Université de Technologie de Compiègne - Rapport de stage de ...

De
Publié par

Master, Supérieur, Master
  • rapport de stage - matière potentielle : master
  • cours - matière potentielle : la pulsation cardiaque
Université de Technologie de Compiègne M2 Sciences et Technologies pour la santé Parcours : Technologies Biomédicales Rapport de stage de Master 2 Mesure locale de la vitesse de l'onde de pression par l'IRM dynamique. Responsable : François Langevin. Membres de jury : - François Langevin. - Georges Chevalier. - Catherine Marque. - Cécile legallais. - Alain Donaday. 1 STS Hassan Nasser – artérielle Juillet 2009
  • accès aux équipements lourds d'imagerie médicale
  • délai caractérisant le passage de l'onde de pression
  • centre d'imagerie médicale
  • machine d'irm
  • gamme complète d'équipements, d'accessoires et de services pour le secteur de la santé
  • ge healthcare
  • hôpital necker-enfants malades
  • laurent du service d'imagerie pédiatrique de l'hôpital necker
  • cima
  • méthodes
  • méthode
Publié le : mercredi 28 mars 2012
Lecture(s) : 288
Source : www-sop.inria.fr
Nombre de pages : 57
Voir plus Voir moins




Université de Technologie de Compiègne
M2 Sciences et Technologies pour la santé
Parcours : Technologies Biomédicales




Rapport de stage de Master 2 STS


Mesure locale de la vitesse de l’onde de pression artérielle
par l’IRM dynamique.



Responsable : François Langevin.

Membres de jury :
- François Langevin.
- Georges Chevalier.
- Catherine Marque.
- Cécile legallais.
- Alain Donaday.
Hassan Nasser – Juillet 2009


1






2











« Je dédie ce travail à mon cher pays
« LIBAN »
Et à mes chers parents à qui je dois tant »











3 Sommaire

Sommaire ...................................................................................................................................................... 4
Liste des figures ............................................................................................................................................ 5
Abréviations .................................................................................................................................................. 6
Remerciements .............................................................................................................................................. 7
Introduction ................................................................................................................................................... 8
Chapitre 1 - Environnement de travail, État de l’art et problématique ......................................................... 9
A. Environnement du travail .................................................................................................................. 9
1. Centre d’Imagerie Médicale Avancée (CIMA)............................................................................. 9
2. Hôpital Necker-Enfants malades .................................................................................................. 9
3. General Electric Healthcare ........................................................................................................ 10
B. État de l’art et problématique : ....................................................................................................... 11
1. Biologie vasculaire ...................................................................................................................... 11
2. Relation entre le liquide céphalorachidien (LCR) et l’hémodynamique sanguin ...................... 14
3. Problématique ............................................................................................................................. 15
4. État de l’art sur la mesure de la VOP .......................................................................................... 16
Chapitre 2 :Matériels et Méthodes .............................................................................................................. 20
A. Introduction ..................................................................................................................................... 20
B. Technique détaillée de la mesure de la VOP .................................................................................. 22
1. Acquisition des images ............................................................................................................... 22
2. La segmentation des artères et l’extraction des courbes de surfaces ......................................... 26
3. Différentes technique utilisées pour le calcul du délai ................................................................ 26
C. Interfaçage graphique ...................................................................................................................... 28
Chapitre 3 : Résultats et discussion............................................................................................................. 34
A. Calcul de la VOP avec les différentes méthodes de calcul de délai ................................................ 34
B. Calcul de la VOP avec différentes paramètres de segmentation ..................................................... 35
C. Discussion ....................................................................................................................................... 36
1. Les sources d’erreur .................................................................................................................... 36
2. Conclusion et Perspective ........................................................................................................... 43
Références ................................................................................................................................................... 45
Annexe 1 : Imagerie par résonance magnétique ......................................................................................... 46

