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2014
Auteur : Sonia AIT-DJAFER
L3 Ingénierie Biomédicale
Encadrée par : Gabriela HOSSU
Expert IRM – Chef de Projet
Responsable universitaire : Pierre VARIS
Responsable du CIC IT : Jacques
FLEBINGER
Stage effectué au sein du CIC-IT du 24
Rapport de Stage : Le Contrôle Qualité en IRM
Contrôle Qualité en Imagerie par Résonance Magnétique
Sonia AIT DJAFER Université Henri Poincaré – Faculté de Médecine
2
Sommaire
Sommaire.............................................................................................................. 2
Remerciements ................................................................................................. 4
Liste d’abréviations .......................................................................................... 5
Introduction ..................................................................................................... 6
Le cadre du stage ............................................................................................ 7
I) Le contexte .................................................................................................. 7
II) Présentation de l’organisme d’accueil ..................................................... 8
1. Le Centre Hospitalier Universitaire de Nancy.................................................................... 8
2. Le CIC-IT : Le Centre d’Investigation Clinique - Innovation Technologique ................ 9
3. L’IADI : Le Laboratoire « Imagerie Adaptative, Diagnostique Interventionnelle » .... 11
Le projet de stage .......................................................................................... 12
I) L’objectif de mon stage ........................................................................... 12
II) Contrôle qualité de l’IRM 1,5T du CHU de Brabois sur l’année 2013
12
1. Généralités sur le contrôle qualité ..................................................................................... 12
2. Réglementation .................................................................................................................... 12
III) Matériel et Méthodes ............................................................................... 13
1. L’IRM 1.5T .......................................................................................................................... 13
2. Le Fantôme ACR (American College of Radiology) ........................................................ 14
3. L’acquisition d’images ........................................................................................................ 16
4. Système de sauvegarde des images .................................................................................... 17
5. Type de coupes ..................................................................................................................... 17
6. Les métriques du contrôle qualité ...................................................................................... 18
Contrôle Qualité en Imagerie par Résonance Magnétique
Sonia AIT DJAFER Université Henri Poincaré – Faculté de Médecine
3
7. Deux méthodes d’extraction des métriques : Matlab et Plugin JAVA ........................... 19
IV) Résultats de l’étude .................................................................................. 20
1. Bilan des mesures de l’IRM 1,5 T sur l’année 2013 ......................................................... 20
1.1. Stabilité du champ magnétique..................................................................................... 21
1.2. Système de transmission et de réception RF ................................................................. 22
1.3. Rapport signal sur bruit ................................................................................................. 25
1.4. Précision géométrique ................................................................................................... 25
1.5. Précision de l’épaisseur de coupe .................................................................................. 26
2. Comparaison des outils matlab et plugin JAVA............................................................... 26
V) Conclusion et perspective ........................................................................ 28
1. Conclusion scientifique ....................................................................................................... 28
2. Perspective ........................................................................................................................... 29
Conclusion Personnelle ................................................................................ 29
Bibliographie................................................................................................... 30
Annexe ............................................................................................................. 33
Annexe 1 : ..................................................................................................................................... 33
Annexe 2 : Protocole d’acquisition ............................................................................................ 34
Résumé ............................................................................................................ 36
Abstract ........................................................................................................... 36
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Remerciements
Je souhaite tout d’abord exprimer ma profonde reconnaissance envers Monsieur Jacques
FELBLINGER, qui m’a chaleureusement accueilli au sein de son établissement et fait confiance lors
de ces deux mois. Je le remercie pour ses précieux conseils et sa bienveillance à mon égard, ainsi que
de m’avoir offert l’opportunité de participer au séminaire 2014 parmi les membres de son équipe.
Je voudrais également exprimer mes remerciements sincères à Gabriela HOSSU, ma tutrice qui m’a
guidé et beaucoup appris lors de ce premier stage professionnel. Je la remercie pour ses précieux
conseils et commentaires qui m’ont rendu de plus en plus rapide et efficace au fur et à mesure de cette
expérience enrichissante.
J’adresse un remerciement particulier à Anou SEWONU, expert en contrôle qualité en IRM dont j’ai
suivi les travaux de thèse et qui a partagé de son temps par le biais d’explications précieuses et de
conseils à mon égard, pendant toute la durée du stage.
Je tiens à remercier l’équipe de manipulateurs radio, ainsi qu’Anna SIMLER pour leur pédagogie lors
des contrôles qualités du mardi. Leur patience et leurs explications précises sur les manipulations,
m’ont permis d’être rapidement à l’aise dans mon rôle, et d’apprendre un maximum sur cette
fabuleuse machine qu’est l’IRM.
Merci à Julie POUJOL pour sa proximité et sa gentillesse, ainsi qu’à toute l’équipe informatique pour
leur disponibilité et leur collaboration dans mon projet lors de la conception du plugin dédié au
contrôle qualité.
Pour finir, je souhaite remercier l’ensemble de l’équipe du CIC-IT et du laboratoire IADI pour leur
accueil chaleureux et leur bonne humeur communicative. Ce fut un plaisir d’avoir la chance d’être
accueillie parmi une équipe soudée et brillante. Les divers projets dans l’innovation technologique et
la recherche m’ont ouvert l’esprit et inspirée dans mon avenir professionnel. Merci à tous pour cette
fabuleuse expérience.
