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WO2012107692A1 - Capteur de mouvement associe a une electrode de diagnostic pour applications en imagerie medicale - Google Patents

Capteur de mouvement associe a une electrode de diagnostic pour applications en imagerie medicale Download PDF

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Publication number
WO2012107692A1
WO2012107692A1 PCT/FR2012/050273 FR2012050273W WO2012107692A1 WO 2012107692 A1 WO2012107692 A1 WO 2012107692A1 FR 2012050273 W FR2012050273 W FR 2012050273W WO 2012107692 A1 WO2012107692 A1 WO 2012107692A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
electrode
sensor
measurements
motion sensor
ecg
Prior art date
Application number
PCT/FR2012/050273
Other languages
English (en)
Inventor
Jacques Felblinger
Cédric PASQUIER
Pierre André VUISSOZ
Laure ROUSSELET
Original Assignee
Universite De Lorraine
Centre Hospitalier De Nancy Hopital Central
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Universite De Lorraine, Centre Hospitalier De Nancy Hopital Central filed Critical Universite De Lorraine
Publication of WO2012107692A1 publication Critical patent/WO2012107692A1/fr

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    • A61B5/00—Measuring for diagnostic purposes; Identification of persons
    • A61B5/0002—Remote monitoring of patients using telemetry, e.g. transmission of vital signals via a communication network
    • A61B5/0004—Remote monitoring of patients using telemetry, e.g. transmission of vital signals via a communication network characterised by the type of physiological signal transmitted
    • A61B5/0006—ECG or EEG signals
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
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    • A61B5/11—Measuring movement of the entire body or parts thereof, e.g. head or hand tremor or mobility of a limb
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    • A61B5/24—Detecting, measuring or recording bioelectric or biomagnetic signals of the body or parts thereof
    • A61B5/25—Bioelectric electrodes therefor
    • A61B5/251—Means for maintaining electrode contact with the body
    • A61B5/252—Means for maintaining electrode contact with the body by suction
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    • A61B5/05—Detecting, measuring or recording for diagnosis by means of electric currents or magnetic fields; Measuring using microwaves or radio waves
    • A61B5/055—Detecting, measuring or recording for diagnosis by means of electric currents or magnetic fields; Measuring using microwaves or radio waves involving electronic [EMR] or nuclear [NMR] magnetic resonance, e.g. magnetic resonance imaging
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61B—DIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
    • A61B5/00—Measuring for diagnostic purposes; Identification of persons
    • A61B5/08—Measuring devices for evaluating the respiratory organs

Definitions

  • the present invention relates to a motion sensor device associated with a diagnostic electrode for measuring movements of the patient during examinations in medical imaging. It also relates to a measurement system implementing the device.
  • the field of the invention is more particularly but in a nonlimiting manner that of medical imaging and Magnetic Resonance Imaging (MRI).
  • MRI Magnetic Resonance Imaging
  • Voluntary or involuntary movements of the patient particularly respiratory and cardiac movements, cause artifacts that affect the quality of images in medical imaging techniques such as Magnetic Resonance Imaging (MRI). These movement artifacts are troublesome because they can hide important information for diagnosis. It is therefore necessary to take them into account.
  • MRI Magnetic Resonance Imaging
  • ECG electrocardiogram
  • the signals must be correlated as closely as possible with the movement of the target organ.
  • document US 2004/0249314 Al de Salla et al. which discloses a device for measuring movement of the patient during a medical imaging examination, which comprises accelerometers attached to a flexible interface which is kept in contact with the skin of the patient.
  • magnets it is necessary to use only materials with low magnetic susceptibility, which on the one hand do not disturb the magnetic field and therefore do not cause artifacts in the images, and on the other hand are not attracted to them.
  • the size of the sensors must be reduced to the maximum, firstly to limit the disturbances of the electromagnetic fields, and secondly to reasons of space available especially when surface antennas are used;
  • the sensors must be non-invasive and preferably have no direct contact with the skin, or at least not be conductive to limit the risks of induction heating;
  • the sensor must not be disturbed by the MRI and must not disturb it, to avoid artifacts on the images.
  • ECG electrocardiogram
  • ECG measurements are difficult in the MRI environment because they are very disturbed by the presence of intense magnetic fields (static and magnetic field gradients). ECG measurements are already noisy in a field of 1.5 Tesla as currently used but may become very difficult in the higher intensity fields that will be used in future generations of MRI machines.
  • Movement and ECG measurements are very complementary and interdependent: on the one hand, the patient's movements (respiratory or muscular) create artifacts on the ECG measurements, especially when the electrodes are positioned as is often the case on the electrical axis of the heart, and secondly there are methods allowing, from the mechanical movement information, to improve the detection and signal-to-noise ratio of the ECG signal.
  • examinations in particular MRI imaging performed at the head often require simultaneous measurements of electroencephalogram, which are also disturbed by the electromagnetic environment.
  • the object of the present invention is to provide a sensor device for making motion measurements in MRI, which can be set implemented in a simple, fast and efficient way during routine measurements in clinical diagnosis.
  • a sensor device for measuring movements on the body surface during a medical imaging examination comprising at least one motion sensor responsive to at least one motion variable among a displacement, velocity or an acceleration, linear or angular, characterized in that it further comprises fixing means shaped so as to allow attachment of said one or more sensor (s) movement to the surface of said body through means of adhesion capable of adhering substantially without sliding on the surface of said body.
  • the sensor (s) of movement can be directly sensitive to at least one motion variable, or indirectly: They can be for example sensitive to a variation of pressure, or electric or magnetic field generated by a movement.
