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Lorintiu Oana. Reconstruction par acquisition compressée en imagerie ultrasonore médicale 3D et Doppler. 2015 / Thèses / accès numérique libre
Résumé
Résumé
L'objectif de cette thèse est le développement de techniques adaptées à l'application de la théorie de l'acquisition compressée en imagerie ultrasonore 3D et Doppler. En imagerie ultrasonore 3D une des principales difficultés concerne le temps d'acquisition très long lié au nombre de lignes RF à acquérir pour couvrir l'ensemble du volume. Afin d'augmenter la cadence d'imagerie une solution possible consiste à choisir aléatoirement des lignes RF qui ne seront pas acquises. La reconstruction des données manquantes est une application typique de l'acquisition compressée. Une autre application d'intérêt correspond aux acquisitions Doppler duplex où des stratégies d'entrelacement des acquisitions sont nécessaires et conduisent donc à une réduction de la quantité de données disponibles. Dans ce contexte, nous avons réalisé de nouveaux développements permettant l'application de l'acquisition compressée à ces deux modalités d'acquisition ultrasonore. Dans un premier temps, nous avons proposé d'utiliser des dictionnaires redondants construits à partir des signaux d'intérêt pour la reconstruction d'images 3D ultrasonores. Une attention particulière a aussi été apportée à la configuration du système d'acquisition et nous avons choisi de nous concentrer sur un échantillonnage des lignes RF entières, réalisable en pratique de façon relativement simple. Cette méthode est validée sur données 3D simulées et expérimentales. Dans un deuxième temps, nous proposons une méthode qui permet d'alterner de manière aléatoire les émissions Doppler et les émissions destinées à l'imagerie mode-B. La technique est basée sur une approche bayésienne qui exploite la corrélation et la parcimonie des blocs du signal. L'algorithme est validé sur des données Doppler simulées et expérimentales.
This thesis is dedicated to the application of the novel compressed sensing theory to the acquisition and reconstruction of 3D US images and Doppler signals. In 3D US imaging, one of the major difficulties concerns the number of RF lines that has to be acquired to cover the complete volume. The acquisition of each line takes an incompressible time due to the finite velocity of the ultrasound wave. One possible solution for increasing the frame rate consists in reducing the acquisition time by skipping some RF lines. The reconstruction of the missing information in post processing is then a typical application of compressed sensing. Another excellent candidate for this theory is the Doppler duplex imaging that implies alternating two modes of emission, one for B-mode imaging and the other for flow estimation. Regarding 3D imaging, we propose a compressed sensing framework using learned overcomplete dictionaries. Such dictionaries allow for much sparser representations of the signals since they are optimized for a particular class of images such as US images.We also focus on the measurement sensing setup and propose a line-wise sampling of entire RF lines which allows to decrease the amount of data and is feasible in a relatively simple setting of the 3D US equipment. The algorithm was validated on 3D simulated and experimental data. For the Doppler application, we proposed a CS based framework for randomly interleaving Doppler and US emissions. The proposed method reconstructs the Doppler signal using a block sparse Bayesian learning algorithm that exploits the correlation structure within a signal and has the ability of recovering partially sparse signals as long as they are correlated. This method is validated on simulated and experimental Doppler data.
Mot(s) clés libre(s) : Imagerie médicale, Imagerie ultrasonore 3D, Doppler, Acquisition d'Images, Acquisition compressée, Reconstruction 3D, Reconstruction d'Image, Medical imaging, 3D ultrasound imaging, Image Acquisition, Compressed acquisition, 3D reconstruction, Image Reconstruction
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Han Lei. Recirculation à l'aval de l'élargissement brusque d'un écoulement à surface libre peu profond. 2015 / Thèses / accès numérique libre
Résumé
Résumé
Le travail présenté ici a pour objet l'étude de la zone de recirculation qui se développe à l'aval d'un élargissement brusque ayant lieu dans un canal à surface libre, avec une attention particulière portée sur la longueur de recirculation. Ce travail consiste en une approche combinée expérimentale et numérique. L'analyse dimensionnelle ainsi que les travaux préliminaires antérieurs à cette thèse montrent que la longueur de recirculation adimensionnée dépend de 3 paramètres que sont : le nombre de frottement S, la hauteur d'eau adimensionnée par la taille de l'élargissement h/d et enfin le rapport géométrique de l'élargissement Rb. Cependant, faire varier dans les expériences S ou h/d sans affecter l'autre paramètre s'avère être une tâche très délicate qui a été négligée dans les études précédentes. En utilisant cette même approche, les résultats présentés ici font état d'une forme de cloche très inattendue de la courbe : L/d= f (S). Ces résultats sont en fort désaccord avec ceux de la littérature. Afin d'améliorer notre approche et de faire varier S et h/d indépendamment, une campagne de modélisation numérique 3D est menée et prouve que L/d dépend en fait des deux paramètres considérés S et h/d et que la forme de cloche résulte des influences opposées de ces deux paramètres. De plus, l'analyse de la couche de mélange qui prend place entre la zone de recirculation et l'écoulement principal, mesurée expérimentalement pour 4 écoulements à différentes valeurs de S et h/d montre que la longueur de la zone de recirculation est gouvernée par le confinement latéral dû à la paroi latérale et à la taille des cellules turbulentes advectée le long de la couche de mélange. Pour aller plus loin, les bilans de quantité de mouvement et d'énergie à l'échelle de l'écoulement dans son ensemble montrent que i) la force de cisaillement exercée le long de la couche de mélange est négligeable par rapport aux autres forces mises en jeu et ii) que la réelle signification de S est de quantifier l'intensité du frottement du fond à l'échelle de l'écoulement global intervenant dans ces bilans. Les différents régimes d'écoulement qui peuvent être rencontrés dépendent donc: i) selon la valeur du nombre de frottement S l'écoulement peut être frictionnel (S élevé) ou non-frictionnel (S faible) et ii) selon la valeur de la hauteur d'eau adimensionnelle, l'écoulement peut être confiné verticalement (faible valeur de h/d) ou non-confiné (forte valeur de h/d). Une corrélation empirique permettant d'estimer la longueur de la zone de recirculation L/d en fonction des paramètres S, Rb and h/d est finalement obtenue. Elle s'avère être en bon accord avec les calculs numériques et les mesures expérimentales.
