Détection et analyse des signaux ultrasonores d'un dispositif Doppler multi-capteurs pour le suivi de l'activité fœtale

Georges BOOG Professeur Université de NantesSoraya DENIS Professeur Université ToursAlain HERMENT Directeur de Recherche INSERM UR678 ParisDenis KOUAME Maître de Conférence Université ToursLéandre POURCELOT Professeur Université Tours François TRANQUART Maître de Conférence -PH Université ToursDidier VRAY Professeur CREATIS-INSA LyonThe main purpose of this work is to develop tools allowing better analysis of the Doppler signals originating from the fetal activity. The thesis has been realized within the scope of a project RNTS (Réseau National des Technologies pour la Santé) called Actifoetus.The study consists in processing the signals provided by 12 ultrasonic sensors placed on the maternal belly and connected to a multichannel pulsed Doppler unit developed by the company Ultrasons Technologies, Tours. Each sensor detects the Doppler signals produced by moving fetal structures from 5 successive depths in the maternal uterus.The principal objective of the project was to extract the parameters reflecting the fetal activity (fetal heart rate and pseudo respiratory, movements of the members and the trunk, response to stimuli...) for the monitoring and the follow-up of the pregnancies.The second step consists in using these parameters to define, the state of wellbeing or suffering of the fetus for an ambulatory monitoring of certain pregnancies at risk. This application in tele medicine will require the development of a portable system of Holter type.The first part of the project consisted in participating in the final development of equipment and methods of data acquisition. The largest part of work was then devoted to the development and to the validation of the signal processing strategies of the recorded data on pregnancies from 20 to 30 weeks. These recordings allowed us to demonstrate the quality of the Doppler signals of fetal activity provided by the Actifoetus system, and to validate the use of the Fast Fourier Transform (FFT) and of the Autocorrelation Function (ACF) to detect the cardiac activity and the movements of the fetus. We also could show that the Independent Components Analysis (ICA) method is successful in separating a mixture of several Doppler signals.The principal originality of work lies in the extraction of statistically relevant information concerning the movements and the rates/rhythms of the fetus starting from several ultrasonic sensors. The correlation of these data with the signals of mother activity (Accelerometer), or of neurosensor stimuli, should allow important clinical applications.The project is conceived to lead to a marketable apparatus miniaturized starting from the prototype shown in this thesis. The aspects of industrial protection will be examined as well with regard to the apparatus Holter itself, and the algorithms of data processing and fusion.Ce travail a pour but essentiel de mettre au point des outils permettant une meilleure analyse des signaux Doppler provenant de l'activité fœtale. Il s'inscrit dans le cadre d'un projet RNTS (Réseau National des Technologies pour la Santé) intitulé Actifoetus. Il consiste à traiter les signaux fournis par 12 capteurs ultrasonores placés sur le ventre maternel et reliés à un appareillage Doppler à émission pulsée multivoies, développé par la société Ultrasons Technologies, Tours. Chaque capteur détecte les signaux Doppler produits par les structures fœtales en mouvement à 5 profondeurs successives dans l'utérus maternel. L'objectif principal du projet est d'extraire des paramètres reflétant l'activité fœtale (rythmes cardiaque et pseudo respiratoire, mouvements des membres et du tronc, réponse à des stimuli, ...) pour la surveillance et le suivi des grossesses. Une seconde étape était de définir, à partir de ces données, l'état de bien-être ou de souffrance du fœtus en vue d'un monitorage ambulatoire de certaines grossesses à risque. Cette application en télé médecine nécessitera la mise au point d'un système portable de type Holter. Le travail réalisé a comporté dans un premier temps une participation à la mise au point définitive de l'appareillage et de la méthode de recueil de données. La plus grande partie du travail a ensuite été consacrée à la mise au point et à la validation du traitement des signaux enregistrés sur des grossesses de 20 à 30 semaines. Ces enregistrements ont permis de montrer la qualité des signaux Doppler d'activité fœtale fournis par le système Actifoetus, et de valider l'utilisation de la Transformée de Fourier Rapide (FFT) et de la Fonction d'Autocorrélation (ACF) pour détecter l'activité cardiaque et les mouvements du fœtus. Nous avons pu également montrer que l'Analyse en Composantes Indépendantes (ACI) permet de séparer avec succès un mélange de plusieurs signaux Doppler. La principale originalité du travail réside dans l'extraction d'informations statistiquement pertinentes concernant les mouvements et les rythmes du fœtus à partir de plusieurs capteurs ultrasonores. La mise en correspondance de ces données avec les signaux d'activité de la mère (Accéléromètre), ou de stimuli neurosensoriels, devrait permettre des applications cliniques importantes.Le projet est conçu pour déboucher sur un appareil miniaturisé commercialisable à partir du démonstrateur réalisé. Les aspects de protection industrielle seront examinés aussi bien en ce qui concerne l'appareil holter lui-même, qu'au niveau des algorithmes de traitement et de fusion des données

