Mise en Œuvre d’un Dispositif de Démonstration du Principe...

RAPPORT FINAL

Projet Ingénieur

TIC-Santé Mise en Œuvre d’un Dispositif de Démonstration

du Principe de la Tomographie

SALVA Marie (Chef de Projet)

BEDNARCZYK Maciej

GAUDINAT Guillaume

HILDENBRAND Xavier

Tuteur de Projet : SCHUH Vincent

Superviseur : BAYLE Bernard

Clients : Docteurs CHOQUET Philippe et GOETZ Christian

Année scolaire 2014-2015

1

Rapport Final – Mise en Œuvre d’un Dispositif de Démonstration du Principe de la Tomographie

Table des matières

Table des figures et des annexes……………………….……………...…...p. 2

Introduction ……………………………………………………………….. p. 3

1. Présentation générale ………………………………………………….. p. 4 1.1. Contexte

1.2. Objectifs du projet et attentes des clients

1.3. Présentation de la maquette

1.4. Cahier des charges

2. Mise en mouvement de la maquette …………………………………… p. 6 2.1 Prise en main de la maquette

2.1.1. Identification des composants

2.1.2. Commande des moteurs

2.1.3. Mise en place des algorithmes pour un mouvement simple

(rotation, translation)

2.2. Incertitudes

2.2.1. Incertitude sur la position en translation

2.2.2. Incertitude sur la position en rotation

2.3. Mise en place du logiciel de commande

3. Acquisitions de coupes …………………………………………………. p. 11 3.1. Choix de la source optique

3.1.1. Introduction : Pourquoi pas des Rayons X ?

3.1.2. Test du dispositif dans différentes situations

3.1.3. Test de linéarités sur différents transparents

3.2. Implémentation sur la maquette et acquisition de projection

3.2.1. Modifications apportées au dispositif

3.2.2. Logiciel d'acquisition

3.3. Résultats et coupes

3.3.1. Résultats avec différents objets

3.3.2. Problèmes rencontrés

4. Livrable .………….…………………………………………………….. p. 17

Conclusion ……………………………………………………..………….. p. 18

Remerciements …………………………………………………………..... p. 18

Annexes ……………………………………………………………………. p. 19

Bibliographie et Sitographie …………………………………………….... p. 26

2


Table des figures et des annexes

Figure 1 - Scanner (à gauche) et images obtenues par tomographie (à droite) p. 3

Figure 2 - Maquette de début de projet p. 4

Figure 3 - Schéma de principe d'un moteur pas à pas p. 6

Figure 4 - Photos des capteurs présents sur la maquette p. 6

Figure 5a – Rotor dans une position précise p. 7

Figure 5b - Rotor après une commande de 180° : il y a un décalage p. 7

Figure 6 - Acquisition de données par boîtier USB 6009 p. 8

Figure 7 - Photo de la vis sans fin assurant la translation du chariot p. 8

Figure 8 - Graphique des dix séries de mesures représentant la tension

en fonction de l'angle p. 9

Figure 9 - Acquisition de données par boîtier USB 6009 p. 10

Figure 10 - Logigramme des étapes de la commande du chariot p. 10

Figure 11 - Dispositif d’acquisition de projections avec une photorésistance

et une LED RGB p. 11

Figure 12a - Réponse du montage à un signal triangle à l’aide d’un générateur et d’une LED

(fréq =1Hz) p. 11

Figure 12b - Réponse du montage lorsqu’un obstacle se situe entre la LED et la

photorésistance p. 11

Figure 13 - Dispositif de scan pilote par une ARDUINO UNO et objet à scanner p. 12

