Imagerie Quantitative pour la Prédiction de la Réponse Biologique en Radiothérapie Interne Vectorisée au 177Lu- PSMA pour le Cancer de la Prostate Résistant à la Castration Métastatique

Doctorant : Eduardo RIOS SANCHEZ

Laboratoire INSA : CREATIS - Centre de Recherche en Acquisition et Traitement de l'lmage pour la Santé
École doctorale : ED160 : EEA - Electronique, Electrotechnique, Automatique de Lyon.

Le cancer de la prostate est le cancer le plus fréquent chez l’homme et demeure une cause majeure de mortalité liée au cancer dans le monde. Aux stades avancés, en particulier dans le cancer de la prostate métastatique résistant à la castration (mCRPC), les options thérapeutiques sont limitées et des outils pronostiques sont nécessaires pour orienter les décisions. Parmi les approches émergentes, la thérapie radioligand au 177Lu-PSMA a montré son efficacité, notamment lorsqu’elle est guidée par l’imagerie ciblée PSMA telle que la TEP/TDM au 68Ga-PSMA. Cependant, l’hétérogénéité inter-patient et la variabilité biologique rendent la prédiction individuelle de la réponse complexe. Cette thèse répond au besoin de biomarqueurs robustes basés sur l’imagerie et de pipelines automatisés pour favoriser une planification personnalisée. Un élément clé a été la création d’une base de données clinique et d’imagerie rétrospective au Centre Léon Bérard (CLB), intégrant des paramètres cliniques (cinétique du PSA, traitements antérieurs, délai depuis le diagnostic) et des données multimodales (TEP/TDM et TEMP/TDM). Un flux de travail standardisé a permis de récupérer et d’harmoniser les examens 68Ga-PSMA TEP/TDM et 177Lu-SPECT/TDM post-thérapie. Le volume tumoral total (TTV) a été calculé à partir des images TEP via un pipeline automatisé : segmentation des organes physiologiquement exprimant le PSMA par contours automatiques, dilatation et soustraction pour isoler la fixation pathologique, puis application d’un seuil spécifique basé sur le SUV hépatique. Cette méthode reproductible a été adaptée à la TEMP et à la TEP FDG avec quelques ajustements. Parallèlement, un effort multicentrique a permis de constituer une base harmonisée de TEMP/TDM européenne pour la validation inter-institutionnelle. Cette approche a été appliquée à une cohorte monocentrique de 139 patients mCRPC traités au CLB. Le critère principal était la réponse PSA50 (≥50 % de réduction du PSA). Les modèles d’apprentissage automatique (SVM, LASSO) entraînés sur des variables cliniques et d’imagerie ont atteint des scores F1 de 0,67–0,68, comparables aux nomogrammes existants. Les analyses ont identifié les métriques TTV et le délai depuis le diagnostic comme prédicteurs significatifs, démontrant la faisabilité d’analyses automatisées à grande échelle. Enfin, la thèse explore le potentiel pronostique de la TEMP/TDM corps entier 24 h après la première injection de 177Lu-PSMA. Une cohorte multicentrique de 130 patients issus de quatre centres européens a été étudiée, tous examinés sur des systèmes CZT identiques. Deux reconstructions (diagnostique et quantitative) ont été comparées pour la segmentation tumorale et le calcul des SUV. La reconstruction quantitative a montré une meilleure discrimination entre répondeurs et non-répondeurs. Les SUVmax et SUVmean du TTV étaient significativement plus faibles chez les répondeurs (p < 0,01), tandis que le SUVmin et l’activité totale n’étaient pas prédictifs. Ces résultats suggèrent que la TEMP post-thérapie pourrait fournir un outil précoce et non invasif pour prédire la réponse, et que la standardisation inter-centres est réalisable. Globalement, ces travaux confirment le rôle des métriques dérivées de l’imagerie, comme le TTV, dans l’oncologie personnalisée et soulignent la faisabilité de workflows automatisés à grande échelle. Des défis persistent pour exclure les fixations physiologiques (glandes salivaires, foie), et des bases de données harmonisées sont essentielles. Cette thèse démontre que des pipelines reproductibles et des données de qualité permettent des modèles prédictifs robustes. À l’avenir, l’infrastructure nationale française UNIRIV facilitera le partage standardisé des données, la validation prospective des biomarqueurs et l’adoption clinique des systèmes d’aide à la décision basés sur l’IA en thérapie radiopharmaceutique.

