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Binse Jérôme Service biomédical CHU de Nancy Stage de Master 2 spécialité Ingénierie biomédicale et radiothérapie – 2005/2006 OPTIMISATION DU PROTOCOLE.

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2 Binse Jérôme Service biomédical CHU de Nancy Stage de Master 2 spécialité Ingénierie biomédicale et radiothérapie – 2005/2006 OPTIMISATION DU PROTOCOLE DES MESURES DES RESOLUTIONS SPATIALES DUNE SONDE ULTRASONORE ET REALISATION DUN CAHIER DES CHARGES EN VUE DU DEVELOPPEMENT DUN FANTOME DOPPLER ULTRASONORE

3 Sommaire Introduction : - Le C.H.U. de Nancy - Le service biomédical situé à lhôpital St Julien Objectifs : - Optimisation du protocole SNITEM sur les résolutions spatiales - Cahier des charges du fantôme Doppler ultrasonore à développer Première partie : - Présentation du matériel utilisé - Présentation de lévaluation manuelle des résolutions spatiales - Les problèmes posés par la méthode dévaluation manuelle - Présentation de lévaluation numérique - Présentation des résultats et conclusion Deuxième partie : - Travaux préliminaires - Cahier des charges - Présentation dun procédé préliminaire et conclusion Conclusion et perspectives

4 Les établissements du C.H.U. de Nancy sont : –Les hôpitaux du site central : lhôpital central, le centre St Stanislas, et lhôpital St Julien. –Les hôpitaux de Brabois : Lhôpital dadultes et lhôpital denfants. –Les hôpitaux Maringer-Villemin-Fourmier. –Le centre Paul Spillmann à Lay-St-Christophe. – Lhôpital Jeanne dArc à Dommartin-Lès-Toul Le C.H.U. de Nancy

5 Le service biomédical Ce service est rattaché à la direction des ressources Médico- techniques. Il favorise la polyvalence des ingénieurs biomédicaux, au nombre de cinq (Mr Quenton, Mr Volodimer, Mr Winninger, Mlle Peltier, et Mr Racimora), par le changement de fonction. Ce service est unique et homogène car les responsables sont regroupés en un seul lieu et travaillent en équipe. Les buts de ces ingénieurs sont : -Le remplacement pendant leurs absence, -La communication et le partage dinformations lors de réunions, -La participation à la mise en place de la GMAO, -La participation à la démarche qualité-accréditation du C.H.U.

6 Les objectifs du stage Les objectifs de ce stage ont été multiples : Optimiser le protocole SNITEM (Syndicat National de lIndustrie des Technologies Médicales) des mesures des résolutions spatiales (axiale et latérale) dune sonde ultrasonore. Réaliser un cahier des charges permettant la confection dun fantôme doppler ultrasonore. Participer à des entretiens avec des entreprises qui seront présentes pour des appels doffre, et participer à des contrôles préventifs sur appareils dimagerie.

7 Optimisation du protocole SNITEM : Matériel Echographe Aplio de Toshiba Sonde PLT-805AT de Toshiba Les matériels utilisés pour lanalyse des résolutions sont les suivants : Léchographe Aplio de Toshiba du service de radiologie de lhôpital denfants. La sonde linéaire PLT-805AT de Toshiba.

8 Un dispositif de stabilité composé dune table à verniers (trois dimensions), de la sonde linéaire décrit précédemment, et du fantôme ultrasonore RMI 403 GS LE. Optimisation du protocole SNITEM : Matériel Dispositif de stabilité et de mise à niveau (vue de profil) Dispositif de stabilité et de mise à niveau (vue de derrière) SondeFantôme Table X-Y Niveaux x y z Vernier z Vernier x Vernier y

9 Un protocole de mesure a été mis en place afin que les manipulations soient identiques pour chaque opérateurs (qui sont au nombre de quatre). Placement des curseurs sur limage échographique du fil nylon du fantôme ultrasonore : Optimisation du protocole SNITEM : Evaluation manuelle A B Schéma méthodologique des résolutions axiale (A) et latérale (B) Image du fil nylon avec placement des curseurs

10 Les mesures se sont portées sur les quatre premiers fils nylon du fantôme Optimisation du protocole SNITEM : Evaluation manuelle Schéma interne du fantôme ultrasonore RMI 403 GS LE

11 La précision du calculateur (0.1mm) peut avoir une influence sur la cible. Optimisation du protocole SNITEM : Les problèmes de lévaluation manuelle Représentation schématique de limage du fil nylon avec les distances : A = 0.5 mm B = 0.6 mm C = 0.4mm Image réelle du fil nylon avec les distances : A = 0.5 mm B = 0.6 mm C = 0.4mm CAB