The present research focuses on the recirculation zone developing downstream of an expansion in a shallow open-channel flow with a specific attention on its length. The work consists of combined experimental and numerical approaches. The dimensional analysis and previous studies permit to express the dimensionless recirculation length as a function of 3 parameters: the friction number S, the ratio between the water depth and the expansion step h/d and the geometrical aspect ratio Rb. Nevertheless, varying either S or h/d on the experimental set-up without affecting the other is a complicated task which was not performed by previous studies. Following this approach permitted to obtain an unexpected bell shape for the L/d=f(S) curve, differing form the literature results. In order to improve the approach and vary S and h/d independently, a 3D numerical campaign was performed and proved that L/d actually depends both on S and h/d parameters and that the bell shape is in fact the consequence of the opposite influence of both parameters. Moreover, the precise experimental analysis of themixing layer at the frontier between the main flow and the recirculation for flows with different S and h/d values showed that the recirculation length is governed by the lateral confinement due to the reattachment wall and the size of the eddies present in the mixing layer. Hence, an integral approach is adopted, using balances of momentum and of energy at the whole flow scale, showing: i) that the shear force exerted along the mixing layer is negligible compared to the other forces and ii) that the meaning of S parameter is to quantify the intensity of the bottom friction of the whole flow on these balance. The following regimes can thus be encountered: i) according to the bed friction S values, the flow can be non-frictional (small S) or frictional (large S) and ii) according to the relative water depth, the flow can be vertically unconfined (large h/d) or confined (small h/d). An empirical correlation permitting to estimate the recirculation length L/d as a function of S, Rb and h/d is finally obtained and appears to fairly fit the numerical calculations and experimental measurements.
Mot(s) clés libre(s) : Mécanique des fluides, Dynamique des fluides, Ecoulement peu profond, Recirculation, Couche de mélange, Tourbillon de turbulence, Fluid mechanics, Fluid dynamics, Shallow flow, Mixing layer, Eddy
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Mawlawi Baher. Random access for dense networks : Design and Analysis of Multiband CSMA/CA. 2015 / Thèses / accès numérique libre
Résumé
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Les protocoles de communications à accès aléatoires sont des candidats prometteurs pour les futurs systèmes de communications sans fil dédiés aux applications machine à machine (M2M). Ces méthodes d accès sont généralement basées sur des techniques d'accès aléatoires mettant en œuvre des concepts simples de sondage de canal et de report de la transmission pour réduire les collisions, tout en évitant l'utilisation d'ordonnanceurs complexes. Parmi les différents protocoles, Carrier sense multiple access/collision avoidance with a Request-To-Send/Clear-To-Send (CSMA/CA-RTS/CTS) est un protocole qui pourrait être adopté pour les scénarios de M2M. Cette approche est efficace pour éviter les collisions entre les paquets de données. Cependant dans le cas d'un réseau très dense, les performances sont dégradées à cause de la forte probabilité de collisions. Pour atténuer cet effet, les collisions entre les messages de contrôles RTS doivent être réduites. Cette thèse propose de résoudre ce problème en divisant le canal commun en sous-canaux pour transmettre les messages de contrôle de demande d'accès au canal ; le canal commun est utilisé dans son ensemble pour la transmission de données. L'ajout d un degré de liberté pour le message de demande d'accès permet de réduire la probabilité de collision, et donc d'améliorer les performances du système notamment dans des scénarios avec des nombres importants de nœuds souhaitant communiquer. Dans ce travail, nous dérivons ainsi une solution complète de méthode d'accès en s'appuyant sur le CSMA / CA - RTS / CTS et en multiplexant une configuration multi-canal pour les messages RTS et un canal unique pour la transmission de données. Une version améliorée, basée sur l'ordonnancement des utilisateurs, est également étudiée. Un modèle analytique a été développé, analysé et validé par simulations. Celui-ci est une extension du modèle Bianchi. Les performances en termes de débit saturé, de temps de transmission et de la probabilité de rejet de paquets sont discutées. Enfin, les impacts liés à la prise en compte d une couche physique de type multi porteuses sont discutés dans le dernier chapitre.