Figure 14a - Réponse du montage à l’objet p. 12

Figure 14b - Reconstruction de l’objet p. 12

Figure 15a - Objet à scanner (« code barre ») p. 13

Figure 15b - Réponse du montage au « code barre » p. 13

Figure 15c - Reconstruction de l’objet p. 13

Figure 16a - Gradient de transparence et réponse du dispositif p. 13

Figure 16b - Reconstruction du gradient p. 14

Figure 17 - Modifications p. 14

Figure 18 - Face avant du VI LabVIEW p. 15

Figure 19a - Scan d’un objet métallique p. 15

Figure 19b - Scan d’un objet transparent (dévidoir de rouleau adhésif) p. 16

Figure 19c - Scan d’un objet complexe (vis, écrou, boite de plexiglass®) p. 16

Figure 20a - Trajet optique attendu p. 16

Figure 20b - Trajet optique réel p. 16

Figure 20c - Conséquences de la diffusion p. 16

Figure 21 - Maquette à la fin du projet p. 17

Annexe 1 : Les Six Générations de Scanner p. 19

Annexe 2 : Méthode de Student p. 22

Annexe 3 : Module LabVIEW pour acquisition avec ARDUINO p. 23

Annexe 4 : Fiche Technique p. 24

3


Introduction

La tomographie est un moyen utilisé dans plusieurs techniques d’imagerie médicale

comme le scanner à rayon X. Cette technique permet la reconstruction de l’image en plan de

coupe de l’intérieur d’un objet ou d'un corps notamment à des fins de diagnostic médical.

Le scanner a été inventé au début des années 70 par le physicien américain A.M

Cormack et l’ingénieur anglais G.M Hounsfield. Depuis cette époque, plusieurs générations

de scanners se sont succédées jusqu’à celle que nous connaissons aujourd’hui (cf. Annexe 1).

Quel que soit la technologie de la génération du scanner, le principe de la tomographie

permet de reconstruire les images.

Figure 1 - Scanner (à gauche) et images obtenues par tomographie (à droite)

C’est autour de ce principe essentiel aux technologies médicales que s’est basé notre

projet ingénieur.

Les Docteurs Philippe Choquet et Christian Goetz du laboratoire d’Imagerie

Préclinique de l’Hôpital de Hautepierre de Strasbourg souhaitent réaliser, à long terme, un

dispositif expérimental permettant de faire découvrir à leurs étudiants le principe de la

tomographie avec les différentes générations des scanners.

4


1. Présentation générale

1.1. Contexte

Dans un premier temps, les clients souhaitent mettre en marche une maquette qui

permet d’illustrer à petite échelle les principes d’acquisition et de reconstruction d’image de la

tomographie. La base de cette maquette existe déjà et la partie mécanique est déjà réalisée.

1.2. Objectifs du projet et attentes des clients

Notre projet consiste donc à développer la partie commande qui permettra la mise en

mouvement de cette maquette pour l'acquisition de données de projections.

Voici les modes d’acquisition souhaités par les clients :

1. Mode de translation-rotation à l’image des scanners de première génération : une

rotation et une translation complètes.

2. Mode de rotation uniquement à l'image des scanners de deuxième génération.

De plus, ils souhaitent connaitre la position avec précision et en temps réel.

1.3. Présentation de la maquette

La maquette que nous avons récupérée à l’Hôpital de Hautepierre de Strasbourg auprès de

nos clients est constituée des parties suivantes (Figure 2) :

Le chariot, surmonté d'un plateau tournant (emplacement de l'objet à scanner).

La vis sans fin, assurant la translation du chariot.

L’emplacement pour la source de radiation.

Le détecteur.

Figure 2 - Maquette de début de projet

5


Contrairement à un scanner normal, dans le cas de la maquette, c’est l'objet qui est en

mouvement au court de l’acquisition des images. Durant le mouvement, des projections de

l’objet situé sur le chariot sont effectuées et envoyées vers le logiciel de reconstruction.

1.4. Cahier des charges

BESOIN SOLUTION VALEUR NUMERIQUE

I - Partie mécanique, motorisation

Atteindre une position en translation Moteur pas à pas et vis sans fin Incertitude sur la position (1 mm)

Limiter les dépassements Capteur de fin de course

Atteindre une position angulaire définie Moteur pas à pas Incertitude sur l'angle (1°)

Commander la position linéaire et angulaire Logiciel LabVIEW

Définir une séquence d’acquisition Logiciel LabVIEW

II – Partie optique

Emettre un rayon lumineux LED, diode LASER, LASER

Capter un rayon lumineux Photorésistance, photodiode

Acquérir les coupes d’un objet Logiciel LabVIEW

6


2. Mise en mouvement de la maquette

2.1. Prise en main de la maquette

2.1.1. Identification des composants

Moteur pas à pas

La maquette est constituée de deux moteurs pas à pas, dont nous n’avons pas les

documentations (anciens modèles qui ne sont plus vendus). Nous avons donc du déterminer le

bobinage des moteurs de façon empirique afin de pouvoir les câbler ultérieurement à un

système de commande et de les alimenter avec un courant adéquat.

