Détail des éléments de l’administrateur

La partie mécanique récupérée de la version allemande de l’administrateur consistait en une vanne 3 voies en matériaux plastiques. L’entrée par défaut correspondait à la voie ouverte sur l’air de la pièce

qui était alors inspiré. Le mouvement de translation de la vanne était contrôlé par un piston pneumatique et permettait l’ouverture de la voie sur laquelle le sac contenant le gaz hyperpolarisé était connecté. La position par défaut, dite « fermée », et la position ouverte sur le sac, dite « ouverte » sont notées respectivement 0 et 1 sur la Figure 3-10.

Pour diminuer les pertes de gaz hyperpolarisés dans la vanne, le volume mort dans la position ouverte était réduit par conception (inférieur à 20 cm3). Les connexions étaient cylindriques et permettaient des raccords de tubes standards de respirateur.

L’environnement magnétique, qui empêchait l’utilisation d’électrovanne, a conduit à la solution technologique pneumatique pour le contrôle de la vanne. Le mouvement de translation nécessaire à l’ouverture était alors réalisé par un piston pneumatique. La commande de ce piston nécessitait l’arrivée de deux tubes d’air comprimé. L’activation du piston était commandée à distance par un système de commutation pneumatique placé dans le local technique. Les tubes pneumatiques, d’une longueur totale d’environ 10 m, traversaient la cage de Faraday à travers un guide d’onde fabriqué à cet effet (cylindre de cuivre de 5 mm d’épaisseur, de diamètre 5 cm et de longueur 30 cm évitant l’introduction de parasites RF). Notons que le délai total entre l’envoi de la commande numérique et l’ouverture effective de la vanne d’administration était environ de 150 ms.

3.2.3.2. Dispositif de commande pneumatique

Le dispositif de commande pneumatique permettait de contrôler, par un signal de commande de type TTL, d’une part, les pistons pneumatiques, et d’autre part, le passage d’un gaz (azote ou air) et l’ouverture du vide, à l’aide d’électrovannes (Figure 3-11). Il était placé dans le local technique (à environ 6 m de l’imageur, hors de la cage de Faraday) et subissait donc très peu l’influence du champ magnétique de l’imageur.

Figure 3-11 Photos du dispositif de commande pneumatique. A gauche, vue de l’intérieur. A droite, en haut, vue de la face arrière, en bas, vue de la face avant.

La face arrière était dédiée au réglage du système. Le réglage de la pression d’air comprimé dans le système (à 3 bars) était réalisé à l’aide d’un manodétendeur. Ce manomètre intégrait une mesure de pression sur le dessus du boîtier. Trois connecteurs étaient disposés pour l’arrivée du gaz comprimé, d’un autre gaz (éventuellement d’azote pour nettoyer le système) et pour le vide. Une prise pneumatique permettait la connexion d’une série de tubes en direction de l’imageur. Le dispositif, surdimensionné pour l’utilisation décrite ici, permettait de contrôler trois pistons pneumatiques,

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régulateurs. Les schémas présentés Figure 3-6 et Figure 3-8 ont été simplifiés pour ne décrire que les parties utiles dans le cadre de ce travail.

Le contrôle manuel du système, utile lors des réglages préliminaires, était possible par des interrupteurs placés sur la face avant du dispositif. Un connecteur (sub-D 25) placé à l’arrière permettait d’envoyer une commande numérique aux relais pour l’ouverture des vannes. La dernière voie de commande était relayée sur la face avant (BNC à droite) en vue de synchroniser l’acquisition IRM.

Dans ce travail, nous avons principalement utilisé les parties suivantes : - la voie de commande pneumatique pour la vanne d’administration,

- la voie de commande de l’électrovanne permettant le passage à débit régulé du gaz imposé en entrée,

- la voie de commande déclenchant l’acquisition IRM.

Les fonctions supplémentaires ont eu un rôle dans une version précédente du système non décrite ici.

3.2.3.3. Boîte de capteurs

Un dispositif générique permettant l’alimentation d’une série de capteurs et la récupération de leurs signaux de sortie a été réalisé. Les références de ces capteurs sont détaillées en Annexe C. Une série de capteurs de pression différentielle a été intégrée dans un dispositif compact, en aluminium (écrantage aux ondes RF), destiné à être placé près du patient. Des batteries amagnétiques (12V) ont été utilisées pour l’alimentation in situ.

