Propositions de méthodologies pour la valorisation de la médecine traditionnelle fondées sur une ontologie

The work presented in this thesis focuses on the problematic of the valorization of traditional medicine. Traditional medicine is a very rich biological andcultural diversity. His practise is widespread and occurs in various forms. The valorization of this medicine is now a very important issue; it will capitalize this knowledge to popularize, and thus improve its performance in terms of diagnosis, treatment and cost. World Health Organization (WHO)proposes its integration into the national health system. But the practice and exercise of this medicine face many problems which make its implementation difficult. Among these problems, we can list the informal nature of its practice, its content is not formalized, its access mode is not determined, etc. We propose in this thesis, practices more efficient based on the new technology of information and communications; they based specifically on semantic resource such as the ontology which is the formal structure of an acquaintance. The methods proposed in this thesis allow to formalize the contents of this medicine, to facilitate its exercise and ultimately to succeed its revalorization.Le travail présenté dans cette thèse porte sur la problématique de la valorisation de la médecine traditionnelle. La médecine traditionnelle est d’une diversité biologique et culturelle très riche. Sa pratique est très répandue et se fait sous des formes variées . La valorisation de cette médecine constitue aujourd’hui un enjeu très important ; elle permettra de capitaliser ce savoir, de le vulgariser, et donc d’améliorer ses prestations en termes de diagnostic, de traitement et de coût. L’Organisation Mondiale de la Santé (OMS) propose, du reste, de l’intégrer dans le système national de santé. Mais la pratique et l’exercice de cette médecine rencontrent de nombreux problèmes qui rendent son application difficile. Parmi ces problèmes, nous pouvons relever le caractère informel de sa pratique, son contenu non formalisé, son mode d’accès non déterminé, etc. Nous proposons, dans cette thèse, des techniques de pratiques plus efficaces puisque basées sur les nouvelles technologies de l’information et de la communication ; celles-ci reposent plus spécifiquement sur la ressource sémantique telle que l’ontologie qui est la structuration formelle d’une connaissance. Les méthodes proposées dans cette thèse permettent de formaliser le contenu de cette médecine, pour en faciliter l’exercice et en définitive, pour aboutir à sa revalorisation

Le suivi de l'apprenant dans le cadre du serious gaming

"Serious gaming" is a recent approach, using the techniques implemented in video games, to conduct "serious" activities such as communication, awareness and learning. Serious games have now become an essential element of online training. This thesis takes place in the context of serious games for training. Indeed, whatever the preferred meaning, many research questions arise. In particular, how can we assess the knowledge acquired by the player / learner through the game? We have focused on case study type games used especially in management or medicine. We propose a method based on Evidence Centered Design to plan the monitoring of the learner for diagnostic purposes to the teacher and the learner. Actions in case studies are very close to business actions and resort to specific rules. We have chosen to represent them using Petri nets. To bring semantics to the Petri net analysis, we have added a domain and game action ontology. The ontology provides a significant complementarity to Petri net that has a purely procedural dimension. We have combined Petri nets and ontologies to produce performance indicators for this particular category of serious games. The study of errors led us to propose a particular taxonomy for serious games based on the work done in the field of security.Le " serious gaming " est une approche récente pour mener des activités " sérieuses " telles que communiquer, sensibiliser ou apprendre, en utilisant les techniques mises en œuvre dans les jeux vidéo. Les jeux sérieux sont devenus aujourd'hui un élément incontournable de la formation en ligne. C'est dans ce cadre du serious gaming pour la formation que se situe ce sujet de thèse. En effet, quelle que soit l'acception privilégiée, de nombreuses questions de recherche se posent. En particulier, comment peut-on évaluer les connaissances acquises par le joueur/apprenant à travers le jeu ? Nous sommes concentrés sur les jeux de type étude de cas utilisés notamment en gestion ou en médecine et proposons une méthode basée sur l'Evidence Centered Design pour concevoir le suivi de l'apprenant à des fins de diagnostic à destination de l'enseignant et de l'apprenant. Les actions liées aux études de cas sont très proches des actions métiers et recourent à des règles bien précises. Nous avons fait le choix de les représenter à l'aide de réseaux de Petri. Pour apporter de la sémantique à l'analyse par réseau de Petri, nous l'avons adossé à une ontologie du domaine et des actions de jeu. L'ontologie apporte une complémentarité non négligeable au réseau de Petri qui a une dimension purement procédurale. Nous combinons des réseaux de Petri et les ontologies afin de produire des indicateurs de performance pour cette catégorie particulière de jeux sérieux. L'étude des erreurs nous a conduits à proposer une taxinomie particulière pour les jeux sérieux en nous inspirant notamment des travaux réalisés dans le domaine de la sécurité

Modélisation des signes dans les ontologies biomédicales pour l'aide au diagnostic.