Un moteur pas à pas est un moteur qui peut prendre des positions discrètes à intervalle

régulier appelé pas (cf. Figure 3). Les moteurs utilisés ont un pas de 1.8°. Ils peuvent donc

prendre 200 positions différentes. L’avantage de ces moteurs est qu’ils ne nécessitent pas

d’asservissement. La position est déterminée par l’alimentation de bobines qui vont créer des

champs magnétiques différents à chaque pas pour faire tourner le rotor.

Figure 3 - Schéma de principe d'un moteur pas à pas (Source : Google image)

Capteurs lames souples

Des capteurs TOR (Tout Ou Rien) à lames souples sont en place sur la maquette (cf.

Figure 4). Un à chaque bout du système écrou/vis sans fin (fin de courses) et un sous le socle

du chariot qui grâce à la géométrie du socle s’active à une position angulaire précise.

Figure 4 - Photos des

capteurs présents sur la

maquette

7


2.1.2. Commande des moteurs

Cartes de commande et leur principe

Dans un premier temps, nous avons utilisé une carte de commande de deux moteurs à

courant continu car on en avait une à disposition. Au lieu de connecter des moteurs à courant

continu (CC), nous avons branché une bobine entre deux sorties. Ainsi, on peut choisir la

polarisation de la bobine et bouger le rotor. C’est avec une carte comme celle-ci que nous

avons développé les premiers algorithmes pour contrôler les deux moteurs.

Cependant, un problème s’est posé : lors de la translation, en fin de course, le moteur a

besoin de plus de couple et requiert un courant supérieur de 2.5A. Or, notre carte de

commande ne supporte pas plus de 2A. Nous avons donc commandé une nouvelle carte de

commande, cette fois-ci spécialisée dans le contrôle de moteur pas à pas. L’avantage est

qu’elle supporte un courant de 3A mais induit un décalage dans la position (cf. Figures 5a et

5b).

Mais comme le système écrou/vis sans fin possède un rapport de réduction élevé, ce décalage

est négligeable pour la translation. Mais pour la rotation, où la précision sur la position

angulaire est importante nous avons choisi de rester sur une carte de commande de moteurs

CC.

Structure de la commande (deux bobines → 4 étapes)

Etape 1, position 1 :

Premier bobinage (stator bleu) : Phase 1 (interrupteur H1 ouvert) non alimentée.

Phase 2 (interrupteur H2 fermé) alimentée.

Second bobinage (stator vert) : Phase 1 (interrupteur H3 fermé) alimentée.

Phase 2 (interrupteur H4 ouvert) non alimentée


Premier bobinage : Phase 1 alimentée.

Phase 2 non alimentée.

Second bobinage : Phase 1 alimentée.


Figure 5a – Rotor dans une position précise Figure 5b - Rotor après une commande de

180° : il y a un décalage

8



Premier bobinage :

Phase 1 alimentée.


Second bobinage :


Phase 2 alimentée.


Premier bobinage :


Phase 2 alimentée.

Second bobinage :


Phase 2 alimentée.

2.1.3. Mise en place des algorithmes pour un mouvement simple

(rotation, translation)

Une fois que nous avons réussi à faire tourner les moteurs, nous nous sommes mis à

développer deux algorithmes : un pour la rotation et un autre pour la translation.

Pour la rotation, le but est d’atteindre une position angulaire précise. Pour réaliser cela, on

effectue dans un premier temps une mise en position initiale grâce au capteur. Ensuite, on

effectue une série de pas jusqu’à atteindre l’angle désiré. Pour la translation, on effectue

simplement des allers-retours après avoir ramené le chariot en position initiale, c’est-à-dire à

une extrémité.

