Analyse des vibrations des points de fixation d'un scanner IRM dans un semi-remorque

JMP Medical est le fabricant d'unités médicales mobiles et relocalisables spécialisées haut de gamme. Elle approvisionne les prestataires de soins de santé du monde entier en proposant des bâtiments IRM/CT déplaçables, des camions de radiographie et de mammographie mobiles, des unités de soins primaires mobiles et des laboratoires modulaires.

Les avantages de ces solutions médicales mobiles sont les suivants :

• contourner le manque d'espace,

• améliorer le débit de patients,

• créer la possibilité d'offrir un service de soins de santé IRM/CT local,

• éviter les interruptions des services de soins de santé lors de la rénovation des installations ou du remplacement des systèmes,

• d'atteindre les patients situés à distance, et

• placer une unité de tomodensitométrie (CT-scan) auxiliaire dédiée à un groupe distinct de patients (par exemple, les patients infectés).

Le laboratoire mobile d'IRM

Le département R&D de JMP Medical effectue constamment des tests et des recherches pour répondre aux besoins du marché. Ce projet est cofinancé par l'Union européenne par le biais du Fonds européen de développement régional dans le cadre du programme de développement intelligent. Il est mis en œuvre dans le cadre d'un concours du Centre national pour la recherche et le développement.

Le produit du projet sera un laboratoire innovant d'imagerie par résonance magnétique sur une semi-remorque. Il vise à offrir la possibilité de réaliser des examens IRM temporaires dans un établissement de santé et à constituer un laboratoire de diagnostic entièrement mobile. La première remorque est en cours de production et le prototype sera testé dans le courant de l'année. La remorque IRM répondra à toutes les exigences des laboratoires d'IRM 1,5T afin de garantir le plus haut niveau de sécurité et de qualité de l'imagerie.

Les travaux de recherche et de développement seront réalisés en 4 étapes. Une fois mis en œuvre, le projet permettra d'effectuer des examens d'imagerie par résonance magnétique dans des établissements de soins de santé où l'installation d'un laboratoire fixe est impossible en raison de l'espace limité, de la capacité de charge insuffisante des plafonds, etc.

Bruit et vibrations de l'IRM

Scanners IRM utilisent de puissants champs magnétiques, des gradients de champ magnétique, des ondes radio et des ordinateurs pour générer des images des organes humains internes. Les scanners utilisent une commutation rapide des courants dans les bobines de gradient pour améliorer la qualité de l'image et réduire le temps de balayage. Cependant, cela génère des vibrations et du bruit excités par les forces électromagnétiques dans la bobine de gradient.

Une fois l'IRM installée dans un bâtiment ou, comme dans le cas présent, dans une remorque, des vibrations et du bruit sont introduits pour plusieurs raisons :

• les propriétés structurelles de l'emplacement des supports de la machine, 

• les propriétés dynamiques de la structure de support, 

• la présence d'autres machines, 
  etc.

Le bruit de l'IRM se propage dans la structure et dans l'air. Il peut exciter d'autres installations, telles que le chauffage, la ventilation et la climatisation (CVC), pour induire davantage de bruit, et affecter d'autres équipements sensibles. L'isolation des vibrations et du bruit devient encore plus difficile lorsque la structure qui abrite l'IRM n'est pas conçue pour cela. 

Comme les scanners IRM pèsent jusqu'à des milliers de kilogrammes, un renforcement structurel du plancher supportant l'IRM peut être nécessaire. Ce renforcement peut introduire des voies de transmission supplémentaires pour les vibrations. Et les vibrations peuvent alors se propager à d'autres parties de la structure. 

En bref, pour éviter toute gêne et tout effet indésirable sur les performances, il est nécessaire de procéder à une étude approfondie des propriétés de bruit et de vibration de l'IRM et des voies de transfert. Des mesures appropriées sont prises en conséquence.

ENVIBRA – un partenaire de Dewesoft - est situé à Poznan. Elle est spécialisée dans les machines et équipements d'essais industriels pour la simulation, l'enregistrement et l'analyse des signaux dynamiques. Le groupe d'ingénieurs expérimentés fournit au marché polonais des appareils tels que :

• systèmes d'analyse des vibrations, 

• simulateurs de mouvement, 

• capteurs de vibration et de pression, 
  vibromètres laser, 

• enregistreurs et analyseurs de signaux,

• et des bancs d'essai dédiés.

