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École de technologie supérieure

Responsable(s) de cours : Nicola Hagemeister


PLAN DE COURS

Automne 2025
GTS880 : Sujets spéciaux I en technologies de la santé (3 crédits)
L'intelligence artificielle dans les soins de santé : analyse des signaux physiologiques





Préalables
Aucun préalable requis




Descriptif du cours
Sujets d'intérêt majeur dans le domaine des technologies de la santé et familiarisation avec les derniers développements technologiques dans un ou plusieurs domaines de pointe.



Objectifs du cours

Ce cours est conçu pour enseigner aux étudiants comment l'intelligence artificielle peut aider à résoudre des problèmes dans le domaine de la santé. L'accent sera mis sur l'analyse des signaux physiologiques en utilisant des techniques d'apprentissage automatique, y compris l’apprentissage profond, pour la détection et le diagnostic des maladies, la prédiction des événements liés à la santé, ainsi que l'estimation et la caractérisation des paramètres de santé. Le cours couvrira principalement la conception et la validation appropriées des algorithmes d'apprentissage automatique pour l'analyse et le traitement des signaux physiologiques. Les algorithmes d’IA abordés dans le cours vont des techniques classiques, telles que les SVM, KNN et méthodes bayésiennes, aux approches plus avancées comme les MLP, CNN, LSTM et les transformeurs.

A la fin du cours, les étudiants seront capables de :

 - Comprendre la nature des signaux biomédicaux et les informations qu'ils contiennent.

- Préparer et traiter de manière appropriée les signaux biomédicaux pour l'application de l'apprentissage automatique.

- Comprendre les différences entre les principaux types d’algorithmes d’apprentissage automatique, y compris ceux d’apprentissage profond, et choisir entre apprentissage supervisé et non supervisé, clustering, régression et classification, ainsi que sélectionner les fonctions de coût adaptées à chaque problème.

- Découvrez les applications potentielles de l'apprentissage automatique dans les soins de santé à travers plusieurs études de cas.

- Concevoir des algorithmes d'apprentissage automatique, y compris ceux d’apprentissage profond, les régler et valider précisément leurs performances.

- Appliquer diverses analyses statistiques pour évaluer les résultats.




Stratégies pédagogiques

L'étudiant assistera aux cours à raison de 3 heures par semaine.

Chaque session sera consacrée à un thème du cours et comprendra des travaux pratiques (études de cas, résolution de problèmes, etc.) et des discussions.

Le cours comprend 5 travaux pratiques (labs) avec 2 livrables à remettre au cours du semestre.

Certains documents relatifs au cours seront régulièrement publiés sur le site Web du cours. Il est de la responsabilité de l'étudiant de consulter ce site régulièrement.




Utilisation d’appareils électroniques

Les appareils électroniques (smartphone, tablette, ordinateur portable) sont requis pendant les cours à des fins pédagogiques.




Horaire
Groupe Jour Heure Activité
01 Lundi 13:30 - 16:30 Laboratoire
Mercredi 13:30 - 17:00 Activité de cours



Coordonnées du personnel enseignant le cours
Groupe Nom Activité Courriel Local Disponibilité
01 Mohamad Forouzanfar Activité de cours Mohamad.Forouzanfar@etsmtl.ca A-3485
01 Laboratoire



Cours

Le plan de cours prévu est censé être complet et ordonné chronologiquement, mais certains changements peuvent être apportés en cours de session.

 

Cours

Contenu

Date

1

Aperçu du cours et introduction

  • Contenu du cours, objectifs et attentes
  • Corps humain et processus physiologiques
  • Caractérisation de la santé et de la maladie
  • Données, signaux (séries temporelles), images et vidéos médicales

03 Septembre

2

La nature et la mesure des biosignaux

  • Potentiel d'action cellulaire
  • Signaux neuronaux
  • Signaux électro-musculaires
  • Signaux cardio-vasculaires
  • Biosignaux sans contact

10 septembre

Lab 1

Introduction à Python (installation et configuration de l'environnement, bases de la programmation)

15 septembre

3

Estimation et Caractérisation des Paramètres Liés à la Santé (Bases de L’IA I)

  • Régression linéaire et non linéaire
  • Algorithmes d'optimisation
  • Perceptron multicouche (MLP) et algorithme de rétropropagation

Études de cas :

  • Caractérisation des maladies artérielles à partir de l'ECG
  • Estimation de la pression artérielle sans brassard à partir du PPG

17 septembre

Lab 2

MLP

22 septembre

4

Protocole expérimental, validation et analyse statistique (Bases de L’IA II)

