L'effet photoélectrique La relativité restreinte La diffusion

Présentation au sujet: "L'effet photoélectrique La relativité restreinte La diffusion"— Transcription de la présentation:

1 L'effet photoélectrique La relativité restreinte La diffusion
Einstein fondateur de l'imagerie médicale? 1905 L'effet photoélectrique La relativité restreinte La diffusion

2 L'effet photoélectrique
Cellule photoélectrique I Nb e- I I Nb e- I

3 L'effet photoélectrique
Explication de Einstein Lumière (ondes électromagnétiques) Photon E=hn Interaction: phénomène élémentaire un photon – un électron lié

4 L'effet photoélectrique
½ mv2= hn -EK hn K L M L'effet photoélectrique

5 Importance relative des effets
photoélectrique Compton création de paires Pb H2O

6 La radiographie

7 L'angiographie

8 Le scanner-X

9 Principes du scanner-X
Accumuler les acquisitions pour distinguer les faibles différences de densité électronique Changer les angles de vue pour avoir une information sur la profondeur Reconstruire un objet à partir de ses projections 2D.

10 Reconstruction des images
Rétroprojection /~peterj/lectures/hbm_1/ img018.GIF Les différentes méthodes Analytique Rétroprojection filtrée 2DFT

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12 Scintigraphie

13 Principes de la scintigraphie
Un isotope de choix 99mTc: période 6h g 140 keV (123I,201Tl...) Des molécules spécifiques d'une fonction MDP métabolisme osseux ECD perfusion cérébrale ... Un espoir: l'immuno-radio-thérapie anticorps spécifique d'une pathologie marqué par un isotope émetteur a.

14 Scintigraphie

15 La relativité La relativité restreinte permet d'expliquer la transformation masse - énergie. Certains isotopes se désintègrent en émettant un positron (anti-particule de l'électron) 11C de période 20 min MeV 13N de période 10 min MeV 15O de période min MeV 18F de période 110 min MeV

16 La relativité 511 keV 511 keV e+ e-
Les deux photons sont détectés par effet photoélectrique dans une caméra à coïncidence ou à temps de vol. Avantage: ne nécessite plus de collimateur pour définir la direction du rayonnement

17 Tomographie par Emission de Positrons
Théoriquement toute molécule biologique peut être marquée par un 11C Pb de période Pb de radiochimie Un marqueur de choix 18F Deoxy Glucose marqueur du métabolisme énergétique

18 Tomographie par Emission de Positrons

19 Tomographie par Emission de Positrons

20 Tomographie par Emission de Positrons

21 La relativité (suite) E= c ( p2 + m02 c2 )1/2
E = m0c2 + p2/(2m0) – p4/(8m03c2) m=m0 (1-v2/c2)-1/2 La relativité restreinte indique que lorsqu'une particule chargée se déplaçant à la vitesse v=p/m0 dans un champ électrostatique E il apparaît dans le référentiel de la particule un champ magnétique: B' = -1/c2 v  E B' = K p  r

22 La relativité Application en mécanique quantique
La relativité restreinte fait apparaître la nécessité d' un moment cinétique intrinsèque de la particule P  R = -S qui vaut -1/2 h pour l'électron, le proton et le neutron. D'où la description d'une particule comme un point matériel défini par ses trois coordonnées spatiales (x,y,z), ses coordonnées de spin en fait S2 et Sz , sa masse au repos (m0) et sa charge .

23 La résonance magnétique nucléaire
Noyaux d'hydrogène des molécules d'eau placés dans un champ magnétique B0 spin H = ½ d'où 2 états énergétiques tels que E- - E+= h0 Onde électromagnétique radiofréquence produite par une bobine alimentée par courant alternatif 0 = B0 E- 0 = B0 E+

24 ASPECT COLLECTIF B0 B0 RESULTANTE M0 AIMANTATION Nucléaire A l'équilibre M0 somme des moments magnétiques nucléaires est dirigé suivant B0 B0

25 SIGNAL DE PRECESSION LIBRE
M0 90° M0 B1 0 SIGNAL DE PRECESSION LIBRE

26 Localisation spatiale du signal RMN
Imagerie RMN Gradients de champ magnétique dans les 3 directions de l'espace O A B B0 B0 - B0 + e x Gradient de lecture appliqué pendant l'acquisition du signal RMN disperse les fréquences en fonction de x.

