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TOMOGRAPHIE PAR PROJECTIONS ORTHOGONALES ET OUVERTURE CODEE Corinne GROISELLE 14 septembre 2000.

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1 TOMOGRAPHIE PAR PROJECTIONS ORTHOGONALES ET OUVERTURE CODEE Corinne GROISELLE 14 septembre 2000

2 C. GROISELLE14 sept. 20002 HISTORIQUE (1) n MM MORETTI & LANSIART l Brevet dinvention n°8615225 du 22/12/90 l Brevet d'invention n°9611966 du 07/10/93 n Alexandra ROUSSI : Etude sur les séquences de codage, choix de la séquence de SINGER, calcul des côtes du masque (GE400AC), algorithme itératif par corrélation équilibrée l Juin 1994 : thèse de Doctorat

3 C. GROISELLE14 sept. 20003 HISTORIQUE (2) n Problème de résolution sur la coupe et de discrimination en profondeur (images fantômes) n Selma BERRIM : reconstruction itérative par le maximum de vraisemblance l Juin 1998 : thèse de Doctorat

4 C. GROISELLE14 sept. 20004 OBJECTIFS DE CETTE ÉTUDE n But : l Améliorer la résolution en profondeur l Améliorer luniformité l Améliorer la quantification l Réaliser des acquisitions in vivo n Pour cela : l Définition des côtes du masque l Modification de lalgorithme l 2 nde incidence orthogonale

5 C. GROISELLE14 sept. 20005 CHRONOLOGIE n Février à septembre 1996 : stage de D.E.A. l « Correction de la diffusion Compton en tomographie par ouverture codée » n Octobre 1996 : début de la thèse n Juin 1997 : changement de la gamma-caméra l GE400AC DST-XL (S.M.V.Intl.) n Juillet 1998 : livraison du masque à ouverture codée adapté à la gamma-caméra DST-XL n Eté 2000 : patients

6 C. GROISELLE14 sept. 20006 PLAN DE LA PRÉSENTATION n Les différents types dimagerie par ouverture codée n Le système SCOTI n Application sous incidence unique n Application sous 2 incidences orthogonales n Acquisitions in vivo n Discussions et perspectives n Conclusion

7 C. GROISELLE14 sept. 20007 PLAN DE LA PRÉSENTATION n Les différents types dimagerie par ouverture codée n Le système SCOTI n Application sous incidence unique n Application sous 2 incidences orthogonales n Acquisitions in vivo n Discussions et perspectives n Conclusion

8 C. GROISELLE14 sept. 20008 LIMAGERIE PAR OUVERTURE CODÉE n Détecteur fixe : l Acquisition unique & statique l Acquisition dynamique, multispectrale n Sténopé = sensibilité & résolution +++ n Effet tomographique plusieurs sténopés n Large gamme dangles de vue l Suppression des artefacts de limagerie en angle limité Système multi sténopés

9 C. GROISELLE14 sept. 20009 Plan du détecteur Détecteur Sources : FORMALISATION DU CODAGE / DÉCODAGE

10 C. GROISELLE14 sept. 200010 OC I D O Volume objet Image codée Coupes tomographiques B Formalisation du problème de codage / décodage

11 C. GROISELLE14 sept. 200011 Les différents types de codage : Codage de FRESNEL Volume objet Masque Projection

12 C. GROISELLE14 sept. 200012 Les différents types de codage : Codage « dépendant du temps » Volume objet Ensemble des projections Ouverture Somme des projections

13 C. GROISELLE14 sept. 200013 Les différents types de codage : Codage multi sténopés statique Volume objet Projection Masque

14 C. GROISELLE14 sept. 200014 PLAN DE LA PRÉSENTATION n Les différents types dimagerie par ouverture codée n Le système SCOTI n Application sous incidence unique n Application sous 2 incidences orthogonales n Acquisitions in vivo n Discussions et perspectives n Conclusion

15 C. GROISELLE14 sept. 200015 POSITION DES TROUS SUR LE MASQUE SÉQUENCE DE SINGER Motif central : 50 trousMasque : 196 trous

16 C. GROISELLE14 sept. 200016 SCHÉMA DU DISPOSITIF 3,5 mm Masque 3,0 mm Plexiglas e Pièce pyramidale (plomb) Cristal f=336,0mm