4 Annexe 2 : Article ………………………………………………………………………………………...58
Liste des figures

Figure 1.1 - HDX signa 1.5 de GE Healthcare ........................................................................................... 10
Figure 1.2 - Siège de GEMS Europe, Buc (78) .......................................................................................... 11
Figure 1. 3 - Différentes sections vasculaires .............................................................................................. 12
Figure 1.4 - Schémas des artères du cerveau .............................................................................................. 13
Figure 1. 5 - Modèle su système liquide céphalorachidien ......................................................................... 15
Figure 1. 6 - Illustration de la méthode multicoupes ................................................................................... 17
Figure 1 .7 - Relation temps-position dans la méthode multicoupes .......................................................... 17
Figure 1 .8 - La décomposition de l’onde artérielle en onde directe et rétrograde ...................................... 18
Figure 1. 9 - Illustration de la Méthode QA avec les ultrasons .................................................................... 19
Figure 2.1 - Image axiale au niveau des carotides ...................................................................................... 20
Figure 2.2 - Courbe de surface .................................................................................................................... 21
Figure 2. 3 Courbes de surfaces au niveau des deux coupes ....................................................................... 21
Figure 2. 4 - Antenne d'acquisition .............................................................................................................. 22
Figure 2.5 - Chronogramme de la séquence FCGRE .................................................................................. 23
Figure 2. 6 - Positionnement des électrodes dans l’IRM selon la recommandation du GE ......................... 23
Figure 2. 7 - Les paramètres du Gating control relié au cycle cardiaque ..................................................... 24
Figure 2.8 des lignes des images dynamiques au cours d’un battement cardiaques ................................... 25
Figure 2. 9 Remplissages des lignes dans toutes les images durant les 256 battements cardiaques ............ 25
Figure 2.1 0 Segmentation de la carotide ..................................................................................................... 26
Figure 2. 11 Deux courbes de surfaces pour la coupe inférieure et la coupe supérieure ............................. 26
Figure 2.12 L’interfaçage graphique au moment d’ouverture .................................................................... 29
Figure 2.13 Un message d’erreur lors de l’entrée des fausses données ...................................................... 30
Figure 2.14 Indication de l'interfaçage ........................................................................................................ 30
Figure 2 .1 5 Un message d’erreur apparait lors du téléchargement des données pour deux patients
différents ..................................................................................................................................................... 31
Figure 2 . 16 Un message indiquant la fin de la segmentation des deux coupes .......................................... 31
Figure 2. 17 L’ouverture de la fenêtre de calcul de la VOP ........................................................................ 32
Figure 2 . 18 La fenêtre de mesure de la VOP avec les différentes touches de contrôle .............................. 32
Figure 2.19 Un panel pour choisir la méthode de calcul de délai ............................................................... 33
Figure 3. 1 comparaison entre IRM 3T et 1.5 T .......................................................................................... 37
Figure 3.2 Effet de la distance entre les deux coupes sur l'erreur ............................................................... 38
Figure 3.3 Illustration de l’erreur en fonction de la distance entre les deux coupes ................................... 41
Figure 3.4 Illustration de l’erreur en fonction de la distance entre les deux coupes ................................... 42
Figure 3.5 Région d’erreur moins que 10% ................................................................................................ 42


5 Abréviations

VOP Vitesse de l’onde de pression
PIC Pression intracrânienne
PWV Pulse Wave Velocity = VOP
CIMA Centre d’Imagerie Médicale Avancée
GE General Electric
GRE Gradient Echo Sequence
MRI Magnetic Resonance Imaging
IRM Imagerie pas résonnance magnétique
FCGRE Fast Card GRE
RSB Rapport Signal sur Bruit
SNR Signal to Noise Ratio