  • the adhesion means may adhere for example by gluing or suction effect on the surface of the body, or by any other means capable of allowing a non-slip adhesion. This avoids the risk of slipping existing with external holding devices such as belts, straps or vests that simply hold the sensors on the skin, and the movements are better transmitted to the sensor.
  • the fixing means may be shaped so as to allow attachment of the sensor (s) of movement to adhesion means comprising at least one diagnostic electrode capable of being bonded to the surface of the body.
  • the senor (s) of movement can be fixed by means of several electrodes, which makes it possible to improve their stability, to avoid parasitic oscillation movements, and also to measure motions on a wider basis. potentially more representative.
  • the fixing means may be shaped so as to:
  • electrodes intended for electrocardiogram (ECG) measurements electrodes intended for measurement of electrodes
  • EEG electroencephalogram
  • EEG electroencephalogram
  • electrical electrode connection means being intended for the connection of electrical signal transfer means collected by said diagnostic electrode (s);
  • the device according to the invention may further comprise means for electrically connecting said electrode electrical connection means to the electrical signal transfer means collected by the diagnostic electrode (s).
  • the fixing means and the electrode electrical connection means may be arranged to achieve a mechanical coupling type push-button
  • the fixing means may comprise a clamp, or an ECG clamp.
  • the device according to the invention can be designed so as to be able to be implemented in a magnetic resonance imaging (MRI) type medical imaging machine environment, comprising intense magnetic fields.
  • MRI magnetic resonance imaging
  • it may comprise:
  • MRI magnetic resonance imaging
  • At least one motion sensor of one of the following types accelerometer, gyroscope, inertial sensor; at least one accelerometer of one of the following types: MEMS (in English Micro-Electro-Mechanical System), MEOMS (in English Micro-Electro-Optic-Mechanical System).
  • MEMS in English Micro-Electro-Mechanical System
  • MEOMS in English Micro-Electro-Optic-Mechanical System
  • the device according to the invention may comprise a motion sensitive sensor according to one or more spatial orientations, or several sensors of identical or different technologies sensitive to movements in identical or different spatial orientations.
  • the sensor or sensors may be attached to the surface of the body by the same fastening means, in which case several sensors may for example be assembled on a single support.
  • the device according to the invention may further comprise calculation means, comprising a microcontroller or an FPGA.
  • the device according to the invention may further comprise adhesion means able to adhere to the surface of the body by at least one of the following effects: gluing, suction effect.
  • a system for acquiring and processing physiological signals during an MRI examination of a patient characterized in that it comprises:
  • At least one diagnostic electrode bonded to the surface of the patient's body and capable of collecting electrocardiogram (ECG) measurements and / or electroencephalogram (EEG) measurements,
  • At least one motion sensor device according to the invention fixed on at least one diagnostic electrode,
  • calculation means able to determine (i) at least one patient's movement information, and (ii) at least one electrocardiogram (ECG) or electroencephalogram (EEG) measurement.
  • ECG electrocardiogram
  • EEG electroencephalogram
  • Electrocardiogram (ECG) and movement measurements can be used, for example, in MRI examinations in the thoracic region.
  • the movement information can then include heart beats and / or respiratory movements and / or muscle movements in particular.
  • ECG measurements are very complementary and interdependent, and it is common in practice to simultaneously use these measurements in signal analysis.
  • movement information to improve the electrocardiogram detection by adapted filtering, for example by exploiting the temporal periodicity of the beats detected by the pulsation-sensitive motion sensor (s);
  • Electroencephalogram (EEG) measurements and movements can be used, for example, in MRI examinations of regions of the head.
  • the movement information can then include movements or displacements of the head, jaw,
  • FIG. 1 illustrates an embodiment of a device according to the invention
  • FIG. 2 illustrates a pressure ECG electrode that can be used to fix a device according to the invention
  • FIG. 3 illustrates a pressurized ECG electrode clip that can be used as a means for attaching a device according to the invention
  • FIG. 4 illustrates a block diagram of the components of a device according to the invention
  • FIG. 5 shows results of measurement of respiratory movements (a) obtained with a device according to the invention, (b) obtained with a pneumatic belt and (c) extracts of ECG measurements, and compared with respiratory movements calculated simultaneously with from MRI images.
  • This embodiment relates to a motion sensor 1 for acquiring the respiratory movements and / or heartbeats of a patient during an MRI examination practiced in the cardiac or thoracic region.
  • the device comprises a motion sensor 1, and fixing means 2, 6 which allow to fix it on a diagnostic electrode 3 for electrocardiogram (ECG) measurements.
  • ECG electrocardiogram
  • this electrode 3 is preferably a self-adhesive electrode glued to the skin of the patient. It comprises electrode electrical connection means 4 for connecting an electrical connector of a cable 11 for the transfer of electrical signals. These electrode electrical connection means 4 usually comprise a part similar to the male part of a snap button.
  • the fixing means comprise an ECG clamp 2 of a shape adapted to be securely attached to the electrode electrical connection means 4, to which the motion sensor 1 is fixed by means of a screw 6 made of plastic (or any other means compatible with the environment of the MRI) and the interface 10.
  • This clamp 2 comprises a jaw 12 allowing its insertion and its maintenance on the fixing means 4 of the electrode 3. It also comprises a cable 11 electrically connected to the jaw 12 for the transfer of electrical signals.
  • the attachment of the motion sensor 1 on this clip 2 is performed so that its manipulation to insert and remove the electrode 3 remains easy.