Etude numérique par l’approche de Boltzmann sur réseau (LBM) des écoulements de fluides à travers des conduites complexes : Ecoulements dans les vaisseaux sanguins pathologiques

Doctorante : Ikram CHERKAOUI

Laboratoire INSA : CETHIL - Centre d'Énergétique et de Thermique de Lyon

École doctorale : ED162 : MEGA de Lyon (Mécanique, Énergétique, Génie civil, Acoustique)

Les maladies cardiovasculaires demeurent la principale cause de mortalité dans le monde, soulignant la nécessité d'une compréhension approfondie et d'une modélisation précise de l'écoulement sanguin, en particulier dans des conditions pathologiques. Le sang est un fluide complexe, et la structure sophistiquée des vaisseaux sanguins — combinée à des facteurs tels que les gradients de pression et les perturbations de l’écoulement dues à des pathologies comme la sténose et les anévrismes — complique davantage l’analyse hémodynamique. Pour relever ces défis, plusieurs méthodes numériques ont été développées, telles que la méthode des éléments finis (FEM), la méthode des différences finies (FDM) et la méthode des volumes finis (FVM), permettant de résoudre efficacement les équations différentielles qui régissent la dynamique des fluides. Plus récemment, la méthode de Boltzmann sur réseau (LBM), une méthode mésoscopique dérivée des automates à gaz sur réseau, s’est imposée comme une alternative puissante grâce à sa simplicité, son effcacité computationnelle et son aptitude au calcul parallèle. Ce travail propose un cadre numérique robuste basé sur la méthode LBM pour simuler l’écoulement hémodynamique et magnétodynamique du sang dans des vaisseaux sains et pathologiques. Contrairement aux méthodes macroscopiques traditionnelles, la LBM traite efficacement des géométries complexes et des conditions d’écoulement variées en se basant sur des interactions locales, sans recourir à la résolution de systèmes d’équations globaux. Le modèle développé présente un fort potentiel pour l’étude de l’écoulement sanguin dans les artères sténotiques et les anévrismes sous l’influence de champs magnétiques, offrant ainsi un outil précieux pour la recherche biomédicale et les applications cliniques.

Modélisation et méthodologie pour la mesure et l'analyse de la conductivité de la peau

Doctorant : Emeric DESMAZURELaboratoire INSA : INL - Institut des Nanotechnologies de Lyon
École doctorale : n°160 EEA - Electronique, Electrotechnique, Automatique de Lyon

L'activité électrodermale (EDA) constitue une mesure reflétant l'activation de la branche sympathique du système nerveux autonome et est couramment utilisée comme un indicateur d'état psychophysiologique. La stimulation des glandes sudoripares eccrines palmaires, induite par l'activation du système nerveux sympathique, accroît la sudation locale et élève la conductivité cutanée. Dans les dispositifs actuels, la mesure est réalisée par injection d'un courant continu ou alternatif, à fréquence fixe. Néanmoins, une lecture à fréquence unique ne permet pas de distinguer de façon fiable les différents phénomènes à l'origine des variations de conductivité tels que l'interface électrode-peau, la sudation et les tissus sous­ cutanés. Afin de dépasser ces limites, un capteur de spectroscopie d'impédance multi fréquentielle et continue a été développé au sein du laboratoire. Ce nouveau dispositif ouvre ainsi la voie à l'étude de la dépendance fréquentielle des indicateurs de l'EDA ainsi qu'à la modélisation des propriétés électriques de la peau pour accroître la spécificité des composantes observées dans le signal. Le premier objectif de cette thèse porte sur la validation du fonctionnement du capteur au travers d'étapes successives. Des essais ont d'abord été conduits sur des circuits statiques représentatifs de la peau, avec comparaison des mesures aux valeurs théoriques et estimation, pour chaque fréquence, des erreurs associées. L'évaluation a ensuite été menée in vivo sur une cohorte de sujets, au cours d'un protocole au repos visant à réduire l'activité électrodermale, avec comparaison à un dispositif de référence. Le deuxième objectif concerne la conception d'un algorithme d'ajustement automatique capable de traiter un grand nombre de spectres acquis en continu. L'ajustement est initialisé selon le modèle de Cole, avec des paramètres de départ adaptés au nombre de constantes de temps, et des schémas de pondération modulables. En condition sur fantômes électroniques, des modèles basés à une, deux et trois cellules de Cole sont comparées afin d'identifier, pour chaque modèle, la pondération minimisant l'erreur et maximisant la stabilité des paramètres de Cole. Cette sélection est ensuite vérifiée sur une cohorte de sujets, de manière à retenir la méthode la plus robuste pour l'analyse in vivo. L'objectif final s'appuie sur un capteur validé et sur la méthode d'analyse la plus adaptée: les phénomènes présents sont d'abord étudiés par séparation, sur les seize fréquences acquises, des composantes tonique et phasique de l'EDA, avec pour but de déterminer, sur l'ensemble des sujets, la dépendance fréquentielle intra- et interindividuelle de ces deux composantes. Deux enregistrements synchronisés sont ensuite exploités, l'un sur un site riche en réponses EDA (main), l'autre sur un site témoin à faible densité sudorale (biceps). Les modules d'impédance et les paramètres de Cole sont comparés entre sites afin d'identifier l'impact de l'interface électrode-peau sur la qualité des indicateurs de l'EDA, dans la perspective future d'élaborer de nouvelles méthodes de traitement pour s'affranchir des perturbations qu'elle engendre.

