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23 mars 2018

Analyse multimodale de l’ECG d’un fœtus: suivi robuste du rythme cardiaque fœtal et extraction de l’ECG fœtal


Catégorie : Doctorant


Traitement du signal: Analyse multimodale de l’ECG d’un fœtus pour le suivi robuste du rythme cardiaque fœtal et l'extraction de l’ECG fœtal

 

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Contrat doctoral

Financement sur contrat ANR – Octobre 2018 à Septembre 2021

La surveillance fœtale a pour objectif de dépister les fœtus fragiles. Les routines cliniques actuelles, principalement identifiées dans les 2 situations suivantes montrent des limites.

(1) Lors de l'accouchement, l'état de santé du fœtus et de la mère sont surveillés grâce au suivi de leurs rythmes cardiaques. Ce suivi est particulièrement important pendant la phase finale, où les anomalies de variations du rythme fœtal sont majoritaires [1] et traduisent un mal-être fœtal important. Les appareils de mesure actuels sont souvent incapables de différencier les rythmes maternel et fœtal tout au long de l’accouchement.

(2) De manière plus précoce, et beaucoup plus rarement, des troubles du rythme cardiaque chez le fœtus peuvent être détectés, lors des échographies obstétricales de routine. Le suivi de l’efficacité des traitements alors mis en place se fait par monitoring échographique, mais ceci ne permet pas un suivi en continu du fœtus.

Dans ce contexte, avoir accès, de manière non-invasive à l’électrocardiogramme (ECG) du fœtus est aujourd’hui une problématique clinique primordiale pour le suivi du développement et du bien-être du fœtus, tout au long de la grossesse et de l’accouchement. L’enjeu est de pouvoir extraire de manière fiable, à partir de capteurs externes et non invasifs positionnés sur l’abdomen de la mère, un signal ECG fœtal (ECGf) de qualité suffisante pour permettre un diagnostic clinique. La difficulté repose sur le fait que le signal ECG abdominal d’une femme enceinte est un mélange de plusieurs signaux (ECGf, ECG maternel, contractions utérines, artefacts dus aux mouvements du fœtus et de la mère...) et que l’ECGf est de faible puissance comparé aux autres signaux présents.

L’approche méthodologique proposée dans le projet ANR SurFAO (Surveillance Fœtale Assitée par Ordinateur) consiste à associer 2 modalités complémentaires du même phénomène cardiaque, en couplant l'usage de capteurs ECG avec des capteurs sonores donnant accès à des signaux phonocardiographiques (PCG). Bien que mesurant le même type d'information, ces 2 modalités le font différemment, ce qui permet de les combiner pour augmenter la robustesse de l'extraction de l’ECGf. L’information extraite peut être purement rythmique (étude de la variabilité) mais elle peut également être portée par l’analyse de la forme d’onde. Les travaux préliminaires [2-5] associant ECG et PCG par modélisation statistique ont donné des résultats très prometteurs pour l’extraction de l’ECG du fœtus à partir d’un ECG abdominal.

La thèse proposée sera orientée selon 2 axes principaux :

  1. Pour une estimation fiable du RCF, l’approche envisagée consiste à fusionner les modalités de façon la plus judicieuse possible. On s’intéressera pour cela à la détection de ruptures sur les signaux physiologiques, en s’inspirant des méthodes de détection de points de rupture (OCPD) [6,7] et en intégrant les propriétés spécifiques des signaux à surveiller pour estimer la qualité de chaque modalité et ainsi décider de la fiabilité des informations extraites.
  2. Pour une meilleure extraction des formes d’ondes ECG du fœtus afin d’aider au diagnostic médical de pathologies cardiaques, l’approche envisagée consiste à améliorer l’estimation du signal ECGf grâce au PCG et à poursuivre les travaux [2-5], en abordant 2 aspects spécifiques : la prise en compte de la synchronie variable entre ECG et PCG et le problème de temps de calcul, pour disposer de méthodes permettant une estimation en ligne (ce qui n’est pas le cas des méthodes actuelles).

Ces travaux méthodologiques seront menés en parallèle de l’acquisition de données expérimentales réelles sur femmes enceintes, en collaboration avec le CHU de Grenoble, dans le cadre de protocoles cliniques déposés. Ces données serviront au développement et à la validation des algorithmes proposés. La validation nécessitera de décider d’un ou de plusieurs indicateurs de performance permettant de qualifier les résultats obtenus. Des indicateurs de type signal pourront être considérés mais on privilégiera l’émergence d’indicateurs cliniques.

Compétences attendues

Le/la candidate recherché(e) sera issu(e) d’une formation en traitement du signal ou mathématiques appliquées. Il/elle devra être intéressé(e) par les aspects théoriques et expérimentaux liés à l’application visée.

 

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