Module Image IMAGERIE MEDICALE. Montpellier France

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1 Module Image IMAGERIE MEDICALE Dr Denis Hoa IMAIOS SAS CHU Lapeyronie LIRMM Montpellier France

2 Imagerie Médicale 1. Acquisition des images médicales Techniques d imagerie médicale moderne 2. Evaluation diagnostique et imagerie médicale Valeurs diagnostiques d un dun test Seuil et discrimination en classes : courbes ROC 3. Traitement des images médicales

3 Module Image : Imagerie médicale TECHNIQUES D IMAGERIE MEDICALE Dr Denis Hoa IMAIOS SAS CHU Lapeyronie LIRMM Montpellier - France

4 Echographie TDM IRM DICOM Techniques d imagerie médicale moderne Echographie hi TDM IRM Format des images médicales DICOM

5 Echographie TDM IRM DICOM Pourquoi plusieurs modalités d imagerie? Propriétés physiques différentes US : Echographie RX : Radiographie, Tomodensitométrie RMN : Imagerie par Résonance Magnétique

6 Echographie TDM IRM DICOM Pourquoi plusieurs modalités d imagerie? Accessibilité et Portabilité Echographie IRM IRM / TDM

7 Echographie TDM IRM DICOM Pourquoi plusieurs modalités d imagerie? Effets délétères potentiels Pi Principe i de précaution Eviter répétition des risques Rapport bénéfice / risque

8 Echographie TDM IRM DICOM Pourquoi plusieurs modalités d imagerie? Vécu du patient

9 Echographie TDM IRM DICOM Pourquoi plusieurs modalités d imagerie? Coût Echographe Scanner IRM K M 1,5 4 M Echographe Scanner IRM ~ 80 ~ 150 ~ 300

10 Echographie TDM IRM DICOM Indications typiques des différentes modalités Rayons X Radiographies : fractures Radioscopie : interventionnel TDM : Crâne, TAP Ultrasons Obstétrique Cardiovasculaire Mobile au lit du patient IRM Tissus mous Neuroimagerie Imagerie fonctionnelle

11 Echographie TDM IRM DICOM Echographie

12 Echographie TDM IRM DICOM Echographie

13 0 Echographie TDM IRM DICOM Principes physiques Ultrasound probe Emitted pulse c Reflector skin d c Transducer Lower amplitude reflected pulse Body tissue (muscle etc)

14 Echographie TDM IRM DICOM Sondes

15 Echographie TDM IRM DICOM Sondes

16 Echographie TDM IRM DICOM Focalisation

17 Echographie TDM IRM DICOM Construction de l image

18 Echographie TDM IRM DICOM Vitesses de propagation dans le corps humain

19 Echographie TDM IRM DICOM Doppler et flux

20 Echographie TDM IRM DICOM

21 Echographie TDM IRM DICOM Acquisition hélicoïdale X-ray detector strip X-ray source 150 kv - Target + ~ Filament

22 Echographie TDM IRM DICOM Acquisitions synchronisées Acquisition séquentielle utilisant le gating en prospectif.

23 Echographie TDM IRM DICOM Interventionnel guidé par TDM

24 Echographie TDM IRM DICOM statif Détecteur 64 coupes GE Le DAS 64 cellules de 0,625mm Un élément du détecteur matriciel

25 Echographie TDM IRM DICOM Détecteurs et collimation Configuration 16 x 0,625 mm Collimation = 10 mm Tube RX Biellette de collimation Configuration 16 x 1,25 mm Collimation = 20 mm Tube RX Biellette de collimation Collimation 10mm Collimation 20mm Diode FET Switching Array Diode FET Switching Array 10mm 20mm

26 Echographie TDM IRM DICOM Matrice de reconstruction Matrice 512x512 DFOV 50cm -> pixel = 1mm Matrice 512x512 DFOV 9cm -> pixel = 0,2mm 500mm 90mm

27 Echographie TDM IRM DICOM Matrice de reconstruction DFOV de 50 cm Images composées de pixels de 1 mm Mêmes données mais DFOV différents DFOV de 9.6 cm Images composées de pixels de 0.2 mm

28 Echographie TDM IRM DICOM Filtres de reconstruction SOFT STANDARD DETAIL LUNG BONE BONE + EDGE

29 Echographie TDM IRM DICOM Echelle d Hounsfield Air = (noir) Graisse = -60 à 120 Eau = 0 Calcium = (blanc) air eau os graisse Tissus mous

30 Echographie TDM IRM DICOM Fenêtrage WL ( window level - centre - niveau ) : valeur UH de la densité moyenne à visualiser. WW ( window width - fenêtre ) : détermine le nombre d unités Hounsfield représentées par chaque niveau de gris. Cerveau WW 135 WL 45 Abdomen WW 400 WL 40 Médiastin WW 350 WL 50 Poumon WW 1700 WL -600 Os WW 2500 WL 500 Rachis WW 250 WL 35 Oreille Moyenne WW 4000 WL 400