 

Développement d'une méthode non invasive basée sur l'EIS pour l'analyse d'analogues archéologiques visant à évaluer le comportement à long terme de corrosion des conteneurs de déchets de haute activité.

Doctorant : Zhixin DONG 

Laboratoire INSA : MATEIS - Matériaux Ingénierie et Sciences

Ecole doctorale : n°34 ML - Matériaux

La spectroscopie d'impédance électrochimique (EIS) est une technique quantitative puissante pour l'étude de la corrosion des métaux. Dans les mesures EIS conventionnelles, le potentiostat nécessite un contact électrique direct avec le substrat métallique. Cela entraîne la destruction de la surface lorsque l'échantillon est entièrement recouvert de couches de revêtement ou de corrosion, limitant ainsi l'application aux essais non destructifs. De plus, l'utilisation d'électrolytes liquides pose d'importantes contraintes expérimentales, et les dispositifs traditionnels présentent souvent une compatibilité limitée avec des échantillons de formes et de tailles variées. Ces contraintes sont particulièrement problématiques pour les applications sur le terrain. Pour répondre à ces défis, cette thèse développe et valide une méthode EIS non invasive (NIV), facile à mettre en place, permettant des mesures rapides sans endommager l'échantillon. Une motivation majeure réside dans la caractérisation EIS d'artefacts archéologiques à base de fer, pouvant fournir des informations précieuses sur le vieillissement à long terme des surconteneurs en acier carbone utilisées pour le stockage profond de déchets nucléaires. La méthode repose sur un capteur constitué de deux cellules électrochimiques fabriquées par fabrication additive et remplies d'électrolytes solides à base d'agar. Les mesures d'impédance sont réalisées simplement en plaçant les cellules sur la surface de l'échantillon, sans contact direct avec le métal. L'électrolyte utilisé est facile à préparer et le capteur s'adapte à différentes géométries d'échantillons. Le potentiel du capteur a été évalué sur des systèmes modèles, allant de plaquettes de cuivre nues et revêtues, à des coupons d'acier carbone oxydés artificiellement à la vapeur, des plaques d'acier corrodées en atmosphère, et enfin des artefacts archéologiques japonais du VIII° siècle. Les spectres mesurés sur le cuivre nu ont révélé une contribution importante de l'impédance du capteur aux basses fréquences, pour laquelle une procédure de traitement des données a été développée afin de la soustraire. Après correction, les spectres NIV correspondaient bien à ceux obtenus par EIS conventionnelle. Les mesures sur le cuivre recouvert d'alumine ont montré des spectres caractéristiques d'un revêtement fin, avec une épaisseur déterminée à partir des résultats EIS en accord avec les spécifications des plaquettes. Les observations sur les aciers oxydés à la vapeur ont montré une diminution de l'impédance avec l'augmentation du temps d'oxydation et de l'épaisseur, validant le développement d'une couche de corrosion poreuse et conductrice typique de ces conditions. Pour les échantillons d'acier corrodés en atmosphère, la méthode a permis de distinguer avec succès les différences morphologiques des couches entre des échantillons de composition similaire et d'épaisseur comparable. Les mesures sur les artefacts archéologiques ont indiqué un système à faible impédance, avec des spectres présentant des caractéristiques contrôlées par la diffusion, suggérant une couche de corrosion très poreuse et faiblement adhérente. Ce manuscrit établit la méthodologie de mesure pour le capteur EIS non invasif et démontre sa capacité à fournir des spectres d'impédance fiables sur une gamme de systèmes corrodés. Bien que certaines difficultés d'interprétation des spectres aient été rencontrées, la validation comparative avec l'EIS conventionnelle a confirmé que ces difficultés proviennent de la complexité intrinsèque de la technique EIS elle-même et non de limitations de l'approche non invasive. La méthode est donc présentée comme un outil pratique, polyvalent et prometteur pour faire progresser l'application de l'EIS dans la caractérisation non invasive et les études de corrosion in situ.

