rapport de stage : le contrôle qualité en irm

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



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



4

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.



7

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.



8

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.



9

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)



12

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



13

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.



16

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 :



17

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).



18

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



19

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.



20

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



21

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



22

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)



23

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



24

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



25

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)



type)

Coefficient de

variation

190 189,96 +/- 0,12 0,065 %


+/-0,5% soit +/- 0,95mm +/-2mm

Longueur (mm) –

direction de coupe (Z)



type)

Coefficient de

variation



26

148 148,02 +/-0,22 0,15%


+/-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%


+/- 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).



27

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)



28

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)



29

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.



30

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

http://www.wikipédia.com/

http://www.w-co.lu/wco_purifier_mon_eau.html

http://www.imaios.com/fr

http://biomedical.materialise.com/

http://www.supertechx-ray.com/

http://www.u936.univ-rennes1.fr/index.php?fichier=projets&num_projet=21053&couleur=vert

http://www.u936.univ-rennes1.fr/index.php?fichier=projets&num_projet=21053&couleur=vert

http://www.utc.fr/tsibh/public/3abih/12/stage/litov/index.html

http://www.materialise.com/

http://www.google.fr/



31

Eurospin : by NMR (fantôme IRM)

Contrôle qualité manuel par ACR



32



33

Annexe

Annexe 1 :

Répartition des CIC de France



34

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.



35

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



36

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.

rapport de stage : le contrôle qualité en irm

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