Evaluación de la efectividad de las acciones de restauración ecológica en la recuperación de procesos funcionales de ecosistemas mediterráneos sometidos a perturbación

Los ecosistemas terrestres semiáridos, áridos y secos, habitualmente con un valor paisajístico muy poco atractivo para el ser humano, son ecosistemas merecedores de todo el esfuerzo para que se puedan revalorizar, restaurar y proteger, ya que agrupan una parte muy relevante de los recursos naturales del planeta. A escala global, estos ecosistemas, amenazados por los procesos de degradación y la desertificación, ocupan el 40% de la superficie terrestre y albergan más de 1/5 de la población humana mundial. Debido a esta inmensa magnitud de tierras en proceso de desertificación y la gravedad de este fenómeno global, se hace necesaria la intervención humana en este tipo de ecosistemas para paliar los efectos de la degradación de la vegetación y de los suelos. En este contexto nos encontramos ante un problema ambiental de primera magnitud a nivel mundial: la desertificación. Particularmente, en los ecosistemas secos del Mediterráneo se constata el estudio de dos principales perturbaciones que tienden a acentuar los procesos de degradación: el abandono de tierras agrícolas y la recurrencia de los incendios forestales. En esta memoria se estudian las dos perturbaciones, la estrategia de restauración después de cada tipo de perturbación y, finalmente, se monitorea la dinámica de recuperación del ecosistema en estructura y función tras el paso de la perturbación. Se analizan las pautas de sucesión secundaria de la vegetación, así como los procesos funcionales del suelo, a una determinada escala espacial y temporal, además se modelan las trayectorias futuras de dichos ecosistemas perturbados hacia un estado adaptado de la comunidad vegetal con los nuevos factores creados: el uso histórico, el cambio, la restauración y las nuevas restricciones del clima, de degradación de suelos y de la nueva estructura de la vegetación. Todos estos cambios, producto de la acción directa o indirecta del hombre, dan lugar a nuevos conjuntos de especies (novel ecosystems) cuyo funcionamiento ecológico es necesario conocer. En los dos tipos de ecosistemas estudiados bajo diferentes tipos de perturbación, se concluyó una recuperación espontánea y natural del pinar carrasco mediterráneo tras el paso del incendio forestal, adquiriendo valores en estructura y funcionamiento adaptados a las circunstancias biofísicas actuales. Sin embargo, se ha visto más difícil la recuperación en estructura de la vegetación y funcionamiento del suelo del matorral disperso abandonado a pesar de las acciones de restauración ecológica de alta tecnología creadas para estos ámbitos semiáridos del Mediterráneo

Photocatalytic degradation of organic compounds in aqueous solution in the presence of TiO₂ and iron oxides : influence of carboxylic acids