 

Gestion thermique à l'échelle nanométrique avec des matériaux 2D: simulations atomistiques

Doctorant : Markos POULOS 

Laboratoire INSA : CETHIL - Centre d'Énergétique et de Thermique de Lyon
École doctorale : n°162 MEGA - Mécanique, Énergétique, Génie Civil, Acoustique

La miniaturisation continue des dispositifs a entraîné une augmentation des problèmes de dissipation thermique ainsi que de la densité des interfaces, posant ainsi des défis importants pour la stabilité thermique des dispositifs. La gestion de la chaleur est donc devenue un enjeu central, et la compréhension du transport thermique à l'échelle nanométrique constitue un facteur clé. Néanmoins, à mesure que la taille des systèmes approche l'échelle du nanomètre, la modélisation du transport de la chaleur par la loi classique de Fourier devient de plus en plus inefficace en raison des phénomènes de transport des phonons dépendant de la taille. Ce travail étudie le transport thermique à l'échelle nanométrique à l'aide de simulations avancées de Dynamique Moléculaire (MD), afin d'analyser le transport de la chaleur et les propriétés des phonons dans des structures à base de matériaux à 2 dimensions (2D), comme le graphène et les Dichalchogenures des Métaux de Transition (TMD's), qui offrent des opportunités pour l'ingénierie de la résistance thermique interfaciale et le contrôle du flux de chaleur à l'échelle nanométrique. Une formulation précise du flux de chaleur dans les simulations MD utilisant des potentiels interatomiques à plusieurs corps est également développée et appliquée aux systèmes étudiés. Dans la première partie, les effets de la température et de la taille sur les propriétés phononiques et thermiques du graphène sont examinés, tandis que l'effet du nombre de couches sur les phonons du graphène est également exploré. Le graphène présente une dépendance remarquable de la conductivité thermique à la taille, tandis qu'un écoulement hydrodynamique de type Poiseuille a été observé dans des nanorubans de graphène de largeur finie. Dans la deuxième partie, les propriétés phononiques et thermiques dans les hétérostructures de graphène perforé et vierge sont étudiées, révélant l'absence de Résistance Thermique lnterfaciale (ITR) et la présence d'un flux de chaleur asymétrique sous de forts gradients de température. Les effets de la taille et de la température sur ces phénomènes sont également analysés, et des stratégies visant à maximiser la rectification thermique sont proposées. Dans la dernière partie, les hétérostructures latérales MoS2/WS2 sont étudiées, mettant en évidence la présence d'une ITR et d'un flux de chaleur asymétrique sous des conditions fortement hor-équilibre. L'étude explore comment la diffusion interfaciale des phonons, due à un désaccord spectral entre les phonons du MoS2 et du WS2, ainsi que la forte dépendance en température des propriétés phononiques, influencent l'RTI et conduisent à un flux de chaleur asymétrique. Cette recherche met en évidence la manière dont les propriétés des matériaux, telles que la composition et la géométrie, influencent la conductivité thermique et les voies de dissipation énergétique. Les résultats apportent de nouvelles perspectives sur les mécanismes de transfert de chaleur à l'échelle nanométrique et suggèrent des stratégies de conception pour les nano-dispositifs de nouvelle génération, performants et thermiquement stables.

 

 

Segmentation d'images médicales par apprentissage sur données 3D non structurées

Doctorante : Maylis JOUVENCEL 

Laboratoire INSA : CREATIS - Centre de Recherche en Acquisition et Traitement de l'image pour la Santé

École doctorale : n°160 EEA - Electronique, Electrotechnique, Automatique de Lyon

La segmentation d'images médicales est une tâche essentielle pour le diagnostique et le suivi thérapeutique. Cependant les méthodes d'apprentissage profond utilisées pour la réaliser ont en général un coût en calcul assez élevé, en particulier quand les images à traiter sont des volumes de grande taille contenant des millions de voxels. Ainsi, cette thèse de doctorat propose de remplacer la représentation voxelique d'origine par une représentation plus légère sous forme de nuage de points, ce qui pourrait permettre de développer des algorithmes de segmentation moins coûteux. Dans la première partie de cette thèse, nous proposons une chaîne de traitement qui extrait un nuage de points de contours à partir de l'image d'origine et le fournit à SCONet, notre réseau implicit adapté des réseaux d'occupation convolutifs pour la tâche de segmentation multi­ organes. Nous évaluons notre méthode sur deux bases de données d'images CT abdominales. Dans une deuxième partie, nous étudions plus finement l'influence de la qualité du nuage de points sur la performance de SCONet et identifions les points les plus utiles pour la segmentation. Dans une troisième partie, nous évaluons la robustesse de notre méthode aux changements de domaine et trouvons que SCONet est performant quand confronté à un changement de base de données ou de modalité d'imagerie.

