Programme 2009-2010


Capteurs et conditionnement

L'objectif de ce cours est la conception des chaînes de mesure et de l'électronique associée, du capteur de grandeurs physiques classiques, telles que la pression ou l'accélération, jusqu'au conditionnement du signal analogique.
• Les chaînes de mesure. Les différents éléments d'une chaîne de mesure, caractéristiques, précision d'une chaîne de mesure.
• L'amplificateur d'instrumentation et d'isolement. Objectifs et réalisation, réjection du mode commun, circuit de garde, choix technologiques.
• La conversion analogique numérique. Les différents type de convertisseurs, caractéristiques, choix d'un CAN.
• Les capteurs de température.
• Les capteurs de déformation, de force et de pression.
• Les accéléromètres. Principe de fonctionnement des capteurs d'accélération, caractéristiques, applications.
• Instrumentation biomédicale.
• Introduction aux micro-systèmes.

Traitement numérique du signal appliqué la bioingénierie

Le but de cet enseignement est d'acquérir les méthodes et outils de traitement numérique du signal mis en oeuvre dans le cadre des biosciences.
• Analyse spectrale paramétrique et non paramétrique.
• Filtrage optimal et algorithmes adaptatifs. Application au débruitage et à la réduction d'artéfacts.
• Modélisation paramétrique des signaux et détection d'évènements.
• Introduction aux bancs de filtres et analyse en sous-bandes des signaux. Application : ondelettes. Introduction à l'analyse temps-fréquence.
• Aspects non stationnaires des signaux.

Programmation objet

Cet enseignement doit permettre d'acquérir une méthodologie de développement logicielle utilisant l'approche objets. Cette méthodologie sera mis en application avec le langage Java dans le cadre de la gestion informatique de systèmes d'acquisition de données et d'interfaces homme-machine.
• Introduction au langage Java.
• Classes.
• Héritage et interfaces.
• Mise en oeuvre des API Swing et JNI.

Les systèmes d’acquisition

Cet enseignement permet d'acquérir une compétence dans la conception de chaînes d'acquisition de données sur PC. Le TP se présente sous forme d'un mini-projet.
• Organisation et structure de la chaîne d'acquisition.
• Cartes d'acquisitions.
• Gestion matérielle et logicielle du système PC. Bus systèmes (ISA, PCI), bus GPIB, les instruments virtuels.
• Outils logiciels : Labview, Labwindows (Programmation événementielle).

Analyse de données et Biostatistiques

L'objectif de ce cours est de présenter différentes méthodes statistiques d'analyse et de classification de données, et de permettre à l'élève ingénieur de conduire en autonomie une étude statistique en choisissant la méthodologie adaptée. Certaines de ces méthodes seront appliquées à des données biologiques.
• Analyse de la variance à une ou plusieurs dimensions. Test de signification des composantes additives ou multiplicatives, analyse de la covariance.
• Régression multiple. Test de signification, analyse des résidus.
• Analyse de données multidimentionnelles : analyse en composantes principales, analyse factorielle des correspondances.
• Classification. Décision, fonctions discriminantes, méthodes bayésiennes, classification automatique.
• Réseau de neurones. Modélisation, réseau multicouches, apprentissage.

Photonique et Biophotonique

Ce cours vise d'une part à donner une compétence dans le domaine des composants optiques et optoélectronique, et d'autre part mettre en exergue la convergence des sciences de la vie et de l'optique photonique débouchant sur un tres large spectre de technologies aux applications très diverses : biomédicales, cosmétologiques, agroalimentaires, environnementales.
• Fibres optiques. Principes de propagation, interfaces optiques d'émission et de réception, capteurs et instrumentation à fibres optiques. Applications biomédicales des fibres optiques.
• Capteurs optiques. Grandeurs photométriques, photodétecteurs ponctuels, linéïques, surfaciques (capteurs d'images), dispositifs et architectures CCD, CMOS.
• Lasers. Principes de fonctionnement : émission stimulée, pompage, amplification optique, oscillateur photonique, émission continue ou pulsée, propriétés spectrales, laserssolides et à gaz, diodes lasers. Applications thérapeutiques des lasers.
• Instrumentation biophotonique. Tomographie optique, microscope épifluorescence, microscope confocal à balayage, microscope à résonance des plasmons de surface. Applications à l'imagerie cellulaire et tissulaire. Applicationsà des systèmes de lecture optique parallèle d'interactions biomoléculaires.

