Rapport de stage de fin d'études

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Français
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  • rapport de stage - matière potentielle : fin d' études
  • cours - matière potentielle : des dernières années
François-Benoît VIALATTE Rapport de stage de fin d'études - 2002 Stage effectué à l'ESPCI, laboratoire d'électronique Spécialisation SCIA - 1 - Rapport de stage de fin d'études *** Stage de fin d'études 2002 effectué à l'ESPCI, laboratoire d'électronique Directeur : Pr. Gérard Dreyfus *** Sujet : Aide au diagnostic d'anomalies cardiaques sur enregistrements électrocardiographiques de longue durée (tracés Holter) à l'aide de chaînes de Markov cachées (Hidden Markov Models ou HMM).
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François-Benoît VIALATTE Rapport de stage de fin d’études - 2002 Stage effectué à l’ESPCI, laboratoire d’électronique Spécialisation SCIA Rapport de stage de fin d’études *** Stage de fin d’études 2002 effectué à l’ESPCI, laboratoire d’électronique Directeur : Pr. Gérard Dreyfus *** Sujet : Aide au diagnostic d’anomalies cardiaques sur enregistrements électrocardiographiques de longue durée (tracés Holter) à l’aide de chaînes de Markov cachées (Hidden Markov Models ou HMM).
Encadrement Au laboratoire d’électronique Maître du stage : Brigitte Quenet En collaboration avec Rémi Dubois Pour ELA MedicalCo-tuteur : Yves Faisandier
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Etudiant François-Benoît Vialatte Spécialisation SCIA UID 12149
François-Benoît VIALATTE Stage effectué à l’ESPCI, laboratoire d’électronique
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Rapport de stage de fin d’études - 2002 Spécialisation SCIA
François-Benoît VIALATTE Stage effectué à l’ESPCI, laboratoire d’électronique
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2.12.2
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3.13.23.33.4
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5
5.15.2
Rapport de stage de fin d’études - 2002 Spécialisation SCIA
Sommaire
RESUME ......................................................................................................................................... 5
PRESENTATION DE L'ENTREPRISE ...................................................................................... 7
LE LABORATOIRE DELECTRONIQUE.......................................................................................... 8ELAMEDICAL............................................................................................................................ 12
TRAVAIL EFFECTUE ................................................................................................................ 17
LE CAHIER DES CHARGES(C.D.C.)............................................................................................ 17ETAT DE LART............................................................................................................................ 42COMPTE-RENDU DACTIVITE..................................................................................................... 91INTERPRETATION ET CRITIQUE DES RESULTATS.................................................................... 134
CONCLUSION GENERALE .................................................................................................... 139
BIBLIOGRAPHIE & GLOSSAIRE ......................................................................................... 141
BIBLIOGRAPHIE........................................................................................................................ 141GLOSSAIRE................................................................................................................................ 144
ANNEXES.......................................................................................................................................... 147
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François-Benoît VIALATTE Stage effectué à l’ESPCI, laboratoire d’électronique
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Rapport de stage de fin d’études - 2002 Spécialisation SCIA
François-Benoît VIALATTE Stage effectué à l’ESPCI, laboratoire d’électronique
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Résumé
Rapport de stage de fin d’études - 2002 Spécialisation SCIA
Cadre du stage Ce stage de fin d’études est situé dans un cadre particulier : il a en effet pour objectif à la fois de finaliser ma scolarité à EPITA et à la fois, parce que j’ai choisis de prolonger celle-ci par un DEA (de sciences cognitives), d’effectuer une formation scientifique dans le cadre du DEA. Cependant, afin de ne pas perdre la spécificité de ma formation industrielle, le sujet et les conditions de ce stage on été fixées dans l’objectif de rester en contact avec les réalités industrielles : un encadrement hybride entre un laboratoire de recherche public (vérifiant la validité scientifique de mon stage) et une entreprise (vérifiant l’applicabilité industrielle de mon travail) a permis d’atteindre cet objectif. Contexte scientifique L’électrocardiogramme (ECG) mesure l’activité électrique du cœur par l’emploi d’électrodes externes mises au contact de la peau. L’activité mesurée rend compte de l’activité cardiaque sous-jacente. L’entreprise ELA Medical s’occupe de patients souffrant de désordres du rythme cardiaque, en apportant des produits variés, innovants, fiables et physiologiquement compatibles – parmi lesquels figurent des produits et logiciels pour l’ECG ambulatoire (ou suivi Holter), sujet d’étude de ce stage. C’est en co-tutorat avec ELA Medical que j’ai effectué mon stage au sein du laboratoire d’électronique de l’ESPCI, où la recherche est entièrement consacrée à la modélisation et à la
commande des systèmes complexes, naturels ou artificiels.
