Caractérisation et modélisation des potentiels induits par les commutations des gradients de champ magnétique sur les signaux électrophysiologiques en IRM

Caracterization and modeling of magnetic field switched gradient-induced voltages on electrophysiological signals in MRI

• Auteur / Autrice : Aziz El Tatar
• Direction : Odette Fokapu
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Bio-Ingénierie, Biomécanique, Biomatériaux
• Date : Soutenance le 29/03/2013
• Etablissement(s) : Compiègne
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Sciences pour l'ingénieur (Compiègne)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Biomécanique et Bioingéniérie

Mots clés

Mots clés contrôlés

Modèles mathématiques

Champs électromagnétiques

Traitement du signal

Potentiels évoqués (électrophysiologie)

Imagerie par résonance magnétique

Mots clés libres

IRM

Potentiels induits

Modélisation et caractérisation des signaux

Signaux EPS

Etude expérimentale

Commutation des gradients de champs magnétiques

MRI switched gradient-induced voltages

Signal modeling and characterization

Experimental study

Résumé

Les développements récents des techniques IRM engendre des sources de potentiels induits qui « polluent » les signaux électrophysiologiques, utilisé simultanément en IRM pour surveiller le patient et synchroniser les images. Le système élaboré dans ce travail est compose de deux modules « émetteur-récepteur » IRM-compatibles. Le premier permet d’introduire dans le tunnel d’IRM des signaux EPS dont on connait les caractéristiques. Les signaux sont injectés dans un tissu conducteur placé dans le tunnel. Le second module permet de recueillir les signaux après leur contamination par les artéfacts générés par les séquences d’imagerie. Il comporte 20 canaux répartis en quatre bandes fréquentielles (40, 80, 160 et 350 Hz). Des mesures du potentiel induit ont été réalisées en environnements 1,5 T et 3 T. Nous pouvons ainsi analyser les modifications des paramètres des signaux selon les séquences, mais aussi à l’intérieur des différentes bandes de fréquences. Dans ce travail, nous présentons une caractérisation et modélisation des potentiels induits par les commutations de gradients de champ magnétique recueilli par notre dispositif expérimental. La caractérisation et la modélisation permettent d’obtenir des informations pertinentes à prendre en compte pour l’élaboration des algorithmes de filtrage efficaces et robustes.

New developments in MRI techniques create sources of induced voltages that “pollute” the simultaneously acquired electrophysiological signals (EPS), used to monitor patients and/or synchronize images. We developed a device to allow a deep study of the contamination mechanism, which would assist in elaborating new tools to obtain higher quality EPS. The system consists of three main modules: (i) a signal transmission system composed of an EPS generator and a transmission box, which transmits the EPS to a MR-compatible receiver inside the tunnel, (ii) an electro-conductive tissue-mimicking phantom in which the EPS is injected, (iii) a signal collection module composed of a MR compatible amplifier-transmitter that emits, via an optical cable, the collected signal to a receiver box placed outside the MRI room. The receiver box comprises 20 channels distributed into four frequency bands (40, 80, 160, and 350 Hz). Measurements of the induced voltages were performed in 1.5 T and 3 T MRI environments. An algorithm to extract and analyze and model the induced voltages was developed. The modeling algorithm is based on a sinusoidal decomposition of the induced voltages. This work aimed to assess the disturbance level of the EPS, when using larger bandwidth amplifiers. The characterization and modeling of the induced voltages, which represent the dominant noise, reveal relevant information which can be used to develop robust and efficient noise reduction algorithms.