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Thèse Année : 2011

Analysis, characterization and classification of fetal signals

Analyse, caractérisation et classification de signaux foetaux

Iulian Voicu
  • Fonction : Auteur
  • PersonId : 919527

Résumé

This thesis is in the biomedical field, at the interface of the instrumentation and signal processing. The objective of this work is to assess the fetal parameters (fetal heart rate and fetal movements) and the fetal well-being for different stages of pregnancy using a mixture of fetal parameters. In our days, the parameters derived from heart rate and fetal movements that characterize the fetal distress are assessed by the physician and unified in the score of Manning. Two major disadvantages of Manning's score exist: a) the assessment of the score is time consuming; b) there are variations inter and intra operators leading to different interpretations of the patient's medical record. To overcome these disadvantages we assess the fetal well-being objectively, by computing an automatique/electronic score. To achieve this goal, we developed an ultrasonic multi-sensor unit with 12 sensors allowing to collect sixty (pairs) Doppler signals from the heart, lower and upper limbs. In this thesis our first contribution is based on the implementation of new algorithms for detecting fetal heart rate from one single channel and several multi-channel. Our second contribution concerns the implementation of two categories of parameters based on heart rate: a) the classes of "traditional" parameters used by obstetricians and also evaluated in the test of Manning (baseline, acceleration, deceleration) b) the class of the parameters used by cardiologists and characterize the complexity of a time series (entropy, approximated, sampled entropy, entropy multi-scale graph of recurrence, etc.). Our third contribution was to make significant changes to the algorithms of calculation of fetal movements and the resulting parameters as: the number of movements, the percentage of time spent in motion by a fetus, the duration of movement. Our fourth contribution was the joint analysis of fetal heart rate and fetal movements. This analysis leads to the identification of different behavioral states. Development or non-development of these states is an indicator of fetal neurological development. We propose to evaluate the parameters of movement for each behavioral state. Our final contribution concerns the implementation of different scores and classifications. The new directions concerning this work are to integrate the different electronic scores and the most discrminative parameters in a monitoring device which permit a home or a clinical monitoring.
Cette thèse s'inscrit dans le domaine biomédical, à l'interface entre l'instrumentation et le traitement du signal. L'objectif de ce travail est d'obtenir, grâce à une mélange de différentes informations, un monitorage de l'activité du fœtus (rythme cardiaque et mouvements fœtaux) pour apprécier son état de bien-être ou de souffrance, et ceci aux différents stades de la grossesse. Actuellement, les paramètres qui caractérisent la souffrance fœtale, issus du rythme cardiaque et des mouvements fœtaux, sont évalués par le médecin et ils sont réunis dans le score de Manning. Deux inconvénients majeurs existent: a) l'évaluation du score est trop longue puisqu'elle dure 1 heure; b) il existe des variations inter et intra-opérateur conduisant à différentes interprétations du bilan médical de la patiente. Pour s'affranchir de ces désavantages nous évaluons le bien-être fœtal d'une façon objective, à travers le calcul d'un score. Pour atteindre ce but, nous avons développé une technologie ultrasonore multi-capteurs (12 capteurs) permettant de recueillir une soixantaine de (paires de) signaux Doppler en provenance du cœur, des membres inférieurs et supérieurs. Dans cette thèse notre première contribution s'appuie sur la mise en œuvre de nouveaux algorithmes de détection du rythme cardiaque (mono-canal et multi-canaux). Notre deuxième contribution concerne l'implémentation de deux catégories de paramètres basés sur le rythme cardiaque : a) la classes des paramètres "traditionnels" utilisés par les obstétriciens et évalués aussi dans le test de Manning (ligne de base, accélérations, décélérations); b) la classe des paramètres utilisés par les cardiologues et qui caractérisent la complexité d'une série temporelle (entropie approximée, entropie échantillonnée, entropie multi-échelle, graphe de récurrence, etc.). Notre troisième contribution consiste également à apporter des modifications notables aux différents algorithmes du calcul des mouvements fœtaux et des paramètres qui en découlent comme : le nombre de mouvements, le pourcentage du temps passé en mouvement par un fœtus, la durée des mouvements. Notre quatrième contribution concerne l'analyse conjointe du rythme cardiaque et des mouvements fœtaux. Cette analyse nous conduit alors à l'identification de différents états comportementaux. Le développement ou le non-développement de ces états est un indicateur de l'évolution neurologique du fœtus. Nous proposons d'évaluer les paramètres de mouvements pour chaque état comportemental. Enfin, notre dernière contribution concerne la mise en œuvre de différents scores et des classifications qui en découlent. Les perspectives directes à donner à ce travail concernent l'intégration des scores ou paramètres les plus pertinents dans un dispositif de surveillance à domicile ou bien dans un dispositif de monitorage clinique.
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Dates et versions

tel-00907317 , version 1 (21-11-2013)

Identifiants

  • HAL Id : tel-00907317 , version 1

Lien texte intégral

Citer

Iulian Voicu. Analyse, caractérisation et classification de signaux foetaux. Ingénierie biomédicale. Université François Rabelais - Tours, 2011. Français. ⟨NNT : 2011TOUR3302⟩. ⟨tel-00907317⟩
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