Travaux pratique de synthèse

Il s'agit d'illustrer les différents enseignements de l'option n'ayant pas de TP spécifiques. Parmi les thèmes proposés, on trouvera : l'amplificateur d'instrumentation, les capteurs mécaniques (force, vibration, pression), les réseaux de neurones, le bus GPIB, les fibres optiques, la modulation électro-optique, le laser, le biocapteurs à plasmon de surface, les capteurs physiologiques (electroencéphalographie et électrocardiographie).

Biologie et biocapteurs

Ce cours a pour but de permettre à des étudiants d'acquérir rapidement les bases actualisées du fonctionnement cellulaire et de l'ingénierie génétique, et de présenter les différentes façons d'interfacer le monde biologique avec le monde électronique.
• La cellule : structure, composants, l'ADN, support et expression de l'information, notions de réplication, transcription, traduction.
• Principes de génétique. Enzymes de restriction et de modification de l'ADN, PCR, séquençage.
• Techniques d'immobilisation des biomolécules.
• Transductions. Plasmons de surface, fluorescence, transduction mécanique, électronique.
• Techniques de détection.
• Miniaturisation et intégration des biocapteurs.

Imagerie Médicale

L'objectif de ce cours est de présenter les principes physiques et de fonctionnement des différentes modalités d'imagerie anatomique et fonctionnelle d'organes qui contribuent au diagnostic médical.
• Imagerie nucléaire. IRM, TEP, Fluoroscopie.
• Imagerie à rayon X. Radiographie, Tomographie.
• Imagerie électrophysiologique. Electroencephalographie, magnétoencéphalographie.
• Imagerie à ultrasons. Echographie.
• Méthodes tomographiques.

Traitement d'images appliqué à la bio-ingénierie

L'objectif de ce cours est de présenter les outils algorithmiques du traitement numérique d'images et plus spécifiquement ceux appliqués aux images médicales.
• Formation des images. Capteurs CCD et CMOS. Cartes d'acquisition d'images. LUT et fausse couleur. Echantillonnage spatial. Corrections d'images.
• Principaux traitements d'images. Transformations globales : transformées de Fourier, d'Hadamard, de Walsh en Cosinus et JPEG. Filtrage d'images par FFT et transformées en ondelettes. Transformations locales : voisinages 4 et 8 connexes. Filtrages : moyenneur, médian, Nagao et flous. Détections de contours : gradients et laplaciens mono et multi-échelle. Morphologie mathématique : érosion, dilatation, ouverture, fermeture, transformation hit or miss, enveloppe convexe et squelette. Transformée top hat, gradient morphologique. Transformées de Hough, détection de segments de droites, de cercles et d'objets. Modèles de texture : matrices de coocurrence et dimension fractale. Segmentation d'images : graphe d'adjacence, MPEG4. Restauration d'images.
• Traitements fondés sur des méthodes d'optimisation. Contours actifs. Détection de bruits et de textures par équations aux dérivées partielles. Segmentation d'images par champs de Markov.

Mini-projets

L'objectif est de mettre en pratique les compétences acquises pour l'élaboration ou le développement d'un biosystème. Ces mini-projets rentrent pour la plupart dans le cadre de collaborations avec des industriels ou des unités de recherche du domaine des biotechnologies.

Conférences

Ces conférences permettent de découvrir quelques applications industrielles dans le domaine des biotechnologies, les thèmes variant d’une année à l’autre.