Opportunistic protocols are promising candidates for future wireless systems dedicated to machine to machine (M2M) communication. Such protocols are usually based on a random access with simple techniques of medium sensing and deferring to reduce collisions while avoiding the use of complex schedulers. Among different protocols, Carrier sense multiple access/collision avoidance with a Request-To-Send/Clear-To-Send (CSMA/CA-RTS/CTS) is an opportunistic protocol which could be adopted for M2M scenarios. Such approach is efficient to avoid collisions between data packets but in a very dense network, the random access used to send the RTS suffers itself from a high probability of collision which degrades the performance. In order to mitigate this effect, RTS collisions should be reduced. This thesis proposes to address this issue by splitting the common channel in sub-channels for transmitting the RTS messages. While the common channel is used as a whole for data transmission. Multiple nodes can then contend in time and frequency for these RTS sub-channels, thereby reducing RTS collisions and increasing overall efficiency. In this work, we thus derive a complete protocol solution relying on CSMA/CA - RTS/CTS multiplexing a multi-channel configuration for RTS messages and a unique channel for data transmission. An enhanced version based on users scheduling is integrated as well. In this thesis, the proposed protocol is investigated from a joint PHY-MAC point of view. This strategy is shown to provide better system performance particularly for loaded networks. An accurate analytical model derived as a straightforward extension of the Bianchi model is analyzed and validated by simulations. Performance in terms of saturation throughput, transmission delay and packet drop probability is discussed.
Mot(s) clés libre(s) : Télécommunications, Protocole à accès aléatoire, Communication sans fil, Applications machine à machine - M2M, Réseaux chargés, Réseau multi bande, Telecommunications, Wireless communication, Applications M2M, Dense network, Multiband network
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Kedziora Charlotte. Propriétés d'usage et mécanismes d'hydratation du système ternaire [Ciment Alumineux Sulfate de Calcium Laitier de Haut Fourneau] à haute teneur en sulfate de calcium : De l'approche expérimentale à la modélisation. 2015 / Thèses, Ressources documentaires / accès numérique libre
Résumé
Résumé
L'étude menée s'attache à évaluer le potentiel d'activation du laitier de haut fourneau dans un liant ternaire constitué de ciment alumineux, de sulfate de calcium et de laitier. Dans ce système ternaire, le constituant majoritaire est le sulfate de calcium. Le potentiel d'un tel système n'est pas encore connu mais cette étude vise à renseigner sur les principaux avantages et limites d'utilisation. D'un point de vue des propriétés d'usage de ce liant, la prise, le durcissement rapide et la montée des résistances sont assurés par le liant ettringitique. Ensuite, et uniquement si la dessiccation est évitée, le laitier de haut fourneau réagit et dans ce cas, l'apport du laitier dans de tels systèmes est double. Il contribue à l augmentation des performances mécaniques à moyen et long terme et à limiter l'expansion sous eau. D'un point de vue de la compréhension des mécanismes d'hydratation, une démarche expérimentale originale est mise en place et dévoile le potentiel du laitier. Elle est basée sur la comparaison des performances obtenues avec différentes cures. Le potentiel d'hydratation du laitier est amplifié lorsque le système subit un séchage puis une réhydratation. Cependant, les techniques utilisées (diffraction des rayons X et calorimétrie différentielle à balayage) ne sont pas adaptées au suivi et à la quantification de laitier consommé. Ainsi, la compréhension de l'hydratation s'appuie sur des techniques dites indirectes. Une semi-quantification par diffraction des rayons X est réalisée pour le suivi et l'évaluation de la mayénite, le sulfate de calcium (anhydre ou dihydraté), la syngénite et l'ettringite, l'analyse thermogravimétrique permet de mesurer le degré d'hydratation du système, et la porosimétrie mercure informe sur les changements microstructuraux. La plus grosse difficulté dans ces travaux a porté sur le suivi et la quantification des phases amorphes (anhydres ou hydratées), telles que le laitier, les gels de C-S-H et d AH3, et c'est pour cette raison qu'une approche par modélisation a été mise en place afin d'identifier le rôle de chaque constituant du système ternaire [Ciment Alumineux Sulfate de Calcium Laitier] et particulièrement du laitier lors de l'essai de réhydratation. L'approche par modélisation permet de mieux identifier les phénomènes chimiques et physiques ayant lieu lors de l'hydratation du liant. Elle est utilisée pour expliquer les observations macroscopiques (comme les performances mécaniques) et aide à déterminer les cinétique d'hydratation dans le milieu poreux. Le modèle utilisé n'est pas encore parfaitement au point mais il a permis d'identifier les différentes séquences d'hydratation (à savoir que le liant ettringitique réagit dans les premiers instants et qu'ensuite, l'hydratation de l'anhydrite entraine la formation de gypse et l'hydratation du laitier est effective à long terme) et de confirmer que la réaction du laitier est lente.