6 Remerciements

Comme le veut la tradition, je vais tenter de satisfaire au difficile exercice de la page des
remerciements, peut-être la tâche la plus ardue de ce travail. La difficulté tient plutôt dans le fait
de n'oublier personne. C'est pourquoi, je remercie par avance ceux dont le nom n'apparaît pas
dans cette page et qui m'ont aidé d'une manière ou d'une autre.
La première personne que je tiens à remercier est Mr. François Langevin, mon chef, qui a
su me laisser la liberté nécessaire à l'accomplissement de mes travaux, tout en y gardant un œil
critique et avisé. Nos continuelles oppositions, contradictions et confrontations ont sûrement été
la clé de notre travail commun.
Je tiens à remercier aussi Pr. Francis Brunelle. Il sait, invente, transmet; il écoute,
comprend, tempère. Il a toujours montré de l'intérêt pour mon travail et répondu à mes
sollicitations lorsque le besoin s'en faisait sentir. J'espère que ce travail sera un remerciement
suffisant au soutien et à la confiance sans cesse renouvelée dont il a fait preuve en mon égard.
Je remercie tous particulièrement Mr. Ayham Darwich qui a été la première personne à
m’aider à interagir avec une machine IRM et de plus m’a donné le courage et le support
scientifique tout au long de la période du stage. Egalement je remercie Olivier, Céline et Laurent
du service d’imagerie pédiatrique de l’hôpital Necker qui m’ont donné une mini-formation pour
travailler sur la machine d’IRM et qui ont contribué à cette étude avec toute leur aide et leurs
conseils pour réaliser les acquisitions sur les patients volontaires. Je remercie aussi l’équipe de
CIMA et plus particulièrement Hassan et Christine qui avec eux j’ai beaucoup appris dans une
ambiance enrichissante et sympathique
Je tiens à remercier aussi la société GE Healthcare qui nous a donné la permission pour
faire un travail de recherche avec une de leur machines installées à l’hôpital Necker. Pour Mlle
Muriel Perrin de GE Helthcare je dis aussi Mercie pour leur soutien scientifique et son intérêt et
suivi du travail.











7 Introduction

L’onde de pression qui se propage à chaque contraction dans l’arbre artériel, reflète les
propriétés biomécaniques des vaisseaux. En particulier, on admet aujourd’hui que la vitesse de l’onde
de pression (VOP) est d’autant plus élevée que les artères sont rigides [9]. Depuis quelques années,
les recherches s’orientent vers l’extraction d’informations hémodynamiques de ce type à partir
d’images médicales, en particulier d’IRM. La littérature rapporte des estimations de la VOP sur des
arbres artériels longs tel que l’aorte [5]. Une estimation locale de la VOP permettrait de connaitre un
indice d’élasticité d’un vaisseau particulier et par conséquent d’avoir une information fonctionnelle
clinique en complément des modalités d’imagerie.
Nous avons donc étudié une nouvelle méthode de détermination de la vitesse d’onde de
pression s’appuyant sur une séquence d’acquisition d’images IRM ultra-rapide et de résolution
temporelle élevée (150 images/cycle cardiaque), des séquences d’écho de gradient synchronisées avec
les battements cardiaques sur deux plans de coupes séparés d’une distance de 4 cm environ. Non
invasive, n’entraînant pas de perturbation au niveau du site de mesure, non opérateur-dépendante,
l’intérêt de cette méthode pour la mesure de la VOP est de permettre également une mesure locale
avec une distance inter coupes très réduite.
Cette méthode estime dans un premier temps les variations de surface d’une artère au cours de
la pulsation cardiaque, puis le délai caractérisant le passage de l’onde de pression. Nous présenterons
brièvement les matériels et méthodes puis les différentes acquisitions ainsi que l’algorithme de
segmentation de la surface pulsatile et les méthodes d’estimation de délai. Des acquisitions sur 13
patients ont réalisées afin d’optimiser la séquence et de calculer la VOP. Nous discuterons la
précision de l’estimation et les sources d’erreur qui affectent la mesure de la VOP puis les
différentes techniques développées afin d’en limiter l’influence.
Ce rapport contient 3 chapitres :

- Premier Chapitre : présente les organismes qui ont contribué à ce travail, le GE
Healthcare, le CIMA et l’hôpital Neckers. L’état de l’art et la problématique, ainsi qu’une partie de
biologie sur les artères carotides et une bibliographie de la VOP seront aussi abordés.

- Deuxième Chapitre: dans ce chapitre nous présenterons de A à Z les matériels et les
méthodes qui sont à la base de la mesure de la vitesse de l’onde de pression.

- Troisième Chapitre: les résultats obtenus ainsi qu’une discussion sur ces résultats y
seront enfin présentés.

