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Analyse multimodale de la parole pour la détection précoce des poussées de la maladie de Crohn grâce à des méthodologies d'apprentissage profond.

Offre de thèse

Analyse multimodale de la parole pour la détection précoce des poussées de la maladie de Crohn grâce à des méthodologies d'apprentissage profond.

Date limite de candidature

22-04-2025

Date de début de contrat

01-10-2025

Directeur de thèse

OUNI Slim

Encadrement

L'encadrement du doctorant sera assuré par des réunions régulières (hebdomadaires ou bihebdomadaires selon les besoins) pour suivre l'avancement de ses travaux, répondre à ses questions et orienter ses recherches. Des bilans trimestriels seront réalisés pour évaluer les progrès et ajuster les objectifs. Le doctorant sera également encouragé à participer à des séminaires, conférences et formations pour enrichir ses compétences et son réseau scientifique.

Type de contrat

ANR Financement d'Agences de financement de la recherche

école doctorale

IAEM - INFORMATIQUE - AUTOMATIQUE - ELECTRONIQUE - ELECTROTECHNIQUE - MATHEMATIQUES

équipe

MULTISPEECH

contexte

Les maladies inflammatoires chroniques de l'intestin (MICI), en particulier la maladie de Crohn (MC), posent des défis significatifs aux systèmes de santé et aux patients en raison de leur nature chronique et imprévisible (Strober et al. 2007). La MC touche une part importante de la population en France et en Europe, avec des impacts considérables sur la qualité de vie des patients et les ressources de santé. Dans le cadre du projet I-DEAL, l'objectif principal est de répondre aux besoins non satisfaits des patients atteints de MC en permettant une intervention précoce et en favorisant un retour à une vie normale grâce à des solutions innovantes de surveillance à distance. L'un des objectifs du projet I-DEAL est de développer un système domestique pour la détection précoce des poussées de MC, permettant une intervention rapide et améliorant la gestion des patients atteints de MC, et ainsi améliorer leur qualité de vie.

spécialité

Informatique

laboratoire

LORIA - Laboratoire Lorrain de Recherche en Informatique et ses Applications

Mots clés

Intelligence artificielle, Deep learning, expressions faciales, détection de poussées

Détail de l'offre

Le sujet de thèse se concentre sur le développement de solutions innovantes pour améliorer la qualité de vie des patients atteints de la maladie de Crohn (MC), une maladie inflammatoire chronique de l'intestin. Dans le cadre du projet I-DEAL, l'objectif principal est de créer un système domestique capable de détecter précocement les poussées de douleur liées à la MC, permettant ainsi une intervention rapide et une meilleure gestion de la maladie.

La thèse vise à caractériser ces poussées de douleur en analysant les expressions faciales et les modifications des schémas de parole des patients à l'aide de techniques de traitement du langage naturel (NLP), d'apprentissage automatique et de vision par ordinateur. Les données audiovisuelles collectées seront annotées par des médecins et utilisées pour entraîner des modèles de classification capables d'identifier précisément les états de poussées de douleur.

Les missions du doctorant incluent la collecte de données, l'extraction de caractéristiques linguistiques et visuelles, et l'utilisation de méthodologies d'apprentissage profond pour développer et évaluer ces modèles. Le projet nécessite des compétences en programmation et en traitement de données, ainsi qu'une capacité à collaborer avec des équipes interdisciplinaires.

Keywords

Artificial Intelligence, Deep Learning, Flare detection, Facial expressions

Subject details

** Context ** Inflammatory bowel diseases (IBD), particularly Crohn's disease (CD), pose significant challenges to healthcare systems and patients due to their chronic and unpredictable nature (Strober et al. 2007). CD affects a substantial portion of the population in France and Europe, with considerable impacts on patients' quality of life and healthcare resources. Within the framework of the I-DEAL project, the main goal is to address the unmet needs of CD patients by enabling early intervention and promoting a return to a normal life through innovative remote monitoring solutions. One of the objectives of the I-DEAL project is to develop a home-based system for early detection of CD flares, that enable timely intervention and improve the management of CD patients, ultimately enhancing their quality of life. ** Objective of the Thesis ** The objective of the thesis is to characterize pain flares through facial expressions and modifications in speech patterns using NLP, machine learning, and computer vision techniques. This will be achieved by analyzing video recordings of multiple patients, with each recording annotated by a physician to indicate the patient's condition at the time of recording. The goal is to extract features from these recordings that capture the nuances of pain flares, enabling the development of classification models capable of identifying and classifying pain flare states accurately. ** Missions ** The missions of the PhD encompass several key scientific objectives. Firstly, active participation in the collection of audiovisual data from patients, with a specific focus on eliciting the pronunciation of predefined sentences. Secondly, employing advanced techniques for feature extraction, particularly linguistic features derived through sentiment analysis, while simultaneously annotating the dataset with pertinent medical information. Thirdly, the utilization deep learning methodologies, such as ResNet CNN, BLSTMs) (Tsai et al. 2017) or Time delay neural network (TDNN), to facilitate the training of classification models on the processed data (Fontaine et al. 2022, De Sario et al. 2023, Othman et al. 2021, Littlewort et al. 2007). Finally, an integral aspect involves evaluating the efficacy of the developed methodology by rigorously analyzing model performance and validating its capacity to accurately discern levels of Crohn's Disease severity based on speech and visual modalities.

Profil du candidat

- Master en traitement de la parole, NLP, vision par ordinateur, apprentissage automatique ou dans un domaine connexe.
- Solides compétences en programmation en Python/Pytorch.
- Une expérience préalable en traitement de la parole, du texte et/ou de la vidéo est un atout.
- Excellentes compétences en collaboration et en communication pour travailler efficacement avec des équipes interdisciplinaires de chercheurs.

Candidate profile

- MSc degree in speech processing, NLP, computer vision, machine learning, or in a related field.
- Strong programming skills in Python/Pytorch.
- Prior experience with speech, text and/or video processing is an asset.
- Excellent collaboration and communication skills to work effectively with interdisciplinary teams of researchers.

Référence biblio

De Sario, G. D., Haider, C. R., Maita, K. C., Torres-Guzman, R. A., Emam, O. S., Avila, F. R., ... & Forte, A. J. (2023). Using AI to Detect Pain through Facial Expressions: A Review. Bioengineering, 10(5), 548.

Fontaine, D., Vielzeuf, V., Genestier, P., Limeux, P., Santucci‐Sivilotto, S., Mory, E., ... & DEFI study group. (2022). Artificial intelligence to evaluate postoperative pain based on facial expression recognition. European Journal of Pain, 26(6), 1282-1291.

Littlewort, G. C., Bartlett, M. S., & Lee, K. (2007, November). Faces of pain: automated measurement of spontaneousallfacial expressions of genuine and posed pain. In Proceedings of the 9th international conference on Multimodal interfaces (pp. 15-21).

Othman, E., Werner, P., Saxen, F., Al-Hamadi, A., Gruss, S., & Walter, S. (2021). Automatic vs. human recognition of pain intensity from facial expression on the X-ITE pain database. Sensors, 21(9), 3273.

Strober, W., Fuss, I., & Mannon, P. (2007). The fundamental basis of inflammatory bowel disease. The Journal of clinical investigation, 117(3), 514-521.

Tsai, F. S., Weng, Y. M., Ng, C. J., & Lee, C. C. (2017, October). Embedding stacked bottleneck vocal features in a LSTM architecture for automatic pain level classification during emergency triage. In 2017 Seventh International Conference on Affective Computing and Intelligent Interaction (ACII) (pp. 313-318). IEEE.