INITIATION A L'IMAGERIE MEDICALE 2010-08-27¢  T1 T2 T2 T1 eau graisse os Mz Mxy T2 t....

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  • IMAGERIE MEDICALE

    Denis MARIANO GOULART

    Faculté de Médecine de Montpellier

    Service de médecine nucléaire. CHU Montpellier.

    d-mariano_goulart@chu-montpellier.fr

  • Plan général

    Les modalités de l’imagerie médicale

    Reconstruction tomographique 2D et 3D

    Traitement et analyse multimodal

    Visualisation volumique

  • Les modalités d’imagerie

  • Rayons X, rayons Rayons X, rayons γ γ γ γ γ γ γ γ ……

    - V +

    X

    C A

    e- U

    Röntgen 1895Röntgen 1895

  • - V +

    X

    C A

    e-

    Becquerel 1896Becquerel 1896

    UUUUUUUU

    U

    Röntgen 1895Röntgen 1895

    Rayons X, rayons Rayons X, rayons γ γ γ γ γ γ γ γ ……

  • - V +

    X

    C A

    e-

    Becquerel 1896Becquerel 1896

    UUUUUUUU

    U

    Röntgen 1895Röntgen 1895

    Rayons X, rayons Rayons X, rayons γ γ γ γ γ γ γ γ ……

    Curie 1934Curie 1934

  • Modalites d’imagerie

    Imagerie de transmission � Radiologie X

    Imagerie d’émission � Scintigraphie γ � TEP

    � IRM

    Imagerie de réflexion � Echographie

  • Imagerie anatomiqueImagerie anatomique

    Radiographie Echographie IRM Post mortem

  • Imagerie fonctionnelleImagerie fonctionnelle

    Kujala et al., 2000

    Cortex auditif

    Cortex visuel

    Sujet normal Aveugle de naissance

  • Imagerie métabolique moléculaireImagerie métabolique moléculaire

    TRACEUR RADIOACTIF

    O O II II

    HO-P-CH2-P-OH I I O O

    \ / HO-Tc-OH

    / \ O O I I

    HO-P-CH2-P-OH II II O O

    VECTEUR

    MARQUEUR

  • Les techniques radiologiques

    Echographie

    IRM

    Radiographie

  • Echographie

    t y ∆∝ ( ) ( )2

    2

    Z' Z

    Z'- Z r

    + =

    c ρ Z =

    US

  • Echographie : applications

    Cœur Thyroïde

    Rein Foetus

  • Imagerie par résonance magnétique nucléaire

    B0 B0

    B1

    M

    Mz

    Mxy

    T2 ω0 = γ B0

    t

    1946 : Bloch & Purcell 1970 : Damadian 1973 : Lanterbur & Mansfield

  • post mortem in vivo

  • T1 T2

    T2 T1

    eau graisse os

    Mz

    Mxy

    T2

    t

  • Imagerie par résonance magnétique nucléaire

  • Imagerie par résonance magnétique nucléaire

  • Spectre du 1H

    Spectrométrie RMN

  • IRM FONCTIONNELLE

    Exécution

    Observation

    de mouvements de la main droite

    M. Burgmer et al., neuroImage 2005

    de ces mouvements

  • Sujet contrôle Aveugle de naissance

    Cortex auditif Cortex visuel

    Kujala et al., 2000

    IRM FONCTIONNELLE

  • II00

    XX

    Radiographie

    ρ≈= E Z

    k dx I dI

    - µ 3 3

    PE ∑= ii xµ -0 e I I

    ∑==⇒= i 0

    i µ )I I(ln x

    1 - p x x

  • Radiographie

  • Médecine nucléaire: principes

    TRACEUR RADIOACTIF

    O O II II

    HO-P-CH2-P-OH I I O O

    \ / HO-Tc-OH

    / \ O O I I

    HO-P-CH2-P-OH II II O O

    VECTEUR

    MARQUEUR

  • Médecine nucléaire: marqueurs

    • Emetteurs de photons uniques γγγγ

    •• Tc, Tc, (Xe, Kr, Ga, Tl, In …)

    • Emetteurs de positons ββββ+ :

    • F, (C, N, O,…)

    γγγγγγγγ

    γγγγγγγγ

    γγγγγγγγ

    18 9 F

    18 8 O

    99 43 Tc

  • Fabrication des isotopes

    Séparation des produits de fissionSéparation des produits de fission : 99Tc,131I,133Xe

    235 92 U + nth ���� 9940 Zr ���� 9941 Nb ���� 9942 Mo ���� 99m43 Tc

    Bombardement Bombardement particulaireparticulaire : 18F,201Tl,123I,111In,67Ga

    CYCLOTRON : Exemple du 189 F

  • Le cyclotron (E Lawrence 1930)