  • the motion sensor 1 comprises a support 21 with a fixation interface 20 making it possible to fix it to the clip 2.
  • This support 21 is of compatible design with the MRI environment.
  • the assembly is integrated included in a housing, not shown in Figure 4, which assumes a mechanical protection and adequate shielding at radio frequencies.
  • the power supply is performed by a power supply module 23 and a suitable battery, containing no component with high magnetic susceptibility.
  • the motion-sensitive element is a three-axis accelerometer 24. It is embodied in the form of an electromechanical microsystem (MEMS).
  • MEMS electromechanical microsystem
  • the device also comprises a microcontroller 25, which makes it possible to condition the signal of the accelerometer 24 in particular in terms of gain adjustment.
  • the measurement signal is then transmitted in digital form by means of an optical fiber link 22 connected to the interface 26. The transmission is thus robust to the disturbances of the environment.
  • the electrode 3 being stuck on the skin 5 of the patient, it faithfully follows its movement.
  • the mechanical connection between the ECG clamp 2 and the electrode 3 is of sufficient rigidity, which is the case in practice, it follows that the motion sensor 1 also faithfully follows the movements of the the surface of the skin 5 under the electrode 3.
  • the clamps 2, the electrodes 3 and their electrical connection means 4 have the characteristics required to effectively implement a motion sensor 1, both from the point of view of the stickiness on the skin 5 and from the point of view of the transmission of the displacement in the means of electrode electrical connection 4.
  • Figure 5 shows examples of measurements of respiratory movements.
  • Figure 5 (a) shows measurements obtained with a device according to the invention (curve 31).
  • Figure 5 (b) shows measurements obtained with a pneumatic belt of the prior art (curve 32).
  • Figure 5 (c) shows measurements taken from ECG measurements.
  • the respiratory motion is simultaneously calculated from the MRI images by means of an optical flow method (curves 30, dashed). The motion calculated from the MRI images is taken as a reference.
  • the diagnostic electrode 3 is an ECG electrode specially adapted for use in the environment of intense magnetic fields of the MRI.
  • the ECG clamp 2 is a clamp designed to be used with these electrodes 3, in the same environment of intense magnetic fields.
  • displacement sensor interface means 1 already qualified and commercially available (although not designed for this purpose) to fix a motion sensor 1 on the patient. and thus greatly simplify the procedure of approval of the device for use in clinical routine.
  • the electrodes 3 can of course be used only as attachment means of the displacement sensor 1 on the patient. But they can also be used simultaneously to collect ECG signals. Indeed, in most MRI examinations performed in the cardiac or thoracic region, the ECG is measured so electrodes 3 are necessarily installed on the patient.
  • the fixing means 2 can comprise a plurality of ECG clamps, making it possible to fix the movement sensor 1 on a plurality of ECG electrodes for a better stability;
  • the fixing means 2 may comprise, in place of the ECG clamp (s), one or a plurality of cable connectors with a snap-button type interface which is fixed (s) directly on the electrical electrode connection means 4. They may also comprise any fastening means which provides a satisfactory mechanical connection with the electrode 3;
  • the power supply of the device 1 can be performed by means of optical fibers 22, the power supply module 23 comprising a photodetector;
  • the motion sensor 1 may not include a microcontroller 25, in which case the measurement signal from the accelerometer 24 may be directly converted into pulses in a pulse width modulator (PWM or in English Pulse). Width Modulation, PWI) and transmitted by means of optical fibers 22;
  • PWM pulse width modulator
  • PWI Width Modulation
  • the motion sensor 1 may comprise an accelerometer 24 of the passive MOEMS type, embodied in the form of an optoelectromechanical microsystem (in English Micro-Opto-Electro-Mechanical System, MOEMS). Its operating principle can for example consist in measuring the displacement of micromembranes by means of optical beams.
  • This type of accelerometer is said to be passive in the sense that the light sources and optical detectors required for its operation can be deported outside the device and connected to the latter by optical fibers, which makes it particularly well suited the MRI environment;
  • the motion sensor 1 may comprise no electrical circuit and in particular no module the power supply 23, nor a microcontroller 25. It may for example implement an accelerometer 24 of the passive MOEMS type whose light sources and detectors Optics necessary for the operation are deported outside the device and connected to the latter by optical fibers;
  • the device according to the invention can be implemented in combination with electroencephalographic (EEG) electrodes, for controlling the movements of the head during MRI measurements at the cerebral level;
  • EEG electroencephalographic
  • the device according to the invention can be implemented in any medical environment, for any type of application and in particular for all types of medical imaging applications different from MRI (scanner, etc.).

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Abstract

La présente invention concerne un dispositif capteur pour la mesure de mouvements à la surface du corps lors d'un examen d'imagerie médicale, comprenant au moins un capteur de mouvement sensible à au moins une grandeur parmi un déplacement, une vitesse ou une accélération linéaire ou angulaire, et des moyens de fixation conformés de telle sorte à permettre une fixation dudit ou desdits capteur(s) de mouvement à la surface dudit corps par l'intermédiaire de moyens d'adhésion aptes à adhérer sensiblement sans glissement à la surface dudit corps. L'invention concerne aussi un système mettant en œuvre le dispositif.

Description

« Capteur de mouvement associé à une électrode de diagnostic pour applications en imagerie médicale »
Domaine technique
La présente invention concerne un dispositif capteur de mouvement associé à une électrode de diagnostic pour mesurer des mouvements du patient durant des examens en imagerie médicale. Elle concerne également un système de mesure mettant en œuvre le dispositif.