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François-Benoît VIALATTE Rapport de stage de fin d’études - 2002 Stage effectué à l’ESPCI, laboratoire d’électronique Spécialisation SCIA Problèmes des interprétations de tracés Holter L’enregistrement Holter, qui fait l’objet de notre étude, est une méthode d’enregistrement ECG de longue durée. Le problème réside dans la quantité d’informations à analyser par le cardiologue, qui demande dans ce cas une aide au diagnostic. Pour permettre au praticien d’effectuer plus efficacement ses analyses, on va donc tenter de localiser les zones significatives de l’enregistrement ECG, et lui fournir une synthèse des évolutions temporelles de celui-ci. Des outils avaient été développés au laboratoire qui permettaient de modéliser analytiquement le signal. Depuis ce modèle analytique (le modèle dit « en bosses »), il fallait donc parvenir à lire les données ECG en exploitant des connaissancesa priorid’électrophysiologie cardiaque. Technologie étudiée Donner un sens à un signal temporel pour l’interpréter est une problématique bien étudiée en traitement automatique du langage : le signal étudié est la parole, qui doit être interprétée pour être comprise dans les tâches de reconnaissance de la parole – il s’agit donc 1 selon la nomenclature d’Ermine d’une tâche de sémantique ontologique : on doit « attacher un sens à des messages codés ». Le formalisme des chaînes de Markov cachées (Hidden Markov Model ou HMM) est un outil adapté à cette tâche. Le travail effectué au cours de ce stage a donc consisté à appliquer le formalisme des HMM pour interpréter les signaux ECG Holter. Deux travaux ont été accomplis : l’étiquetage des ondes caractéristiques de l’électrocardiogramme, et la classification des battements anormaux.
1 [5] Ermine J.L. : « Les systèmes de connaissance », Hermès1996.  - 6 -
François-Benoît VIALATTE Stage effectué à l’ESPCI, laboratoire d’électronique
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Présentation de l'entreprise
Rapport de stage de fin d’études - 2002 Spécialisation SCIA
Les conditions de ce stage sont un encadrement hybride : -un laboratoire de recherche public assurant la validité scientifique de mon stage dans le cadre d’un DEA. -une entreprise pour laquelle mon travail devait déboucher vers une application industrielle.
Le laboratoire d’électronique de l’ESPCI est en effet lié contractuellement à l’entreprise ELA Medical, et c’est au sein de cette interaction que mon stage se situait. C’est pourquoi je présente ci-après tout d’abord le laboratoire d’électronique de l’ESPCI, puis l’entreprise ELA Medical, comme étant les deux univers de mon stage.
