L'imagerie par resonance magnetique (IRM) est un outil remarquable pour le diagnostic clinique, aussi bien pour l'imagerie cerebrale que pour l'imagerie cardiaque et abdominale. C'est notamment la seule modalite d'imagerie qui permet de visualiser et de caracteriser l'oedeme myocardique. Cependant, la gestion du mouvement reste un probleme recurrent en IRM cardiaque. Tant le battement cardiaque que la respiration necessitent une prise en compte attentive lors de l'acquisition des images et limitent la resolution temporelle et spatiale accessible en pratique clinique courante. L'approche adoptee dans ce travail propose d'integrer ces mouvements physiologiques dans le processus de reconstruction des images et permet ainsi de realiser des explorations cardiaques en respiration libre. Un algorithme de reconstruction iteratif, corrigeant les mouvements estimes par un modele contraint par les signaux physiologiques, est dans un premier temps applique a l'imagerie cardiaque morphologique. Ses performances vis-a-vis d'une methode semi-automatique de detection de l'oedeme sont evaluees. Il a egalement ete utilise en association avec une methode d'acquisition adaptative, afin de permettre l'acquisition d'images en telesystole et en respiration libre. Dans un deuxieme temps, cette methode a ete etendue a la quantification du temps de relaxation transversale T2. La cartographie T2 du coeur fournit en effet une caracterisation de l'oedeme myocardique. La methode de reconstruction presentee, ARTEMIS, permet de realiser cette cartographie en respiration libre et sans allongement du temps d'examen. Ces methodes exploitent des signaux physiologiques afin d'estimer le mouvement ayant eu lieu pendant l'acquisition. Differentes solutions pour obtenir ces informations physiologiques ont donc egalement ete explorees. Parmi elles, les capteurs a base d'accelerometres permettent de multiplier les points de mesure alors que les informations "embarquees" dans la sequence d'acquisition IRM ("navigateur") facilitent le deploiement de ces techniques puisqu'elles evitent de recourir a des equipements supplementaires. Ainsi pendant ces travaux, des methodes de reconstruction adaptatives ont ete developpees afin de corriger le mouvement et de prendre en compte les specificites de chaque patient. Ces travaux ouvrent la voie de l'imagerie par resonance magnetique cardiaque en respiration libre dans un contexte clinique

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Reconstructions adaptatives pour l'imagerie par résonance magnétique des organes en mouvement

L'Imagerie par Resonance Magnetique (IRM) permet en un seul examen une analyse morphologique et fonctionnelle non invasive. Cependant, les mouvements physiologiques (cardiaques et respiratoires) ou involontaires du patient provoquent des artefacts qui degradent la qualite des images et reduisent la precision du diagnostic. Pour s'affranchir de ses mouvements, des methodes telles que l'apnee ou la synchronisation sont habituellement utilisees en routines cliniques. Elles presentent des limites et restent contraignantes. Les techniques adaptatives integrent les informations liees aux mouvements dans les processus d'acquisition et/ou de reconstruction des images afin de les compenser ou de les corriger. Elles necessitent la connaissance de ces mouvements qui peuvent etre estimes a l'aide de capteurs internes ou externes. Nous avons developpe des capteurs a base d'accelerometres, souvent utilises pour estimer les mouvements, en respectant les contraintes imposees par l'environnement hostile de l'IRM et par l'utilisation en conditions cliniques. La compatibilite IRM ainsi que le fonctionnement en IRM, sur fantomes et volontaires sains, ont ete evalues a l'aide de methodes specifiques mises en place. Deux autres capteurs bases sur des principes optiques ont egalement ete testes, l'un sur fantomes uniquement et l'autre sur fantomes ainsi que sur volontaires sains. Enfin, les signaux obtenus par les differents capteurs ont ete integres dans une methode de correction retrospective de mouvements developpee au sein du laboratoire. L'objectif est de reduire les artefacts de mouvements en integrant les informations, issues des capteurs, lors de la reconstruction des images

Intégration des mouvements respiratoires en imagerie adaptative

This thesis reports on the design and modeling of decoupled and tunable bandwidth MEMS vibratory gyroscopes that were designed for the medical applications of tremor compensation and micro-surgical tool navigation Two different designs are presented The first design is a dual mass de-coupled gyroscope that consists of a drive and sense mass implemented in a drive frame architecture The device achieves a theoretical maximum resolution of 001 deg/s and a maximum sensitivity of 5247 F/deg/s However, this design is prone to quadrature error that drastically reduces the sensitivity of the device and completely destroys its performance The second design is a three-mass doubly-decoupled gyroscope that consists of a drive, Coriolis and sense mass and is designed to overcome the sensitivity of the dual mass de-coupled gyroscope to quadrature error The three-frame structure of this gyroscope, with an outer sensing frame, leads to an improved electrical sensitivity over conventional architectures It leads to a full decoupling between the sense and drive modes that makes the device robust against quadrature error and eliminates the cross axis sensitivity that usually limits the angular rate sensing performance The device achieves a theoretical maximum resolution of 0006 deg/s and a maximum sensitivity of 1255 F/deg/s Optimizing this design based on the DVA principle leads to a 60 % reduction in the size of the Coriolis mass, resulting in a 37 % increase in the resolution and an 19 % increase in the sensitivity The drive and sense mode resonance frequencies of the designs are 2500 Hz and 2830 Hz respectively, with an input angular rate bandwidth tunable between 40Hz and 330Hz Both COMSOL finite element simulations and macro models implemented in Agilent ADS were used to validate the structures

/pdf/design-and-modeling-of-decoupled-and-tunable-bandwidth-40-1kp2coefj7.pdf

Design and Modeling of Decoupled and Tunable Bandwidth (40-330 Hz) MEMS Vibratory Gyroscopes

Classification of the human swaying processes

This paper presents the development of systems monitoring human body motions and postures for clinical purposes. The hardware for these applications exploits a newly released commercial Micro-Electro-Mechanical (MEM) 3-axis accelerometer and a MEM 3-axis rate gyroscope being developed by HSG-IMIT. First the paper gives an overview of wearable 3-axis accelerometer systems and the corresponding data storage and transmission developed by ETB. The main part of the paper describes the design of the 3-axis rate gyroscope to be implemented in an Inertial Measurement Unit (IMU) for the body motion monitoring. Such health applications require IMUs of very low size to be able to fix the sensor cluster to the human being. This prevents the use of state-of-the-art IMUs implemented by three perpendicular orientated rate gyroscopes for this purpose. Thus a novel 3-axis rate gyroscope realised in one plane, on a single die, is being developed. With this device a reduction of the package size of multiaxial MEM sensors is achievable at least by a factor of ten. A further advantage of this approach is the reduced cost due to the omission of a spatial configuration and due to the small dimensions. Finally the synthesis of the 3-axis accelerometer and the 3-axis rate gyroscope to an IMU for monitoring 3D body segment orientation is addressed.

T. Link

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Multi-Axis Inertial Measurement Units measuring human Posture and Motion