Le domaine de l'invention est plus particulièrement mais de manière non limitative celui de l'imagerie médicale et de l'Imagerie par Résonance Magnétique (IRM).
Etat de la technique antérieure
Les mouvements volontaires ou involontaires du patient, en particulier les mouvements respiratoires et cardiaques, sont à l'origine d'artéfacts qui nuisent à la qualité des images dans les techniques d'imagerie médicale telles que l'Imagerie par Résonance Magnétique (IRM). Ces artéfacts de mouvements sont gênants car ils peuvent masquer des informations importantes pour le diagnostic. Il est donc nécessaire de les prendre en compte.
La gestion des mouvements cardiaques se fait de manière classique par exemple par l'utilisation de capteurs d'électrocardiogramme (ECG) placés sur le thorax qui permettent la synchronisation des séquences d'acquisitions d'images, notamment IRM avec l'activité cardiaque.
Pour s'affranchir des mouvements respiratoires, des techniques telles que l'apnée, la synchronisation respiratoire ou des méthodes de reconstruction (formation de l'image) basées sur une analyse du mouvement sont utilisées mais elles restent encore imparfaites et parfois trop contraignantes pour le patient. En effet, la mesure de l'activité respiratoire est souvent effectuée au moyen d'une ceinture pneumatique placée autour du patient mais ce capteur présente beaucoup d'inconvénients, notamment en termes d'encombrement et de qualité de mesure.
Le principe consistant à intégrer les informations de capteurs externes pour la reconstruction des images a été démontré et correspond à un potentiel important pour l'imagerie des organes en mouvements. Des équipes de recherche ont développé des méthodes qui permettent dans une certaine mesure de s'affranchir des mouvements. On connaît par exemple le document WO 2009/098371 A2 de Odille et al. qui divulgue une méthode permettant, grâce notamment à l'utilisation de capteurs de mouvements, de reconstruire par inversion de systèmes couplés une image sans artéfact et le modèle de mouvement. Cette méthode peut être combinée avec l'imagerie parallèle et est compatible avec les séquences IRM sans nécessité de reprogrammation de celle-ci.
Cependant, pour pouvoir utiliser les informations obtenues par les capteurs externes à des fins de corrections d'images, les signaux doivent être corrélés le plus précisément possible avec le mouvement de l'organe ciblé.
On connaît par exemple le document US 2004/0249314 Al de Salla et al. qui divulgue un dispositif de mesure de mouvement du patient au cours d'un examen d'imagerie médicale, qui comprend des accéléromètres fixés sur une interface souple qui est maintenue en contact avec la peau du patient.
Ce type d'interfaces, comme les ceintures pneumatiques pour la mesure de la respiration, posent de nombreux problèmes :
- leur mise en place sur le patient est complexe,
- l'encombrement n'est pas négligeable,
- et surtout elles sont susceptibles de glisser et de se déplacer sur le corps du patient au cours de l'examen, ce qui peut fausser les mesures.
Il y a donc un besoin de développer de nouveaux capteurs de mouvement compatibles en particulier avec un environnement IRM, qui permettent d'effectuer des mesures précises et fiables pouvant être intégrées aux processus de correction des artéfacts de mouvements. De tels capteurs permettraient d'améliorer la qualité des images en réduisant les artéfacts et de rendre le diagnostic plus précis.
Le développement de capteur en environnement IRM constitue un véritable défi du fait des contraintes imposées par l'IRM :
- il est nécessaire de n'utiliser que des matériaux à faible susceptibilité magnétique, qui d'une part ne perturbent pas le champ magnétique et donc ne causent pas d'artéfacts dans les images, et d'autre part ne sont pas attirés pas les aimants ;
- la taille des capteurs doit être réduite au maximum, d'une part pour limiter les perturbations des champs électromagnétiques, et d'autre part pour des raisons de place disponible surtout quand des antennes de surface sont utilisées ;
- les capteurs doivent être non invasifs et de préférence ne pas avoir de contact direct avec la peau, ou du moins ne pas être conducteurs pour limiter les risques d'échauffement par induction ;
- il est préférable d'éviter les câbles conducteurs électriques de longueur importante au niveau du capteur afin d'éviter les courants induits qui pourraient provoquer des échauffements par l'intermédiaire des ondes radiofréquences de l'IRM ; et
- le capteur ne doit pas être perturbé par l'IRM et ne doit pas le perturber, pour éviter les artéfacts sur les images.
Dans le contexte des examens IRM pratiqués sur le cœur ou dans la région thoracique, il est en outre en général nécessaire de faire des mesures d'électrocardiogrammes (ECG). Outre l'analyse du fonctionnement du cœur, elles permettent également de synchroniser les mesures et/ou de corriger les effets des mouvements du cœur.
Les mesures d'ECG sont difficiles en environnement IRM car très perturbées par la présence des champs magnétiques (statiques et gradients de champs magnétiques) intenses. Les mesures d'ECG sont déjà bruitées dans un champ de 1,5 Tesla tel qu'utilisé actuellement mais risquent de devenir très difficiles dans les champs d'intensité supérieure qui seront utilisés dans les générations de machines d'IRM à venir.
Les mesures de mouvement et d'ECG sont très complémentaires et interdépendantes : d'une part, les mouvements du patient (respiratoires ou musculaires) créent des artéfacts sur les mesures ECG, en particulier lorsque les électrodes sont positionnées comme cela est souvent le cas sur l'axe électrique du cœur, et d'autre part il existe des méthodes permettant, à partir de l'information de mouvement mécanique, d'améliorer la détection et le rapport signal/bruit du signal ECG.