2.2. Incertitudes

2.2.1. Incertitude sur la position en translation

La translation est réalisée au moyen d’un moteur et d’une vis

sans fin à filetage simple avec un pas de vis moyen de 1,4 mm

(cf. Figure 7). Lorsque le moteur tourne d’un pas, l’objet est

translaté de 7 µm. Le cahier des charges impose une précision

de l’ordre du millimètre. Pour ne pas respecter cette contrainte,

il faudrait une erreur de 143 pas, ce qui n’est pas possible car

l’erreur peut être au maximum de un pas. Le critère

« incertitude sur la position en translation » du cahier des

charges est donc vérifié.

Figure 7 - Photo de la vis sans fin assurant la translation du chariot

Figure 6 - Acquisition de données par boîtier USB 6009 (Source : Commande d’un moteur pas à pas TP informatique industrielle)

9


2.2.2. Incertitude sur la position en rotation

Déterminer cette valeur est plus complexe : il faut mesurer la position angulaire pour pouvoir

la comparer à la commande.

Choix technique

Notre choix s’est tourné vers un potentiomètre qui a les avantages de présenter une variation

de tension linéaire par rapport à la variation de l’angle avec une précision de 1%.

Acquisition des mesures

Les mesures ont été réalisées sous LabVIEW selon l’algorithme suivant :

- Rotation du plateau jusqu’à atteindre la position de référence définie par le capteur.

- Une fois cette position atteinte, début de l’acquisition : à chaque pas, la tension aux

bornes du potentiomètre est mesurée.

- Allers et retours successifs jusqu’à atteindre 1000 mesures.

- Enregistrement des mesures

10 séries de mesures ont été ainsi réalisées ce qui représente un total de 10 000 points.

Traitement des données

Pour chaque valeur d’angle commandée (200 valeurs entre 0 à 360° par pas de 1,8°), on

regroupe les valeurs de tension mesurées sous Excel (cf. Figure 8).

Les valeurs en tension sont converties en valeurs angulaires à l’aide de la caractéristique

tension – angle.

Ensuite, on utilise la méthode de Student (cf. Annexe 2) afin de déterminer l’incertitude

angulaire avec un niveau de confiance de 95%.

Figure 8 - Graphique des dix séries de mesures représentant la tension en fonction de l'angle

Résultat

L’incertitude moyenne est de 1,07 degré. La contrainte définie dans le cahier des charges est

de 1° : la limite est faiblement dépassée. Compte-tenu du fait que la méthode d’exploitation

employée maximise cette valeur, ce résultat est accepté par les clients.

10


2.3. Mise en place du logiciel de commande

Nous avons ensuite couplé les deux mouvements de telle sorte que l’on puisse réaliser

différentes projections. Sur la face avant du programme LabVIEW (cf. Figure 9), on peut

déterminer les vitesses de rotation des deux moteurs en choisissant l’intervalle de temps entre

deux pas. On indique aussi le nombre de projections que l’on souhaite ainsi que l’angle entre

deux positions angulaires. On suit ensuite le logigramme de la Figure 10.

Figure 9 - Face avant du programme

LabVIEW

Figure 10 - Logigramme des étapes

de la commande du chariot

11


3. Acquisitions de coupes

3.1. Choix de la source optique

3.1.1. Introduction : Pourquoi pas des Rayons X ?

La législation ne nous permettant pas de travailler avec une source de rayons X, nous

étions amenés à trouver une solution afin de pouvoir modéliser le comportement d’un scanner

à rayons X. Nous avons donc décidé de travailler avec un faisceau lumineux qui a pour

spécificité d’être atténué par un matériau opaque, ce qui nous permet de simuler l’atténuation

des rayons X en fonction de la densité d’une structure. Ainsi, un matériau peu dense

(exemple : la peau) devient l’équivalent d’une surface transparente et une surface opaque

simule un matériau très dense (exemple : l’os).