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Liste d’abréviations
CHU : Centre Hospitalier Universitaire
CIC-IT : Centre d’Investigation Clinique et d’Innovations Technologiques
CV : Coefficient de Variation
CQ : Contrôle Qualité
DHOS : Direction des Hôpitaux
IADI : Imagerie Adaptative Diagnostique et Interventionnelle
INSERM : Institut National de la Santé et de ma Recherche Médicale
IRM : Imagerie par Résonance Magnétique
Ppm = Partie par millions
RF : Radio Fréquence
RMN : Résonance Magnétique Nucléaire
T : Tesla, unité de mesure du champ magnétique
UHP : Université Henri Poincaré
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Introduction
Au début des années 1990, la société américaine de radiologie (ACR : American College of
Radiology) a fait des travaux permettant d’attester des performances d’imageurs à résonance
magnétique.
En effet, les imageurs magnétiques peuvent produire des images de mauvaise qualité et donc
influencer négativement le diagnostic médical. C’est pourquoi il a été nécessaire de mettre en œuvre
un contrôle de qualité approfondi et régulier. Cela permet de veiller au maintien dans le temps des
performances de l’imageur, d’améliorer la qualité des images et d’assurer une meilleure exploitation
de la machine.
Anou SEWONU, ancien doctorant du laboratoire a travaillé sur le contrôle qualité (CQ) en Imagerie à
Résonance Magnétique, en développant notamment l’analyse automatique des images issues du
contrôle qualité ACR. Il a créé un programme Matlab® afin d’automatiser la procédure, et de réduire
le temps du contrôle tout en restant fidèle au protocole d’origine qui se basait sur l’analyse manuelle.
Son programme automatisé est présenté dans sa thèse soutenue en 2014 intitulée « Développements
méthodologiques et techniques pour le contrôle qualité en IRM » a servit de modèle pour le suivi du
contrôle qualité.
De plus, afin d’être plus accessible et diffusable pour les utilisateurs concernés, les informaticiens du
CIC-IT, sous la directive principale de Emilien MICARD, ont élaboré un plugin JAVA, le plus fidèle
possible au programme Matlab®.
Mon travail lors de ce stage a été d’une part de comprendre et d’effectuer moi-même le contrôle
qualité en IRM, d’apprendre les bases de ce dispositif médical, et enfin d’exploiter les images issues
du CQ.
Cela m’a permis d’effectuer un bilan des mesures sur l’année 2013 de l’IRM 1,5 T du CHU de
Brabois. Le but final étant de vérifier que le dispositif médical est conforme aux normes exigées.
Mon second travail étant de vérifier l’équivalence des outils Matlab® et JAVA lors du contrôle
qualité.
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Le cadre du stage
I) Le contexte
La Faculté de Médecine de Nancy accueille le plus important effectif du secteur santé de tout l'Est
de la France. Elle assure la formation de toutes les spécialités médicales, chirurgicales et biologiques,
ainsi que les formations en Licence, Master et Doctorat des secteurs paramédicaux. Ces formations
visent à obtenir des diplômes universitaires et la préparation aux diplômes des professions
paramédicales. La licence Ingénierie de la Santé s’inscrit dans cet environnement.
Actuellement en troisième année d’Ingénierie la Santé option « Ingénierie Biomédicale », j’ai eu
pour projet d’effectuer un premier stage dans le milieu professionnel hospitalier. Cette expérience
s’étend sur 8 semaines de 35 heures chacune, s’étendant du 24 mars 2014 au 16 mai 2014. La finalité
de ce projet étant l’obtention de mon premier diplôme à la suite de ma soutenance se déroulant le 02
juin 2014.
L’intérêt d’un tel stage est d’apporter une expérience de terrain sur un travail théorique au sein de
mon parcours, de manière à conforter mon ambition au sein de ma filière, et de me forger une
expérience enrichissante qui me permettra d’aborder mes prochains stages avec d’avantage
d’assurance, pour pouvoir prétendre au diplôme de fin d’étude.
Faculté de médecine de Nancy
Rattachée par convention au Centre Hospitalo-Universitaire et à l'Université Henri Poincaré, avec
plus de 7000 étudiants et plus de 250 enseignants chercheurs titulaires, la faculté de Médecine
contribue à la richesse et au dynamisme de la région Lorraine à travers les coopérations
transfrontalières.
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II) Présentation de l’organisme d’accueil
1. Le Centre Hospitalier Universitaire de Nancy
CHRU de Nancy - site de Brabois
Cet établissement est constitué de 5 sites ayant chacun une fonction spécifique :
L’hôpital Central a été créé en 1883, il dispose d’un nouveau pôle de neurologie depuis 2009
ainsi que de nombreux services dont la médecine interne, la réanimation, le service des
urgences, la chirurgie orthopédique, traumatologique…
L’hôpital Saint-Julien inauguré en 1900 et le centre Saint –Stanislas fondé en 1993 sont des
unités de soins de longue durée.
Sur le site Brabois, deux entités se distinguent : l’hôpital d’adulte crée en 1973 et l’hôpital
d’enfants ouvert en 1982. L’institut Lorrain du cœur et des vaisseaux Louis Mathieu et le
bâtiment Philippe Canton ont été inaugurés en avril 2010, ils s’accompagnent de la fermeture
de l’hôpital Jeanne d’Arc à Dommartin les Toul.
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2. Le CIC-IT : Le Centre d’Investigation Clinique - Innovation Technologique
La tour Drouet au CHU de Brabois
Le Centre d’Investigation Clinique - Innovation Technologique (CIC-IT) a été créé en 2007 par le
professeur Jacques FELBLINGER, son directeur actuel.
Le centre où j’ai effectué mon stage se trouve au 4ème
étage de la tour Drouet au CHU de Brabois.