8 Chapitre 1 - Environnement de travail,
État de l’art et problématique

A. Environnement du travail

1. Centre d’Imagerie Médicale Avancée (CIMA)

Ce stage s’est déroulé en partie au sein d’un des laboratoires de l’unité CNRS UMR 6600
de l’Université de Technologie de Compiègne. Ce laboratoire est situé dans les locaux du CIMA,
à proximité du Centre Hospitalier Général (CHG) de Compiègne, et est sous la responsabilité de
M. François LANGEVIN, enseignant chercheur de l’UTC.
Le CIMA est un Groupement d’Intérêts Economiques inauguré en 1991 et géré par les
trois partenaires suivants :
1- Le C.H.G. de Compiègne,
2- La Polyclinique Saint Côme,
3- L’Université de Technologie de Compiègne (via l’association Gradient).
L’intérêt principal d’un tel plateau technique réside dans les nombreux échanges de
connaissances entre spécialités (recherche, médecine…). Ce groupement d’institutions a permis
en outre l’achat groupé de matériels permettant la réalisation d’examens diagnostiques de type
anatomiques (IRM) et fonctionnels (Médecine Nucléaire).
Une coopération avec GEMS est née depuis le renouvellement de l’IRM (2000). Le
constructeur a choisi le site du CIMA comme site de démonstration à l’échelon européen, dotant
le service de logiciels et versions matérielles d’IRM les plus récents et a appuyé des projets
d’étude et de développement commercial.
Le CIMA offre des opportunités au sein de l’UTC, à la fois pour l’enseignement en ayant
un accès aux équipements lourds d’imagerie médicale pour ses étudiants, et pour mener des
activités de recherche. Celles-ci ont été centrées sur l’imagerie vasculaire (micro vasculaire et
gros vaisseaux), le comportement mécanique des artères, la caractérisation des tissus cérébraux
et l’étude paramétrique du T1 au niveau cérébral.
2. Hôpital Necker-Enfants malades

1L’hôpital Necker-Enfants malades est l’un des hôpitaux de l’AP-HP , certifié en
02/08/2002, un hôpital universitaire comportant des services pour enfants (380 lits) et pour
adultes (187 lits) ainsi que 76 places d’hospitalisation de jour. Il y existe 861 personnels
médicaux et 2839 non médicaux. Son budget d’investissement est de 145 M€ et celui
d’exploitation est de 277 M€.

1
Assistance publique – Hôpitaux de Paris, l’AP-HP regroupe 46 hôpitaux qui forment les 4 GHU (Groupement
Hospitalier Universitaire : GHU Nord, GHU Sud, GHU Est, GHU Ouest).

9 Necker-Enfants Malades développe des activités de diagnostic et de prise en charge des
pathologies lourdes et/ou rares et regroupe sur un même site des activités très spécialisées dans
un environnement médico-technique et de recherche particulièrement complet.
Engagé dans un processus permanent d’amélioration de la qualité, le groupe hospitalier
Necker-Enfants Malades poursuit la mise en œuvre de son programme d’actions. Les résultats de
la procédure d’accréditation lui permettent de hiérarchiser ce programme et de le traduire en
actions prioritaires. Le groupe hospitalier Necker-Enfants Malades est le cinquième
établissement de l’AP-HP à être accrédité après les hôpitaux Beaujon, Paul Brousse, Saint-Louis
et Bichat-Claude Bernard.
Le service d’imagerie à l’hôpital Necker comporte plusieurs médecins de spécialités
diverses, des radiologues, des manipulateurs et des infirmières. Ce service est équipé de deux
machines CT-Scan et une machine d’IRM. La machine d’IRM est l’HDX 1.5 Tesla de GE
Healthcare. Cette machine est équipée de plusieurs antennes (antenne de tête, antenne cardiaque,
antenne neurovasculaire). Nous avons utilisé l’antenne neurovasculaire pour réaliser notre
séquence sur des patients volontaires puisque cette antenne couvre notre région d’intérêt (le cou).

Figure 0 1.1 - HDX signa 1.5 de GE Healthcare

3. General Electric Healthcare

General Electric Medical Systems (GEMS) est une filiale de General Electric,
représentant 5 % du groupe. Elle possède un chiffre d'affaires, pour l'année 2000, de 7 Milliards
de $ et est le leader mondial dans le domaine de l'imagerie médicale. Elle propose une gamme
complète d'équipements, d'accessoires et de services pour le secteur de la santé.
Acteur majeur en France, GEMS conçoit, produit et commercialise des systèmes
d'imagerie par résonance magnétique (IRM), de scanographie, d'imagerie et de monitorage
cardio-vasculaire, de mammographie, de radiologie, des systèmes dédiés à la médecine nucléaire

10

Soyez le premier à déposer un commentaire !

17/1000 caractères maximum.