17 C. GROISELLE14 sept. 200017 Plexiglas Plomb Côté détecteur 3,0 mm 3,5 mm 3,0 mm 3,1 mm 0,3 mm 40° Côté objet 8,47 mm 0,47 mm 2,7 mm 2,5 mm 336,0 mm Tungstène 168,0 mm Plexiglas SCHÉMA DUN STÉNOPÉ

18 C. GROISELLE14 sept. 200018 HYPOTHÈSES DE TRAVAIL (1) n Discrétisation : pixels, voxels n Activité concentrée au centre du voxel n Image = somme des projections de chacun des points source à travers chacun des trous n Aucun flux de photons en dehors des trous du masque n Masque dépaisseur nulle et trous circulaires

19 C. GROISELLE14 sept. 200019 540 mm 178 pixels 256 pixels 240 pixels 256 pixels 400 mm HYPOTHÈSES DE TRAVAIL (2)

20 C. GROISELLE14 sept. 200020 n n Objet : 4,5 mm soit 29 coupes de 29x39 pixels l l 133,3 x 176,7 x 130,3 mm 3 DISCRÉTISATION ISOTROPE n n Masque : 3,1 mm n Détecteur : 2,2525 mm

21 C. GROISELLE14 sept. 200021 j =intensité calculéeY i =intensité mesuréec ij =coefficients ALGORITHME DE RECONSTRUCTION n Algorithme itératif du Maximum de Vraisemblance l Lange & Carson IEEE Trans. Med. Img. Proc. Vol.8 : 306-316 ; 1984

22 C. GROISELLE14 sept. 200022 S ell j Détecteur ALGORITHME DE RECONSTRUCTION Calcul des coefficients Masque j sjsj sisi 215 millions de coefficients

23 C. GROISELLE14 sept. 200023 ALGORITHME DE RECONSTRUCTION Reconstruction itérative Erreur { "@context": "http://schema.org", "@type": "ImageObject", "contentUrl": "http://images.slideplayer.fr/1150081/3/slides/slide_22.jpg", "name": "C.GROISELLE14 sept.", "description": "200023 ALGORITHME DE RECONSTRUCTION Reconstruction itérative Erreur

24 C. GROISELLE14 sept. 200024 MATÉRIEL UTILISÉ

25 C. GROISELLE14 sept. 200025 PLAN DE LA PRÉSENTATION n Les différents types dimagerie par ouverture codée n Le système SCOTI n Application sous incidence unique n Application sous 2 incidences orthogonales n Acquisitions in vivo n Discussions et perspectives n Conclusion

26 C. GROISELLE14 sept. 200026 CALIBRATION DE LA RECONSTRUCTION n Évaluation du critère de convergence de lalgorithme n Localisation de la source l en profondeur résolution en profondeur l dans la coupe résolution spatiale n Évaluation de luniformité

27 C. GROISELLE14 sept. 200027 OBJETS RADIOACTIFS n Simulations numériques l Ligne source sur les coupes n°1 & n°7 l 10 voxels de long x 1 voxel dépaisseur l Activité simulée par un comptage fixé à 500 unités arbitraires n Fantômes physiques l Ligne source sur les coupes n°1 & n°8 l Tubes capillaires de 45 mm de long - 1,1 mm l 3,7 MBq de technétium-99m

28 C. GROISELLE14 sept. 200028 Coupe 1 Coupe 7 Images dacquisition des simulations numériques - 1 incidence

29 C. GROISELLE14 sept. 200029 Simulations numériques - 1 incidence Évolution de lerreur

30 C. GROISELLE14 sept. 200030 Simulations numériques - coupe n°1 1 incidence - 105 itérations Résolution spatiale : 4,8 mm Résolution en profondeur : 4,5 mm Uniformité : 49,0 pixels -1 ± 0,0 pixels -1

31 C. GROISELLE14 sept. 200031 Simulations numériques - coupe n°7 1 incidence - 111 itérations Résolution spatiale : 4,8 mm Résolution en profondeur : 4,5 mm Uniformité : 48,6 pixels -1 ± 0,5 pixels -1

