Restauration et analyse de l`électrocardiogramme acquis pendant

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INSTITUT NATIONAL Centre de Recherche
POLYTECHNIQUE DE LORRAINE en Automatique de Nancy
ÉCOLE DOCTORALE IAEM LORRAINE
DFD AUTOMATIQUE
RESTAURATION ET ANALYSE DE L'ÉLECTROCARDIOGRAMME
ACQUIS PENDANT LES EXAMENS
D'IMAGERIE PAR RÉSONANCE MAGNÉTIQUE
T H È S E
présentée et soutenue publiquement le 12 décembre 2005
pour obtenir le grade de
DOCTORAT DE L'INSTITUT NATIONAL POLYTECHNIQUE DE LORRAINE
Discipline : Automatique et traitement du signal
par
Roger ABÄCHERLI
Composition du jury :
Directeur de thèse :
- Jacques FELBLINGER Professeur, Université Henri Poincaré - Nancy 1
Codirecteur de thèse :
- Didier WOLF Professeur, Institut National Polytechnique de Lorraine
Rapporteurs :
- Paul RUBEL Professeur, Institut National des Sciences Appliquées, Lyon
- Chris BOESCH Professeur, Université de Berne, Suisse
Examinateurs :
- Jean-Michel FRANCONI Professeur, Université Victor Segalen, Bordeaux
- Jean-Jacques SCHMID Vice-Président et Directeur scientifique, SCHILLER AG, Suisse
Centre de Recherche en Automatique de Nancy – CNRS-UMR 7039
2, Avenue de la Forêt de Haye
F-54516 VANDOEUVRE lès Nancy Cedex
Tél : [phone] - Fax : [phone]

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INSTITUT NATIONAL Centre de Recherche
POLYTECHNIQUE DE LORRAINE en Automatique de Nancy
ÉCOLE DOCTORALE IAEM LORRAINE
DFD AUTOMATIQUE
RESTAURATION ET ANALYSE DE L’ÉLECTROCARDIOGRAMME
ACQUIS PENDANT LES EXAMENS
D’IMAGERIE PAR RÉSONANCE MAGNÉTIQUE
T H È S E
présentée et soutenue publiquement le 12 décembre 2005
pour obtenir le grade de
DOCTORAT DE L’INSTITUT NATIONAL POLYTECHNIQUE DE LORRAINE
Discipline : Automatique et traitement du signal
par
Roger ABÄCHERLI
Composition du jury :
Directeur de thèse :
- Jacques FELBLINGER Professeur, Université Henri Poincaré - Nancy 1
Codirecteur de thèse :
- Didier WOLF Professeur, Institut National Polytechnique de Lorraine
Rapporteurs :
- Paul RUBEL Professeur, Institut National des Sciences Appliquées, Lyon
- Chris BOESCH Professeur, Université de Berne, Suisse
Examinateurs :
- Jean-Michel FRANCONI Professeur, Université Victor Segalen, Bordeaux
- Jean-Jacques SCHMID Vice-Président et Directeur scientifique, SCHILLER AG, Suisse
Centre de Recherche en Automatique de Nancy – CNRS-UMR 7039
2, Avenue de la Forêt de Haye
F-54516 VANDOEUVRE lès Nancy Cedex
Tél : [phone] - Fax : [phone]