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François-Benoît VIALATTE Stage effectué à l’ESPCI, laboratoire d’électronique
2.1
Le laboratoire d’électronique
2.1.1
Rapport de stage de fin d’études - 2002 Spécialisation SCIA
Laboratoire d’électronique : le laboratoire et l’ESPCI
« Lieu d'excellence, l'Ecole Supérieure de Physique et de Chimie Industrielles de la Ville de Paris contribue au prestige et au rayonnement scientifique de notre capitale. Elle a ainsi toujours veillé à maintenir à un très haut niveau une recherche originale et novatrice et dispenser un enseignement adapté aux attentes et aux exigences de l'univers professionnel. Aujourd'hui, alors que les besoins des industriels deviennent de plus en plus interdisciplinaires, elle élargit son offre de formation et de recherche par une ouverture accrue vers les secteurs de la santé, de l'environnement et de l'imagerie, signe de son dynamisme et de sa capacité d'adaptation permanente aux évolutions du monde économique. »
Bertrand DELANOË Maire de Paris
« En fondant l'ESPCI, la Ville de Paris a ouvert une voie absolument nouvelle. Ici, les élèves vivent au sein même des laboratoires de recherche, et c'est notre fierté d'avoir parmi ces équipes certaines des plus performantes au niveau français et même mondial. Grâce à de nouveaux locaux, l'Ecole de Physique et de Chimie vient d'installer plusieurs équipes nouvelles de recherche : jeunes, inventives, et intéressées par les relations avec le monde industriel. Ceci va permettre aux élèves de se former dans des secteurs totalement neufs.
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François-Benoît VIALATTE Rapport de stage de fin d’études - 2002 Stage effectué à l’ESPCI, laboratoire d’électronique Spécialisation SCIA On travaille dur à PC, mais on y acquiert, au-delà de la culture scientifique, le goût de l'innovation et le sens du réel : de Pierre Curie à Georges Charpak, la ligne est la même, et nous ferons tout pour la maintenir. »
Pierre-Gilles de GENNES Directeur Général de l'ESPCI Prix Nobel de physique
Fondée en 1882, l'Ecole Supérieure de Physique et de Chimie Industrielles de la Ville de Paris attire depuis plus d'un siècle les esprits scientifiques les plus créateurs : Pierre et Marie Curie, Paul Langevin, Frédéric Joliot-Curie, Pierre-Gilles de Gennes et Georges Charpak sont autant de noms qui contribuent à la renommée internationale de l'Ecole (pour plus de détails sur l’école, se reporter à l’annexe 1).
2.1.2
Laboratoire d’électronique : le laboratoire
L'ESPCI compte aujourd'hui une vingtaine de laboratoires dont les thématiques sont largement distribuées de la physique à la biologie, de l'intelligence artificielle à la chimie, de la mesure de la pollution au contrôle non destructif, de la supraconductivité à la réalisation de prototypes pour l'industrie.
L'activité du laboratoire d’électronique est entièrement consacrée à la modélisation et à la commande des systèmes complexes, naturels ou artificiels, notamment à l'aide d'algorithmes capables d'apprentissage tels que les réseaux de neurones formels, les machines à vecteurs supports, les modèles graphiques ; toutes ces techniques, souvent regroupées sous le terme anglo-saxon de machine learning, sont maintenant reconnues comme des outils
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François-Benoît VIALATTE Rapport de stage de fin d’études - 2002 Stage effectué à l’ESPCI, laboratoire d’électronique Spécialisation SCIA puissants à la disposition des ingénieurs confrontés à des problèmes complexes. Deux axes de recherche ont été développés au laboratoire, au cours des dernières années :
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Modélisation et apprentissage pour les sciences de l’ingénieur : les recherches menées au laboratoire ont conduit à des développements théoriques nouveaux concernant la conception de modèles non linéaires (statiques ou dynamiques) par apprentissage, et à de nombreuses réalisations dans les milieux de l'industrie et de la finance ; en classification automatique, leurs travaux ont porté sur la reconnaissance des formes, sur l'aide à la découverte de nouveaux médicaments, et sur le traitement automatique du langage ; en modélisation et commande de processus, ils ont travaillé pour la robotique, le génie chimique, le génie des procédés.
Procédé sidérurgique (SOLLAC)
Modélisation des systèmes nerveux pour les sciences cognitives : l'essentiel de leurs travaux a visé à une meilleure compréhension des mécanismes de codage des informations dans les systèmes nerveux, notamment dans le système olfactif ; en outre, ils développent une importante activité en génie biomédical (lecture automatique des enregistrements électrocardiographiques de longue durée : enregistrements Holter).
La plus grande partie de ces activités entrent dans le cadre général de la bio-ingénierie.
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