32 C. GROISELLE14 sept. 200032 Images dacquisition des fantômes physiques - 1 incidence Coupe 1Coupe 8

33 C. GROISELLE14 sept. 200033 Fantômes physiques - 1 incidence Évolution de lerreur

34 C. GROISELLE14 sept. 200034 Fantômes physiques - coupe n°1 1 incidence - 67 itérations Résolution spatiale : 5,6 mm Résolution en profondeur : 5,6 mm Uniformité : 0,203 MBq/pixel ± 0,021 MBq/pixel

35 C. GROISELLE14 sept. 200035 Fantômes physiques - coupe n°8 1 incidence - 78 itérations Résolution spatiale : 7,2 mm Résolution en profondeur : 8,4 mm Uniformité : 0,125 MBq/pixel ± 0,020 MBq/pixel

36 C. GROISELLE14 sept. 200036 Résultats et discussion sur les reconstructions sous 1 incidence Simulations ligne 1 ligne 7 Acquisitions ligne 1 ligne 8 simulationsacquisitionssimulationsacquisitions simulationsacquisitions Résolution en profondeur (mm)Résolution spatiale (mm) Nombre moyen de coups par pixelActivité moyenne en MBq/pixel

37 C. GROISELLE14 sept. 200037 FANTÔME COMPLEXE DE THYROÏDE n 37 MBq de 99m Tc

38 C. GROISELLE14 sept. 200038 FANTÔME COMPLEXE DE THYROÏDE Images de projections Projection codée Projections acquises avec le collimateur à canaux parallèles

39 C. GROISELLE14 sept. 200039 FANTÔME COMPLEXE DE THYROÏDE 1 incidence - 224 itérations

40 C. GROISELLE14 sept. 200040 FANTÔME COMPLEXE DE THYROÏDE Acquisition parallèle + OSEM

41 C. GROISELLE14 sept. 200041 CONCLUSION SUR LE SYSTÈME SCOTI SOUS INCIDENCE UNIQUE n Bonne discrimination des régions hétérogènes n Bonne résolution spatiale n Résolution se dégrade avec la profondeur n Problème duniformité 2 nde incidence orthogonale

42 C. GROISELLE14 sept. 200042 PLAN DE LA PRÉSENTATION n Les différents types dimagerie par ouverture codée n Le système SCOTI n Application sous incidence unique n Application sous 2 incidences orthogonales n Acquisitions in vivo n Discussions et perspectives n Conclusion

43 C. GROISELLE14 sept. 200043 MODIFICATION DE LALGORITHME 1 ere incidence2 nde incidence Moyenne géométrique

44 C. GROISELLE14 sept. 200044 Évolution de lerreur (2 incidences orthogonales)

45 C. GROISELLE14 sept. 200045 Évolution du comptage dans limage (2 incidences orthogonales)

46 C. GROISELLE14 sept. 200046 Simulations numériques - coupe n°1 2 incidences orthogonales - 36 itérations Résolution spatiale : 4,5 mm (4,8 mm) Résolution en profondeur : 4,5 mm (4,5 mm) Uniformité : 49,0 pixel -1 ± 0,0 pixel -1 (49,0 ± 0,0)

47 C. GROISELLE14 sept. 200047 Simulations numériques - coupe n°7 2 incidences orthogonales - 37 itérations Résolution spatiale : 4,5 mm (4,8 mm) Résolution en profondeur : 4,5 mm (4,5 mm) Uniformité : 49,0 pixel -1 ± 0,0 pixel -1 (48,6 ± 0,5)

48 C. GROISELLE14 sept. 200048 Fantômes physiques - coupe n°1 2 incidences orthogonales - 33 itérations Résolution spatiale : 4,5 mm (5,6 mm) Résolution en profondeur : 4,5 mm (5,6 mm) Uniformité : 0,252 MBq/pixel ± 0,008 MBq/pixel (0,203 MBq/pixel ± 0,021 MB/pixel )

49 C. GROISELLE14 sept. 200049 Fantômes physiques - coupe n°7 2 incidences orthogonales - 32 itérations Résolution spatiale : 4,5 mm (7,2 mm) Résolution en profondeur : 7,3 mm (8,4 mm) Uniformité : 0,191 MBq/pixel ± 0,009 MBq/pixel (0,124 MBq/pixel ± 0,020 MBq/pixel