The potential of activation of a Ground Granulated Blast Furnace Slag has been evaluated into a ternary system comprising of a Calcium Sulfate as major component and a Calcium Aluminate Cement. This system is not well known and the main goal of this study is to determine its main advantages and limitations. From the usage properties point of view, fast setting and initial strengths are governed by the ettringitic binder. Then, and only if the dehydration is avoided, slag reacts. In this case, slag contributes to the increase of mechanical performances at medium and long terms and to limit the expansion under water. From an understanding point of view, the original experimental approach reveals the potential of the slag. It is based on a comparison of performances with different types of curing methods. The potential of hydration of the slag is amplified when the system is dehydrated during a few days and then rehydrated. However, slag contribution is complex to establish because analytical methods to follow-up slag consumption (such as X-ray Diffraction and Differential Scanning Calorimetry analysis) are not well adapted. So, to understand the hydration mechanisms, indirect approaches are used. Semi-quantitative methods by X-ray Diffraction to follow-up the mayenite, calcium sulfate, syngenite and ettringite, ThermoGravimetric Analysis to measure degree of hydration and Mercury Intrusion Porosimetry to identify microstructural changes have been carried. The most important difficulty concerns the identification and quantification of amorphous phases such as slag, C-S-H and AH3. That is why a modelling approach is necessary to understand the role of each compound in the ternary mixture and in particular the obvious contribution of slag during rehydration test. This modelling approach increases knowledge of the physical and chemical phenomena in this ternary binder. It is useful to explain the observed macroscopic properties such as strength and helps to determine the kinetics of hydration in porous environment. Even if this model is still under development, it has allowed identifying the sequences of hydration (ettringitic binder reacts at very initial time, then anhydrite transforms into gypsum and slag reacts at long term) and confirms therefore that the reaction of slag is slow.
Mot(s) clés libre(s) : Ciment alumineux, Laitier de haut-Fourneau, Cure, Cinétique, Modélisation, Liant, Microstructure, Materials, Calcium sulfate, Calcium aluminate cement, Blast-furnace slag, Hydration, Kinetic, Modelling, Binder
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Jacinto Hector. Positionnement automatique de points de repère anatomiques pour la plannification chirurgicale. 2015 / Thèses / accès numérique libre
Résumé
Résumé
Les chirurgiens orthopédistes utilisent actuellement des guides de coupes adaptés à chaque patient afin d'effectuer l'opération d arthroplastie totale du genou. Notamment, l'intervention chirurgicale est préparée grâce à des outils de planification où le chirurgien peut manipuler des images virtuelles du patient, construites à partir d'une imagerie médicale préopératoire. Des points de repère anatomiques permettent d'effectuer plusieurs mesures sur la jambe virtuelle afin de contrôler le positionnement des guides de coupes personnalisés par rapport aux modèles 3-D des os du genou. Nous proposons une méthode multi-atlas pour le positionnement automatique des points anatomiques pré-définis sur les maillages surfaciques modélisant le fémur et le tibia du patient. Nous exploitons un groupe d'atlas (exemples expert) constitué de plusieurs maillages triangulaires pour lesquels les points anatomiques définis ont été placés par des experts. Nous transférons les points anatomiques d'un exemple expert vers le maillage patient à travers le calcul d'un recalage global initial avec l algorithme Iterative Closest Point (ICP) où une contrainte de courbure est utilisée en tant que dimension supplémentaire de façon à améliorer la robustesse du recalage. Des recalages locaux rigides permettent d'affiner l'adaptation pour la projection des points anatomiques sur la surface du maillage patient. Après avoir traité le maillage patient avec le groupe d atlas, nous générons une position définitive pour chaque point de repère anatomique en utilisant une sélection automatique du jeu des meilleurs points transférés. Nous avons développé un environnement informatique accessible via internet pour la construction des modèles 3-D des os du genou du patient. Notre méthode de positionnement automatique des points de repère anatomiques est mise en œuvre sur ce système. Nous comparons notre positionnement automatique avec le positionnement manuel par des opérateurs expérimentés ainsi qu'avec des résultats rapportés dans les travaux des publications scientifiques du domaine.
Nowadays, orthopedic surgeons utilize patient-specific systems based on custom cutting guides for total knee arthroplasty. Particularly, the chirurgical operation is prepared by using planning tools where the surgeon can manipulate virtual images of the patient, built from pre-surgical medical images. Identified anatomical landmarks provide various measurements on the virtual lower limb allowing to control the positioning of the cutting guides relative to the 3-D models of the knee bones. We propose a multi-atlas method for the automatic positioning of the pre-defined landmarks on the surface of the models of the femur and the tibia of the patient. We exploit a group of atlases (expert examples) consisting of multiple triangular meshes for which the defined landmarks have been placed by experts. We transfer identified landmarks from an expert example to the patient mesh by computing an initial coarse global registration with an Iterative Closest Point (ICP) algorithm where a curvature constraint serves as a supplementary dimension in order to improve robustness. Adaptive local rigid registrations refine the fit for the projection of reference landmarks onto the surface of the patient mesh. After the patient mesh has been processed with the group of atlases, we compute a definite position for each landmark using an automatic selection of a set of best transferred landmarks. We developed a Web framework for the construction of the 3-D models of the bones of the patient. Our positioning method is implemented in this system. We compare our positioning method against the manual positioning of trained operators and against the results of published scientific works on the domain.