De même, les examens en particulier en imagerie IRM pratiqués au niveau de la tête nécessitent souvent des mesures simultanées d'électroencéphalogramme, qui sont également perturbées par l'environnement électromagnétique.
Le but de la présente invention est de proposer un dispositif capteur permettant de faire des mesures de mouvement en IRM, qui puisse être mis en œuvre d'une manière simple, rapide et efficace lors de mesures de routine en diagnostic clinique.
Exposé de l'invention
Cet objectif est atteint avec un dispositif capteur pour la mesure de mouvements à la surface du corps lors d'un examen d'imagerie médicale, comprenant au moins un capteur de mouvement sensible à au moins une grandeur de mouvement parmi un déplacement, une vitesse ou une accélération, linéaire ou angulaire, caractérisé en ce qu'il comprend en outre des moyens de fixation conformés de telle sorte à permettre une fixation dudit ou desdits capteur(s) de mouvement à la surface dudit corps par l'intermédiaire de moyens d'adhésion aptes à adhérer sensiblement sans glissement à la surface dudit corps.
Le ou les capteur(s) de mouvement peuvent être directement sensibles à au moins une grandeur de mouvement, ou de manière indirecte : Ils peuvent être par exemple sensibles à une variation de pression, ou de champ électrique ou magnétique engendrée par un mouvement.
Les moyens d'adhésion peuvent adhérer par exemple par collage ou par effet ventouse à la surface du corps, ou par tout autre moyen apte à permettre une adhésion sans glissement. On évite ainsi les risques de glissement existant avec les dispositifs de maintien externes tels que les ceintures, les straps ou les gilets qui maintiennent simplement les capteurs sur la peau, et les mouvements sont mieux transmis au capteur.
Avantageusement, les moyens de fixation peuvent être conformés de telle sorte à permettre une fixation du ou des capteur(s) de mouvement à des moyens d'adhésion comprenant au moins une électrode de diagnostic apte à être collée à la surface du corps.
Le ou les capteur(s) de mouvement peuvent en particulier être fixés au moyen de plusieurs électrodes, ce qui permet d'améliorer leur stabilité, d'éviter les mouvements d'oscillations parasites, et aussi mesurer des mouvements sur une base plus large, potentiellement plus représentative.
Le dispositif selon l'invention permet ainsi de mettre en œuvre dans les meilleures conditions des capteurs de mouvements miniaturisés, mais également des capteurs plus complexes et plus volumineux, capables d'effectuer de manière autonome des mesures locales de mouvement. Suivant des modes de réalisation, les moyens de fixation peuvent être conformés de telle sorte à :
- permettre une fixation amovible du capteur de mouvement à la ou les électrode(s) de diagnostic, par exemple pour pouvoir aisément remplacer cette ou ces électrodes ;
- être aptes à être fixés à des moyens de connexion électrique d'électrode présents sur au moins l'une des sortes d'électrodes de diagnostic suivantes : électrodes destinées à des mesure d'électrocardiogramme (ECG), électrodes destinées à des mesures d'électroencéphalogramme (EEG), lesquels moyens de connexion électrique d'électrode étant destinés à la connexion de moyens de transfert de signaux électriques collectés par ladite ou lesdites électrode(s) de diagnostic ;
Le dispositif selon l'invention peut comprendre en outre des moyens pour relier électriquement lesdits moyens de connexion électrique d'électrode aux moyens de transfert de signaux électriques collectés par la ou les électrode(s) de diagnostic.
Suivant des modes de réalisation :
- les moyens de fixation et les moyens de connexion électrique d'électrode peuvent être agencés pour réaliser un couplage mécanique de type bouton- pression ;
- les moyens de fixation peuvent comprendre une pince, ou une pince ECG.
Le dispositif selon l'invention peut être conçu de telle sorte à être apte à être mis en œuvre dans un environnement de machine d'imagerie médicale de type imagerie par résonance magnétique (IRM), comprenant des champs magnétiques intenses.
Suivant des modes de réalisation, il peut comprendre :
- au moins un capteur de mouvement apte à exploiter un champ magnétique généré par une machine d'imagerie par résonance magnétique (IRM),
- au moins un capteur de mouvement de l'un des types suivant : capteur à effet Hall, capteur optique à effet Faraday,
- au moins un capteur de mouvement de l'un des types suivants : accéléromètre, gyroscope, capteur inertiel ; - au moins un accéléromètre de l'un des types suivants : MEMS (en Anglais Micro-Electro-Mechanical System), MEOMS (en Anglais Micro-Electro- Optic-Mechanical System).
Le dispositif selon l'invention peut comprendre un capteur de mouvement sensible au mouvement selon une ou plusieurs orientations spatiales, ou plusieurs capteurs de technologies identiques ou différentes sensibles à des mouvements selon des orientations spatiales identiques ou différentes. Le ou les capteurs peuvent être fixés à la surface du corps par les mêmes moyens de fixation, auquel cas plusieurs capteurs peuvent par exemple être assemblés sur un support unique.
Le dispositif selon l'invention peut comprendre en outre des moyens de calcul, comprenant un microcontrôleur ou un FPGA.
Le dispositif selon l'invention peut comprendre en outre des moyens d'adhésion aptes à adhérer à la surface du corps par au moins l'un des effets suivants : collage, effet ventouse.