3.1.2. Dispositif avec une photorésistance et une LED RGB

Afin de voir s’il est possible d’acquérir des projections avec un dispositif optique,

nous avons tout d’abord réalisé un simple montage avec une photorésistance d’un côté et une

LED RGB de l’autre. Nous avons choisi une LED RGB car elle permet d’avoir un faisceau

lumineux assez puissant (RGB=3LED en 1).

Il se trouve que la réponse fournie par le montage suit l’évolution des changements de

l’intensité lumineuse d’une manière linéaire (cf. Figure 12a) et donc il est possible de

distinguer des niveaux de transparence (cf. Figure 12b). De plus, la fréquence maximale

d’acquisition est de 1kHz.

Figure 12a - Réponse du montage à un signal

triangle à l’aide d’un générateur et d’une LED

(fréq =1Hz)

Figure 12b - Réponse du montage lorsqu’un obstacle

se situe entre la LED et la photorésistance.

Figure 11 - Dispositif d’acquisition de projections avec une photorésistance et une LED RGB

12


3.1.3. Test du dispositif dans différentes situations

Afin d’obtenir une projection, il suffit alors de passer l’objet à vitesse constante entre

la source lumineuse et le capteur. Le dispositif (cf. Figure 13) est piloté par un module

LabVIEW (cf. Annexe 3) est un microcontrôleur (ARDUINO UNO).

On s’intéresse maintenant à obtenir la projection de 1999 selon la droite bleue (cf. Figure 13).

On passe l’objet entre le capteur et la LED à vitesse constante.

On obtient alors une courbe de tension en fonction de temps, qu’on transforme en distance

avec la vitesse de déplacement (cf. Figure 14a).

Sur cette courbe, on retrouve les atténuations dues à l’opacité de l’objet. Grâce à cette courbe,

on peut alors reconstruire le profil de l’objet scanné (cf. Figure 14b).

Il est donc possible de reconstruire le profil d’une simple image. Par la suite, nous avons fait

plusieurs tests, afin de voir s’il était possible de le faire avec des objets 2D plus complexes.

Le premier test consiste à voir la résolution d’une telle acquisition. Pour ce fait on peut utiliser

un objet avec des raies d’épaisseur différente (cf. Figure 15a).

Figure 13 - Dispositif de scan pilote par une ARDUINO UNO et objet à scanner

Figure 14a - Réponse du montage à l’objet

0100200300400500600

12

03

41

28

79

13

72

61

45

73

15

42

01

62

66

17

11

31

79

59

18

80

61

96

52

20

49

92

13

46

22

19

22

30

38

23

88

52

47

32

25

57

8

ten

sio

n p

ho

tore

sist

ance

(m

V)

Distance

Figure 14b - Reconstruction de l’objet

13


En procédant de la même manière que précédemment, on obtient la courbe de tension (cf.

Figure 15b). En traduisant la tension en niveaux de gris, on peut alors construire l’image de l’objet (cf.

Figure 15c)

On remarque que l’image de l’objet est très précise et qu’il est même possible de distinguer

les raies les plus fines.

Finalement, afin de pouvoir simuler le

comportement de rayons X, il est important de

voir comment se traduit l’atténuation du

faisceau.

Pour cela nous avons construit un gradient de

transparence (10% par raie) et nous l’avons

scanné comme précédemment. On obtient

alors la courbe de la Figure 16a.

On observe, que même si la réponse n’est pas linéaire (dû à l’impression), on peut néanmoins

facilement distinguer les différents paliers.

0

200

400

600

1

54

10

7

16

0

21

3

26

6

31

9

37

2

42

5

47

8

53

1

58

4

63

7

69

0

74

3

79

6

84

9

90

2

95

5

10

08

10

61

11

14

11

67te

nsi

on

p

ho

tore

sist

en

ce

(mV

)

Distance

Figure 15a - Objet à scanner (« code barre »)

Figure 15c - Reconstruction de l’objet

« code barre »

0

100

200

300

400

500

600

1

52

10

3

15

4

20

5

25

6

30

7

35

8

40

9

46

0

51

1

56

2

61

3

66

4

71

5

76

6

ten

sio

n p

ho

tore

sist

ance

(m

V)

distance

Figure 15b - Réponse du montage au « code barre »

Figure 16a - Gradient de transparence et

réponse du dispositif

14


Après reconstruction, on obtient une image très rapprochée du gradient initial (cf.