Figure 3-13 Vues extérieures de la boite des capteurs.

Les signaux de sortie des capteurs étaient acheminés dans 2 câbles blindés de 8 fils torsadés peu sensibles aux perturbations RF. Ils ont été soudés à des connecteurs amagnétiques. Le passage des signaux vers l’extérieur de la cage de Faraday se faisait à travers des filtres passe-bas (signal BF) intégrés sur chaque conducteur au passage de la cage de Faraday. Un troisième connecteur servait à l’alimentation des deux débitmètres utilisés (AMW700, Honeywell International Inc., Morristown, NJ, USA), et la récupération de leurs signaux de sortie.

Figure 3-14 Montage des débitmètres utilisés.

Les deux débitmètres utilisés en inspiration et en expiration étaient capables de mesurer des débits d’air entre 0 et 3,3 L·s-1, ce qui est largement suffisant pour suivre une respiration au repos. Le capteur de pression à la bouche mesurait des pressions différentielles de 0 à 50 mbar ; les valeurs maximales des pressions rencontrées ne dépassaient pas cette dernière valeur. Son utilisation avait principalement pour but d’assurer la sécurité du patient en cas de pression à la bouche inférieure à une valeur seuil. Ce cas était rencontré lorsque le sac de gaz était vide et que le patient cherchait à inspirer sur une impédance infinie (voir les protocoles d’administration). Les capteurs supplémentaires ont servi dans une version précédente plus complexe de l’administrateur.

3.2.3.4. Carte et logiciel d’acquisition

La carte d’acquisition (DT 9803 8DI, BNC Box, Data Translation, Marlboro, MA, USA), permettait l’échantillonnage simultané sur 8 voies de signaux analogiques compris entre ±10 V avec une

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fréquence d’échantillonnage cumulée sur les voies de 100 kHz et une précision de 16 bits. Elle possédait également une option d’acquisition d’un signal numérique de 8 bits (à la place d’une des 8 voies d’acquisition), ainsi qu’une sortie numérique sur 8 bits. D’autres options (triggers, clock, compteur) n’ont pas été utilisées. Ce type de carte, portable et compacte, communiquait avec un ordinateur portable (OS Windows 98) via un port USB 1. Ce passage par port série rendait impossible un changement de valeur de la sortie numérique pendant une acquisition en continu. La commande numérique de l’administrateur a donc été réalisée directement avec le port parallèle de l’ordinateur. Les sorties des différents capteurs ont été connectées sur les voies de la carte d’acquisition. Compte tenu des délais entre l’envoi de la commande numérique par le logiciel et le changement effectif des valeurs sur le port parallèle, pour obtenir la même base de temps entre les signaux, la sortie du port parallèle était acquise avec la carte.

La carte était fournie avec le logiciel HP VEE (Hewlett Packard, Loveland, CO, USA) et un module supplémentaire spécifique pour le contrôle de la carte (DT VPI, Data Translation, Marlboro, MA, USA). Ce logiciel permet une programmation graphique à l’aide de boîtes réalisant des fonctions déterminées ou programmables avec des traitements effectués sur les entrées et les sorties. C’est un environnement convivial intégrant un panel de fonctions simples d’acquisition (programmation des voies, de l’échantillonnage, etc..), de traitement et de calcul sur les données acquises, de représentation graphique, et enfin de sauvegarde.

Pour ne pas surcharger la mémoire et le traitement par l’ordinateur, les données étaient échantillonnées à 100 Hz en continu, récupérées toutes les 100 ms au mieux (minimum de la carte), et converties dans la grandeur physique correspondante. Les retards des tâches de la version du système d’exploitation empêchaient un contrôle en « temps réel » du système, phénomène amplifié par l’utilisation d’un logiciel interprétant les commandes. La résolution du temps réel dans cette application était donc de l’ordre de 200 ms répartis en 100 ms pour l’acquisition, puis 100 ms pour le traitement et l’envoi de commande.