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1ESIEA – Imagerie biomédicaleCEA/SHFJ Introduction à limagerie biomédicale Philippe Ciuciu (CEA/SHFJ)

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1 1ESIEA – Imagerie biomédicaleCEA/SHFJ Introduction à limagerie biomédicale Philippe Ciuciu (CEA/SHFJ)

2 2ESIEA – Imagerie biomédicaleCEA/SHFJ Cours inspiré du module du Master de physique médicale et biologique Université de Paris Sud, Orsay Supports utilisés : cours dIrène Buvat ( )

3 3ESIEA – Imagerie biomédicaleCEA/SHFJ Plan Trois types dimagerie biomédicale Principales modalités dimagerie biomédicale Intérêt du traitement dimages biomédicales

4 4ESIEA – Imagerie biomédicaleCEA/SHFJ Aujourdhui Introduction 1895

5 5ESIEA – Imagerie biomédicaleCEA/SHFJ Trois types dimagerie Imagerie fonctionnelle : étude de processus biochimiques et physiologiques Radiographie, IRM, scanner X (TDM), échographie : haute résolution spatiale (~1mm) Imagerie morphologique : étude de lanatomie imagerie scintigraphique, TEP, SPECT résolution spatiale (~4 à 12mm) Plus récemment toutes les modalités: IRMf, échographie

6 6ESIEA – Imagerie biomédicaleCEA/SHFJ Imagerie moléculaire - visualisation de gènes ou de protéines spécifiques, ou de signaux émanant de ces entités - résolution spatiale moins cruciale - actuellement essentiellement développée chez le petit animal - SPECT, PET, IRM, TDM, imagerie optique Trois types dimagerie

7 7ESIEA – Imagerie biomédicaleCEA/SHFJ Etude de la fonction dun organe - synthèse dune molécule - utilisation dune molécule pour synthétiser une substance - fonction mécanique Etude de la perfusion dun organe Généralement, vision plus « macroscopique » que ce que lon entend par imagerie moléculaire (imagerie des gènes et des protéines) Introduction à limagerie fonctionnelle

8 8ESIEA – Imagerie biomédicaleCEA/SHFJ Imagerie morphologique suspecte Imagerie fonctionnelle anormale é caractéristiques fonctionnelles indispensables pour statuer sur la nature dune anomalie anatomique Insuffisance de limagerie anatomique

9 9ESIEA – Imagerie biomédicaleCEA/SHFJ Imagerie anatomique normale Imagerie fonctionnelle anormale é modifications physiologiques ou biochimiques précédant les altérations anatomiques Insuffisance de limagerie anatomique

10 10ESIEA – Imagerie biomédicaleCEA/SHFJ Imagerie fonctionnelle anormale Absence de repère anatomique Imagerie anatomique nécessaire à la localisation des anomalies fonctionnelles David Brasse, University of Pittsburgh Insuffisance de limagerie fonctionnelle Imageries anatomiques et fonctionnelles : complémentaires

11 11ESIEA – Imagerie biomédicaleCEA/SHFJ Comparaison des différentes modalités Radiologie (RX) –Rayons X - Transmission Imagerie de Médecine Nucléaire (MN) –Rayons - Emission Imagerie Ultrasonore (US) –Ultrasons - Excitation / Lecture Imagerie de Résonance Magnétique (IRM) –Spin (du proton) - Excitation / Lecture

12 12ESIEA – Imagerie biomédicaleCEA/SHFJ Plan Trois types dimagerie biomédicale Principales modalités dimagerie biomédicale Intérêt du traitement dimages biomédicales

13 13ESIEA – Imagerie biomédicaleCEA/SHFJ Imagerie Ultrasonore (US) – Hz Imagerie de Résonance Magnétique (IRM) – Hz Micro ondesInfrarouge Visible Ultraviolet Radiologie (RX) – Hz (20 à 150 keV) Imagerie de Médecine Nucléaire (MN) – Hz(70 à 511 keV) Comparaison des différentes modalités : Phénomène physique mis en jeu

14 14ESIEA – Imagerie biomédicaleCEA/SHFJ Modalité « directe » –Radiographie Nécessité dune « reconstruction » –Tomographie Scanner (X)- SPECT - PET –Fourier (2D ou 3D) IRM Construction dimages –Ultrasons Comparaison des différentes modalités : Mode de formation de limage

15 15ESIEA – Imagerie biomédicaleCEA/SHFJ PET 4 mmà 60 mn SPECT6 mmà 60 mn Radiologierés. 0.1 mm0.02s /3 s Tomodensitométrie1 mm2s / 30 s IRM1 mm0.05 s / 20 mn Echographie1 mm0.02 s Doppler3 mm0.05 s Compromis résolution spatiale –temps dacquisition Comparaison des différentes modalités : Temps dexamen

16 16ESIEA – Imagerie biomédicaleCEA/SHFJ Contenu du pixel/voxel –Réflexion ultrasonore (interface) –Atténuation des rayons X (TDM, scanner X) –Concentration du radio-traceur (PET/SPECT) –Densité de protons (T1, T2, T2*) en IRM Bruits Artéfacts Caractéristiques des images

17 17ESIEA – Imagerie biomédicaleCEA/SHFJ Echographie Texture Bruit (BBG +) / x Résolution (anisotrope + PSF) Dérive du fond (TGC) Ombres, renforcements Image « dérivée »

18 18ESIEA – Imagerie biomédicaleCEA/SHFJ Echographie : Image « dérivée »

19 19ESIEA – Imagerie biomédicaleCEA/SHFJ Echographie : bruits additif et multiplicatif

20 20ESIEA – Imagerie biomédicaleCEA/SHFJ Tomodensitométrie X Résolution isotrope (Reconstruction spirale) Bruit (Poisson Bruit Blanc Gaussien +) Niveau de Gris absolu (Hounsfield)

21 21ESIEA – Imagerie biomédicaleCEA/SHFJ Médecine Nucléaire Bruit –Poissonien sur sinogrammes –« Gaussien corrélé » sur image reconstruite Atténuation Diffusion PSF variable

22 22ESIEA – Imagerie biomédicaleCEA/SHFJ Imagerie par Résonance Magnétique Dérive du fond (Antennes, gradients) T1, T2, T2*, Black blood,... Temps de vol Bruit (BBG + / Ricien)

23 23ESIEA – Imagerie biomédicaleCEA/SHFJ Imagerie de vélocimétrie Myocarde, sang, valves Caractéristiques de la modalité Bruit de phase

24 24ESIEA – Imagerie biomédicaleCEA/SHFJ Plan Trois types dimagerie biomédicale Principales modalités dimagerie biomédicale Intérêt du traitement dimages biomédicales

25 25ESIEA – Imagerie biomédicaleCEA/SHFJ Traitement dimages morphologiques Opérations morphologiques canoniques –Quantification : niveaux de gris/échelles de couleur –Correction de biais dintensité –Interpolation : résolution - échantillonnage –Filtrage spatial du bruit –Restauration par réhaussement de contraste –Reconstruction de volumes à partir de projections –Segmentation des tissus –Recalage multisujets (études de groupe)

26 26ESIEA – Imagerie biomédicaleCEA/SHFJ Opérations fonctionnelles canoniques –Segmentation fonctionnelle –Recalage anatomo-fonctionnel multimodal –Fusion dinformations (eg EEG/IRMf) –Filtrage temporel : débruitage, élimination de dérives –Analyse statistique des séquences d images (3D+t) Détection dactivation –Quantification de lactivité (médecine nucléaire) suivi thérapeutique/ évaluation des traitements Traitement dimages fonctionnelles


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