  • Apprentissage supervisé et apprentissage non supervisé, Tâches de régression et de classification, Fonctions de coût associées
  • Normalisation des données, Déséquilibre des classes, Augmentation et génération de données
  • Problèmes de surajustement et de sous-ajustement, Traitement de l’overfitting (arrêt précoce, dropout, normalisation du lot)
  • Entraînement, validation et test (méthode hold-out et validation croisée)
  • Réglage des hyperparamètres, Sélection des modèles
  • Évaluation des performances, Matrice de confusion, Métriques de classification et de régression

24 septembre

5

Traitement des Signaux Physiologiques pour l’Apprentissage Automatique

  • Acquisition de données
  • Représentation dans le domaine de la fréquence
  • Rééchantillonnage (théorème d'échantillonnage de Nyquist-Shannon)
  • Filtrage numérique
  • Alignement, augmentation et normalisation des données

Études de cas :

Identification des maladies cardiovasculaires à partir de l'ECG.

 

01 octobre

Lab 3

MLP

06 octobre

6

Prédiction d'événements de santé à l'aide de l'analyse de séries temporelles

  • Modèles de moyenne mobile (MA), d'autorégression (AR), d'ARMA et d'ARIMA.
  • Processus stationnaires et ergodiques
  • Réseaux neuronaux récurrents (RNN), LSTM, GRU
  • Mécanisme d’attention et modèles Transformers pour les séries temporelles

Études de cas :

  • Prévision de la glycémie
  • Prédiction de l'apnée du sommeil

 

08 octobre

7

*Examen intra 1

22 octobre

Lab 4

RNN

27 octobre

8

Ingénierie des caractéristiques pour l'analyse des signaux physiologiques

  • Extraction des caractéristiques (biomarqueurs physiologiques et statistiques)
  • Analyse de la variabilité de la fréquence cardiaque (HRV)
  • Sélection des caractéristiques
  • Réduction des caractéristiques linéaires (PCA/LDA)
  • Réduction des caractéristiques non linéaires (autoencodeurs)

Études de cas :

  • Filtrage des signaux VAG à l'aide de paramètres statistiques
  • Détection de la somnolence à partir des paramètres VRC de l'ECG
  • Détection des troubles neurologiques à partir de l'EEG
  • Détection des émotions à partir de l'EEG

29 octobre

9

Classification des modèles physiologiques

  • Reconnaissance supervisée des formes à l'aide de fonctions discriminantes
  • Modèles probabilistes et décision statistique (LDA, modèles bayésiens)
  • Méthodes non probabilistes : KNN, SVM
  • Regroupement (apprentissage non supervisé)

Études de cas :

  • Détection de la fibrillation auriculaire à partir du PCG
  • Reconnaissance des émotions à partir des paramètres VRC de l'ECG
  • Détection des crises d'épilepsie à partir de l'EEG
  • Prédiction de la mort cardiaque subite à partir du VRC

05 novembre

Lab 5

RNN

17 novembre

10, 11

Analyse des signaux biomédicaux à l'aide de l'apprentissage convolutif profond

  • MLP profonds
  • Réseaux neuronaux convolutifs (CNN) 1D, 2D et 3D pour l'analyse des biosignaux
  • Apprentissage par transfert
  • Préparation de signaux biomédicaux pour CNN

Études de cas :

  • Détection de la maladie artérielle périphérique à partir du PPG
  • Reconnaissance des émotions à partir de l'EEG
  • Prédiction des composantes du mouvement à partir de l'EEG
  • Classification des bruits du cœur à partir du PCG

 

12 novembre,

19 novembre

 

12

*Examen intra 2

26 novembre

13

*Présentation du projet

03 décembre

 

Projet : Présentation d’un article sur l’application de l’IA à un problème de santé

Les étudiants prépareront une courte présentation PowerPoint basée sur un article de recherche appliquant l’IA à un problème de santé. La présentation doit couvrir les étapes d’analyse abordées dans le cours : 1) le problème et son importance, 2) la solution via l’analyse des signaux physiologiques, 3) les étapes de prétraitement, 4) les techniques d’IA et leurs justifications, 5) les méthodes de validation (séparation entraînement-test, validation croisée, validation basée sur les sujets), 6) les résultats (classification et régression), et 7) la discussion critique incluant limites et conclusions.




Laboratoires et travaux pratiques

Il y aura 5 séances de laboratoire de 3 heures chacune, au cours desquelles les étudiants apprendront à mettre en œuvre des algorithmes d’intelligence artificielle fondamentaux appliqués à l’analyse des signaux physiologiques et à la résolution de problèmes de santé concrets, le tout en Python. Veuillez consulter l’horaire du cours.




Évaluation

Activité

Pondération

Date/Date de remise

Laboratoire 1

10%

15 octobre

Laboratoire 2

10%

10 décembre

Discussions en classe (exercice, étude de cas, etc.)

20%

Toutes les semaines.