L’origine de ces centres a été instaurée en 1992, par l’Institut National de la Santé et de la Recherche
Médicale (INSERM) et le ministère de la santé par le biais de la Direction de l’Hospitalisation et de
l’Organisation des Soins (DHOS).
Leur objectif premier est de faire évoluer la recherche clinique dans les Centres Hospitalo-
Universitaires (CHU) d’associer les soins aux innovations techniques, médicales et diagnostiques. Il se
situe dans les mêmes locaux que le laboratoire IADI.
Il faut savoir que le CIC-IT et le laboratoire IADI travaillent en collaboration sur la recherche avant
d’entreprendre des recherches cliniques.
Le contrôle qualité, dans le cadre de mon stage, a été encadré par le CIC-IT.
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Direction
Jacques Felblinger Coordonnateur
Marine Beaumont
Coordonnatrice déléguée
Céline Fournier
Assistante de Direction
Nathalie Forin
Assistante Administrative
Claire Large
Responsable Qualité et Affaires Réglementaires
Projet
Marine Beaumont
Expert IRM
Chef de projet
Marie-Anaïs Petit
Elève ingénieur
Gabriela Hossu
Expert IRM
Chef de projet
Anna Simler
Manipulatrice radio (coordonnatrice)
Aboubaker Cherifi
Chef de projet
Fabienne Antoine
Ass de Rech Clinique
Cédric Pasquier
Expert IRM
Chef de projet
Samuel Blanc
Elève Ingénieur
Thérèse Barbier
Doctorante
Support Projet
Damien Husson
Responsable système d’information
Emilien Micard
Responsable développement logiciel
Romain Cendre
Développeur
Marc Fauvel
Elève Ingénieur
Organigramme CIC-IT – 01/01/2014
Médecins Conseils
Pr. Michel Claudon
Pr. Marc Braun
Pr. Pierre-Yves Marie
Dr. Damien Mandry
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3. L’IADI : Le Laboratoire « Imagerie Adaptative, Diagnostique Interventionnelle »
L’un des problèmes majeurs en IRM sont les artéfacts liés aux mouvements volontaires et
involontaires du patient. Le laboratoire IADI travaille sur la recherche fondamentale, il développe le
concept d’imagerie adaptative afin d’améliorer la qualité des images recueillies et de fiabiliser le
diagnostic.
Les domaines d’application de ce type d’imagerie sont la cardiologie, la néphrologie, la neurologie et
l’hépatologie.
En recherche fondamentale, les études s’effectuent essentiellement sur des objets tests. Une fois
l’obtention de résultats corrects, le CICI-IT et le laboratoire IADI travaillent en collaboration sur la
recherche translationnelle. Leur objectif est d’amener le projet vers la recherche clinique.
Organigramme de l’IADI
Le CIC-IT de Brabois n’est pas le seul représentant en France. En effet, ceux-ci recouvrent toute une
partie de la carte. (Annexe 1)
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Le projet de stage
I) L’objectif de mon stage
Dans un premier temps, mon travail consiste à faire le bilan des mesures de l’année 2013. Pour
le suivi longitudinal des performances de l’IRM 1,5 Tesla du CHU de Brabois.
Dans un second temps, j’effectuerais une étude ancillaire, afin de comparer l’outil Matlab et
l’outil JAVA, tout deux utilisés dans le contrôle qualité.
II) Contrôle qualité de l’IRM 1,5T du CHU de Brabois sur l’année
2013
1. Généralités sur le contrôle qualité
Le principe général d’un contrôle qualité est le suivi des performances d’un dispositif. Par
exemple, le contrôle technique d’une voiture nous permet de vérifier qu’elle est conforme à des
normes définies et permet au consommateur d’avoir confiance en son véhicule.
Dans le cadre de mon stage, l’appareillage contrôlé est un dispositif médical : l’IRM. Ce dispositif
possède un système de transmission et de réception de signal qui permet de créer une image.
On distingue contrôle de qualité interne (exploitant ou prestataire) et le contrôle qualité externe
(organisme indépendant de l’exploitant, du fabricant et de celui qui assure la maintenance du
dispositif). Pour le travail décrit ici, nous nous situons dans le contrôle qualité interne.
2. Réglementation
Le contrôle qualité en France suit des obligations et interdictions strictes dans le cadre des dispositifs
médicaux :
Pour la mise sur le marché de dispositifs médicaux il faut un certificat attestant les
performances établi par le fabriquant lui-même ou des organisations de certifications désignés
par l’autorité administrative.
Obligation médicale de moyens qui sont évalués en fonction des données acquises de la
science qui supposent un savoir-faire et une instrumentation conforme à l’avancement des
techniques.
Obligation de signalement d’incident (ayant entrainé ou susceptible d’entrainer la mort ou la
détérioration grave de l’état de santé d’un patient, d’un utilisateur ou d’un tiers). Signalement
possible si le dispositif médical fait l’objet d’un bilan de performances et d’un suivi régulier.
La maintenance d’un dispositif médical correspond à l’activité destinée à maintenir ou à
rétablir un dispositif médical dans un état ou dans les conditions données de sureté de
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fonctionnement pour accomplir une fonction requise (conditions fixées entre le fabriquant ou
le fournisseur de tierce maintenance de l’exploitant).
Le contrôle qualité d’un dispositif médical correspond à l’ensemble des opérations destinées à
évaluer le maintien des performances revendiquées par le fabriquant ou par le directeur de
l’Agence Française de Sécurité Sanitaire des Produits de Santé.
Les dispositifs médicaux nécessaires à la production et à l’interprétation des images de
radiodiagnostic sont soumis à la triple obligation de maintenance de contrôle qualité interne et
externe à partir du 01/01/2004 pour les nouveaux dispositifs et à partir du 01/01/2005 pour les
anciens.