Suivant un autre aspect, il est proposé un système d'acquisition et de traitement de signaux physiologiques pendant un examen par IRM d'un patient, caractérisé en ce qu'il comprend :
- au moins une électrode de diagnostic collée à la surface du corps du patient, et apte(s) à recueillir des mesures d'électrocardiogramme (ECG) et/ou des mesures d'électroencéphalogramme (EEG),
- au moins un dispositif capteur de mouvement selon l'invention, fixé(s) sur au moins une électrode de diagnostic,
- des moyens électroniques et de traitement pour le recueil des informations issues de la ou des électrode(s) et du ou des capteur(s) de mouvement, et
- des moyens de calcul aptes à déterminer (i) au moins une information de mouvement du patient, et (ii) au moins une mesure d'électrocardiogramme (ECG) ou d'électroencéphalogramme (EEG).
Des mesures d'électrocardiogramme (ECG) et de mouvements peuvent être mises en œuvre par exemple lors d'examens par IRM dans la région thoracique. Les informations de mouvement peuvent alors comprendre des battements cardiaques et/ou des mouvements respiratoires et/ou des mouvements musculaires notamment. En effet, comme expliqué précédemment, les mesures de mouvement et d'ECG sont très complémentaires et interdépendantes, et il est courant en pratique d'utiliser simultanément ces mesures dans les analyses de signaux.
On peut citer notamment les exemples suivants :
- utilisation d'informations de mouvement pour améliorer la détection d'électrocardiogramme par filtrage adapté, par exemple en exploitant la périodicité temporelle des battements détectés par le ou les capteur(s) de mouvement sensibles aux pulsations ;
- utilisation d'information d'électrocardiogramme pour corriger une mesure de mouvements de l'effet des battements cardiaques.
C'est donc un avantage de l'invention de proposer un système intégrant les deux mesures au niveau des capteurs et permettant une installation sur le patient et une mise en œuvre en une seule opération.
Des mesures d'électroencéphalogramme (EEG) et de mouvements peuvent être mises en œuvre par exemple lors d'examens par IRM de régions de la tête. Les informations de mouvement peuvent alors comprendre notamment des mouvements ou des déplacements de la tête, de la mâchoire,
Description des figures et modes de réalisation
D'autres avantages et particularités de l'invention apparaîtront à la lecture de la description détaillée de mises en œuvre et de modes de réalisation nullement limitatifs, et des dessins annexés suivants :
- la figure 1 illustre un mode de réalisation de dispositif selon l'invention,
- la figure 2 illustre une électrode ECG à pression pouvant être utilisée pour fixer un dispositif selon l'invention,
- la figure 3 illustre une pince à électrodes ECG à pression pouvant être utilisée à titre de moyen de fixation d'un dispositif selon l'invention,
- la figure 4 illustre un schéma bloc des composants d'un dispositif selon l'invention,
- la figure 5 présente des résultats de mesure de mouvements respiratoires (a) obtenus avec un dispositif selon l'invention, (b) obtenus avec une ceinture pneumatique et (c) extraits de mesures ECG, et comparés à des mouvements respiratoires calculés simultanément à partir des images IRM .
On va tout d'abord décrire, en référence à la figure 1, un mode de réalisation de dispositif selon l'invention. Ce mode de réalisation a pour objet un capteur de mouvements 1 permettant d'acquérir les mouvements respiratoires et/ou les battements cardiaques d'un patient au cours d'un examen par IRM pratiqué dans la région cardiaque ou thoracique.
Le dispositif comprend un capteur de mouvement 1, et des moyens de fixation 2, 6 qui permettent de le fixer sur une électrode de diagnostic 3 destinée aux mesures d'électrocardiogramme (ECG).
En référence à la figure 2, Cette électrode 3 est de préférence une électrode autocollante, collée sur la peau 5 du patient. Elle comprend des moyens de connexion électrique d'électrode 4 destiné au branchement d'un connecteur électrique d'un câble 11 pour le transfert des signaux électriques. Ces moyens de connexion électrique d'électrode 4 comprennent de manière habituelle une partie semblable à la partie mâle d'un bouton pression.
En référence à la figure 3, les moyens de fixation comprennent une pince d'ECG 2 de forme adaptée pour pouvoir se fixer solidement aux moyens de connexion électrique d'électrode 4, à laquelle le capteur de mouvement 1 est fixé au moyen d'une vis 6 en matière plastique (ou tout autre moyen compatible avec l'environnement de l'IRM) et de l'interface 10. Cette pince 2 comprend une mâchoire 12 permettant son insertion et son maintien sur les moyens de fixation 4 de l'électrode 3. Elle comprend également un câble 11 électriquement relié à la mâchoire 12 pour le transfert des signaux électriques.
La fixation du capteur de mouvement 1 sur cette pince 2 est effectuée de telle sorte que sa manipulation pour l'insérer et la retirer de l'électrode 3 demeure aisée.
En référence à la figure 4 le capteur de mouvement 1 comprend un support 21 avec une interface de fixation 20 permettant de la fixer à la pince 2. Ce support 21 est de conception compatible avec l'environnement IRM . L'ensemble est intégré inclus dans un boîtier, non représenté sur la figure 4, qui assume une protection mécanique et un blindage adéquat aux radiofréquences.
L'alimentation électrique est effectuée par un module d'alimentation 23 et une pile adaptée, ne contenant pas de composant à forte susceptibilité magnétique. L'élément sensible au mouvement est un accéléromètre à trois axes 24. Il est réalisé sous la forme d'un microsystème électro-mécanique (en Anglais Micro-Electro-Mechanical System, MEMS).
