Stimulation Cérébrale Profonde, Maladie de Parkinson, Apprentissage Machine, Système d’Aide à la Décision Clinique

Abstract

Deep Brain Stimulation (DBS) is a successful and encouraging way of treating abnormal movement diseases, such as Parkinson’s Disease (PD). The success of the surgical procedure depends on many variables, most of which are derivative from a great number of modalities. Various problems gravitate throughout the care of the pa-tient, from its screening, to the procedure itself and the stimulation follow-up, creating an urging need to develop computer assisting tools. In this thesis, we used data-driven methods to design two systems in order to address two concrete clinical applications. Firstly, we propose a tool to assist clinicians in decision making for selecting patients and stimulation targets. It consists in a data-driven method which is able to predict the clinical outcomes (motor, neuropsychologic, cognitive etc.) of the surgery, from pre-operative multimodal biomarkers. Secondarily, we propose to greatly fasten the surgical procedure by automatizing the location of the target nucleus via a real time treatment of the electrophysiological signal arising from the patient’s brain, from micro-electrode recordings(MER). Our method is able, in one second, to accurately analyse the MER and predict whether the electrode lead is inside the STN or not, and does not require any parameter tuning nor calibration to work on a new data source.La Stimulation Cérébrale Profonde (SCP) est une thérapie efficace pour traiter les maladies des mouvements anormaux, telle que la Maladie de Parkinson (MP). Le succès de la SCP dépend de nombreuses variables issues d’un grand nombre de modalités de données. Divers problèmes sont rencontrés tout au long de la prise en charge du patient, de sa sélection à la procédure elle-même et au suivi post-opératoire, dénotant un besoin urgent de développer des outils d’assistance informatique. Dans cette thèse, nous proposons deux systèmes, basés sur l’apprentissage machine, afin de résoudre deux problèmes cliniques concrets. Premièrement, nous proposons un outil capable d’aider les cliniciens dans le choix de sélection des patients et des cibles de stimulation. Notre méthode est capable de prédire les résultats cliniques (moteurs, neuropsychologiques, cognitifs, etc.) de laSCP à partir de biomarqueurs multimodaux préopératoires. Deuxièmement, nous proposons un outil permettant d’accélérer grandement la chirurgie en assistant la localisation du noyau cible via un traitement en temps réel du signal électrophysiologique provenant du cerveau du patient, à partir d’enregistrements par micro-électrodes d’une seconde seulement