209 - Techniques, mesures et systèmes

Problématique : 
Le transport de marchandises par camion au Canada représente un sérieux problème en matière d'émissions et de contamination. L’une des difficultés majeures est liée au plan stratégique d'efficacité de la charge durant la circulation, où presque la moitié des camions reviennent vides à leur point de départ après livraisons, signifiant des pertes économiques et l’augmentation de la pollution.

Objectif :
Simuler de nouveaux modèles d’affaire du transport intelligent de marchandises (NMATIM) par camion au Québec afin qu’ils deviennent plus durables en utilisant l’industrie 4.0.
OS1 : valider les technologies liées à l'industrie 4.0 et leur rôle dans le transport de fret.
OS2 : caractériser la simulation des impacts de NMATIM.

Méthodologie : 
OS1 : une revue de littérature concernant l’industrie 4.0 pour approfondir l’écosystème et la logistique du fret.
OS2 : confectionner une simulation des systèmes à base d’agents pour reproduire les potentielles variations divergentes des NMATIM.

Résultats préliminaires : 
Une amélioration de l'optimisation des NMATIM est possible à travers des plateformes de trafic intelligent. Elles collectent des données en temps réel et utilisent des outils d'aide à la décision pour optimiser les charges à destination et retour à plein rendement, permettant d’analyser l'impact potentiel des NMATIM dans le contexte de l'Industrie 4.0 en réduisant les niveaux de pollution liés à une diminution du nombre de camions vides, en rendant la logistique plus efficace.

L'imagerie ultrasonore est la méthode d’imagerie la plus fréquemment utilisée en clinique grâce à son faible coût, sa grande profondeur de pénétration et sa capacité d’imagerie en temps réel sans ionisation. La possibilité d’obtenir des images en 3D pourrait la rendre encore plus performante et reproductible. Toutefois, la technologie actuelle pour obtenir de telles images est complexe et surtout coûteuse. Pour ce projet, plutôt que d’utiliser des milliers d’éléments comme pour une sonde ultrasonore conventionnelle, nous visons à obtenir le même résultat avec un seul élément. La particularité de ce dernier : un quartz y est apposé pour transformer le signal reçu en un signal en apparence complètement aléatoire. Pour une même position, le signal reçu est toujours le même, mais pour une position différente, un signal complètement différent est obtenu. En créant un dictionnaire de signaux correspondant à toutes les positions possibles, une image peut être formée en temps réel en corrélant le dictionnaire aux nouveaux signaux entrants. Grâce à cette méthode, il est possible de conserver une bonne qualité d’image tout en réduisant de 10 à 100 fois le nombre d’éléments utilisés, réduisant de façon équivalente le coût de la sonde, mais également la quantité de données à sauvegarder, transmettre et analyser. Une telle méthode ouvrirait donc la voie à des applications novatrices telles que de l’imagerie ultrasonore sans fil qui pourrait tenir dans la poche d’un médecin.

Les transferts aériens interhospitaliers d’urgence sont des opérations critiques qui permettent à de nombreux patients en régions éloignées de recevoir des soins spécialisés dans de grands centres, le tout entouré d'une équipe médicale adaptée à leur condition et à leur niveau d'urgence. Cette recherche vise à proposer des recommandations concrètes à l'aide d'un outil de simulation afin de mesurer l'impact de différents types d'avions et de pratiques sur le niveau de service offert aux patients.

La simulation à évènements discrets est un outil adapté à cette problématique, puisqu’il n’est évidemment pas possible de faire de tests avec de vrais avions, et qu’elle permet de prendre en considération la variabilité présente dans ce type de transfert. Elle met également en lumière les arbitrages clés dans le fonctionnement stratégique et opérationnel d'un service d'évacuation aéromédicale, tels que la vitesse, la capacité et l’accessibilité des appareils.

La collaboration étroite avec le ministère de la Santé et des Services sociaux du Québec permet de bâtir le modèle sur des données réelles et d’offrir des recommandations spécifiques au territoire et à la demande québécoise. La méthodologie pourrait quant à elle être reprise pour différentes régions autour du globe ou pour d'autres types d’évacuations aériennes.  

Les artères permettent de réguler les fluctuations de pression sanguine (pulsatilité) causées par le cycle cardiaque. Avec l’âge, ces vaisseaux perdent de leur élasticité, augmentant la pulsatilité et causant des microlésions et du déclin cognitif. Or, il n’existe aucune technique d’imagerie disponible en clinique qui puisse mesurer la pulsatilité dans la microvascularisation cérébrale chez l’humain. En détectant des microbulles injectées dans le sang, la microscopie de localisation ultrasonore (MLU) permet d’imager les microvaisseaux avec une résolution d’environ 10 μm dans le cerveau. Notre laboratoire a introduit la MLU dynamique permettant d’imager les flux sanguins, ce qui est essentiel au développement de diagnostics. Cependant, les temps d’acquisition requis restent longs. Augmenter la concentration de microbulles injectées réduirait ce temps d’acquisition, tant qu’il demeure possible de séparer ces microbulles en sources uniques.

L’objectif de mon projet est de changer l’approche de localisation des microbulles en développant un modèle de détection spatiotemporelle.

Nous avons d’ores et déjà développé une technique de localisation spatiotemporelle ultrasonore (LSTU) validée qualitativement sur des données in vivo 2D provenant de rats et de souris. Actuellement, nous essayons de démontrer que la résolution obtenue avec cette méthode est meilleure que la méthode standard. Nous étendrons ensuite la méthode en 3D dans le but d’imager des patients humains.