Mot(s) clés libre(s) : Orthopédie, Repère anatomique, Planification chirurgicale, Atlas, Image virtuelle, Modèle 3D, Genou, Medical imaging, Orthopedics, Virtual images
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Dupré Olivier. Physics of the thermal behavior of photovoltaic devices. 2015 / Thèses / accès numérique libre
Résumé
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Cette thèse porte sur l'étude du comportement thermique des systèmes photovoltaïques (PV). La première partie de la thèse rassemble et étend l'état de l'art sur la dépendance en température des rendements de conversion PV. L'analyse détaille l'ensemble des phénomènes physiques mis en jeu afin d améliorer la compréhension des coefficients de température des différentes technologies de cellules PV. La seconde partie de la thèse recense les travaux de recherches effectués pour mitiger l'impact négatif de la température sur les performances des systèmes PV et propose une approche originale qui consiste à prendre en compte les conditions de fonctionnement du système dans le processus d'optimisation de ses caractéristiques. Afin de réaliser de telles optimisations, un modèle thermique complet et général pour les systèmes de conversion photovoltaïque est développé. Enfin, des applications à des systèmes photovoltaïque et thermophotovoltaïque démontrent la pertinence de l'approche proposée.
This Ph.D. thesis manuscript reports on a study about the physics of the thermal behavior of photovoltaic (PV) systems. While it is long known that the conversion efficiency of PV devices deteriorates when their temperature increases, a detailed analysis of all the mechanisms involved was not available to date in the literature. Part I of this manuscript gathers and extends the existing works on the topic in order to offer a comprehensive view of the physics involved in the temperature sensitivities of PV systems. First, temperature coefficients, which quantify the temperature dependences, are analyzed in the radiative limit (which is the fundamental limit for PV conversion). Then, the additional loss mechanisms of real PV devices are introduced and their impacts on the temperature coefficients are assessed. The existing theoretical expressions of the temperature coefficients of important solar cell parameters (namely open-circuit voltage, short-circuit current and fill factor) are reviewed. A new formulation of the temperature coefficient of the open-circuit voltage that incorporates the concept of External Radiative Efficiency (ERE) is proposed. The theoretical expressions are compared to experimental results on crystalline silicon cells from measurements made at the University of New South Wales (UNSW, Australia) and from the literature. Using the understanding of the relation between the temperature coefficients and device physics, the special cases of silicon heterojunction cells and cells made from compensated silicon are examined. Because temperature has a critical impact on the performances of PV devices, several studies aimed on the one hand at predicting the temperature of PV modules from their operating conditions and on the other hand at designing inexpensive cooling solutions. The goal of Part II of this manuscript is to propose an original approach to minimize the temperature-induced losses in PV systems. The idea is to include the operating conditions in the optimization of the system parameters in order to maximize the power produced in these conditions rather than in the Standard Test Conditions (STC). These original optimizations are based on a comprehensive thermal model of PV cells that captures all of the physical mechanisms involved in the generation of heat within the cell. Following the presentation of this thermal model, several examples of global optimization (i.e. a thermal criterion is added to the usual optical and electrical ones) are presented. Some of these examples apply to standard solar cells while others demonstrate that this kind of optimization can be applied to other PV systems such as thermophotovoltaic (TPV) converters (solar or near-field TPV). The recent trend of the PV industry towards the creation of products specifically adapted to a given use suggests that these original optimizations that take into account the system operating conditions could be implemented in the near future.
Mot(s) clés libre(s) : Energétique, Thermique, Photovoltaique, Energie photovoltaïque, Température, Physique, Chaleur, Optimisation, Energetic, Energy, Photovoltaic, Photovoltaic energy, Temperature, Physic, Heat, Optimization
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Fargier-Voiron Marie. Performances d'un dispositif d'imagerie ultrasonore pour le suivi des mouvements prostatiques en radiothérapie. 2015 / Thèses / accès numérique libre
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Suite à l'émergence de protocoles d'hypofractionnement à visée curative comportant un risque accru de toxicité, il devient fondamental d'arriver à augmenter la précision dans la délivrance de la dose. Les mouvements internes entre et pendant les séances d'irradiation peuvent devenir un facteur limitant majeur pour la qualité de l'irradiation des localisations tumorales mobiles. C'est le cas pour le cancer de la prostate pour lequel l'hypofractionnement est une voie prometteuse bien qu il existe un risque élevé de toxicité digestive. Lors de cette thèse, nous nous sommes intéressés à la quantification et correction des mouvements du volume cible irradié dans le cadre d'une radiothérapie pour un cancer de la prostate sans ou après ablation totale de la glande. Nous avons étudié un nouveau système d'imagerie basé sur la modalité ultrasons (US) permettant de visualiser la zone pelvienne grâce à deux voies d'acquisition : transabdominale (TA) et transpérinéale (TP). Contrairement aux systèmes US précédemment commercialisés, les mouvements entre les séances de simulation et de traitement (mouvements interfractions) sont quantifiés par recalage monomodal US/US. De plus, des images acquises avec la sonde TP en continu pendant l'irradiation permettent de quantifier les mouvements intrafractions du volume cible. Nous avons proposé une méthodologie d'évaluation des deux sondes US-TA et US-TP pour la correction des mouvements interfractions, en conditions cliniques. Les données US ont été comparées à celles obtenues par tomodensitométrie (CBCT), actuelle modalité de référence. De plus, nous avons quantifié pour la première fois les incertitudes liées à l'impact de la pression de la sonde sur la localisation du volume cible, et à la variabilité inter-opérateur du recalage manuel US/US. Nous avons observé pour la sonde TA une faible concordance entre les mouvements interfractions mesurés par US et CBCT, ainsi qu'une variabilité importante de la pression exercée par la sonde et du recalage manuel entre les opérateurs. Pour la sonde TP, nous avons proposé une méthode corrective de la localisation de l'image US de référence qui nous a permis de valider son utilisation en clinique. Les données recueillies avec la sonde TP ont montré une importante variation des amplitudes et fréquences des mouvements intrafractions, parfois supérieurs à 15mm, entre les patients et d'une séance à l'autre pour un même patient. Nous avons proposé une étude dosimétrique des conséquences de ces déplacements et ainsi démontré que l impact sur la dose délivrée au volume cible est patient-dépendant, et est plus important lorsque le traitement est délivré avec une stratégie d'hypofractionnement. Nous avons démontré dans cette étude la faisabilité de l'implémentation clinique de la technique US-TP qui permet un repositionnement quotidien en début de séance sans dose additionnelle ou marqueurs invasifs, et la correction de la position du volume cible pendant l'irradiation.