L’exploitant doit tenir un registre dans lequel sont consignés toutes les opérations de
maintenance et de contrôle qualité interne ou externe.
Conformément à l’article L 665-3 du code de la santé publique paru au JO du 19 janvier 1994 et de la
norme NF 46 002, les appareils d’IRM sont des « dispositifs médicaux ». Ils sont donc concernés par
l’obligation de suivi imposée par le décret 2001-1154 du 5 décembre 2001. Tout chef d’établissement
de santé se doit de « définir et mettre en œuvre une organisation destinée à s’assurer de l’exécution de
la maintenance et du contrôle de qualité interne ou externe des dispositifs médicaux ».
III) Matériel et Méthodes
1. L’IRM 1.5T
Le principe général du contrôle qualité est le suivi des performances d’un dispositif. Or, la
performance est en lien direct avec l’utilité du dispositif. Dans le cadre de notre étude, il s’agit d’un
appareil médical : l’IRM 1,5 Tesla du CHU de Brabois pendant 52 semaines, soit tout au long de
l’année 2013.
Quelques notions de bases sur l’Imagerie à Résonance Magnétique (IRM) sont nécessaires à la
compréhension du contrôle qualité :
L’IRM nécessite un champ magnétique stable, mesuré en Tesla (T). Pour l’IRM étudié à
Brabois, son champ magnétique est de 1,5T soit 63 MHz.
Il faut savoir qu’il existe d’autres types de champs magnétiques : IRM 3T, IRM 5T, etc.
Ce champ magnétique est produit par un aimant puissant. La puissance du champ magnétique
permet de créer une magnétisation des tissus qui aligne les moments magnétiques des spins.
Les spins représentant l’orientation spatiale d’un atome.{Source : Wikipédia.}
Alignement des spins au sein de l’IRM, dû à l’aimant principal {extrait de l’imaios}
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Des champs magnétiques oscillants plus faibles sont appelés Radio Fréquence (RF).
Ils sont appliqués de manière à modifier l’alignement des spins et entrainent ce que l’on
appelle un phénomène de précession, qui donne un « signal électromagnétique mesurable ».
Ce signal mesurable fait partie des métriques étudiées lors du contrôle qualité.
Phénomène de précession
L’IRM est capable de localiser l’origine du signal en appliquant des gradients (champs
magnétiques non uniformes) : cela induit des « fréquences mesurables ».
Ces fréquences diffèrent selon le tissu dans lequel elles se situent.
L’IRM est basée sur l’atome d’hydrogène : il y a environ 70% d’eau dans le corps humain.
Cela signifie qu’il est impossible de voir au travers des éléments dénués d’eau dans le corps.
Pourcentage d’eau dans le corps humain {Source (3)}
Le système de transmission et réception du signal permet de créer l’image.
2. Le Fantôme ACR (American College of Radiology)
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Un “fantôme” est un objet-test qui permet d’extraire plusieurs métriques. L’intérêt d’un contrôle
qualité étant d’étudier différentes métriques (par exemple en fonction du temps).
Le Fantôme ACR
Lorsque l’on extrait les métriques d’un contrôle qualité, elles sont de deux types : il y a les métriques
qui dépendent de l’appareil (exemple du champ magnétique qui est généré par la machine) et il y a
celles qui dépendent du fantôme ACR (exemple du relevé des diamètres de l’objet, ceux-ci
représentant la précision géométrique).
Ces métriques, lorsqu’elles sont observées au cours du temps (ici, au cours de l’année 2013) ont une
interprétation directe sur les performances de l’appareil.
Le fantôme ACR n’est pas positionné tel quel dans l’IRM. En effet, il est positionné dans une antenne.
Ils’agit de l’antenne tête 8 éléments en réseau phasé de type « Bird Cage ».
Positionnement du fantôme ACR dans l’antenne tête
8 éléments en réseau phasé de type « Bird Cage »
Il s’agit d’un cylindre de plexiglas de
dimensions connues (148 mm de
diamètre, 190 mm de longueur)
Les structures et éléments que l’on
peut observer à l’intérieur du
cylindre servent directement dans
l’extraction des métriques au travers
de l’acquisition d’image.
L’acquisition d’image s’effectue
depuis un simple poste par le
personnel habilité au contrôle
qualité. Dans le cadre de notre étude,
cette action s’effectue chaque mardi.
Niveau à bulles
représenté flèche bleu,
Support représenté par
la flèche noire.
Le niveau à bulles
servant à la précision du
positionnement du
fantôme.
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Les antennes permettent l’émission d’ondes de radiofréquence et la réception du signal.
Antenne tête, antenne corps, antenne en réseau
A ce jour, il existe plusieurs configurations d’antennes dont celles en « réseau phasé » Ces dernières
peuvent être surfaciques (antenne cardiaque) ou volumiques comme l’antenne tête « 8HR Brain »
utilisée lors des acquisitions.
Pour faire simple, une antenne sert à récupérer l’énergie émagnant du proton (de l’atome
d’hydrogène). Plus une antenne est proche de l’objet cible, meilleure sera l’image. L’énergie récupérée
par l’antenne donne l’information nécessaire à la formation de l’image.
En clair, l’énergie qui émagne du proton et qui est récupérée par l’antenne indique le temps de
relaxation c'est-à-dire le temps nécessaire pour que le proton reprenne son état stable après avoir été
dévié par les radio fréquences.