Cette étude s’inscrit dans le cadre de la dépollution de l’eau, elle a eu pour but d’examiner la dégradation photocatalytique d’herbicides phénylurées en solution aqueuse à pH acide, en présence d’un oxyde de fer naturel et d’acides carboxyliques. L’oxyde de fer naturel a été caractérisé par spectroscopie Raman, l’identification des produits de dégradation du fénuron et la proposition d’un mécanisme de dégradation ont été réalisées. Deux types d’irradiation ont été utilisés, i.e. l’irradiation solaire naturelle et l’irradiation par des UV générés par des lampes à vapeur de mercure. La photodégradation du fenuron en présence d’oxyde de fer naturel et l'acide oxalique obéit à une loi du premier ordre, les conditions expérimentales optimales pour ce système étaient [acide oxalique]0 = 10-3 M, [Hématite naturelle] = 0.1 g L-1 ; pH = 3. Le temps de demi-vie du fenuron est court (60 32 min) mais les résultats sont meilleurs sous irradiation solaire naturelle (30 15 min). L'acide oxalique est l’acide carboxylique le plus efficace en photodégradation du fénuron (disparition totale), l’ordre d’efficacité varie ainsi : acide oxalique > acide citrique > acide tartrique > acide malique. L’étude analytique de la dégradation du fénuron par ce procédé a permis l’identification de huit photoproduits aromatiques, de trois acides carboxyliques à courte chaîne de carbone et des ions inorganiques. Ce travail a permis de mettre en évidence le rôle de l’oxygène dissous dans le processus de dégradation du fenuron par le procédé de photo-Fenton-like, le processus ne peut pas avoir lieu en milieu désoxygéné car aucune production de H2O2 n’a été observée sous irradiation UV. L’oxygénation du milieu permet d’améliorer la capacité oxydative du procédé et d’augmenter le taux de minéralisation du carbone organique totale. En effet l’oxygénation du milieu augmente indirectement la production des radicaux hydroxyles par augmentation de la production de H2O2. Il a été mis en évidence pendant l’étude quantitative que l’oxygène était le réactif le plus consommé par ce procédé. Le traitement de la solution contenant 10-4 M de fenuron et 10-3 M d’oxalate a permis de réduire significativement la toxicité de la solution initiale après 360 minutes d’irradiation.The photodegradation of the herbicide phenylurea by using a natural iron oxide (NIO) α-Fe2O3 in aqueous solution at acidic pH has been undertaken. The NIO was characterized by the Raman spectroscopy method. The degradation pathways and the formation of by-products were studied. A high-pressure mercury lamp and sunlight were employed as light source. Fenuron photodegradation using NIO with oxalic acid followed the pseudo-first order kinetics, the optimal experimental conditions were [oxalic acid]0 = 10−3 M and [NIO] = 0.1 g L−1 at pH 3. NIO/oxalic acid/UV system led to a low fenuron half-life (32 min). The results were even better when solar light is used (15 min). The effect of four carboxylic acids; oxalic, citric, tartaric and malic acids on the degradation efficiency was studied. Oxalic acid was the most effective carboxylic acid used on the fenuron photodegradation with NIO at pH 3. The analytical study showed many aromatic intermediates, short-chain carboxylic acids and inorganic ion.The role of dissolved oxygen (DO) in degradation and mineralization of fenuron in the photo-Fenton-like system by using the NIO was also studied; the NIO was used as an iron source. The DO effect has been elucidated by carrying out experiments with and without oxygen, it has been found that the degradation and mineralization rate were strongly affected by change in DO concentration. In absence of oxygen, there is no photo-Fenton-like because of the lack of hydrogen peroxide, the degradation was caused only by the photo-reduction of Fe(III) complex in this case. Oxygenation improved the hydrogen peroxide production under irradiation. The mass balance of the reactive species showed that dissolved oxygen was the main reactive consumed during the process. The toxicity decrease with irradiation time proves that the intermediates generated during photo-oxidation by the photo-Fenton-like system by using a NIO are less toxic than fenuron

Détection et analyse des signaux ultrasonores d'un dispositif Doppler multi-capteurs pour le suivi de l'activité foetale

Ce travail consiste à traiter les signaux fournis par 12 capteurs ultrasonores placés sur le ventre maternel et reliés à un appareillage Doppler à émission pulsée multivoies. Chaque capteur détecte les signaux Doppler produits par les structures fœtales en mouvement à 5 profondeurs successives dans l'utérus maternel. L'objectif principal du projet est d'extraire des paramètres reflétant l'activité fœtale (rythmes cardiaque et pseudo respiratoire, mouvements des membres et du tronc, réponse à des stimuli, ...) pour la surveillance et le suivi des grossesses. Le travail réalisé a comporté dans un premier temps une participation à la mise au point définitive de l'appareillage et de la méthode de recueil de données. Les enregistrements effectués ont permis de montrer la qualité des signaux Doppler d'activité fœtale fournis par le système Actifoetus, et de valider l'utilisation de la Transformée de Fourier Rapide (FFT) et de la Fonction d'Autocorrélation (ACF) pour détecter l'activité cardiaque et les mouvements du fœtus.This study consists in processing the signals provided by 12 ultrasonic sensors placed on the maternal belly and connected to a multichannel pulsed Doppler unit. Each sensor detects the Doppler signals produced by moving fetal structures from 5 successive depths in the maternal uterus.This study consists in processing the signals provided by 12 ultrasonic sensors placed on the maternal belly and connected to a multichannel pulsed Doppler unit. Each sensor detects the Doppler signals produced by moving fetal structures from 5 successive depths in the maternal uterus. The principal objective of the project was to extract the parameters reflecting the fetal activity (fetal heart rate and pseudo respiratory, movements of the members and the trunk, response to stimuli...) for the monitoring and the follow-up of the pregnancies. The largest part of work was then devoted to the development and to the validation of the signal processing strategies of the recorded data. These recordings allowed us to demonstrate the quality of the Doppler signals of fetal activity provided by the Actifoetus system, and to validate the use of the Fast Fourier Transform (FFT) and of the Autocorrelation Function (ACF) to detect the cardiac activity and the movements of the fetus.TOURS-BU Médecine (372612103) / SudocSudocFranceF