Apport de la simulation numérique à l’analyse de la défaillance en fatigue de contact.

[Soutenance publique]

Maître de Conférences : Jean-Philippe NOYEL

Laboratoire :  LabECAM (ECAM LaSalle)

Rapporteurs : Mme FABRE Agnès – M. NADOT Yves – M. RENOUF Mathieu
Jury : 

 

Civilité	Nom et Prénom	Grade/Qualité	Etablissement
Mme	BARANGER Thouraya	Professeur des universités	Université Lyon 1
Mme	FABRE Agnès	HDR	ENSAM - Aix en Provence
M.	GRAVOUIL Anthony	Professeur des universités	INSA LYON
M.	NADOT Yves	Professeur des universités	ISAE - ENSMA
M.	RENOUF Mathieu	HDR	Université de Montpellier
M.	VILLE Fabrice	Professeur des universités	INSA LYON

Evolution and function of regulatory networks in multicellular organisms

Chargé de Recherche (CRCN) chez l’Inria : Anton CROMBACH 

Laboratoire INSA : CITI

Rapporteurs : Hidde de Jong, Sophie Pantalacci, Roberto Toro

Jury :

Civilité	Nom et Prénom	Grade/Qualité	Etablissement
M.	DE JONG, Hidde	Directeur de Recherche	Montbonnot
Mme	PANTALACCI, Sophie	Directeur de Recherche	Lyon
M.	TORO, Roberto	Directeur de Recherche	Paris
M.	BREDECHE, Nicolas	Professeur des Universités	Paris
Mme	KNIBBE, Carole	Professeur des Universités	Villeurbanne
M.	RAJON, Etienne	MCF-HDR	Villeurbanne

Quand, où et comment (dé)centraliser la prise de décisions pour une Industrie 4.0 durable

Maître de Conférences : Thierry Moyaux

Laboratoire INSA :  DISP

Rapporteurs : Phillipe MATHIEU, Virginie GOEPP et Jean-Marc FRAYRET

Jury : 

Civilité	Nom et Prénom	Grade/Qualité	Etablissement
M.	TRENTESAUX Damien	Professeur des universités	Université Polytechnique Hauts-de-France
Mme	GOEPP Virginie	Professeur des universités	INSA Strasbourg
M.	FRAYRET Jean-Marc	Professeur titulaire	Ecole Polytechnique de Montréal
M.	MATHIEU Philippe	Professeur des universités	Université de Lille
Mme	ALPAN Gulgün	Professeur des universités	Grenoble INP - UGA
Mme	COSTA-AFONSO Roberta	Professeur des universités	ISAE supméca
M.	MORGE Maxime	Professeur des universités	Université Claude Bernard Lyon 1
M.	CHEUTET Vincent	Professeur des universités	INSA Lyon

Vers la maîtrise et l'exploitation des non-linéarités en dynamique des structures.

Maître de conférences : Sébastien BAGUET

Laboratoire INSA : LaMCoS

Composition du jury : 

Rapporteurs :

• Gaëtan KERSCHEN
• Morvan OUISSE
• Cyril TOUZÉ

Jury :

Civilité	Nom et Prénom	Grade/Qualité	Etablissement
M.	Gaëtan KERSCHEN	Professeur	Université de Liège, S3L
M.	Morvan OUISSE	Professeur des Universités	Univ. Marie & Louis Pasteur, FEMTO-ST
M.	Cyril TOUZÉ	Professeur des Universités	ENSTA, IMSIA
Mme	Thouraya BARANGER	Professeure des Universités	Université Claude Bernard Lyon 1, LMC2
M.	Bruno COCHELIN	Professeur des Universités	Centrale Méditerranée, LMA
M.	Régis DUFOUR	Professeur des Universités	INSA-LYON, LaMCoS
M.	Anthony GRAVOUIL	Professeur des Universités	INSA-LYON, LaMCoS
Mme	Anne TANGUY	Professeure des Universités	École Polytechnique, LMS