3. L’acquisition d’images
Afin de bien comprendre comment est-ce que l’on obtient l’image, voici un schéma récapitulatif en 4
étapes :
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Figure 12 : De la perturbation à l’acquisition d’image en 4 étapes
Etape 1 : Le signal provenant du corps possède des atomes d’hydrogène orientés de manière aléatoire.
Etape 2 : L’entrée du champ magnétique crée une orientation des protons Hydrogène : c’est la
magnétisation.
Etape 3 : Maintenant qu’il y a magnétisation : une stimulation RF perturbe l’alignement, c’est
l’excitation.
Etape 4 : Après excitation, on va mesurer la durée nécessaire au retour à l’équilibre. C’est la
relaxation.
L’antenne transfert les informations essentielles et nécessaires à la formation et l’acquisition de
l’image.
4. Système de sauvegarde des images
Archimed est un logiciel informatique développé par les laboratoires IADI et du CIC-IT.
ArchiMed est une solution intégrée pour le stockage et la gestion des données de recherche.
Totalement intégré à l’environnement clinique (IRMs, Scanners, PACS, ...), ce logiciel permet
l’archivage sécurisé de tous type de données, le contrôle qualité et la connexion avec les outils de
recherches.
Il possède entre autre une base de données répertoriant tous les contrôles qualité au cours de l’année
2013 de l’IRM 1,5T. C’est à partir de la base de données Archimed3 qu’il a été possible d’extraire
l’ensemble des mesures nécessaires au rapport.
5. Type de coupes
L’IRM effectue différentes coupes suivant un protocole spécifique. Dans le cadre du contrôle qualité,
le protocole indique une coupe sagittale du fantôme ACR (afin de repérer le positionnement du
fantôme) puis 11 coupes axiales, et répétition de ces 11 coupes axiales (le but étant le calcul du SNR).
Contrôle Qualité en Imagerie par Résonance Magnétique
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Voici ci-dessous, la visualisation des coupes acquises :
Images du fantôme ACR pour les mesures du contrôle qualité. (a) Image sagittale de localisation
montrant les 11 coupes axiales (slices positions) et les cales de repérage (wege). (b) Image des 11
coupes axiales.
Dans le but d’étudier la technique de mesure du SNR pour laquelle le niveau de bruit est estimé
suivant la différence d’images, la série d’images axiales est acquise deux fois. La durée totale des trois
acquisitions est donc de 5 minutes et 28 secondes.
6. Les métriques du contrôle qualité
Présentation des résultats Limites de tolérance
Moyenne : moyenne des valeurs mesurées sur la
période de test
Limite ACR : Recommandation de la société
savante de radiologie ACR
Seuil pour une action corrective Ecart-type : dispersion des valeurs mesurées
pendant la période de test
Coefficient de variation : variation relative de
mesures (100*ecart/moyenne)
Paramètres de qualité mesurés Méthodologie Limites
Stabilité du champ
magnétique
Relevé hebdomadaire de la
fréquence centrale (FC) de
résonance.
Calcul de la variation des
mesures par régression linéaire
Limite imposée par la
stabilité constructeur :
<2,4ppm*Fc
Soit : 153Hz à 1,5T
Rapport signal sur bruit Signal : intensité dans une
région d’intérêt au centre de
Limites spécifiques : à
définir après une
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l’image
Bruit : différence de deux
images acquises dans les mêmes
conditions
période de 30 mesures
Précision géométrique Mesure de la longueur du
fantôme
Mesure des diamètres du
fantôme dans les directions de
codage de phase et de fréquence
Comparaison avec les
dimensions réelles
Limite ACR : +/- 2mm
Limites spécifiques :
+/- 0,5% de moyenne
des mesures
Précision de l’épaisseur de
coupe
Méthode des rampes de signal Limite ACR : +/- 5%
de la moyenne des
mesures
7. Deux méthodes d’extraction des métriques : Matlab et Plugin JAVA
Programme Matlab : élaboré par Anou SEWONU dans le cadre de la thèse « le Développements
Méthodologiques et Techniques pour le Contrôle Qualité en Imagerie par Résonance Magnétique ».
A partir de l’ouvrage manuel de contrôle qualité de l’American College of Radiology, Anou
SEWONU a automatisé le contrôle qualité manuel en créant entièrement un programme sur Matlab.
Le programme d’analyse d’images spécifiques au CQ écrit en langage Java, est intégré dans ArchiMed
sous forme d’un plugin.
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Plugin JAVA (disponible via Archimed3) : développé par Emilien MICARD et coll.
J’effectue l’analyse des mêmes données selon deux méthodes (la version plugin et le programme
matlab).
En parallèle de ces objectifs principaux, il m’a été donné la tache de continuer le suivi du
contrôle qualité de l’IRM 3T de Brabois pendant deux mois. D’où les détails de la procédure du
contrôle. J’ai effectué par moi-même les acquisitions sur l’année 2014 du 24 mars au 16 mai chaque
mardi matin.
IV) Résultats de l’étude
1. Bilan des mesures de l’IRM 1,5 T sur l’année 2013
Bilan annuel sur l’année 2013
Références de l’IRM :
Marque : Général Electric GE
Intensité du champ : 1,5 Tesla
Adresse : CHU de Nancy Brabois –
54511 Vandoeuvre-lès-Nancy
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1.1. Stabilité du champ magnétique
Valeur théorique en Hz 63 855 000
Valeur relevée en Hz
(moyenne +/- écart type)
63 870 643,2 +/- 2,36E-05
Variation de la fréquence de
l’aimant
Ecart maximal Limite constructeur
102 Hz
153 Hz
Commentaires :
Sur cette période de mesure, l’écart maximal relevé pour la fréquence de l’aimant résonance est de 102
Hz. La stabilité évaluée à partir de l’écart maximal des valeurs de fréquence de l’aimant durant l’année
2013 est de 1,59 ppm soit une variation de 0,03 ppm/semaine. Cette variation peut être extrapolée à
0,02 ppm/jour. Cette valeur satisfait à la spécification du constructeur qui indique une limite
supérieure de 2,4 ppm/jour.