Introduction : Établir un diagnostic médical fiable requiert l identification de la maladie d un patient sur la base de l observation de ses signes et symptômes. Par ailleurs, les ontologies constituent un formalisme adéquat et performant de représentation des connaissances biomédicales. Cependant, les ontologies classiques ne permettent pas de représenter les connaissances liées au processus du diagnostic médical : connaissances probabilistes et connaissances imprécises et vagues. Matériel et méthodes : Nous proposons des méthodes générales de représentation des connaissances afin de construire des ontologies adaptées au diagnostic médical. Ces méthodes permettent de représenter : (a) Les connaissances imprécises et vagues par la discrétisation des concepts (définition de plusieurs catégories distinctes à l aide de valeurs seuils ou en représentant les différentes modalités possibles). (b) Les connaissances probabilistes (les sensibilités et les spécificités des signes pour les maladies, et les prévalences des maladies pour une population donnée) par la réification des relations ayant des arités supérieures à 2. (c) Les signes absents par des relations et (d) les connaissances liées au processus du diagnostic médical par des règles SWRL. Un moteur d inférences abductif et probabiliste a été conçu et développé. Ces méthodes ont été testées à l aide de dossiers patients réels. Résultats : Ces méthodes ont été appliquées à trois domaines (les maladies plasmocytaires, les urgences odontologiques et les lésions traumatiques du genou) pour lesquels des modèles ontologiques ont été élaborés. L évaluation a permis de mesurer un taux moyen de 89,34% de résultats corrects. Discussion-Conclusion : Ces méthodes permettent d avoir un modèle unique utilisable dans le cadre des raisonnements abductif et probabiliste, contrairement aux modèles proposés par : (a) Fenz qui n intègre que le mode de raisonnement probabiliste et (b) García-crespo qui exprime les probabilités hors du modèle ontologique. L utilisation d un tel système nécessitera au préalable son intégration dans le système d information hospitalier pour exploiter automatiquement les informations du dossier patient électronique. Cette intégration pourrait être facilitée par l utilisation de l ontologie du système.Introduction: Making a reliable medical diagnosis requires the identification of the patient s disease based on the observation of signs. Moreover, ontologies provide an adequate and efficient formalism for medical knowledge representation. However, classical ontologies do not allow representing knowledge associated with medical reasoning such as probabilistic, imprecise, or vague knowledge. Material and methods: In the current work, general knowledge representation methods are proposed. They aim at building ontologies fitting to medical diagnosis. They allow to represent: (a) imprecise or vague knowledge by discretizing concepts (definition of several distinct categories thanks to threshold values or by representing the various possible modalities), (b) probabilistic knowledge (sensitivity, specificity and prevalence) by reification of relations of arity greater than 2, (c) absent signs by relations and (d) medical reasoning and reasoning on the absent signs by SWRL rules. An abductive reasoning engine and a probabilistic reasoning engine were designed and implemented. The methods were evaluated by use of real patient records. Results: These methods were applied to three domains (the plasma cell diseases, the dental emergencies and traumatic knee injuries) for which the ontological models were developed. The average rate of correct diagnosis was 89.34 %. Discussion-Conclusion: In contrast with other methods proposed by Fenz and García-crespo, the proposed methods allow to have a unique model which can be used both for abductive and probabilistic reasoning. The use of such a system will require beforehand its integration in the hospital information system for the automatic exploitation of the electronic patient record. This integration might be made easier by the use of the ontology on which the system is based.RENNES1-Bibl. électronique (352382106) / SudocSudocFranceF

Outils d'élaboration de stratégie de recyclage basée sur la gestion des connaissances : application au domaine du génie des procédés