The emergence of hypofractionated treatments implies an increase of precision on the dose delivery. Organs motions between and during the irradiation fraction are a limiting factor for achieving a high quality treatment of mobile tumor localizations. In particular, hypofractionation was demonstrated as a promising strategy for prostate cancer treatment, whereas a high digestive toxicity cannot be excluded.During this thesis, motions of the target volume were quantified during radiotherapy delivered for treating a prostate cancer, on the prostatic gland or after a prostatectomy. An innovative imaging modality was used, based on two different ultrasound (US) probes: a transabdominal (TA) probe and a transperineal (TP) probe. Contrary to US systems previously commercialized, motions between simulation and treatment sessions were quantified with a monomodal registration US/US. Moreover, intrafraction motions of the target volume were recorded with the TP probe, since images can be continuously acquired with this probe. A methodology for evaluating the performances of the TA and TP probes were developed for the correction of interfractions motions, in clinical conditions. US data were compared with the current reference modality, the Cone Beam Computed Tomography (CBCT). Moreover, the uncertainties on the target localization due to the variability of the probe pressure and to inter-operator variability of the manual US/US registration were quantified for the first time. Poor agreements of the interfraction motions measurements were found between US and CBCT modalities, using the TA probe. Furthermore, a high variability of the TA probe pressure and of the inter-operator registration was observed. Using the TP probe, a corrective method of the US reference image localization was developed and validated, leading to a high agreement with the CBCT modality.Intrafraction motions were observed with the TP probe, and were highly patient and session dependent. A dosimetric study was proposed to evaluate the impact of the intrafraction motion on the dose delivery. The effects were patient dependent and more important when the treatment was simulated using a hypofractionated strategy.
Mot(s) clés libre(s) : Imagerie ultrasonore, Radiothérapie, Prostate, Medical imaging, Ultrasound imaging
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Selva Manuel. Performance monitoring of throughput constrained dataflow programs executed on shared-memory multi-core architectures. 2015 / Thèses / accès numérique libre
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Les progrès continus de la microélectronique couplés au problème de gestion de la puissance dissipée ont conduit les fabricants de processeurs à se tourner vers des puces dites multi-coeurs au début des années 2000. Ces processeurs sont composés de plusieurs unités de calcul indépendantes. Contrairement aux progrès précédents ces architectures multi-coeurs, le logiciel doit être en grande parti repensé pour tirer parti de toutes les unités de calcul. Il faut pouvoir paralléliser une application séquentielle en tâches le plus indépendantes possibles pour pouvoir les exécuter sur différentes unités de calcul. Pour cela, de nombreux modèles de programmations dits concurrents ont été proposés. Dans cette thèse nous nous intéressons aux programmes décrits à l'aide du modèle dataflow. Ce travail porte sur l'évaluation des performances de programmes dataflow (forme que revêtent typiquement des applications de types traitement de flux vidéos ou protocoles de communication) sur des architectures multi-coeurs. Plus particulièrement, le sujet de la thèse porte sur l'extension de modèles de programmation dataflow avec des éléments d'expression de propriétés de qualité de service ainsi que la prise en compte de ces éléments pour détecter, à l'exécution, les goulots d'étranglement de performance au sein des programmes. Les informations concernant les goulots d'étranglements collectées pendant l'exécution sont utilisées à la fois pour faire de l'analyse hors-ligne et pour faire des adaptations pendant l'exécution des programmes. Dans le premier cas, le programmeur utilise ces informations pour savoir quelles parties du programme dataflow il faut optimiser et pour savoir comment distribuer efficacement le programme sur les unités de calcul. Dans le second cas, les informations collectées sont utilisées par des mécanismes d'adaptation automatique afin de redistribuer le travail sur les différentes unités de calcul de façon plus efficace. Nous portons une attention particulière au profiling de l'utilisation faite par les applications dataflow du système mémoire. Les informations sur les échanges de données fournies par le modèle de programmation permettent d'exploiter de façon intelligente les architectures mémoires des machines multi-coeurs. Néanmoins, la complexité de ces dernières ne permet pas de façon générale d'évaluer statiquement l'impact sur les performances des accès mémoires. Nous proposons donc la mise en place d'un système de profiling mémoire pour des applications dataflow basé sur des mécanismes matériels.