Sur l’année 2013, la stabilité du champ magnétique de cet IRM satisfait aux spécifications du
constructeur.
Information complémentaire :
Conversion entre ppm et fréquence en Hertz :
Ppm = (fréquence de l’aimant de résonance(Hz) / fréquence moyenne(Hz)) *10E6
=(102/63870643,2)* 10E6= 1,59 ppm
Par semaine : 1,59/43= 0,036 ppm/semaine
Par jour : 0,036/7=0,0053 ppm/jour
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La courbe représentant la fréquence centrale de résonance en fonction du temps diminue en fonction
du temps. Son coefficient de variation est de -5E-08.
On remarque que le R² = 0,4517 indique que des valeurs s’écartent de la droite, celle-ci doit dans
l’idéal se rapprocher un maximum de R² = 1.
Cependant, les valeurs sont conformes à la limite du constructeur, nous pouvons ainsi considérer que
ces variations ne sont pas significatives.
1.2. Système de transmission et de réception RF
Moyenne +/- écart-
type
Coefficient de
variation (écart type /
moyenne)
Ecart maximal
Gain de transmission
RF (U.A.) ‘TG’
136,49 +/- 5,19
0,0380 soit 3,80% 16
Gain de réception
analogique (U .A.)
‘R1’
12,95 +/- 0,21
0,0164 soit 1,64%
1
Gain de réception
numérique (U.A.)
‘R2’
14 +/- 0
0 soit 0,00% 0
Commentaires :
Le gain de transmission RF reflète le fonctionnement de la transmission des impulsions d’excitation et
celui de l’amplificateur RF. Le faible coefficient de variation (<5%) de ce paramètre indique un
fonctionnement très stable de ce système.
Les deux gains de réception sont des indicateurs des performances de la réception du signal. Leur
stabilité temporelle indique celle du système de réception.
y = -5E-08x + 64,797 R² = 0,4517
63,87056
63,87058
63,8706
63,87062
63,87064
63,87066
63,87068
63,8707
63,87072
Fré
qu
en
ce c
en
tral
e d
e
Année 2013
Fréquence en fonction du temps
Série1
Linéaire (Série1)
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En observant l’évolution du gain de transmission en fonction du temps, on remarque une forte
augmentation du gain de transmission avec deux paliers différents.
Normalement, le gain de transmission est une métrique considérée comme étant stable en fonction du
temps.
C’est la raison pour laquelle nous allons travailler sur les données et calculer leurs coefficients de
variations de manière séparée.
Première période : du 04/01/2013 au 02/08/2013
Seconde période : du 23/08/2013 au 27/12/2013
Moyenne Ecart-type CV=écart/moyenne
Période 1 133,04 1,34 1,01%
Période 2 142,31 3,86 2,71%
Maximum Minimum Ecart maximum
Période 1 138 131 7
Période 2 144 128 16
On remarque que deux points ‘‘aberrants’’, on effectue alors les mêmes calculs en les négligeant.
Obtention du graphique suivant :
126
128
130
132
134
136
138
140
142
144
146
TG
Année 2013
Gain de Transmission en fonction du temps
Série1
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Après modification, j’obtiens le graphique suivant :
Ainsi que les résultats suivants :
Moyenne Ecart-type CV=écart/moyenne
Période 1 132,84 0,92 0,69
Période 2 143,26 0,59 0,41
Maximum Minimum Ecart maximum
Période 1 135 131 4
Période 2 144 142 2
130
132
134
136
138
140
142
144
146
20130000 20130200 20130400 20130600 20130800 20131000 20131200 20131400
TG
Année 2013
TG en fonction du temps
Série1
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Commentaires :
Le gain de transmission RF reflète le fonctionnement de la transmission des impulsions d’excitations
et celui de l’amplificateur RF. Le faible coefficient de variation (<5%) de ce paramètre indique un
fonctionnement très stable de ce système.
Les deux gains de réception sont des indicateurs des performances de la réception du signal. Leur
stabilité temporelle indique celle du système de réception.
Remarque : Cette interprétation est valable pour les valeurs globales, ainsi que les valeurs des deux
périodes étudiées séparément, et que les valeurs séparées sans les deux points aberrants.
On peut supposer qu’il y a eu un travail de maintenance entre le 02/08/2013 et le 23/08/2013. Ceci
expliquerait le changement brusque des valeurs du gain de transmission.
1.3. Rapport signal sur bruit
Contrôle qualité de type hebdomadaire (tous les mardis)
Valeur mesurée (U.A.) 161 +/- 4
Coefficient de variation 2,4%
Limite spécifique (A.S.) +/- 25 U.A. soit +/- 16%
Les limites spécifiques de cette métrique n’ont pas été atteintes.
Sur l’année 2013, l’évolution du rapport signal sur bruit des images de cet IRM est satisfaisante.