50 C. GROISELLE14 sept. 200050 Résultats et discussion sur les reconstructions sous 2 incidences Simulations ligne 1 ligne 7 Acquisitions ligne 1 ligne 8 simulationsacquisitionssimulationsacquisitions simulationsacquisitions Résolution en profondeur (mm)Résolution spatiale (mm) Nombre moyen de coups par pixelActivité moyenne en MBq/pixel

51 C. GROISELLE14 sept. 200051 Fantôme complexe de thyroïde sous 2 incidences orthogonales - 165 itérations

52 C. GROISELLE14 sept. 200052 PLAN DE LA PRÉSENTATION n Les différents types dimagerie par ouverture codée n Le système SCOTI n Application sous incidence unique n Application sous 2 incidences orthogonales n Acquisitions in vivo n Discussions et perspectives n Conclusion

53 C. GROISELLE14 sept. 200053 CONDITIONS DACQUISITIONS (1) (2) 7,7 MBq de 123 I600 secondes (1) (2)

54 C. GROISELLE14 sept. 200054 COUPES RECONSTRUITES 2 incidences orthogonales

55 C. GROISELLE14 sept. 200055 Comparaison entre louverture codée et limagerie pinhole Projection « pinhole » Somme des coupes reconstruites

56 C. GROISELLE14 sept. 200056 PLAN DE LA PRÉSENTATION n Les différents types dimagerie par ouverture codée n Le système SCOTI n Application sous incidence unique n Application sous 2 incidences orthogonales n Acquisitions in vivo n Discussions et perspectives n Conclusion

57 C. GROISELLE14 sept. 200057 DISCUSSION ET PERSPECTIVES (1) n Diffusion et atténuation l Correction des images de projections & des coefficients n Optimisation de la résolution spatiale l Échantillonnage plus fin l Amélioration de la programmation et de la capacité de calcul de la machine

58 C. GROISELLE14 sept. 200058 DISCUSSION ET PERSPECTIVES (2) n Optimisation de la résolution en profondeur l Incidences supplémentaires l 4 incidences = 2 x 2 : même temps dacquisition n Amélioration de luniformité l Modélisation exacte du système

59 C. GROISELLE14 sept. 200059 PLAN DE LA PRÉSENTATION n Les différents types dimagerie par ouverture codée n Le système SCOTI n Application sous incidence unique n Application sous 2 incidences orthogonales n Acquisitions in vivo n Discussions et perspectives n Conclusion

60 C. GROISELLE14 sept. 200060 CONCLUSION GÉNÉRALE (1) n La nécessité dune incidence orthogonale a été démontrée et assure la validité de la méthode n La méthode est sensible et résolutive dans le plan de coupe (4,5mm) et en profondeur (4,5mm-7,3mm)

61 C. GROISELLE14 sept. 200061 CONCLUSION GÉNÉRALE (2) n Limagerie gamma en ouverture codée sera applicable chez lhomme quand luniformité sera satisfaisante n La méthode ouvre des perspectives de tomographie dynamique & multispectrale

62 C. GROISELLE14 sept. 200062

63 C. GROISELLE14 sept. 200063 GE 400 AC vs DST-XL n Epaisseur du masque : 3,5 mm (3,5 mm) n Distance focale : 201,5 mm (336,0 mm) n Distance du volume au masque : 117,0 mm (168,0 mm) n Nombre de trous : 196 (196) n Diamètre dun sténopé : 1,980 mm (3,1 mm) n UFOV : 385 mm (540 x 400 mm²)

64 C. GROISELLE14 sept. 200064 Diapos supplémentaires (GENERALITES)

65 C. GROISELLE14 sept. 200065 patient Principe de limagerie en médecine nucléaire détecteur Image scintigraphique photons

66 C. GROISELLE14 sept. 200066 Enregistrement, traitement, visualisation des images Principe général de fonctionnement dune gamma-camera collimateur cristal Mesure de lénergie et localisation spatiale PMs

67 C. GROISELLE14 sept. 200067 Les différents types dacquisitions n Planaires : images de projections l « corps entier » l multi-spectrales l dynamiques n Tomographie : coupes dun volume l gated SPECT