Dans ce travail, une étude est réalisée sur le développement d'une méthodologie permettant la génération et l'évaluation de nouvelles trajectoires de valorisation pour des déchets. Ainsi, pour répondre à cette problématique, trois sous problèmes ont été identifiés. Le premier concerne un cadre de modélisation permettant la représentation structurée et homogène de chaque trajectoire, ainsi que les indicateurs choisis pour l'évaluation de ces dernières, permettant une sélection ultérieure. Le deuxième se concentre sur le développement d'une méthodologie puis la réalisation d'un outil permettant la génération de nouvelles trajectoires en s'appuyant sur d'autres connues. Enfin, le dernier sous problème concerne le développement d'un second outil développé pour modéliser et estimer les trajectoires générées. La partie de création d'un cadre de modélisation cherche à concevoir des structures globales qui permettent la catégorisation des opérations unitaires sous plusieurs niveaux. Trois niveaux de décomposition ont été identifiés. La Configuration générique de plus haut niveau, qui décrit la trajectoire sous de grandes étapes de modélisation. Le second niveau, Traitement générique propose des ensembles de structures génériques de traitement qui apparaissent régulièrement dans les trajectoires de valorisation. Enfin, le plus bas niveau se focalise sur la modélisation des opérations unitaires. Un second cadre a été créé, plus conceptuel et comportant deux éléments : les blocs et les systèmes. Ces cadres sont ensuite accompagnés par un ensemble d'indicateurs choisis à cet effet. Dans une volonté d'approche de développement durable, un indicateur est sélectionné pour chacune de des composantes : économique, environnemental et social. Dans notre étude, l'impact social se limite à l'estimation du nombre d'emplois créés. Afin de calculer cet indicateur, une nouvelle approche se basant sur les résultats économiques d'une entreprise a été proposée et validée.L'outil de génération de nouvelles trajectoires s'appuie sur l'utilisation de la connaissance en utilisant un système de raisonnement à partir de cas (RàPC). Pour être adapté à notre problématique, la mise en œuvre de ce dernier a impliqué la levée de plusieurs points délicats. Tout d'abord, la structuration des données et plus largement la génération de cas sources sont réalisées par un système basé sur des réseaux sémantiques et l'utilisation de mécanismes d'inférences. Le développement d'une nouvelle méthode de mesure de similarité est réalisé en introduisant la notion de définition commune qui permet de lier les états, qui sont des descriptions de situations, à des états représentant des définitions générales d'un ensemble d'états. Ces définitions communes permettent la création d'ensembles d'états sous différents niveaux d'abstraction et de conceptualisation. Enfin, un processus de décompositions des trajectoires est réalisé afin de résoudre un problème grâce à la résolution de ses sous-problèmes associés. Cette décomposition facilite l'adaptation des trajectoires et l'estimation des résultats des transformations. Basé sur cette méthode, un outil a été développé en programmation logique, sous Prolog. La modélisation et l'évaluation des voies de valorisation se fait grâce à la création d'outil spécifique. Cet outil utilise la méta-programmation permettant la réalisation dynamique de modèle de structure. Le comportement de ces structures est régi par la définition de contraintes sur les différents flux circulants dans l'ensemble de la trajectoire. Lors de la modélisation de la trajectoire, ces contraintes sont converties par un parser permettant la réalisation d'un modèle de programmation par contraintes cohérent. Ce dernier peut ensuite être résolu grâce à des solveurs via une interface développée et intégrée au système. De même, plusieurs greffons ont été réalisés pour analyser et évaluer les trajectoires à l'aide des critères retenus

Contribution à la planification de projet : proposition d’un modèle d’évaluation des scénarios de risque-projet

Dans le contexte de la planification de projet, l’objectif de cette thèse est de s’intéresser à la prise en compte, dès les phases de conception de projet, des différents aléas potentiels pouvant survenir au cours du projet. Nous proposons ainsi une approche permettant de fiabiliser les estimations nécessaires à la prise de décision. Cette approche vise à adresser deux problématiques bien spécifiques (i) comment, pour l’évaluation d’un projet, pourrait-on tenir compte de l’ensemble des éventualités, événements et situations que le projet pourrait rencontrer au cours de son déroulement et (ii) comment tenir compte des liens et relations qui peuvent exister entre les risques. Pour cela, un modèle d’évaluation des scénarios de risque projet en variables mixtes multi risques, multi impacts, multi stratégies de traitement, multi dépendances, est proposé. Le modèle développé est intégré à un cadre de simulation permettant de traiter le processus complet de planification de projet. Un prototype informatique supportant cette approche a ainsi été développé et appliqué sur un cas d’étude issue du secteur pharmaceutique (conduite d’une étude clinique). ABSTRACT : In the context of project planning, the objective of this thesis is to focus on the consideration, from the design phase of the project, of the various potential hazards that may arise during the project. We propose an approach for reliable estimates needed for decision-making. This approach aims to address two specific problems (i) how to evaluate a project, one might consider all possibilities, events and situations that the project could encounter during its implementation and (ii) how to address the linkages and relationships that can co-exist between risks. For this, a model for assessing the scenarios of risk-project in the mixed variables of multi-risk, multiimpact, multi-strategy of treatments and multi-dependency, is proposed. The developed model is integrated into a simulation framework for handling the entire process of project planning. A prototype computer program that supports this approach has been developed and applied in a case study for the pharmaceutical sector (conducting a clinical study)

Une approche propédagogique du diagnostic cognitif dans les STI : conception, formalisation et implémentation