1.4. Précision géométrique
Diamètre (mm) –
direction de
fréquence ou A/P (X)
Valeur réelle Valeur mesurée
(moyenne +/- écart-
type)
Coefficient de
variation
190 189,28+/- 0,71 0,31%
Limites de tolérance Spécifiques ACR
+/-0,5% soit +/- 0,95mm +/-2mm
Diamètre (mm) –
direction de phase ou
R/L (Y)
Valeur réelle Valeur mesurée
(moyenne +/- écart-
type)
Coefficient de
variation
190 189,96 +/- 0,12 0,065 %
Limites de tolérance Spécifiques ACR
+/-0,5% soit +/- 0,95mm +/-2mm
Longueur (mm) –
direction de coupe (Z)
Valeur réelle Valeur mesurée
(moyenne +/- écart-
type)
Coefficient de
variation
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148 148,02 +/-0,22 0,15%
Limites de tolérance Spécifiques ACR
+/-0,5% soit +/- 0,74mm +/-2mm
Les coefficients de variation des 3 métriques (<0,2%) indiquent que les mesures sont hautement
stables sur la période de contrôle.
Dans le plan axial, l’écart absolu moyen (par rapport au diamètre réel) est inférieur à 0,5mm et les
deux seuils n’ont pas été atteints. Dans la direction z, l’écart absolu moyen (par rapport à la longueur
réelle) est sensiblement inférieur à 0,5.
1.5. Précision de l’épaisseur de coupe
Epaisseur de coupe (mm)
Valeur prescrite Valeur mesurée (moyenne +/- écart-
type)
Coefficient de variation
5 4,98 +/- 0,07 1,52%
Limites de tolérance Spécifiques ACR
+/- 5,3% soit +/- 0,27mm +/- 0,07 mm
Commentaires
Le coefficient de variation montre une bonne stabilité temporelle des mesures. L’écart absolu (par
rapport à la prescription de 5 mm) est en moyenne inférieure à 0,05 mm ce qui traduit une excellente
fidélité. Les mesures restent dans les limites spécifiques définies par AS et celles de l’ACR.
Informations complémentaires
L’épaisseur de coupe est souvent affectée par des distorsions des impulsions RF. Le système
d’émission RF (amplificateur RF, commutation des impulsions, antenne émettrice) peut être en cause.
Une mauvaise calibration et/ou commutation des gradients peut également causer des problèmes
d’épaisseur de coupe.
L’IRM 1,5T est conforme aux normes légales sur l’année 2013
L’écart entre les résultats théoriques et expérimentaux respecte les limites imposées par ACR.
2. Comparaison des outils matlab et plugin JAVA
Hypothèse : les outils matlab et JAVA ont un rapport linéaire l’un par rapport à l’autre.
L’intérêt étant de comparer directement des métriques qui ne proviennent pas des champs des images
mais bien du fantôme ACR.
On choisit un paramètre lié au fantôme ACR : la précision géométrique (longueur ACR de 190 mm).
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Afin de vérifier cela, nous allons utiliser deux méthodes :
La corrélation
Je compare les algorithmes de calcul entre matlab et le plugin java. (étude qualitative)
Commentaire :
On note un rapport linéaire entre les mesures des diamètres selon le plugin et selon matlab.
Bland Altman (procédé statistique qui sert à comparer deux outils en fonction de leurs
moyennes et de leurs différences) :
Pour cette méthode, il suffit de mettre en abscisse les moyennes entre les valeurs des diamètres de
matlab et du plugin ; et en ordonnée la différence des deux. On obtient le graphe suivant :
189,3
189,4
189,5
189,6
189,7
189,8
189,9
190
190,1
190,2
190,3
190,4
Dia
m m
atl
ab
Diam matlab (y) en fonction de diam plugin (x)
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Commentaire :
On remarque un R² très proche de zéro, cela nous confirme la linéarité entre les deux méthodes.
Calcul de régression entre les valeurs en matlab et en java (étude quantitative)
Cf : Annexe 3
V) Conclusion et perspective
1. Conclusion scientifique
Le contrôle qualité a été effectué sur le site de Brabois à l’RM 1,5T durant l’année 2013.
Pour chacun des tests contrôle qualité de la procédure de l’American College of Radiology, les
mesures se situent idéalement dans les limites ainsi définies.
D’autres grandeurs non détaillées dans cette présentation sont mesurées et répondent également aux
exigences constructeur : rapport signal sur bruit, homogénéité du bruit, uniformité des images,
précision de l’épaisseur de coupe, précision de la position de coupe, la résolution spatiale.
D’après ces tests et suivant les recommandations de l’American College of Radiology, les
performances de l’IRM GE Signa 1,5T du CHU Brabois sont normales et conviennent pour une
utilisation clinique.
La comparaison entre les outils matlab et plugin JAVA ont montré un rapport linéaire.
L’utilisation d’une méthode ou de l’autre peut maintenant être considérée comme étant équivalente.
y = 0,3068x - 57,323 R² = 0,0112
0
0,2
0,4
0,6
0,8
1
1,2
1,4
1,6
1,8
190,3 190,4 190,5 190,6 190,7
Dif
fére
nce
de
s d
eu
x o
uti
ls
moyenne des deux outils
Différence=f(moyenne)
différence diammatlab - plugin
Linéaire (différencediam matlab - plugin)
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2. Perspective
Le projet « Réalisation d’un fantôme adapté à l’IRM mammaire » est dirigé par le Professeur Jacques
FELBLINGER et l’étudiante en doctorat Julie POUJOL.
Le but est de réaliser un fantôme adapté à l’IRM mammaire. Ayant étudié le fantôme ACR et ayant
cherché des informations complémentaire dans des recherches sur l’IRM mammaire, j’ai eu la chance
de pouvoir proposer des esquisses représentant un objet test en parallèle de mon apprentissage.