Effets de l’hétérogénéité spatiale du paysage sur la restauration de zones sèches. Rôles combinés des conditions locales et des techniques de reboisement dans le sud-est de l’Espagne

In occidental Europe, Spain is one of countries the most severely affected by desertification (Arnalds & Arsher 2000). Particularly, South-eastern Spain is considered as one of the most threatened areas by desertification in Mediterranean Europe (Vallejo 1997). In 2003, the Valencia Regional Forest Service implemented a restoration demonstration project in this area. The project site is a small catchment (25 ha) located in the Albatera municipality. The catchment is highly heterogeneous, with terraced slopes, south-facing slopes and north-facing slopes. The restoration strategy was based on planting evergreen trees and shrubs which can grow quickly after disturbances, and on field treatments aimed at maximizing water collection (micro-catchments, planting furrows), organic amendment (compost), and conservation (tree shelters, mulching). On south landscape unit, the whole category of restoration treatments was applied: water micro-catchment + Tubex tree shelters + mulching & compost, while on north landscape unit: netting tree shelters + mulching & compost only were applied, while in terrace landscape unit: furrows + netting tree shelters + mulching & compost were applied. Survival and growth of the planted seedlings were used as metrics of restoration success. To assess the effects of the treatments applied for soil conservation, soil loss rates (from 2005 to 2009) were evaluated using the erosion pin method. We conclude that, despite the limiting conditions prevailing on the south unit, this landscape unit showed the highest survival and growth plant rates in the area. The best seedling performances on the south landscape unit were probably due to the highest technical efforts applied, consisting in the water micro-catchment installation and the Tubex plant shelters addition. In addition, soil loss rates followed decreasing trends throughout the assessment period. Soil loss rates were highest on south landscape unit in comparison with the other landscape units, due to the more accentuated relief. North landscape unit and terrace unit showed a net soil mass gain, probably reflecting the trapping of sediments produced by plantation works.Financial support from Ministerio de Educación y Ciencias of CODEX-R and TRESECO projects, and Ministerio de Medio Ambiente y Medio Rural y Marino of ESTRES project

Path planning and control command for autonomous vehicles

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Context-aware anonymous authentication protocols in the internet of things dedicated to e-health applications

International audienceDue to the emergence of the Internet of Things (IoT) era and the rapid technological advancements of wireless communications, Wireless body area network (WBAN) has been introduced as a pioneering key technology for the next generation ubiquitous healthcare systems. However, the open and dynamic nature of wireless sensor technologies makes both inter-sensor and sensor-controller communications vulnerable to several potential attacks, which significantly undermine the WBAN's efficiency and impede its further flourish. Specifically, the patient's sensitive data may be eavesdropped and linked to the identities of the sensors in transmission and thus revealing the patient's medical conditions. Therefore, in such resource-impoverished environment, anonymous authentication for sensor nodes while considering their stringent resource constraints is a paramount security concern. In this paper, we propose a context-aware and lightweight anonymous authentication and key agreement scheme for WBAN applications in emergency and normal situations. The proposed scheme provides selective anonymous authentication between nodes in WBAN while taking into account the dynamic context changes. Formal security analysis using the widely accepted Real-Or-Random (ROR) model, the Burrows-Abadi-Needham (BAN) logic, and the automated security protocol verification (Scyther) tool shows that the proposed scheme is secure against known attacks. From a performance perspective, we prove that the proposed key agreement protocols outperform benchmark schemes in terms of communication and computation overhead

A Space-Time Meshless Method That Removes Numerical Oscillations When Solving PDEs with High Discontinuities

International audienceA space-time diffuse approximation method avoiding any secondary finite-difference time-stepping procedure, is presented to solve partial differential equations (PDEs) containing high discontinuities. This method is validated with a non-inner source heat equation. It is shown that its accuracy is improved when using a new proposed weight function. Furthermore, the application of the new weight function, respecting the principle of causality, removes some spurious oscillations appearing with high temporally discontinuous heat sources (such as Heaviside). Results, presented as isotherms or temperature fields, get closer to those obtained with an implicit first-order backward finite–difference scheme

Game-Based Adaptive Security for the Internet of Things

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Lightweight and Adaptive Anonymous Authentication Protocols in the Internet of Things Dedicated to E-Health Applications

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