12 Le placement du curseur est dépendant de lopérateur du fait de lexistence dune transition entre le niveau de signal maximal et et le niveau du signal du gel. Optimisation du protocole SNITEM : Les problèmes de lévaluation manuelle Représentation schématique de limage du fil nylon dans son milieu environnant ( le gel ) Niveau de signal maximal correspondant au fil nylon (0.1mm de diamètre) sur lequel porte la mesure de résolution Transition entre le niveau de signal maximal et le niveau du signal du gel Niveau de signal du gel

13 Cette évaluation est une solution aux problèmes de lévaluation manuelle. Elle se fait à laide dun « freeware » appelé « ImageJ » qui permet de faire apparaître des courbes de niveaux de gris ( les abscisses étant en pixel et les ordonnées en niveaux de gris ). Optimisation du protocole SNITEM : Evaluation numérique Courbe de niveaux de gris correspondant au segment danalyse de la résolution latérale

14 Relever la valeur du pic maximal du signal qui correspond à limage du fil nylon (valeur A). Optimisation du protocole SNITEM : Evaluation numérique A Courbe de niveaux de gris avec la valeur maximale A

15 Calculer ensuite un niveau de gris maximal moyen pour le gel ; pour se faire, tracer les tangentes au pic principal. Et faire une moyenne (valeur B) des cinq pics maximaux du gel. Optimisation du protocole SNITEM : Evaluation numérique DC Courbe de niveaux de gris de la résolution latérale avec tracé des tangentes B1 B2 B3 B4 B5 B Courbe de niveaux de gris avec les valeurs maximales secondaires B1 à B5 et la valeur moyenne B de celles-ci

16 Calculer la valeur P donnée par léquation : P = ((A-B)/2)+B. Cette formule nous permet de prendre en considération la moyenne du signal ultrasonore du gel. Optimisation du protocole SNITEM : Evaluation numérique P Courbe de niveaux de gris avec valeur calculée P

17 Compter le nombre de pixels qui séparent les deux points dintersection de la courbe de niveaux de gris et de la droite de niveau P (distance EF), et convertir cette distance numérique en distance métrique. Optimisation du protocole SNITEM : Evaluation numérique P EF Courbe de niveaux de gris avec la valeur calculée P, et les deux points dintersection E et F

18 Plusieurs types de comparaisons ont pu être réalisées : –Une comparaison des résultats dune résolution en fonction de la fréquence démission, dans les deux modes, pour les deux méthodes, pour une profondeur danalyse donnée, et pour un opérateur donné. Optimisation du protocole SNITEM : Présentation des résultats Méthode numériqueMéthode manuelle Courbes comparatives des deux méthodes en résolution axiale pour les deux modes de la sonde linéaire

19 Une comparaison inter-opérateur des résultats dune résolution en fonction de la fréquence démission, pour les deux méthodes, pour un mode donné, pour une profondeur danalyse donnée. Optimisation du protocole SNITEM : Présentation des résultats Méthode manuelle Méthode numérique Courbes comparatives des deux méthodes en résolution axiale pour le mode fondamental de la sonde linéaire

20 Une comparaison intra-opérateur des résultats dune résolution en fonction de la fréquence démission, pour les deux méthodes, pour un mode donné, pour une profondeur danalyse donnée. Optimisation du protocole SNITEM : Présentation des résultats Méthode manuelleMéthode numérique Courbes comparatives des deux méthodes en résolution axiale pour le mode fondamental de la sonde linéaire

21 Une comparaison des déviations standards inter-opérateur des résultats dune résolution en fonction de la profondeur danalyse, pour les deux méthodes, pour un mode donné, et pour une fréquence donnée. Optimisation du protocole SNITEM : Présentation des résultats Méthode manuelleMéthode numérique Figure 60 : Courbes comparatives des deux méthodes en résolution latérale pour le mode fondamental de la sonde linéaire

22 Nous pouvons en conclure que : – La dispersion autour de la valeur moyenne est moins étendue avec la méthode numérique (meilleure fiabilité des mesures). –La remarque précédente est beaucoup plus remarquable en résolution latérale du fait de la grande zone de transition entre le signal maximal et celui du gel. –On peut enfin noter que les valeurs des mesures des résolutions axiale et latérale se rapprochent du diamètre réel du fil nylon plus la fréquence démission augmente, et dune façon plus significative pour le mode fondamental que pour le mode THI. Optimisation du protocole SNITEM : Conclusions

23 –Une bibliographie des fantômes Doppler ultrasonore existant sur le marché a été confectionnée ; les principaux constructeurs sont : CIRS, ATS Laboratories, Gammex RMI, Blue Phantom, et Dansk Phantom Service. –La norme IEC déclare les paramètres qui peuvent être mesurés avec le montage dessais. Les normes IEC et IEC décrivent les méthodes de mesure. Lextension de la norme IEC est un partie relative la conception dun fantôme à flux. Réalisation dun cahier des charges : Etude de lexistant et étude normative Le Blue Phantom patient pending Doppler Simulateur de flux sanguin pour échographie (70) Cardiac Doppler flow phantom (523 and 523A)