Le dispositif comprend également un microcontrôleur 25, qui permet de conditionner le signal de l'accéléromètre 24 notamment en termes d'ajustement du gain. Le signal de mesure est ensuite transmis sous forme numérique au moyen d'une liaison à fibres optiques 22 connectée à l'interface 26. La transmission est ainsi robuste aux perturbations de l'environnement.
L'électrode 3 étant collée sur la peau 5 du patient, elle suit fidèlement son mouvement. Dans la mesure où la liaison mécanique entre la pince d'ECG 2 et l'électrode 3 est d'une rigidité suffisante, ce qui est le cas en pratique, il s'ensuit que le capteur de mouvement 1 suit également fidèlement les mouvements de la surface de la peau 5 sous l'électrode 3. En effet, bien que n'étant pas conçues pour transmettre des informations de déplacement, il s'avère en pratique que les pinces 2, les électrodes 3 et leur moyens de connexion électrique d'électrode 4 mis en œuvre présentent les caractéristiques requises pour mettre en œuvre efficacement un capteur de mouvement 1, aussi bien du point de vue de la tenue du collage sur la peau 5 que du point de vue de la transmission du déplacement dans les moyens de connexion électrique d'électrode 4.
La figure 5 présente des exemples de mesures de mouvements respiratoires. La figure 5(a) présente des mesures obtenues avec un dispositif selon l'invention (courbe 31). La figure 5(b) présente des mesures obtenues avec une ceinture pneumatique de l'art antérieur (courbe 32). La figure 5(c) présente des mesures extraites de mesures d'ECG. Pour chacune des figures 5(a), 5(b) et 5(c), le mouvement respiratoire est simultanément calculé à partir des images IRM au moyen d'une méthode de flux optique (courbes 30, en pointillé). Le mouvement calculé à partir des images IRM est pris comme référence.
On constate que la qualité de mesure obtenue avec le dispositif selon l'invention est au moins comparable à celle obtenue avec la ceinture pneumatique, qui est par ailleurs plus complexe à installer sur le patient et beaucoup plus gênante pendant les examens et sensiblement meilleure que celle des mesures extraites de mesures d'ECG. L'électrode de diagnostic 3 est une électrode d'ECG spécialement adaptée à une utilisation dans l'environnement de champs magnétiques intenses de l'IRM . La pince d'ECG 2 est une pince conçue pour être utilisée avec ces électrodes 3, dans le même environnement de champs magnétiques intenses. Ces deux composants (l'électrode 3 et la pince 2) sont des composants disponibles dans le commerce. Or, du fait de l'environnement particulièrement difficile de l'IRM, les contraintes normatives et réglementaires que doivent satisfaire les dispositifs destinés à entrer en contact avec la peau d'un patient sont extrêmement rigoureuses.
Il est donc un avantage de l'invention de mettre en œuvre des moyens d'interface du capteur de déplacement 1 déjà qualifiés et disponibles commercialement (bien que n'étant pas conçus dans ce but) pour fixer un capteur de mouvement 1 sur le patient, et ainsi de simplifier considérablement la procédure d'agrément du dispositif pour son usage en routine clinique.
Les électrodes 3 peuvent bien entendu être utilisées uniquement comme moyens de fixation du capteur de déplacement 1 sur le patient. Mais elles peuvent également être utilisées simultanément pour recueillir des signaux ECG. En effet, dans la plupart des examens d'IRM effectués dans la région cardiaque ou thoracique, l'ECG est mesuré donc des électrodes 3 sont nécessairement installées sur le patient.
Il est donc un avantage de l'invention de mettre en œuvre des moyens d'interface du capteur de déplacement 1 qui doivent de toute façon être mis en place sur le patient pour l'examen, ce qui permet un gain de temps substantiel pour l'opérateur et également un gain de place pour disposer d'autres instruments (antennes de surface pour l'IRM, ...).
Suivant des variantes de modes de réalisation :
- les moyens de fixation 2 peuvent comprendre une pluralité de pinces ECG, permettant de fixer le capteur de mouvement 1 sur une pluralité d'électrodes d'ECG pour une meilleure stabilité ;
- les moyens de fixation 2 peuvent comprendre, en lieu et place de la ou des pince(s) d'ECG, un ou une pluralité de connecteur(s) de câble avec une interface de type bouton-pression qui se fixe(nt) directement sur les moyens de connexion électrique d'électrode 4. Ils peuvent également comprendre tous moyens de fixation qui assure une liaison mécanique satisfaisante avec l'électrode 3 ;
- l'alimentation électrique du dispositif 1 peut être effectuée au moyen de fibres optiques 22, le module d'alimentation 23 comprenant un photodétecteur ;
- le capteur de mouvement 1 peut ne pas comprendre de microcontrôleur 25, auquel cas et le signal de mesure issu de l'accéléromètre 24 peut être directement converti sous forme d'impulsions dans un modulateur de largeurs d'impulsion (MLI ou en Anglais Puise Width Modulation, PWI) et transmis au moyen de fibres optiques 22 ;
- le capteur de mouvement 1 peut comprendre un accéléromètre 24 de type MOEMS passif, réalisé sous la forme d'un microsystème opto-électro- mécanique (en Anglais Micro-Opto-Electro-Mechanical System, MOEMS) . Son principe de fonctionnement peut par exemple consister à mesurer le déplacement de micro-membranes au moyen de faisceaux optiques. Ce type d'accéléromètre est dit passif dans le sens où les sources de lumière et les détecteurs optiques nécessaires à son fonctionnement peuvent être déportés à l'extérieur du dispositif et reliés à ce dernier par des fibres optiques, ce qui le rend particulièrement bien adapté à l'environnement de l'IRM ;
- le capteur de mouvement 1 peut ne comprendre aucun circuit électrique et en particulier pas de module l'alimentation 23, ni de microcontrôleur 25. Il peut par exemple mettre en œuvre un accéléromètre 24 de type MOEMS passif dont les sources de lumière et les détecteurs optiques nécessaires au fonctionnement sont déportés à l'extérieur du dispositif et reliés à ce dernier par fibres optiques ;
- le dispositif selon l'invention peut être mis en œuvre en combinaison avec des électrodes d'électroencéphalographie (EEG), pour contrôler les mouvements de la tête au cours de mesures d'IRM au niveau cérébral ;
- le dispositif selon l'invention peut être mis en œuvre dans tout environnement médical, pour tout type d'applications et en particulier pour tous types d'applications d'imagerie médicales différentes de l'IRM (scanner, ...) .
