OPTIMISATION DU PROTOCOLE DES MESURES DES RESOLUTIONS SPATIALES D’UNE SONDE ULTRASONORE

1. Binse JérômeService biomédical CHU de NancyStage de Master 2 spécialité Ingénierie biomédicale et radiothérapie – 2005/2006 OPTIMISATION DU PROTOCOLE DES MESURES DES RESOLUTIONS SPATIALES D’UNE SONDE ULTRASONORE ET REALISATION D’UN CAHIER DES CHARGES EN VUE DU DEVELOPPEMENT D’UN FANTOME DOPPLER ULTRASONORE

2. Sommaire • Introduction : - Le C.H.U. de Nancy - Le service biomédical situé à l’hôpital 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 l’évaluation manuelle des résolutions spatiales - Les problèmes posés par la méthode d’évaluation manuelle - Présentation de l’évaluation numérique - Présentation des résultats et conclusion • Deuxième partie : - Travaux préliminaires - Cahier des charges - Présentation d’un procédé préliminaire et conclusion • Conclusion et perspectives

3. Le C.H.U. de Nancy Les établissements du C.H.U. de Nancy sont : • Les hôpitaux du site central : l’hôpital central, le centre St Stanislas, et l’hôpital St Julien. • Les hôpitaux de Brabois : L’hôpital d’adultes et l’hôpital d’enfants. • Les hôpitaux Maringer-Villemin-Fourmier. • Le centre Paul Spillmann à Lay-St-Christophe. • L’hôpital Jeanne d’Arc à Dommartin-Lès-Toul

4. 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 d’informations lors de réunions, • La participation à la mise en place de la GMAO, • La participation à la démarche qualité-accréditation du C.H.U.

5. Les objectifs du stage • Les objectifs de ce stage ont été multiples : • Optimiser le protocole SNITEM (Syndicat National de l’Industrie des Technologies Médicales) des mesures des résolutions spatiales (axiale et latérale) d’une sonde ultrasonore. •  Réaliser un cahier des charges permettant la confection d’un fantôme doppler ultrasonore. • Participer à des entretiens avec des entreprises qui seront présentes pour des appels d’offre, et participer à des contrôles préventifs sur appareils d’imagerie.

6. Optimisation du protocole SNITEM : Matériel Sonde PLT-805AT de Toshiba Echographe Aplio de Toshiba • Les matériels utilisés pour l’analyse des résolutions sont les suivants : • L’échographe Aplio de Toshiba du service de radiologie de l’hôpital d’enfants. • La sonde linéaire PLT-805AT de Toshiba.

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

8. Optimisation du protocole SNITEM : Evaluation manuelle A B • 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 l’image échographique du fil nylon du fantôme ultrasonore : Schéma méthodologique des résolutions axiale (A) et latérale (B) Image du fil nylon avec placement des curseurs

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

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

11. Optimisation du protocole SNITEM : Les problèmes de l’évaluation manuelle Représentation schématique de l’image 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 • Le placement du curseur est dépendant de l’opérateur du fait de l’existence d’une transition entre le niveau de signal maximal et et le niveau du signal du gel.

12. Optimisation du protocole SNITEM : Evaluation numérique • Cette évaluation est une solution aux problèmes de l’évaluation manuelle. • Elle se fait à l’aide d’un « 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 ). Courbe de niveaux de gris correspondant au segment d’analyse de la résolution latérale

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

14. Optimisation du protocole SNITEM : Evaluation numérique B5 B2 B3 B4 B1 C D B Courbe de niveaux de gris de la résolution latérale avec tracé des tangentes • 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. Courbe de niveaux de gris avec les valeurs maximales secondaires B1 à B5 et la valeur moyenne B de celles-ci

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

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

17. Optimisation du protocole SNITEM : Présentation des résultats Méthode manuelle Méthode numérique Courbes comparatives des deux méthodes en résolution axiale pour les deux modes de la sonde linéaire Plusieurs types de comparaisons ont pu être réalisées : • Une comparaison des résultats d’une résolution en fonction de la fréquence d’émission, dans les deux modes, pour les deux méthodes, pour une profondeur d’analyse donnée, et pour un opérateur donné.