Figure 16b).

Les tests montrent, que le dispositif utilisé est en effet capable de réaliser la tâche

souhaitée, i.e. acquérir des projections d’objets avec une bonne précision et est capable de

distinguer les niveaux de transparence.

3.2. Implémentation sur la maquette et acquisition de projection

3.2.1. Modifications apportées au dispositif

Afin de rendre le dispositif plus précis et plus réactif, nous avons remplacé la LED

par un LASER et la photorésistance par une photodiode.

- Le LASER étant plus focalisé que la LED permet d’avoir une intensité lumineuse beaucoup

plus importante sur le capteur. Ceci fait que le nouveau dispositif est non seulement plus

précis, mais il possède aussi une plus grande immunité à la lumière ambiante. Le LASER

choisi est un LASER rouge de puissance 1mW.

- La photodiode possède un temps de réponse supérieur à la photorésistance, de plus elle est

calibrée pour la longueur d’onde du LASER.

3.2.2. Logiciel d'acquisition

Le logiciel permettant l’acquisition et la reconstruction des images est implémenté

dans le VI LabVIEW. La Figure 18 décrit la face avant de la partie image de ce VI.

Figure 16b - Reconstruction du gradient

Figure 17 - Modifications

apportées

15


1- Tableau de données : lignes - valeur de la tension, colonnes - nombre de projections

2- Sinogramme : mise côte à côte des projections

3- Sinogramme final

4- Image reconstruite (méthode de rétroprojection)

5- Curseur pour adapter la taille de la matrice de reconstruction

N.B : 1 et 2 se mettent à jour après chaque passage complet de l’objet.

Le module de rétroprojection, nous a été fourni par les clients, pour être implémenté dans le

programme.

3.3. Résultats et coupes

3.3.1. Résultats avec différents objets

Une fois toutes les partie assemblées, nous avons testé le scanner avec diffèrent objets

en réalisant 100 projections sur 360 degrés.

Figure 19a - Scan d’un objet métallique (tournevis)

Figure 18 - Face avant du VI LabVIEW

16


On arrive donc à réaliser un scan d’un objet et même pour les objets complexes (cf. Figure

19c), la méthode marche bien.

3.3.2. Problèmes rencontrés

Le problème majeur rencontré lors des scans est la diffusion de la lumière sur les

surfaces rondes. La figure 20a montre le trajet optique qu’on attend pour pouvoir bien scanner

l’objet. Cependant, le comportement réel est celui de la figure 20b.

Le décalage que cela entraine fait que l’image finale ne correspond

pas tout à fait à l’objet réel (cf. Figure 20c), le côté qui en réalité est

droit (flèche verte) devient rond et est déplacé (flèche rouge).

Figure 20a - Trajet optique attendu Figure 20b - Trajet optique réel

Figure 19b - Scan d’un objet transparent (Scotch®)

Figure 19c - Scan d’un objet complexe (vis, écrou, boite de Plexiglass®)

Figure 20c - Conséquences de la diffusion

17


4. Livrable

Nous livrons au client la maquette (cf. Figure 21) avec le programme LabVIEW de

commande et d’acquisition. Ce programme inclut le module de rétroprojection fourni par le

client. L’ensemble fonctionne et satisfait le cahier des charges. En revanche, nous ne livrons

pas la source, ni le boîtier NI USB 6009.

Nous livrons également une fiche technique d’utilisation (cf. Annexe 4). Ce document décrit le

processus d’utilisation.

Figure 21 - Maquette à la fin du projet

18


Conclusion

Pour conclure, le projet a été mené jusqu’au bout. Le cahier des charges initial est alors

respecté. De plus, nous avons mis en place un système optique, permettant l’acquisition de

profils. Par conséquent, le livrable permet de démontrer pleinement le principe des

tomographes de première génération, i.e. les mouvements de l’objet, l’acquisition des profils,

ainsi que la reconstruction de l’image finale.

Pour satisfaire le besoin des clients vis-à-vis de la deuxième génération, il suffit de

modifier la source et le capteur de telle sorte qu’une projection puisse se faire sans translation.