Examen intra 1

25%

S7

Examen intra 2

25%

S12

Présentation du projet

10%

S13




Dates des examens intra
# Intra Groupe(s) Date
1 1 22 octobre 2025
2 1 26 novembre 2025



Politique de retard des travaux
Tout travail (devoir pratique, rapport de laboratoire, rapport de projet, etc.) remis en retard sans motif valable, c’est-à-dire autre que ceux mentionnés dans le Règlement des études (1er cycle, article 7.2.5/ cycles supérieurs, article 6.5.2) se verra attribuer la note zéro, à moins que d’autres dispositions ne soient communiquées par écrit par l’enseignante ou l’enseignant dans les consignes de chaque travail à remettre ou dans le plan de cours pour l’ensemble des travaux.

Dispositions additionnelles

Tout travail (devoir pratique, rapport de laboratoire, rapport de projet, etc.) remis en retard sans motif valable, c’est-à-dire autre que ceux mentionnés dans le Règlement des études (1er cycle, article 7.2.7 b / cycles supérieurs, article 6.5.4 b) se verra attribuer la note zéro, à moins que d’autres dispositions ne soient communiquées par écrit par l’enseignant dans les consignes de chaque travail à remettre ou dans le plan de cours pour l’ensemble des travaux.




Absence à une évaluation

Afin de faire valider une absence à une évaluation en vue d’obtenir un examen de compensation, l’étudiante ou l’étudiant doit utiliser le formulaire prévu à cet effet dans son portail MonÉTS pour un examen final qui se déroule durant la période des examens finaux ou pour tout autre élément d’évaluation surveillé de 15% et plus durant la session. Si l’absence concerne un élément d’évaluation de moins de 15% durant la session, l’étudiant ou l’étudiante doit soumettre une demande par écrit à son enseignante ou enseignant.

Toute demande de validation d’absence doit se faire dans les cinq (5) jours ouvrables suivant la tenue de l’évaluation, sauf dans les cas d’une absence pour participation à une activité prévue aux règlements des études où la demande doit être soumise dans les cinq (5) jours ouvrables avant le jour de départ de l’ÉTS pour se rendre à l’activité.

Toute absence non justifiée par un motif majeur (voir articles 7.2.6.1 du RÉPC et 6.5.2 du RÉCS) entraînera l’attribution de la note zéro (0).




Infractions de nature académique
Les clauses du « Règlement sur les infractions de nature académique de l’ÉTS » s’appliquent dans ce cours ainsi que dans tous les cours du département. Les étudiantes et les étudiants doivent consulter le Règlement sur les infractions de nature académique (www.etsmtl.ca/a-propos/gouvernance/secretariat-general/cadre-reglementaire/reglement-sur-les-infractions-de-nature-academique) pour identifier les actes considérés comme étant des infractions de nature académique ainsi que prendre connaissance des sanctions prévues à cet effet. À l’ÉTS, le respect de la propriété intellectuelle est une valeur essentielle et tous les membres de la communauté étudiante sont invités à consulter la page Citer, pas plagier ! (www.etsmtl.ca/Etudiants-actuels/Baccalaureat/Citer-pas-plagier).

Systèmes d’intelligence artificielle générative (SIAG)
L’utilisation des systèmes d’intelligence artificielle générative (SIAG) dans les activités d’évaluation constitue une infraction de nature académique au sens du Règlement sur les infractions de nature académique, sauf si elle est explicitement autorisée par l’enseignante ou l’enseignant du cours.



Documentation obligatoire

N/A




Ouvrages de références

 

Signaux biomédicaux, traitement des signaux biomédicaux, bases de l'apprentissage automatique appliqué à l'analyse des signaux biomédicaux :

  • Rangayyan, Rangaraj M. Biomedical signal analysis. John Wiley & Sons, 3rd Edition, 2024.

https://ieeexplore.ieee.org/book/7111421

  • Semmlow, John L. Biosignal and medical image processing. CRC press, 3rd Edtion, 2014.

Apprentissage profonde :

  • Goodfellow, Ian, Yoshua Bengio, and Aaron Courville. Deep learning. MIT press, 2016.

https://www.deeplearningbook.org/

Apprentissage automatique statistique :???????

  • Theodoridis, Sergios, and Konstantinos Koutroumbas. Pattern recognition. Elsevier, 2006.


 




Adresse internet du site de cours et autres liens utiles

http://ena.etsmtl.ca/




Autres informations

Mohamad Forouzanfar (Enseignant)

Email : mohamad.forouzanfar@etsmtl.ca

L'objet du courriel doit toujours commencer par "GTS880".

Fabrice Vaussenat (chargé de laboratoire)

Email : fabrice.vaussenat@lacime.etsmtl.ca