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Réalisé par : Mariem EL AFRITEncadré par : M. Yann LE DUSupervisé par: Pr. Faouzi GHORBEL
Déconvolution de signaux à une dimension pour l’Imagerie par Résonance Paramagnétique Electronique
Ecole Nationale des sciences de l’Informatiques
• Introduction• Utilisation de la Résonance Paramagnétique
Electronique en Imagerie• Problématique• Solution proposée• Résultats• Conclusion
Le Plan
• Introduction• Utilisation de la Résonance Paramagnétique
Electronique en Imagerie• Problématique• Solution proposée• Résultats• Conclusion
Le Plan
Introduction
Exobiologie
Comprendre l’émergence de la
vie sur Terre
Connaître les possibilités de son
développement ailleurs
En détecter l’éventuelle
présence
Non invasive
Sensibilité
RPEPollution
Très peut de matière
Mars Scout Program (NASA)
Phoenix
•25 mai 2008
•rechercher des environnements favorables au développement d’une vie microbiologique martienne et de reconstituer l’histoire de l’eau.
MAVEN
•2013•Etudier
l’influence qu’ont pu avoir les vents solaires sur l’évolution de Mars.
Mars Simpl
e Retur
n
•2020-2025
•collecte d’échantillons martiens avec retour sur terre.
Centre Nationale des Etudes Spatiales
Conditions physicochimiques sous la surface des planètes.L’évolution des molécules organiques simples vers des macromolécules complexes.
• Introduction• Utilisation de la Résonance Paramagnétique
Electronique en Imagerie• Problématique• Solution proposée• Résultats• Conclusion
Le Plan
Utilisation de la RPE en ImageriePrincipe de la RPE
Méthode de spectroscopie sous champ magnétique.Détection des espèces magnétiques avec un électron non apparié sur la couche de valence.Effet Zeeman : Couplage entre le champ magnétique extérieur et le spin.
Niveaux d’énergie d’un spin S
Ms=-S
Ms=-S+1
Ms=S
Champ magnétiqueBext
2S+1 états
Ion magnétique avec un éléctron célibatair
Condition de résonance :
Utilisation de la RPE en ImagerieImagerie par RPE
Projection sur une direction du gradient de la densité de radicaux libres.
Image 1D
Plusieurs projections dans plusieurs direction dans un même plan.
Image 2D
Déterminer l’image 2D sur plusieurs plans.
Image 3D
Backprojection
Outil pour connaître la distribution spatiale des radicaux libres au sein de l’échantillon
• Introduction• Utilisation de la Résonance Paramagnétique
Electronique en Imagerie• Problématique• Solution proposée• Résultats• Conclusion
Le Plan
ProblématiqueEffet d’un
champ magnétique
statique
Nombre de particules participant à l’absorption
La contribution a l’absorption des spins en x
Le signal observé
Problématique Projection sur l’axe de gradient de la densité de spins convoluée avec la forme de raie
Méthodes classiques
• Participation humaine lourde et subjective.
• Des paramètres qui changent avec le cas étudié.
Ce que nous voulons
• Paramètres valables pour une catégorie particulière (une fonction déterminée pour chaque forme de raie et typologie de densité volumique)
• Introduction• Utilisation de la Résonance Paramagnétique
Electronique en Imagerie• Problématique• Solution proposée• Résultats• Conclusion
Le Plan
Solution proposée
Problème résolut par un algorithme standard
Interpréter les calculs comme une fonction paramétré d’une entrée vers une sortie: réseau
de neurones.
Adapter les paramètres aux exemples de la fonction
souhaité
Étapes de fonctionnement:1. La synthèse des informations.2. Transformation des
informations en quelque chose de nouveau.
3. Modifier les poids afin de diminuer une fonction d’erreur (phase d’apprentissage)
En générale : Un système composé de plusieurs unités de calcul simples fonctionnant en parallèle.La structure du réseau, la solidité des connexions et l’opération effectué par les éléments ou nœuds, déterminent la fonction.
Déconvolution par les réseaux de neurones
Solution proposéeDifférent types des réseaux de
neurones
Réseau de neurones
Réseaux feed-forward
Réseaux récurrents
Solution proposéeDéconvolution par les réseaux de
neurones feed-forward L’information circule des entrées vers les sorties. La topologie du réseau ne contient aucun cycle. Réseaux à couches : leur traitement est basé sur une succession de couches de neurones.
Solution proposéeDéconvolution par les réseaux de
neurones feed-forwardentrées les sorties
cycle Réseaux à couches : leur traitement est basé sur une succession de couches de neurones.
RNA récurrent
Solution proposéeDéconvolution par les réseaux de
neurones à réservoir
Existence d’au moins un cycle dans la topologie du réseau. «réservoir » : connexions aléatoires et clairsemées.
Avantages : Modélisation des systèmes dynamiques avec leurs mémoires dynamique. Moin de calculs dans la phase d’apprentissage.
• Introduction• Utilisation de la Résonance Paramagnétique
Electronique en Imagerie• Problématique• Solution proposée• Résultats• Conclusion
Le Plan
Résultats
Résultats
Résultats
Matériels utilisé
Utilisation de plusieurs machines pour construire plusieurs Réseaux avec des paramètres différents. utiliser des GPUs pour accélérer la phase d’apprentissage.
• Introduction• Utilisation de la Résonance Paramagnétique
Electronique en Imagerie• Problématique• Solution proposée• Résultats• Conclusion
Le Plan
Conclusion• Utilisation de la RPE•densité linéique cherché, convolué avec la forme de raie qui est une caractéristique de la matière observé.•Les techniques de déconvolution qui existent sont des techniques qui nécessitent une intervention lourde de l’homme et nous donne des paramètres valables que dans le cas étudié.•les résultats obtenus par les réseaux de neurones feedforward, ont a réussit a avoir une reconstruction du signal presque identique à l’originale ce qui nous a encouragé a utiliser les réseaux de neurones à réservoir.•Toute la littérature a montré que grâce a son critère dynamique, le réseau de neurone a réservoir doit donner des résultats meilleur.•Nous avons réussit a construire le Réseau et maintenant il nous reste a déterminer son architecture qui convient à résoudre notre problème. Et pour le faire nous avons besoin de construire plusieurs réseaux à architectures différentes et choisir les meilleurs paramètres pour construire de nouveaux réseaux et ce en utilisant plusieurs machines , pour pouvoir construire plusieurs réseaux en même temps, équipés de GPUs, pour pouvoir gagner du temps pendant l’étape de l’entrainement.
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