Bien sûr, l'invention n'est pas limitée aux exemples qui viennent d'être décrits et de nombreux aménagements peuvent être apportés à ces exemples sans sortir du cadre de l'invention .

Claims

REVENDICATIONS
1. Dispositif capteur pour la mesure de mouvements à la surface du corps lors d'un examen d'imagerie médicale, comprenant au moins un capteur de mouvement (1) sensible à au moins une grandeur de mouvement parmi un déplacement, une vitesse ou une accélération, linéaire ou angulaire,
caractérisé en ce qu'il comprend en outre des moyens de fixation (2) conformés de telle sorte à permettre une fixation dudit ou desdits capteur(s) de mouvement (1) à la surface (5) dudit corps par l'intermédiaire de moyens d'adhésion (3) aptes à adhérer sensiblement sans glissement à la surface (5) dudit corps et comprenant au moins une électrode de diagnostic (3), lesquels moyens de fixation (2) étant conformés de telle sorte à permettre une fixation amovible du ou des capteur(s) de mouvement (1) à la ou lesdites électrode(s) de diagnostic (3).
2. Dispositif selon la revendication 1, caractérisée en ce que les moyens de fixation (2) sont conformés de telle sorte à permettre une fixation du ou des capteur(s) de mouvement (1) sur une électrode de diagnostic (3) apte à être collée à la surface (5) du corps.
3. Dispositif selon l'une des revendications 1 ou 2, caractérisé en ce que les moyens de fixation (2) sont conformés de telle sorte à être aptes à être fixés à des moyens de connexion électrique d'électrode (4) présents sur au moins l'une des sortes d'électrodes de diagnostic (3) suivantes : électrodes destinées à des mesures d'électrocardiogramme (ECG), électrodes destinées à des mesures d'électroencéphalogramme (EEG), lesquels moyens de connexion électrique d'électrode (4) étant destinés à la connexion de moyens de transfert de signaux électriques (11) collectés par ladite ou lesdites électrode(s) de diagnostic (3).
4. Dispositif selon la revendication 3, caractérisé en ce qu'il comprend en outre des moyens pour relier électriquement lesdits moyens de connexion électrique d'électrode (4) aux moyens de transfert de signaux électriques (11) collectés par la ou les électrode(s) de diagnostic (3).
5. Dispositif selon l'une des revendications 3 ou 4, caractérisé en ce que les moyens de fixation (2) et les moyens de connexion électrique d'électrode (4) sont agencés pour réaliser un couplage mécanique de type bouton- pression.
6. Dispositif selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que les moyens de fixation (2) comprennent une pince.
7. Dispositif selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'il comprend au moins un capteur de mouvement (1) apte à exploiter un champ magnétique généré par une machine d'imagerie par résonance magnétique (IRM).
8. Dispositif selon la revendication 7, caractérisé en ce qu'il comprend au moins un capteur de mouvement (1) de l'un des types suivant : capteur à effet Hall, capteur optique à effet Faraday.
9. Dispositif selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'il comprend au moins un capteur de mouvement (1) de l'un des types suivants : accéléromètre, gyroscope, capteur inertiel.
10. Dispositif selon la revendication 9, caractérisé en ce qu'il comprend au moins un accéléromètre de l'un des types suivants : MEMS, MOEMS.
11. Dispositif selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'il comprend en outre des moyens de calcul (25), comprenant un microcontrôleur ou un FPGA.
12. Dispositif selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'il comprend en outre des moyens d'adhésion (3) aptes à adhérer à la surface (5) du corps par au moins l'un des effets suivants : collage, effet ventouse.
13. Système d'acquisition et de traitement de signaux physiologiques pendant un examen par IRM d'un patient, caractérisé en ce qu'il comprend : - au moins une électrode de diagnostic (3) collée à la surface (5) du corps du patient, et apte(s) à recueillir des mesures d'électrocardiogramme (ECG) et/ou des mesures d'électroencéphalogramme (EEG),
- au moins un dispositif capteur de mouvement (1) selon l'une quelconque des revendications 1 à 12, fixé(s) sur au moins une électrode de diagnostic (3),
- des moyens électroniques et de traitement pour le recueil des informations issues de la ou des électrode(s) et du ou des capteur(s) de mouvement, et
- des moyens de calcul aptes à déterminer (i) au moins une information de mouvement du patient, et (ii) au moins une mesure d'électrocardiogramme (ECG) ou d'électroencéphalogramme (EEG).
14. Utilisation d'un dispositif capteur selon l'une quelconque des revendications 1 à 12 pour la mesure de mouvements à la surface du corps pendant un examen par IRM .
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