Dans un STI, la question de la conception et de l'implémentation du diagnostic cognitif (DC) du comportement de l'apprenant est abordée de manière intuitive et au "cas par cas", selon les objectifs spécifiques de ce STI. D'un point de vue purement opérationnel, cette approche n'est pas vraiment néfaste puisque les STI qui en résultent "fonctionnent". Cependant lorsqu' il s'agit de rendre au DC dans un STI, la dimension pédagogique qui lui est naturellement sienne dans le tutorat humain, un regard en perspective sur des considérations plus fondamentales favorise la réflexion dans ce sens. Cette thèse formule, formalise et implémente explicitement une dimension «propédagogique» du DC dans les STI. Cette dimension pro-pédagogique s'exprime principalement à travers deux relations qui n'ont jamais été explicitement étudiées et mises en pratique dans la recherche sur le DC dans les STI : la relation entre le DC et les paradigmes de cognition; la relation entre le DC et son exploitation pédagogique, en l'occurrence la remédiation des difficultés de l'apprenant, ce à travers une boucle diagnostic-remédiation. Outre leur originalité conceptuelle, ces relations sont articulées dans un cadre de spécification pour le DC lorsqu'il s'agit de l'appliquer dans un STI. L'originalité de l'idée d'un tel cadre de référence est qu'il favorise une préservation de la fidélité pédagogique du DC au cours de son implémentation dans un système informatique. Sur le plan informatique, l'originalité de la contribution de cette thèse est qu'elle formalise cette perspective du processus de DC dans un STI, notamment en systématisant la dynamique de la boucle diagnostic-remédiation à travers: (1) un algorithme générique de type « générer et tester», (2) l'intégration à cet algorithme de mécanismes formels de raisonnement incertain par le biais des inférences bayésiennes (pour tenir compte des facteurs d'incertitude reliés au DC dans un STI) et (3) l'implémentation de cet algorithme dans une librairie de programmes génériques et donc réutilisables par tout membre de la communauté AIED désireux d'adopter cette philosophie de diagnostic cognitif dans un STI

Contribution à l’optimisation des processus de prédiction et de classification pour le Prognostics and Health Management.

My postdoctoral research deals with the proposition of data-based failure detection and prognostics approaches. Developments aim at transforming raw data (gathered online on the monitored system) into health indicators that enable estimating the Remaining Useful Life (RUL) and the confidence interval associated to it. Three sets of contributions can be distinguished.–Characterize degradation phenomena. I mainly proposed a new features extraction and selection approach that allows building monotonic and predictable features. This proposition enhances detection of drifts and improve long term predictions of the ageing behavior.–Improve genericity of prognostics. From this point of view, my intent was to develop neural networks and neuro-fuzzy systems that aim at facilitating the building of prognostics algorithms by systematizing the generation of models while reducing the learning time required and avoiding arbitrary choices.–Reliable data-based prognostics. I developed news neuronal algorithms that enable, on one side, to quantify and master the error of prediction, and on the other side, to take into account the non-deterministic aspect of health states.The research project is articulated as follows (short term and mid-term perspectives). First, I would like to develop protocols and metrics for verification and validation of PHM approaches. I am also willing to go through a better modeling of multidimensional systems (physics, time, space). Finally, my intent is to extend PHM to what could be called the “predictive medicine”.L’essentiel des travaux de recherche post-doctorale porte sur le développement d’approches orientées données de détection et de pronostic de défaillances. Les propositions faites visent à transformer un ensemble de données brutes recueillies sur l’équipement surveillé, en un indicateur de temps résiduel avant défaillance (RUL) auquel est associée une confiance. Trois foyers de contributions peuvent être distingués.–Caractériser les phénomènes de dégradation. Je me suis attaché à proposer une nouvelle approche d’extraction et de sélection de descripteurs permettant in fine d’obtenir des indicateurs de santé monotones facilitant la détection d’une dérive et les prédictions à long terme.–Améliorer la généricité du pronostic. De ce point de vue, mon travail a consisté à proposer des méthodes (neuronales et neuro-floues) permettant de systématiser la génération des modèles de pronostic, et de réduire le temps d’apprentissage nécessaire.–Fiabiliser le pronostic orienté données. J’ai sur cet aspect développé de nouveaux algorithmes permettant d’une part, de quantifier et maîtriser l’erreur de prédiction, et d’autre part, de tenir compte de la nature non−déterministe des états de santé.Le projet de recherche à court et moyen terme s’articule autour de trois axes. Le premier a trait à la définition de protocoles et de métriques de vérification et de validation des approches de PHM. Le second porte sur le développement d’outils pour les systèmes multidimentsionnels (physique, temps, espace). Le dernier vise à étendre la thématique à un cadre applicatif pour lequel elle n’a pas été initialement imaginée : le PHM médical