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Avant-propos
Cette thèse s’est faite dans le cadre d’une collaboration entre la société SCHILLER AG, Baar, le
laboratoire d’Imagerie Adaptative Diagnostique et Interventionnelle UHP-INSERM (ERI13) et le Centre
de Recherche en Automatique de Nancy – CNRS-UMR 7039.
Après avoir fini mes études d’ingénieur à l’Ecole Polytechnique de Lausanne (EPFL), j’ai voulu
exercer dans le domaine du traitement du signal et de l’électrocardiogramme (ECG). Pendant mes
études d’ingénieur et surtout après une année d’études à l’Institut Technique de Géorgie (Georgia
Institut of Technology, Atlanta) et à l’Université de Dublin (University College of Dublin), j’ai constaté
que je souhaitais me concentrer dans ce domaine et que je voulais faire une thèse en collaboration
industrielle. Le sujet de cette thèse m’a été proposé par SCHILLER AG pour le projet de monitorage
des patients en IRM après avoir travaillé deux ans sur le filtrage du signal ECG. La possibilité de
travailler dans un contexte international, d’appliquer le français et l’anglais à coté de ma langue
maternelle (l’allemand) et de travailler en plus dans le domaine de l’imagerie par résonance
magnétique était une opportunité à ne pas manquer.
La complexité de l’environnement IRM et du recueil de l’ECG nécessite une recherche de solutions et
de concepts nouveaux. En effet, l’évolution permanente de l’IRM et son utilisation de plus en plus
courante fait que les développements pour l’acquisition de l’ECG en IRM sont de plus en plus
exigeants. Toutes les solutions industrielles n’existent pas, ce qui nécessite une recherche plus
fondamentale en amont. Ainsi, on m’a confié le sujet de thèse "Restauration et analyse de
l’électrocardiogramme acquis pendant les examens d’imagerie par résonance magnétique". J’ai pu
contribuer à la recherche dans ce sujet aussi bien dans le domaine de la conception électronique du
capteur ECG qu’en traitement du signal. Le partage des activités industrielles et de recherche m’a
permis de découvrir les deux milieux et leurs contraintes respectives.
Le but de cette thèse est de mettre en œuvre un nouveau capteur pour le recueil de l’ECG en IRM et
d’étudier différentes solutions possibles pour la réduction des interférences se superposant sur le
signal ECG. Le passage par une étape d’homologation du capteur ECG a été indispensable pour
l’utilisation sur des volontaires et sur des patients. Même en prenant toutes les précautions lors de la
réalisation d’un capteur ECG totalement compatible IRM, il reste toujours des interférences sur le
signal ECG qui ne peuvent être éliminées que par traitement du signal.

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Remerciements
Tout d’abord, j’aimerais adresser mes remerciements à Monsieur Alfred E. Schiller, Président de la
société SCHILLER, Monsieur Jean-Jacques Schmid, Vice-Président et Directeur scientifique de la
société SCHILLER, Monsieur le Professeur Jacques Felblinger, Directeur du laboratoire d’Imagerie
Adaptative Diagnostique et Interventionnelle UHP INSERM (ERI 13) et Monsieur le Professeur Didier
Wolf du Centre de Recherche en Automatique de Nancy CNRS-UMR 7039. Ce sont eux qui ont rendu
cette thèse possible. C’était une grande expérience de pouvoir réaliser cette thèse en relation avec
l’industrie, d’en voir les limites, mais aussi de trouver des résultats directement utiles à l’industrie.
De même, je n’oublierai pas les bonnes expériences faites en aidant à monter un laboratoire. Au cours
du temps, il y a eu beaucoup de changements et d’avancées. J’aimerais donc remercier les
personnes du laboratoire que j’ai rencontré au cours de ma thèse. Entre autres, j’aimerais mentionner
Cédric Pasquier, Freddy Odille, Pierre-André Vuissoz et les stagiaires Martin Jenk, Benjamin Stamm
et Cipriano Serrau. J’adresse également un grand merci au personnel du CHU de Nancy Brabois pour
leur travail pendant les vacations d’IRM.
D’autre part, j’aimerais exprimer mes remerciements à Michel Kraemer, chef du projet Maglife qui m’a
fait profiter de sa profonde expérience ainsi qu’à Roland Fischer, Gilbert Rempp et Court Goehry de
SCHILLER Médical à Wissembourg. Dans l’équipe de SCHILLER à Baar, j’aimerais remercier toutes
les personnes du développement, de la production, du service et du bureau de documentation qui se
sont trouvées en relation avec ma thèse. J’aimerais en particulier remercier Remo Leber et Jean-
Jacques Schmid pour les discussions, parfois infiniment longues, mais très fructueuses qu’ils m’ont
accordé. Tous les membres du jury sont également remerciés pour avoir accepté de juger mon travail.
Leurs remarques ont été très utiles pour améliorer cette thèse.
Et finalement, j’aimerais remercier Stephan Heiss qui a relu cette thèse en dépensant beaucoup de
son temps libre ainsi que Katja Arregger pour son soutien personnel durant toute la thèse.
Ce travail a été partiellement financé par le ministère de l’industrie et de la recherche française dans le
cadre d’un contrat RNTS (Réseau National des Technologies pour la Santé).