24 Le mode Doppler est basé sur lanalyse des célérités du flux sanguin afin dy percevoir lexistence danomalies qui seraient à la base de perturbations de la vitesse de celui-ci. Le signal Doppler rétro-diffusé par les hématies sanguines peuvent être séparées en deux groupes après démodulation : le signal doppler utile et les signaux parasites. Les caractéristiques communes à ces parasites sont une énergie importante et une fréquence basse ; cest cette deuxième caractéristique qui va permettre lélimination de ces parasites afin quils ninterfèrent pas dans les calculs. Réalisation dun cahier des charges : Analyse préliminaire

25 Afin de palier à ce problème, des filtres réglables selon les besoins sont mis à la disposition de lutilisateur, et vont donc couper ces fréquences basses indésirables. Le contrôle qualité de ces filtres nexistant pas, cest pour cette raison que lidée de létude de la confection dun fantôme doppler ultrasonore est arrivée, car celui-ci pourra permettre de contrôler lefficacité de ces filtres présents sur les échographes. Réalisation dun cahier des charges : Analyse préliminaire

26 Réalisation dun cahier des charges : Cahier des charges Contraintes techniques demandées pour le contrôle qualité Solutions techniques résultantes Le système doit être portable Poids et dimensions permettant le transport du système Le système doit pouvoir être mis dans une solution aqueuse Lobjet test doit être construit de matériaux étanches Le système doit permettre des conditions idéales pour un contrôle qualité optimal La direction du flux sanguin simulé doit être identique au faisceau ultrasonore Le système doit permettre la stabilité de la sonde ultrasonore sur la partie du système permettant le contrôle qualité Un système de potence démontable avec mise à niveau doit âtre incorporé à la partie analyse Le système sera désinstallé et réinstallé fréquemment Lensemble du système de contrôle qualité doit être solide, facile et rapide à monter et à démonter Le système doit permettre le contrôle de tous les filtres de lappareil déchographie Le système doit incorporer un générateur de fréquence et un variateur de tension du signal

27 Ce fantôme permet d évaluer la performance des calculateurs à retransmettre les fréquences réelles du signal mesuré. Il est composé dune plaque circulaire pouvant vibrée à des fréquences différentes. Réalisation dun procédé préliminaire Fantôme Doppler ultrasonore de sensibilité Model 59 de CIRS

28 La sonde PLF-50FT de Toshiba est une sonde cardiaque (phased-array) avec une fréquence démission de 5 MHz. Léchographe sonolayer SSA-270A de Toshiba utilisé pour les tests possède quatre filtres passe-haut : 2 pour le mode Doppler continu (7 et 13 niveaux) et 2 pour le mode Doppler pulsé (7 et 13 niveaux). Réalisation dun procédé préliminaire Sonde PLF-50FT de Toshiba Echographe Sonolayer SSA-270A de Toshiba

29 Un système de haut-parleur relié à un générateur de fréquence avec un signal sinusoïdal est mis en place, la sonde étant maintenue sur ce haut-parleur à laide dune potence qui se trouve être la table X-Y décrite dans la partie précédente. Réalisation dun procédé préliminaire Générateur de fréquence Haut-parleur Potence de la sonde Sonde ultrasonore PLF-50FT Système danalyse des filtre de léchographe Placement de la sonde sur la membrane du haut-parleur

30 Ce système est donc relié à léchographe au niveau de la sonde. Plusieurs appareils périphériques sont installés : –Un reprographe pour limpression de certains clichés échographiques. –Un oscilloscope pour contrôler précisément lamplitude du signal sinusoïdal. –Un moniteur supplémentaire qui a pour objectif dafficher directement le ou les clichés mis en mémoire par le reprographe, afin déviter de jongler entre la mémoire du reprographe et limage en temps réel. Réalisation dun procédé préliminaire

31 Moniteur supplémentaire Echographe Reprographe Système danalyse des filtres Oscilloscope Echographe Sonolayer SSA-270Aavec ses périphériques et le système danalyse des filtres Repérage du signal maximal avec la fenêtre danalyse rétrécie Signal maximal Zone danalyse rétrécie

32 Un protocole préliminaire de détection de la membrane a pu être mis en place. Il a permis de valider les plages de réglage des filtres de léchographe. Les mesures ont été interrompues par une panne de léchographe. Ce procédé reste insuffisant mais donne de bonnes bases pour un futur développement. Réalisation dun cahier des charges et du procédé préliminaire : Conclusion

33 Aboutissement prochain sur lanalyse des résolutions spatiales à laide dune étude statistique complémentaire. Rédaction dun article pour un magazine biomédical. Manipulation sur échographes et contrôle qualité. Etude bibliographique approfondie. Mise en œuvre dun procédé préliminaire avec continuité du projet. Entretiens avec des entreprises privées. Conclusion et perspectives

34 Merci de votre attention Questions


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