Le banc de stimulation du Centre d’IRM est un environnement matériel et logiciel permettant aux chercheurs en neuro-imagerie, neurosciences intégratives, psychologie cognitive ou clinique, d’interagir de la façon la plus complète et la plus précise possible avec des sujets (humains ou PNH) installés dans l’imageur IRM, afin de rendre possible le bon déroulement d’expérimentations en IRM fonctionnelle cérébrale.
Ce développement d’intégration instrumentale peut être représenté de façon formelle et fonctionnelle sous la forme d’une architecture à trois couches, impliquant essentiellement les trois domaines de l’informatique, de l’électronique et de la mécanique
- La couche périphérique est la plus visible par les utilisateurs. Elle concerne l’ensemble des dispositifs de recueil des données comportementales et de stimulation du sujet. En un mot, il s’agit des dispositifs d’interaction et d’interfaçage avec le sujet.
- La couche matérielle est clairement la moins visible : elle concerne l’ensemble des cartes d’entrées/sorties analogiques, numériques, vidéo, … ainsi que les dispositifs de conditionnement (filtrage, amplification, isolation, …)
- La couche logicielle permet d’orchestrer le banc et de contrôler en temps-réel l’ensemble de cette chaîne synchronisée avec le système IRM. On y trouve évidemment l’environnement de programmation (LabVIEW en l’occurrence) mais également le système d’exploitation. Cette couche assure également l’interface
conviviale et ergonomique avec l’expérimentateur (Interface Homme-Machine, IHM).
De l’équilibre, de la robustesse et de l’adéquation de ces trois couches dépend le bon fonctionnement de l’ensemble de l’environnement, en fonction des différents niveaux de fonctionnalité et d’exigence.
L’ensemble du banc modulaire est représenté sur la figure suivante. On retrouve les trois couches en jaune, orange et bleu clairs. Les modules verts sont la partie visible et utilisable par les utilisateurs (chercheurs, ingénieurs, étudiants).
Les trois couches sont détaillées ci-après.
La couche instrumentale est le cœur du banc de stimulation. Elle est articulée autour de matériels National Instruments. Ce choix est le fruit d’un partenariat initié depuis plus de 10 ans et qui est ancré dans un réseau de compétences local, institutionnel et privé (notamment Ecole de micro-électronique de Provence) qui permet de partager les expertises réciproques et de tester de nombreux matériels afin de valider les prototypes avant les achats définitifs.
La couche « Instrumentation » et les références des principaux composants sont illustrés ci-dessus.
L’architecture retenue est basée sur la complémentarité du bus PXI (pour les commandes analogiques et numériques, les acquisitions vidéo et les modules de synchronisation) et de châssis CompactDAQ pour les E/S conditionnées (capteurs de force, capteurs résistifs, …). L’ensemble des ces matériels est adressé par un driver commun (DAQmx) ce qui garantit la portabilité et l’évolutivité de l’ensemble des modules et est programmé sous LabVIEW.
Les ports RS-232 et USB sont également utilisés afin de permettre l’intégration d’instruments plus standards (actionneurs série, tablette graphique, ..)
Enfin, un soin tout particulier est apporté à la Compatibilité Électromagnétique des Systèmes (CEMS) : en effet il est nécessaire de limiter toutes les sources de bruits électroniques HF ou BF, en particulier dans un environnement qui multiplie les références (cage de Faraday, terre, références flottantes, alimentations ….). Nous avons donc mis en place tout les outils permettant de limiter les boucles de masse et les effets de mode commun au moyen d’outils adaptés à chaque composant : isolation optique, découpleurs, convertisseurs, alimentations à isolement renforcé, filtrage.
Toutes ces précautions permettent d’utiliser l’ensemble des stimulateurs et des capteurs en toute sécurité et avec la garantie de générer et d’enregistrer les signaux les plus propres possibles.