolution d'un tel problème nécessite une procédure de régularisation. Pour ce faire, nous avons opté pour le formalisme bayésien en considérant la reconstruction comme le champ aléatoire maximisant la probabilité a posteriori (MAP), composée d'un terme quadratique de vraisemblance (attache aux données) et un a priori de Gibbs (à priori markovien basé sur une interprétation partielle de l'objet à reconstruire). La maximisation MAP adoptant un algorithme d'optimisation numérique nous a permis d'introduire une contrainte de lissage avec préservation de contours des reconstructions en choisissant adéquatement les fonctions de potentiel associées à l'énergie à priori. Dans ce manuscrit, nous avons discuté en détail des trois principales composantes d'une reconstruction statistique MAP performante, à savoir (1) l'élaboration d'un modèle physique précis du processus d'acquisition, (2) l'adoption d'un modèle à priori approprié et (3) la définition d'un algorithme d'optimisation itératif efficace. Cette discussion nous a conduit à proposer deux algorithmes itératifs MAP, MAP-MNR et MAP-ARTUR-GC, que nous avons testés et évalués sur des données simulées réalistes (données patient issues d'une acquisition CT- 64 multi-barrettes)

Implication du striatum et du pallidum ventral dans le traitement de l'information aversive : approche électrophysiologique et pharmacologique chez le primate non-humain

Striatum and globus pallidus belong to the basal ganglia, which are a group of subcortical structures involved in motor, cognitive and motivational functions. They are also involved in the reward system which enables one’s motivation to initiate approach behaviors in order to get a reward and then consolidate activities that have produced these behaviors. This represents instrumental learning basis. However, in some situations, the behavior to be initiated depends on a motivation to escape or avoid an aversive situation. For a long time, it was thought that aversive information processing system and reward system depended on different networks and cerebral regions. Yet, a growing number of studies tend to show that basal ganglia certainly play an important role in aversive information processing. In this thesis, we recorded neuronal activity and performed local pharmacological perturbations in non-human primates, in two structures of the reward system, anterior striatum and ventral pallidum, while performing a behavioral task requiring them to initiate alternatively approach behaviors toward a reward and avoidance behaviors from an aversive event. We showed aversive information coding for the predictive stimulus, preparation and initiation of the avoidance behavior and anticipation and response to the aversive events. Furthermore, local perturbation experiments demonstrated that a functional impairment of the anterior striatum and the ventral pallidum affects the behaviors usually initiated by the animals in aversive context. Put together, these results clearly show that these two cerebral structures are involved in both appetitive and aversive motivationsLes ganglions de la base, auxquels appartiennent le striatum et le globus pallidus, sont un ensemble de structures sous-corticales impliquées dans des fonctions motrices, cognitives et motivationnelles. Il a également été montré qu’ils font partie du système de récompense, système assurant la motivation d’un organisme à initier des comportements d’approche, de façon à obtenir une récompense, puis à renforcer les activités ayant produit ces comportements pour pouvoir les reproduire par la suite, ce qui constitue la base de l’apprentissage instrumental. Or, dans certaines situations, le comportement à initier va dépendre d’une motivation à fuir ou à éviter un événement ou une situation aversive. Longtemps, on a pensé que le système du traitement des informations aversives était distinct de celui de la récompense, en termes de réseau et de régions cérébrales. Pourtant, de plus en plus d’études montrent à présent que les ganglions de la base ont certainement un rôle à jouer, non négligeable, dans le traitement des situations aversives. Dans ce travail de thèse, nous avons réalisé chez le primate non-humain des enregistrements d’activité neuronale et des perturbations pharmacologiques locales dans deux régions du système de récompense, le striatum antérieur et le pallidum ventral, au cours d’une tâche comportementale nécessitant tour à tour l’initiation de comportements d’approche vers une récompense et de comportements d’évitement d’un événement aversif. Nous avons montré l’existence d’un codage de l’information aversive dans ces régions tant pour un stimulus prédicteur d’un événement aversif, la préparation ou l’initiation d’un comportement d’évitement de cet événement, que pour l’anticipation et la réception de cet événement. Par ailleurs, les expériences de perturbations locales ont démontré qu’une atteinte du fonctionnement normal du striatum antérieur et du pallidum ventral affectait les comportements initiés normalement en contexte aversif. L’ensemble de ces résultats indique clairement que ces deux structures cérébrales, si elles sont impliquées dans la motivation à initier des comportements dirigés vers un but récompensant et l’apprentissage appétitif, le sont aussi dans la motivation aversiv