Configuration de la mesure

Matériel d'acquisition de données

• Système d'acquisition de données SIRIUSi 6xACC, 2xACC avec technologie DualCoreADC

• Système d'acquisition de données personnalisé SIRIUSi avec technologie DualCoreADC

• Ordinateur de traitement SIRIUS SBOX avec récepteur GPS/GNSS 10Hz intégré.

• Accéléromètres mono et triaxiaux MEMS et piézoélectriques (IEPE)

• Récepteur GPS/GNSS 10Hz

• Capteur de déplacement laser sans contact, capteurs de température et d'humidité

Les modules d'acquisition de données USB et EtherCAT haute dynamique SIRIUS de Dewesoft offrent un large éventail de possibilités de configuration. Les DAQ SIRIUS peuvent être facilement chaînés en cascade pour augmenter le nombre de voies.

L'ordinateur et enregistreur de données ultra-robuste SBOX fonctionne en tandem avec les systèmes d'acquisition de données modulaires SIRIUS. Il ajoute des capacités d'enregistrement des données SSD et de traitement des données en temps réel.

Data Acquisition and Analysis Software

• DewesoftX data acquisition software (version X3 SP9)

• DewesoftX FFT analysis option

La suite logicielle d'acquisition de données DewesoftX offre des fonctions avancées d'enregistrement des données, de traitement des signaux, d'analyse des données,, visualisation des données, et de création de rapports. 

L'option analyseur FFT Dewesoft (Fast Fourier transformation) permet de visualiser les composantes fréquentielles des signaux acquis en amplitude et en fréquence. L'analyseur FFT de Dewesoft dispose de fonctions de curseur avancées, d'une résolution de ligne élevée librement sélectionnable, d'un calcul de moyenne flexible ainsi que de fonctions avancées pour une analyse approfondie.

Mesures

Le but de l'essai était d'effectuer une analyse des vibrations aux points de fixation de la résonance sur le plancher à l'intérieur de la remorque. L'objectif est de vérifier les limites du fabricant de l'IRM et de confirmer expérimentalement les modèles de simulation.

L'accélération a été mesurée pendant le trajet sur une route d'essai locale ainsi qu'en position de stationnement avec le contact mis. Des paramètres supplémentaires ont été enregistrés grâce à la flexibilité des unités SIRIUS.

Des analyseurs de signaux SIRIUS Dewesoft, dotés de la technologie DualCoreADC et offrant une excellente gamme dynamique (jusqu'à 160dB), ont été utilisés pour réaliser les tests. Le signal a été enregistré avec une fréquence d'échantillonnage de 10kHz par voie.l.

Les appareils SIRIUS offrent une flexibilité étonnante pour choisir parmi de nombreux amplificateurs disponibles qui permettent de connecter différents transducteurs. Les mesures ont été effectuées en fixant les accéléromètres à deux points de fixation de part et d'autre de l'appareil IRM.  

Un système de mesure avec le câblage nécessaire a été monté à l'arrière de la semi-remorque. Pendant le test, d'autres signaux ont été enregistrés : 

• La position GPS du camion

• Accélération sur l'essieu de la remorque

• Déplacement (profil de la route) à l'aide d'un capteur laser.

Toutes les mesures ont été synchronisées dans le temps.

Conformément aux exigences du fabricant, les signaux d'accélération enregistrés ont été filtrés avec un filtre passe-bande. Nous avons montré une relation entre la vitesse du camion en fonction du temps en présentant la vitesse inférieure et supérieure à 50km/h avec une couleur différente..

En utilisant la fonctionnalité du module mathématique du logiciel DewesoftX, nous avons pu ajouter plus d'informations au graphique avec tous les événements pour lesquels le seuil d'accélération a été dépassé. Cela a permis de conclure facilement que pour les vitesses inférieures, les niveaux d'accélération étaient dans les limites du fabricant.

De plus, les données enregistrées telles que le profil de la route nous ont permis d'éliminer les erreurs liées aux irrégularités de la route. En outre, nous avons fait des recherches sur le camion restant en position de stationnement.

Conclusion

Le logiciel DewesoftX a permis un traitement et un filtrage rapides des données échantillonnées. Le profil de la route enregistré à l'aide d'un capteur de déplacement laser et de données GNSS a apporté une contribution supplémentaire et a permis une analyse et une visualisation plus approfondies des données.

La polyvalence de la solution de mesure proposée, associée à une interface logicielle intuitive, ont été des facteurs clés dans le processus de décision du client.

Référence

• Khan, Imran: MRI Scanner’s Vibration Isolation: Experimental Measurements, Analysis Techniques, and Analytical Models, January 31, 2017

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