Because of physical limits, hardware designers have switched to parallel systems to exploit the still growing number of transistors per square millimeter of silicon. These parallel systems are made of several independent computing units. To benefit from these computing units, software must be changed. Existing sequential applications have to be split into independent tasks to be executed in parallel on the different computing units. To that end, many concurrent programming models have been proposed and are in use today. We focus in this thesis on the dataflow concurrent programming model. This work is about performance evaluation of dataflow programs on multicore architectures. We propose to extend dataflow programming models with the notion of throughput constraints and to take this information into account in the compilation tool chain to detect at runtime the throughput bottlenecks. The profiling results gathered during the execution are used both for off-line analyzes and to adapt the application during its execution. In the former case, the developer uses this information to know which part of the dataflow program should be optimized and to efficiently distribute the program on the computing units. In the later case, the profiling information is used by runtime adaptation mechanisms to distribute differently the work on the computing units. We give a particular focus on the profiling of the usage of the memory subsystem. The data exchange information provide by the programming model allows to efficiently used the memory subsystem of multicore architectures. Nevertheless, the complexity of modern memory systems doesn't allow to statically evaluate the impact of memory accesses on the global performances of the application. We propose to set up memory profiling dedicated to dataflow applications based on hardware profiling mechanisms.
Mot(s) clés libre(s) : Informatique, Processeur multicoeur, Analyse de la performance, Mémoire, IT - Information technology, Multicore processor, Profiling, Memory, Throughput
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Quintero Garcia Karla Rossa. Optimisation d'alignements d'un réseau de pipelines basée sur les algèbres tropicales et les approches génétiques. 2015 / Thèses / accès numérique libre
Résumé
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Cette thèse porte sur l'optimisation d opérations dans un terminal maritime pétrolier en vue d'assister les opérateurs de supervision. L'objectif est de fournir des solutions candidates pour la sélection d'alignements (chemins) de pipelines et pour l'ordonnancement d'opérations de transfert de pétrole et de maintenance de vannes. La principale difficulté de ce travail est la gestion d'un réseau à ressources limitées et conflictuelles. La prise de décision doit être réalisée en fonction des disponibilités des dispositifs, de la capacité opérative du réseau, d'aspects financiers (pénalités) liés au service, et d'activités de maintenance planifiées au préalable. L'optimisation est abordée par des approches tropicales du fait que ces techniques appréhendent de manière concise et intuitive les phénomènes de synchronisation. Les propositions développées ici commencent par des modèles d'optimisation algébriques mono-objectif et se complexifient, lors de l'intégration de nouvelles variabilités, jusqu à la proposition de modèles d'optimisation multi-objectif hybrides par approches d'intelligence artificielle et algébriques. Dans un premier temps, un modèle d'optimisation mono-objectif non linéaire est proposé en algèbre (max,+) pour minimiser les pénalités, intégrant des phénomènes de nature différente dans une contrainte générique unique. Dans un deuxième temps, la linéarisation est résolue par une priorisation des opérations en conflit. Dans ce contexte, deux critères de linéarisation sont considérés : le premier concernant les pénalités potentielles pour les clients, et le deuxième concernant la criticité des opérations. Le modèle (max,+) non linéaire minimisant les pénalités est étendu pour la prise en compte de la recherche d'alignements et de la minimisation des retards des opérations de maintenance. Pour appréhender la dimension multi-objectif, une approche hybride d'algorithmes génétiques et des systèmes (max,+) linéaires est ensuite discutée. Enfin, dans un cadre plus formel, un nouveau produit synchrone exploitant les phénomènes de parallélisme au plus tôt est défini pour des automates tropicaux pour minimiser le makespan. Les propositions sont validées par des données industrielles recueillies auprès de l'entreprise pétrolière PDVSA et du fournisseur de solutions de supervision Thales Group. Les principales contributions à la recherche relèvent de la considération des approches tropicales dans la résolution de la problématique d'optimisation conduisant à des modèles concis et potentiellement linéaires, la proposition d'une approche hybride d'algorithmes génétiques et systèmes (max,+) linéaires exploitant les avantages de recherche distribuée des approches de l'intelligence artificielle avec les modèles concis issus de l' algèbre (max,+), et de la définition d'un nouveau produit synchrone d'automates tropicaux par une exploitation des phénomènes de parallélisme pour un comportement au plus tôt.