Cette recherche évalue le risque associé à la consommation d’aliments préemballés avec étiquetage de précaution (EDP) pour le lait, les arachides, les œufs et les noisettes et simule l’utilisation de doses déclenchantes pour 1% (ED01) et 5% (ED05) de la population allergique comme outils de gestion de risque. Les données utilisées sont la prévalence et la concentration d’allergène dans des produits avec EDP (Manny et al.), les données de consommation des aliments (ESSAC 2015) et la courbe dose-réponse des allergènes (Houben et al.). Ces données ont été utilisées pour estimer le risque et simuler l’utilisation des seuils avec une simulation de Monte-Carlo. La majorité des combinaisons allergène-aliment ne présentent pas un risque important pour les consommateurs allergiques (< 10 réactions allergiques par 10 000 occasions). La contamination du lait présente le plus grand risque pour le nombre de réactions allergiques et pour le nombre de combinaisons à haut risque. L’utilisation de ED01 et de ED05 pour développer des seuils d’application d’EDP pourrait diminuer le risque lorsqu’il y a contamination importante d’allergène. Ces seuils d’étiquetage pourraient aussi être bénéfiques en réduisant le nombre de produits avec EDP sans augmenter le nombre de réactions allergiques causées. Cette recherche met en valeur les bénéfices potentiels de l’utilisation de seuils pour la gestion des EDP comme méthode de standardisation et comme outil de gestion réglementaire canadien.

Actuellement, il n’existe aucune technique non invasive pour diagnostiquer les cardiopathies coronariennes (CAD) non obstructives, une condition qui perturbe le flux dans les artérioles du myocarde. Récemment, un nouveau mode d'imagerie développé par notre laboratoire, l’angiographie myocardique par localisation ultrasonore (AMLU), a démontré sa capacité à visualiser des microvaisseaux dans le cœur battant d'un rat. Cette technique est basée sur la détection et le suivi de microbulles injectées dans le sang. Cependant, pour l’adapter à l’humain, il serait nécessaire d’augmenter la profondeur d’acquisition et le champ de vue, au détriment de la résolution et du contraste.

La présente recherche a permis de démontrer que l'imagerie harmonique appliquée à l’AMLU permet de pallier ce problème in vitro. Ces résultats préliminaires permettront d’appliquer MULA en clinique à l’Institut de cardiologie de Montréal. 

Des microbulles ont été injectées dans un fantôme de flux. Le profil latéral et axial d’une microbulle a été tracé en imagerie fondamentale et harmonique et le contraste de l’image a été évalué. Un autre fantôme avec des bulles circulant dans un bassin a été utilisé afin d’évaluer la performance de l’imagerie harmonique sur la localisation et le suivi de celles-ci.

En imagerie harmonique, la résolution latérale des microbulles a été améliorée d’un facteur 2 et le contraste a augmenté de 4dB, ce qui a permis d’augmenter le nombre de microbulles détectées et suivies. 

Grâce à leur efficacité énergétique et leur flexibilité, les turbines à gaz contribueront à la transition vers une production d’énergie décarbonée et complémenteront les énergies renouvelables. Dans le but de réduire leurs émissions polluantes, notamment les oxydes d’azote, certaines turbines à gaz utilisent un pré-mélangeur permettant le mélange du carburant et de l’air en amont de la chambre de combustion. Aux conditions d’opération de la turbine à gaz, le mélange avec certains combustibles alternatifs peut s’autoallumer et une flamme peut se stabiliser dans le pré-mélangeur et ainsi l'endommager. Dans ce cadre-là, la simulation numérique de combustion en écoulement turbulent, et en particulier la simulation numérique directe (SND), permet d'obtenir précisément des détails à petites échelles sur l'interaction entre la turbulence et la combustion qui ne peuvent pas être mesurés expérimentalement. Des SND existent dans des configurations simples pour étudier les aspects fondamentaux de ces interactions, mais aucune ne concerne des configurations complexes et représentatives d’un pré-mélangeur. Ainsi, des SND de l'autoallumage dans un tel système sont présentées. Les résultats montrent que l'auto-allumage est retardé par la turbulence, mais lorsque les flammes se forment, la turbulence facilite leur stabilisation. Des flammes prémélangées et des flammes non prémélangées sont observées simultanément et leur mode de propagation, par auto-allumage ou diffusion, est analysé.

Au cours de la dernière décennie, l'imagerie ultrasonore ultrarapide a connu une percée avec l'imagerie 3D, mais reste un défi à une cadence d’imagerie élevée et une haute résolution. De plus, la microscopie de localisation ultrasonore (MLU), basée sur la détection des microbulles injectées dans le sang a récemment permis de résoudre des vaisseaux de 25µm dans l’ensemble du cerveau en 2D chez l’humain. Une nouvelle approche de sonde : la ligne-colonne (Row Column Arrays, RCA) réduit le nombre d'éléments piézoélectriques d'une sonde matricielle de N² à 2N en gardant une grande ouverture et moins de données. Cette approche consiste à utiliser deux réseaux linéaires orthogonaux superposés, en utilisant alternativement l'un en émission et l'autre en réception. Des études avec une sonde RCA prototype à 12MHz in silico, in vitro et in vivo sur souris saine seront menées afin d’optimiser les paramètres des séquences d’acquisitions. Les données seront traitées avec deux algorithmes de reconstruction différents (DAS et SMIF) afin de choisir le plus optimal en termes de résolution et de contraste.  Dans ce projet, nous montrons que les images peuvent être considérablement améliorées en utilisant une approche matricielle spatio-temporelle (SMIF, basée sur la corrélation) in vitro. Nous appliquons les deux méthodes sur des souris transcrâniennes afin de visualiser la microvascularisation cérébrale, et diagnostiquer si possible les maladies cérébro-vasculaires au plus tôt.