Nous proposons aussi, de remplacer les moteurs pas à pas par moteurs CC, plus

difficiles à commander (asservissement à mettre en place), mais plus précis et plus rapides.

Remerciements

Nous tenons à remercier l'ensemble des personnes qui ont contribué de près ou de loin

au bon déroulement et au résultat final de ce projet et en particulier M. Schuh, M. Bayle, ainsi

que nos clients, les Docteurs Choquet et Goetz pour leur disponibilité et conseils tout au long

du projet. Nous tenons également à remercier Mme Frey, M.Torzynski, ainsi que le club robot

de l’Ecole pour le prêt de matériel.

19


Annexe 1

Les Six Générations de Scanner

Le scanner a été inventé par un physicien américain A.M CORMACK et un ingénieur anglais

G.M HOUNSFIELD (prix Nobel en 1979).

Depuis les années 1970, plusieurs générations successives de scanner X ont été développées

pour améliorer le temps d'acquisition, de reconstruction et la résolution spatiale des images.

I - Scanner de première génération (1970)

Elle correspond au premier appareil de HOUNSFIELD.

Le tube à rayon X et le SEUL détecteur sont montés sur un cadre rigide. On réalise

une série de mouvements de type translation puis rotation degré par degré afin d'acquérir

toutes les projections.

Temps d’acquisition : très longs, de l’ordre de 3 à 5 minutes par coupe.

II - Scanner de deuxième génération (1975)

Pour diminuer le temps d'acquisition, le nombre de détecteurs a été multiplié, passant

de 1 à 5 ou 6, en modifiant le faisceau de rayon X qui passe de parallèle à divergent (en

éventail ou fan beam).

Le système mécanique est toujours composé d'un cadre rigide où la source et les

détecteurs se font faces. Le tube est couplé à une barrette de sept à soixante détecteurs dans le

plan de rotation du tube.

L'acquisition des données reste de type translations et rotations (10° à 30°) successives.

Temps d’acquisition : environ 20 secondes à 1 minute par coupe.

20


III - Scanner de troisième génération (1980)

Ils sont composés d’un générateur X et d’un ensemble de détecteurs comprenant

environ 1000 détecteurs élémentaires disposés en arc de cercle centré sur le foyer du tube.

Le faisceau de rayon X permet de couvrir la largeur du sujet. Cette étape a consisté à

élargir la divergence du faisceau de rayon X pour englober tout l'objet de façon à supprimer

les translations et ne garder que le mouvement de rotation. L'ensemble tube-barette de

détecteurs effectue donc un seul mouvement de rotation.

Temps d’acquisition : 5 secondes par coupe.

IV - Scanner de quatrième génération (1990)

Les détecteurs (600 à 3000) sont fixes et disposés en couronne. Seule la source de

rayons X effectue un mouvement de rotation continue toujours dans le même sens.

Temps d’acquisition : 1 à 3 secondes par coupe.

21


V - Scanner de cinquième génération ou à pas hélicoïdal

Cercle complet de détecteurs fixes et émetteur tournant de manière continue avec un

déplacement longitudinal simultanée du lit du patient. Ces scanners sont improprement

appelés spiralés et le mouvement apparent du détecteur par rapport au patient est une hélice.

Le mouvement de rotation de l’émetteur de rayon X s’accompagne donc d’un

déplacement longitudinal de la table d’examen à une vitesse de quelques millimètres par

seconde. On obtient ainsi l’acquisition d’un volume. Les coupes étant jointives, on peut

reconstruire des coupes dans d’autres plans : frontal, longitudinal et reconstruire des images

3D.

VI - Scanner à pas hélicoïdal multibarettes

Les scanners multi-barrettes sont dits aussi multicoupes. Ils permettent donc

d’acquérir

simultanément plusieurs coupes et constituent le modèle de scanner actuel.

L’arrangement géométrique des détecteurs multicoupes est tel que la largeur des

tranches acquises soit modulable : par exemple coupe fine de 0,5mm ou 1mm, coupe large de

2,5mm voire 5mm. On peut ainsi faire varier la taille des détecteurs, le groupement de ces

détecteurs à la lecture et la collimation du faisceau.