This thesis addresses operations optimization in an oil seaport with the fundamental purpose of assisting supervision operators. The objective is to provide candidate solutions for pipeline alignment (path) selection and for scheduling of oil transfer operations, as well as maintenance operations, considering that the system has limited and conflicting resources. Informed decision making should consider operations scheduling and alignment selection based on : devices availability, operative capacity of the network, financial aspects (penalties) due to late service, and a predefined maintenance schedule. The optimization problem is addressed by tropical approaches given their potential for yielding concise and intuitive representations when modeling synchronization phenomena. The proposals developed herein start by algebraic mono-objective optimization models. They subsequently become more complex, as new aspects are included, leading to the formulation of hybrid multi-objective optimization models based on artificial intelligence approaches as well as (max,+)-linear system theory. Firstly, a mono-objective optimization model is proposed in (max,+) algebra for penalty minimization. This model integrates different nature phenomena into one single constraint. It is nonlinear, considers predefined alignments for transfer operations and is validated through an optimization solver (LINGO). Secondly, linearization of such model is introduced for prioritization of conflicting operations. Within this context, 2 criteria are addressed: potential penalties for clients and, on the other hand, operations criticality. The nonlinear (max,+) model minimizing penalties is extended in order to consider alignment search and delay minimization for maintenance operations. In order to address the multi-objective nature of the problem, an approach based on genetic algorithms and (max,+)-linear system theory is proposed. Finally, in a more formal framework, a new synchronous product for tropical automata exploiting parallelism phenomena at the earliest is defined in order to minimize the makespan. The proposed models and methods herein have been validated by industrial data gathered from the oil company PDVSA and from the supervision solutions provider Thales Group. The main contributions of this research are, firstly, the application of tropical approaches to this specific optimization problem, yielding concise and potentially linear models. Secondly, the proposal of a hybrid approach based on genetic algorithms and (max,+)-linear systems, which exploits the advantages of the distributed search of artificial intelligence approaches and the conciseness of the models stemming from (max,+) algebra. The final contribution focuses on the definition of the alphabet for a new synchronous product of tropical automata.
Mot(s) clés libre(s) : Modelisation des systèmes, Optimisation, Transfert, Pétrole, Synchronisation, System modeling, Optimization, Scheduling, Transfer, Oil
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Maier Daniel. On the use of model order reduction techniques for the elastohydrodynamic contact problem. 2015 / Thèses / accès numérique libre
Résumé
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Des simulations numériques rapides et précises du contact élastohydrodynamique (EHD) sont recherchées pour aider au développement de produits. L'objectif de cette thèse est de proposer un modèle compact pour le problème du contact EHD en appliquant des méthodes de réduction de modèle. Dans ce but l'équation de Reynolds (non-linéaire), l'équation d'élasticité (linéaire) et l'équilibre de la charge, sont résolus dans un système d'équations unique par la méthode de Newton. La réduction s'effectue par projection sur un sous espace de faible dimension, qui repose sur des solutions du système complet. De plus, une approximation du système est effectuée, dans laquelle les matrices du système réduit sont approximées. Pour le problème du contact EHD stationnaire, un algorithme de génération automatique des modèles compacts est présenté. L'algorithme fournit des modèles réduits stables et rapides sur une région de paramètres définies. La méthode de Newton réduite est également étendue aux fluides non-newtoniens. Les résultats du modèle réduit sont en très bon accord avec ceux du système complet, malgré un temps de calcul clairement plus petit. Par ailleurs, une nouvelle formulation pour le problème de contact EHD transitoire est introduite, dans laquelle la région de calcul est adaptée à la taille du contact. Ceci permet d'obtenir des modèles réduits efficaces, en particulier pour des excitations à grandes amplitudes. Alternativement, la méthode "Trajectory-Piecewise-Linear" (TPWL) est appliquée au problème du contact EHD transitoire. Cette méthode permet une accélération du calcul conséquente.
In today's product development process, fast and exact simulational models of complex physical problems gain in significance. The same holds for the elastohydrodynamic (EHD) contact problem. Thus, the objective of this work is to generate a compact model for the EHD contact problem by the application of model order reduction. Thereto, the EHD contact problem, consisting of the nonlinear Reynolds equation, the linear elasticity equation and the load balance, is solved as a monolithic system of equations using Newton's method. The reduction takes place by projection onto a low-dimensional subspace, which is based on solutions of the full system. Moreover, a so-called system approximation is executed at which the reduced system matrices are substituted by less complex surrogates. For the stationary EHD contact problem, an algorithm for the automated generation of the compact model is presented. This algorithm provides fast and numerically stable reduced systems on a given parameter range. Additionally, the reduced Newton method is extended to the consideration of Non-Newtonian fluids whereat highly accurate results are obtained requiring a very low computational time. Furthermore, a new formulation for the transient EHD contact problem is introduced, at which the computational area is adapted to the current contact size. This kind of morphing enables efficient reduced models in particular for excitations of large amplitude. Beside of the reduced Newton-method with system approximation, the method Trajectory Piecewise Linear (TPWL) is applied to the transient EHD contact problem. Here, further speed-up potential arises. Despite a distinctly lower computational time, the reduced model is in very good accordance with the full system.
Mot(s) clés libre(s) : Mécanique, Mécanique des contacts, Simulation numérique, Réduction de modèle, Mechanics, Contact mechanics, Elasto-hydrodynamic lubrication, Simulational model
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