68 C. GROISELLE14 sept. 200068 La reconstruction tomographique n Algorithmes analytiques (FBP) l pas de paramétrage l filtrage (filtre rampe) n Algorithmes itératifs l paramétrisation finie de limage l modélisation des mesures l contraintes à priori l critère darrêt des itérations

69 C. GROISELLE14 sept. 200069 Les limites de limagerie n La sensibilité n La résolution l temporelle l spectrométrique l spatiale l en profondeur n La difficulté de mesures quantitatives l la diffusion l latténuation

70 C. GROISELLE14 sept. 200070 Les différents types de reconstructions n Lauto-corrélation n La corrélation équilibrée n Le delta-decoding n La décomposition en valeurs singulières n La méthode itérative ART

71 C. GROISELLE14 sept. 200071 Diapos supplémentaires (1 INCIDENCE)

72 C. GROISELLE14 sept. 200072 Simulations numériques - 1 incidence Évolution du comptage dans limage 1 incidence 0 50 100 150 200 250 300 350 400 450 500 0102030405060708090100110 itérations nombre de coups dans l'image simulation ligne 01 ligne 07 43 itérations 51 itérations zones de convergence

73 C. GROISELLE14 sept. 200073 Simulations numériques - 1 incidence Localisation en profondeur

74 C. GROISELLE14 sept. 200074 Simulations numériques - coupe n°1 1 incidence - 43 itérations

75 C. GROISELLE14 sept. 200075 Simulations numériques - coupe n°7 1 incidence - 51 itérations

76 C. GROISELLE14 sept. 200076 Simulations numériques - 1 incidence Résolution en profondeur

77 C. GROISELLE14 sept. 200077 Simulations numériques - 1 incidence Résolution spatiale

78 C. GROISELLE14 sept. 200078 Simulations numériques - 1 incidence Uniformité

79 C. GROISELLE14 sept. 200079 Fantômes physiques - 1 incidence Évolution du comptage dans limage

80 C. GROISELLE14 sept. 200080 Fantômes physiques - 1 incidence Localisation en profondeur

81 C. GROISELLE14 sept. 200081 Fantômes physiques - coupe n°1 1 incidence - 29 itérations

82 C. GROISELLE14 sept. 200082 Fantômes physiques - coupe n°8 1 incidence - 30 itérations

83 C. GROISELLE14 sept. 200083 Fantômes physiques - 1 incidence Résolution en profondeur

84 C. GROISELLE14 sept. 200084 Fantômes physiques - 1 incidence Résolution spatiale

85 C. GROISELLE14 sept. 200085 Fantômes physiques - 1 incidence Uniformité

86 C. GROISELLE14 sept. 200086 Fantôme complexe de thyroïde 1 incidence - 79 itérations

87 C. GROISELLE14 sept. 200087 Diapos supplémentaires (2 INCIDENCES ORTHOGONALES)

88 C. GROISELLE14 sept. 200088 Simulations numériques - coupe n°1 2 incidences orthogonales - 26 itérations

89 C. GROISELLE14 sept. 200089 Simulations numériques - coupe n°7 2 incidences orthogonales - 27 itérations

90 C. GROISELLE14 sept. 200090 Fantômes physiques - coupe n°1 2 incidences orthogonales - 18 itérations

91 C. GROISELLE14 sept. 200091 Fantôme physique - coupe n°7 2 incidences orthogonales - 17 itérations

92 C. GROISELLE14 sept. 200092 Coupes reconstruites (2 incidences orthogonales)

93 C. GROISELLE14 sept. 200093 Résolution en profondeur - coupe n°1 (2 incidences orthogonales)

94 C. GROISELLE14 sept. 200094 Résolution en profondeur - coupe n°7 (2 incidences orthogonales)

95 C. GROISELLE14 sept. 200095 Résolution spatiale - coupe n°1 (2 incidences orthogonales)

96 C. GROISELLE14 sept. 200096 Résolution spatiale - coupe n°7 (2 incidences orthogonales)

97 C. GROISELLE14 sept. 200097 Uniformité - coupe n°1 (2 incidences orthogonales)

98 C. GROISELLE14 sept. 200098 Uniformité - coupe n°7 (2 incidences orthogonales)

99 C. GROISELLE14 sept. 200099 Évolution de lerreur


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