En 2000 : 8 Barrettes

En 2007 : 256 Barrettes

Source des images : Google image

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Annexe 2

Méthode de Student

La méthode de Student permet une évaluation de l'incertitude élargie au niveau de

confiance spécifié en pourcentage. Elle est basée sur la table de Student (cf. la table ci-

dessous) qui permet de connaître la valeur de t nécessaire au calcul de l’intervalle de

confiance d’une mesure donné par la formule suivante :

𝑵 ± 𝒕 ∗ 𝒔

√𝒏

N : Nombre moyen de coup.

t : Valeur correspondant au niveau de confiance et au nombre de mesures (à déterminer à

partir de la table de Student).

s : Ecart-type.

n : Nombre de coups.

Table de Student

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Annexe 3

Module LabVIEW pour acquisition avec ARDUINO

Utilisation du module LIFA de LabVIEW

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Annexe 4

FICHE TECHNIQUE

Dispositif de Démonstration du Principe de la Tomographie

Alimentation Electrique

Utiliser une alimentation stabilisée

Exemple : le modèle ISO-TECH IPS 2303

Branchements :

Câbles bleus : alimentation du moteur de translation. Le câble à bout noir va à la masse.

Tension : 9 V Courant : 2,5 A

Câbles jaunes : alimentation du moteur de rotation. Le câble à bout noir va à la masse.

Tension : 7 V Courant : 1,5 A

Il est important de coupler les deux masses !

Sécurité

Ne pas dépasser 2A pour le moteur de rotation (câbles bleus) et 3A pour le moteur de

translation (câbles jaunes). surchauffe des cartes de commande

Ne pas regarder directement le LASER

Ne pas laisser l’appareil sous tension lorsqu’il n’est pas en fonctionnement.

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Utilisation

Connecter le boîtier NI USB 6009 à l’ordinateur.

Alimenter le dispositif comme indiqué ci-dessus.

Régler le LASER (1 mW) et viser le capteur (photodiode) en l’absence d’objet à

« scanner ».

Positionner l’objet sur le plateau et le fixer.

Le dispositif est prêt ! Passer sous LabVIEW.

Paramétrage :

Temporisation entre 2 pas de la translation : le moteur est de type « pas à pas » : il tourne par

sauts successifs. Ce bouton règle la durée entre deux sauts. Mettre le curseur à gauche pour

une acquisition rapide (1 minute par projection).

Nième passage : indique le numéro de la projection en cours

NBR Projections : choisir le nombre total de projections voulu

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Temporisation entre 2 pas de la rotation : régler la temporisation entre deux pas (valeur

suggérée pour une rotation pas trop violente ~15ms).

Angle de rotation voulu : angle entre chaque projection

Une fois ce paramétrage effectué, vous pouvez lancer le VI.

Après la mise en position initiale, lancer l’acquisition avec START.

Le sinogramme s’affiche en temps réel.

L’image reconstruite s’affiche une fois l’acquisition terminée.

Régler la taille de la matrice de façon à obtenir la meilleure image.

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Bibliographie

Sitographie

Dillenseger J.-P., Moerschel E., Guide des technologies de l'imagerie Médicale et de la

Radiothérapie, Quand la théorie éclaire la pratique, Masson, 2013.

Garnon J., Bing F., Enescu I., Tsoumakidou G., Gangi A., Les Techniques de Radiologie

Diagnostique, 2014-2015.

Schuh V., Torzynsky M., Frey M., Travaux Pratiques de Physique Expérimentale, Tic Santé

1ère année, 2014-2015.

http://www.imre.ucl.ac.be/rpr/RDGN3120/scanner.pdf

http://dictionnaire.academie-medecine.fr/?q=interpolation

http://ghanen.free.fr/cours/imagerie_tomographique_2007.pdf

http://www.imre.ucl.ac.be/rpr/RDGN3120/scanner.pdf

http://dictionnaire.academie-medecine.fr/?q=interpolation

Mise en Œuvre d’un Dispositif de Démonstration du Principe...

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