    H-

    18OH2 18

    8 O + p ���� 189 F* + n

    1-2 h

    10 MeV C

    evB = mv²/R

    B

    U

  • Scintigraphie d’émission mono- photonique γ

    I0 p

    a 1

    a na 2

    γγγγγγγγ

    99 43 Tc

  • Scintigraphie d’émission mono- photonique γ

    I0 p

    a 1

    a na 2

    n21 a ... a a p +++=

    γγγγγγγγ

    99 43 Tc

  • Exemples de scintigraphies γγγγ

    Hématies-Tc

    MIBI-Tc

    Diphosphonate-Tc

  • I0 p

    a 1

    a na 2γγγγγγγγ

    99 43 Tc

    TomoTomo--scintigraphiescintigraphie par EMPpar EMP γγ

    ∑= ijij a R p

  • Exemples de Exemples de scintigraphies scintigraphies γγγγγγγγ

    Cations lipophiles-Tc

    Diphosphonate-Tc

  • Tomographie en coïncidence 2DTomographie en coïncidence 2D

    ?ai

    γγγγγγγγ

    γγγγγγγγ

    18 9 F

    18 8 O

    ∑= ii aR p

  • ai

    γγγγγγγγ

    γγγγγγγγ

    18 9 F

    18 8 O

    ?

    Tomographie en coïncidence 3DTomographie en coïncidence 3D

    ∑= ii aR p

  • Exemples de TEP

    Métabolisme 18F DG

    18F DOPA, voie Pré-synaptique

    Perte fonction DaT

    Putamen D

    18F DG18F Na

    1818FF1818FF

    OHOH

    HOHO

    OO

    OHOH

    HOHO

  • Reconstruction tomographique

  • Tomographie 2D et 3D

    p(s,φφφφ,z,θ),θ),θ),θ) : plansp(s,φ) φ) φ) φ) : lignes

    z

    θφ

    s

  • � Modélisations analytique et algébrique

    � Théorème de Radon

    � Rétroprojection filtrée

    � Algorithmes itératifs

    � Régularisation

    Tomographique 2D

  • II00

    XX

    II

    Tomodensitométrie (scanner X)

    n21 µ ... µ µ p +++=

  • Scintigraphie d’émission mono- photonique γ

    I0 p

    a 1

    a na 2

    n21 a ... a a p +++=

    γγγγγγγγ

    99 43 Tc

  • Projection / Rétroprojection

    p fR. rr

    = b pR.t rr

    =

    f

    p

    b

    p

  • ?

    Interprétation (I)

    ( )spθr ( )σθp̂r

    T F

    T F

    ||R

    f

    ( ) ( )θσ.f̂ σp̂ θ

    r r =

  • Interprétation (I)

    ( )spθr

    T F

    T F

    ||R

    f

    ( ) ( )θσ.f̂ σp̂ θ

    r r =

    ( )σ θ

    p̂r

  • θ pr

    θ p̂r abs

    x

    [ ] ' θθ

    1 s p abs . p̂TF rr = −

    s = i.cosθ + j.sinθ

    s1

    s2

    s3

    i

    j

    Projections sur 180°

    ( ) ( )ji, )p (R ji,f '∗=

    Rétroprojection filtrée (III)

  • Rétro-Projection Filtrée

  • Algorithmes itératifs (ART)

    f1 f2

    p2

    ∆2

    f1

    f2

    ∆1 ∆2

    r1,2 ∆1 p1 = r1,1 f1 + r1,2 f2

    p2 = r2,1 f1 + r2,2 f2

    r1,1 r2,1

    r2,2

    p1

    Kaczmarz

  • f1

    f2

    ∆1 ∆2

     

      

    1,2

    1,1 1 r

    rωr

    1nf + r

      

     

    n 2

    n 1n

    f f f

    r d r

    1

    1n1n

    ω

    ω d f f r rrr

    +=+

    1

    1 n

    1

    ω

    ω , f p d r

    rr −

    =

    12

    1

    n 11n1n ω

    ω

    pp f f r

    r

    rr −+=+

    n 2 1,2

    n 1 1,1

    n 1 fr fr p +=

    )pp( f f n11*n1n −+=+ R rr

    Algorithmes itératifs (ART)

    ∆2

    ∆1 p1 = r1,1 f1 + r1,2 f2

    p2 = r2,1 f1 + r2,2 f2

  • ART

    0 0

    0 0

    0

    0

    0

    00

    45

    45 - 0

    4590

    45 - 0 = 15 + 15 + 15

    90 - 0 = 30 + 30 + 30 15 15

    15 15

    30

    15

    15

    3030�

    45 4590

    -15 -1530

    60 6060-

    10 10

    10 10

    25

    25

    25

    2540

    )pp( f f n11*n1n −+=+ R rr

  • Méthodes Algébriques EM (I)

    Maximiser -log[Proba(p/f)]

    Bruit de Poisson sur p

     

      

     =

    ∑ +

    p

    p

    r

    1 . f f

    n l

    l

    l' i,l'

    n1n *R rr

    ∑ ∑∑ =

    ==

    =+ P

    l N

    s

    n ssl

    l ilP

    l il fr

    p r

    r