Conclusion Personnelle
Ma première immersion dans le monde du travail m’a permis d’utiliser des notions telles que
la physique (pour la compréhension de l’IRM), l’informatique et les statistiques. Lors des contrôles
qualités, il m’a été donné l’opportunité de manipuler à la fois le fantôme, l’antenne et les outils de
traitement de l’image. Cela m’a responsabilisé et conforté dans mon idée de travailler dans le
biomédical.
Une société strasbourgeoise nommée ALARA travaille dans le contrôle qualité. A la suite de
mon stage, il m’est possible d’envisager de me proposer pour un poste dans leur entreprise dans le
cadre du contrôle qualité.
J’ai appris à travailler en équipe et à réaliser l’intérêt de respecter les règles de sécurité et
d’hygiène sur son lieu de travail, ainsi que des habitudes et règles de vie (telles qu’une bonne
communication) nécessaires à un quotidien harmonieux entre collègues.
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Bibliographie
(1) http://www.wikipédia.com/
(2) http://www.w-co.lu/wco_purifier_mon_eau.html
(3) http://www.imaios.com/fr
(4) http://biomedical.materialise.com/
(5) http://www.supertechx-ray.com/
(6) Projet dimitri : conception d’un fantome : http://www.u936.univ-
rennes1.fr/index.php?fichier=projets&num_projet=21053&couleur=vert
(7) Réalisation d’un fantome pour CQ en IRM ;
http://www.utc.fr/tsibh/public/3abih/12/stage/litov/index.html
(8) http://www.materialise.com/
(9) www.google.fr
Ouvrages essentiels à mon stage :
L'IRM pas à pas - Denis Hoa, Patrice Taourel, Antoine Micheau, Gérald Gahide, Emmanuelle Le
Bars
Introduction au traitement d’images LAVOISIER (Matlab)
« Basic MRI » Spin Safety
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Eurospin : by NMR (fantôme IRM)
Contrôle qualité manuel par ACR
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Annexe
Annexe 1 :
Répartition des CIC de France
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Annexe 2 : Protocole d’acquisition d’images
Pour acquérir les images, il faut double-cliquer sur le numéro du contrôle concerné dans la base de
données.
Sélectionner l’image LOC (de localisation) ainsi que les deux séries de 11 images.
Pour utiliser le plugin : Clique droit – plugin MRQC
Pour utiliser matlab : clique droit – download – enregistrer le fichier sur l’ordinateur
Pour avoir les mesures dans un classeur excel :
Pour le plugin : actualiser les données en mettant dans la barre « SELECT * FROM run r; »
Vérifier qu’il n’y a pas d’erreur : « SELECT * FROM run_errors r where FK_run_id='ID DU RUN'; »
Demander les paramètres de sortie du RUN : « SELECT * FROM pb_result p where FK_run_id='ID
DU RUN' order by FK_pb_id, FK_pb_output_id; »
Ensuite on selectionne toute la plage, clique droit – extraire – Excel.
Pour matlab : on copie-colle le programme de contrôle qualité matlab (disponible sur console)
on modifie l’identifiant par le nom du dossier enregistré préalablement, et on lance sur le
logiciel Matlab. Cela crée automatiquement un fichier excel qui possède l’ensemble des
mesures répertoriées.
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Annexe 3 :
diam plugin diam matlab moyenne (diam matlab + diam
plugin)/2
différence diam matlab - plugin
190,8809091 189,9040909 190,3925 0,976818191
191,0584727 190,0817273 190,5701 0,976745455
191,3248182 189,6376364 190,4812273 1,687181818
191,0584727 189,7264545 190,3924636 1,332018182
190,9696909 189,9040909 190,4368909 1,0656
190,8809091 189,8152727 190,3480909 1,065636364
191,0584727 189,9929091 190,5256909 1,065563609
190,7921273 189,9929091 190,3925182 0,799218182
190,8809091 190,0817273 190,4813182 0,799181818
191,1472545 190,0817273 190,6144909 1,065527273
191,2360364 189,9040909 190,5700636 1,331945455
190,8809091 189,9929091 190,4369091 0,888000009
191,0584727 190,2593636 190,6589182 0,799109091
190,8809091 189,9929091 190,4369091 0,888000009
191,2360364 189,8152727 190,5256546 1,420763673
191,0584727 189,9040909 190,4812818 1,154381818
190,7921273 190,0817273 190,4369273 0,7104
190,9696909 189,9040909 190,4368909 1,065599991
191,2360364 189,9929091 190,6144727 1,243127309
191,1472545 189,7264545 190,4368545 1,420799955
191,0584727 189,7264545 190,3924636 1,332018155
191,3248182 189,9040909 190,6144546 1,420727291
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Résumé
Ce stage s’inscrit dans le cadre du contrôle qualité en Imagerie par Résonance Magnétique
(IRM) sur un imageur clinique de 1,5 Tesla au cours de l’année 2013. Ce contrôle qualité doit
s’adapter aux services d’imagerie et à l’évolution technologique en IRM.
Il détermine si les performances de l’appareil sont normales et conviennent pour une
utilisation clinique. Deux méthodes sont actuellement utilisées dans le contrôle qualité : Matlab® et
JAVA. D’où l’importance de vérifier l’équivalence de ces deux outils.
Abstract
This work deals with Magnetic Resonance Imaging (MRI) quality control at 1,5 Tesla in 2013.
The quality control needs to order to fit the studies with the actual MRI technology and real needs of
radiology.
It determines if the performances of the device are normal and appropriate for a clinical use.
Two methods are currently used in the quality control : : Matlab® et JAVA. This is why there is the
necessity to check the equivalence of these two tools.
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