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

19. 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 • Une comparaison intra-opérateur des résultats d’une résolution en fonction de la fréquence d’émission, pour les deux méthodes, pour un mode donné, pour une profondeur d’analyse donnée.

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

21. Optimisation du protocole SNITEM : Conclusions 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 d’émission augmente, et d’une façon plus significative pour le mode fondamental que pour le mode THI.

22. Réalisation d’un cahier des charges : Etude de l’existant et étude normative Le Blue Phantom patient pending Doppler Simulateur de flux sanguin pour échographie (70) • 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 61685 déclare les paramètres qui peuvent être mesurés avec le montage d’essais. Les normes IEC 61895 et IEC 61206 décrivent les méthodes de mesure. L’extension de la norme IEC 61685 est un partie relative la conception d’un fantôme à flux. Cardiac Doppler flow phantom (523 and 523A)

23. Réalisation d’un cahier des charges : Analyse préliminaire • Le mode Doppler est basé sur l’analyse des célérités du flux sanguin afin d’y percevoir l’existence d’anomalies 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 ; c’est cette deuxième caractéristique qui va permettre l’élimination de ces parasites afin qu’ils n’interfèrent pas dans les calculs.

24. Réalisation d’un cahier des charges : Analyse préliminaire • Afin de palier à ce problème, des filtres réglables selon les besoins sont mis à la disposition de l’utilisateur, et vont donc couper ces fréquences basses indésirables. • Le contrôle qualité de ces filtres n’existant pas, c’est pour cette raison que l’idée de l’étude de la confection d’un fantôme doppler ultrasonore est arrivée, car celui-ci pourra permettre de contrôler l’efficacité de ces filtres présents sur les échographes.

25. Contraintes techniques demandées pour le contrôle qualité Solutions techniques résultantes Réalisation d’un cahier des charges : Cahier des charges Le système doit être portable Poids et dimensions permettant le transport du système Le système doit pouvoir être mis dans une solution aqueuse L’objet 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 L’ensemble 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 l’appareil d’échographie Le système doit incorporer un générateur de fréquence et un variateur de tension du signal

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

27. Réalisation d’un procédé préliminaire Echographe ‘Sonolayer SSA-270A’ de Toshiba Sonde ‘PLF-50FT’ de Toshiba • La sonde ‘PLF-50FT’ de Toshiba est une sonde cardiaque (phased-array) avec une fréquence d’émission de 5 MHz. • L’échographe ‘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).  

28. Réalisation d’un procédé préliminaire Sonde ultrasonore PLF-50FT Haut-parleur Potence de la sonde Générateur de fréquence Système d’analyse des filtre de l’échographe Placement de la sonde sur la membrane du haut-parleur • 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 l’aide d’une potence qui se trouve être la table X-Y décrite dans la partie précédente.

29. Réalisation d’un procédé préliminaire • Ce système est donc relié à l’échographe au niveau de la sonde. Plusieurs appareils périphériques sont installés : • Un reprographe pour l’impression de certains clichés échographiques. • Un oscilloscope pour contrôler précisément l’amplitude du signal sinusoïdal. • Un moniteur supplémentaire qui a pour objectif d’afficher directement le ou les clichés mis en mémoire par le reprographe, afin d’éviter de jongler entre la mémoire du reprographe et l’image en temps réel.

30. Réalisation d’un procédé préliminaire Moniteur supplémentaire Echographe Oscilloscope Signal maximal Système d’analyse des filtres Reprographe Zone d’analyse rétrécie Repérage du signal maximal avec la fenêtre d’analyse rétrécie Echographe ‘Sonolayer SSA-270A’avec ses périphériques et le système d’analyse des filtres

31. Réalisation d’un cahier des charges et du procédé préliminaire : Conclusion • 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 l’échographe. • Les mesures ont été interrompues par une panne de l’échographe. • Ce procédé reste insuffisant mais donne de bonnes bases pour un futur développement.

32. Conclusion et perspectives • Aboutissement prochain sur l’analyse des résolutions spatiales à l’aide d’une étude statistique complémentaire. • Rédaction d’un article pour un magazine biomédical. • Manipulation sur échographes et contrôle qualité. • Etude bibliographique approfondie. • Mise en œuvre d’un procédé préliminaire avec continuité du projet. • Entretiens avec des entreprises privées.

33. Merci de votre attention Questions ?