27 Gradient de Phase B0 B0 - e B0 + e y Appliqué perpendiculairement à la direction de lecture et en dehors de la période d'acquisition disperse les phases en fonction de y. Gradient de sélection de tranche Impulsion sélective: pendant un gradient suivant z ni TF ni Dn ni Dn n0 z Dz

28 Gs Gr Gp Excitation RF Enregistre RF Séquence d'imagerie (spin écho)
180° 90° Excitation RF Gs Gr Gp Enregistre RF Séquence d'imagerie (spin écho)

29 Imagerie par Résonance Magnétique Nucléaire
Le sujet est placé dans un champ magnétique intense La tête du sujet est placée dans une antenne qui émet et reçoit des ondes radio

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32 Méningiome

33 Angiographie RMN

34 IRM fonctionnelle Définition Principe:
image de l'activité cérébrale obtenue par RMN Principe: Augmentation du signal RMN lors de la réaction d'hypervascularisation dans les zones cérébrales actives. (Blood Oxygen Level Dependent = BOLD)

35 IM avec support tactilo-kinesthèsique
AVEUGLES VOYANTS AIRES COMMUNES Frontale et Aires somatosensorielles Aire pré-motrice Pariétale et Aires visuelles associatives

36 La diffusion D = l2/2t ou x2 = 2 D t Théorie classique
Loi de Fick ; solution: c= f(x2/4Dt) Marche au hasard Probabilité de trouver une molécule qui fait des sauts de longueur l en un temps t; solution: P = f(x2t/2tl2) d'où l'équation de Einstein-Smoluchowski D = l2/2t ou x2 = 2 D t

37 Importance de la diffusion en médecine nucléaire
Pour rejoindre sa cible le traceur est d'abord véhiculé par le sang mais du capillaire à la cellule le transfert se fait par diffusion. C 'est phénomène lent: diffusion du glucose dans l'eau D= m2s-1 100 nm en 1 ms ; 1 cm en 1 jour

38 La RMN est une méthode de choix pour mesurer la diffusion
Principe Écho élimine les hétérogénéités de l'aimant Les molécules d'eau qui diffusent entre le 90° et l'acquisition ne participent plus au signal RMN Pour augmenter la sensibilité à la diffusion, on applique un gradient intense.

39 Séquence d'imagerie de diffusion
180° 90° Excitation RF Gs Gr Gp G Gdiffusion   Enregistre RF Séquence d'imagerie de diffusion

40 IMAGERIE DU TENSEUR DE DIFFUSION
  Neurofilament Microtubule Membrane Axonale Myeline Axone // Matière Blanche (MB) Schéma de la structure de la myéline Diffusion de l’eau préférentiellement le long des microtubules

41 MYELINISATION DU SYSTEME NERVEUX CENTRAL
Embryogénèse Prolifération Migration neuronale Différenciation Axonogénèse Dendritogénèse Synaptogénèse Myelinisation naissance Formation de la gaine de myeline

42 Les modèles animaux des maladies de la myéline
1- Les mutations spontanées des gènes de l’oligodendrocyte 2- Encéphalomyélite allergique expérimentale (EAE) 3- Les infections virales: (TMEV, MHV) 4- Les substances chimiques 5- Les approches transgéniques: Introduction d’un gène à toxicité inductible HSV1-TTK Expression ciblée du HSV1-TTK dans les oligodendrocytes Objectif Explorer in vivo les modifications structurales de la myéline dans les cerveaux de souris MBP-TTK Etudier les processus de dysmyelinisation et remyelinisation

43 METHODOLOGIE  2h 30min Amplitude gradient: G= 140mT/mm
90 Amplitude gradient: G= 140mT/mm Durée: =5800 µs =20 ms FOV: 25 mm ln(M)=ln(M0) - 2 G2 2 (- /3)D TR: 1500 ms TE: 35 ms Coupe Sagittale: 1 mm  2h 30min

44 METHODOLOGIE + 6 directions du gradient de diffusion
Acquisition d’images = mesure paramètres tenseur de diffusion 1 référence (IMAGE SANS GRADIENT) + 6 directions du gradient de diffusion Z Y X ZY YX ZX

45 //= 1 > 2, 3: diffusion axiale (parallèle)
Tenseur de diffusion Dxx Dyx Dzx Dxy Dyy Dzy Dxz Dyz Dzz  0 2 0 3 e1 e2 e3 Diagonalisation D = //= 1 > 2, 3: diffusion axiale (parallèle)  = (2+ 3) /2 :diffusion radiale (transverse sur les fibres) 1~ 2 ~ 3 diffusion isotrope 1>> 2 ~ 3 1 > 2 > 3 diffusion anisotrope

46 Témoin Traitée Résultats Gauche-Droit (1) Dorso-Ventral(2)
2 x10-3mm2/s Gauche-Droit (1) Témoin Dorso-Ventral(2) Antéro-Posterieur (3) Gauche-Droit (1) Dorso-Ventral (2) Antéro-Posterieurr (3) Traitée

47 Témoin Traitée <D> <D> FA FA 15 Jours Résultats 1 1
x10-3mm2/s FA FA 1 15 Jours

48 Tractographie CC de souris témoin CC de souris traitée

49 Conclusion Einstein peut clairement être considéré comme l'un des fondateurs de la compréhension de l'interaction des ondes électromagnétiques avec la matière donc de l'imagerie médicale par les ondes électromagnétiques.