31 Echographie TDM IRM DICOM Fenêtrage Fenêtre parenchymateuse uh Fenêtre médiastinale uh air graisse eau Tissus mous os

32 Echographie TDM IRM DICOM Fenêtrage Fenêtre osseuse uh Fenêtre osseuse étendue air graisse eau Tissus mous os

33 Echographie TDM IRM DICOM Fenêtrage Parenchyme cérébral uh Fenêtre abdominale uh air graisse eau Tissus mous os

34 Echographie TDM IRM DICOM TDM

37 Echographie TDM IRM DICOM Imagerie par résonance magnétique : IRM

42 Echographie TDM IRM DICOM Imagerie par résonance magnétique : IRM 42

49 Echographie TDM IRM DICOM Format des images médicales DICOM Digital Imaging Communications in Medicine

50 LiteBox Echographie TDM IRM DICOM DICOM Créé par l American College of Radiology et la NEMA (Nationam Electric Manufacturers Association) Faciliter les transferts d images Storage, Query/Retrieve, Study Component MAGN ETOM Print Management Query/Retrieve Results Management Media Exchange Query/Retrieve, Patient t & Study Management Information Management System

51 Echographie TDM IRM DICOM DICOM Numéro 1 Introduction and Overview Intitulé 2 Conformance 3 Information Object Definitions 4 Service Class Specifications 5 Data Structures and Encoding 6 Data Dictionary 7 Message Exchange 8 Network Communication Support for Message Exchange 10 Media Storage and File Format for Data Interchange 11 Media Storage Application Profiles 12 Media Formats and Physical Media for Data Interchange 14 Grayscale Standard Display Function 15 Security Profiles 16 Content Mapping Resource 17 Explanatory Information 18 Web Access to DICOM Persistent Objects (WADO)

52 Echographie TDM IRM DICOM DICOM Protocole d échange Format Champs de données Champ image

53 Module Image : Imagerie médicale EVALUATION DES PROCEDURES DIAGNOSTIQUES Dr Denis Hoa IMAIOS SAS CHU Lapeyronie LIRMM Montpellier - France

54 Valeurs diagnostiques Courbes ROC Evaluation des procédures diagnostiques Biostatistiques ti ti et valeurs diagnostiques Courbes ROC

55 Valeurs diagnostiques Courbes ROC Evaluation diagnostique d un test 1. Reproductibilité du test Intra et inter observateur 2. +/- Détermination d un seuil Pour les tests qui rendent une valeur quantitative 3. Valeur diagnostique Sensibilité, Spécifité, VPP, VPN, Exactitude tude 4. Comparaison de tests

56 Valeurs diagnostiques Courbes ROC Evaluation diagnostique d un test Test qualitatif Test quantitatif Reproductibilité Etude de concordance Seuil Valeurs diagnostiques Comparaison de différents tests diagnostiques Plusieurs lectures du même examen par le même observateur et par d autres observateurs Coefficient kappa Coefficient de simple ou pondéré corrélation intra classe Courbe ROC Calculs de pourcentages + intervalle de confiance Comparaison de Comparaison d aires pourcentages sous les courbes ROC

57 Valeurs diagnostiques Courbes ROC Valeurs diagnostiques Ring_sign_L2 Table de Ring_sign_L2 par Fonctionnel Fonctionnel FREQUENCE Pct en ligne Pct en col.. No Yes Total No Yes Total Test=Ring_sign_L2 Ref=Fonctionnel rate Normal Approx. 95% CI Poisson Approx. 95% CI Exact Binomial 95% CI Score Binomial 95% CI Sensitivity 89.2% (79.2% %) (61.4% %) (74.6% %) (75.3% %) Specificity 93.3% (86.0% %) (67.3% %) (81.7% %) (82.1% %) PPV 91.7% (82.6% %) (63.1% %) (77.5% %) (78.2% %) PNV 91.3% (83.2% %) (65.8% %) (79.2% %) (79.7% %) ACCURACY 91.5% (85.4% %) (71.9% %) (83.2% %) (83.4% %)

58 Valeurs diagnostiques Courbes ROC Etude de concordance Table de Ring_sign par Ring_sign_L2 Ring_sign_L1 Ring_sign_L2 FREQUENCE Pourcentage Pt Pct en ligne Pct en col. Non Oui Non Oui Total Coefficient simple de Kappa Kappa ASE % Limite de conf inf % Limite de conf sup Total Fréquence manquante = 123

59 Valeurs diagnostiques Courbes ROC Etude de concordance cic cicinf cicsup

60 Objectifs (caricaturaux!) Coefficient kappa Coefficient de concordance intra-classe Aire sous la courbe ROC Varient entre 0 et 1 Bon si > 0,7 Très bon si > 0,8 Sensibilité, Spécificité VPP, VPN Exactitude Objectifs variables

61 Valeurs diagnostiques Courbes ROC Recherche de seuil : les courbes ROC Sain Malade Seuil

62 Valeurs diagnostiques Courbes ROC Recherche de seuil : les courbes ROC Sain Malade Faux négatifs Faux positifs Seuil

63 Valeurs diagnostiques Courbes ROC Non-diseased patient >0.7 07is positive testt Diseased patient t Seuil Sens sibilité less aggressive mindset 1 - Spécificité 63

64 Valeurs diagnostiques Courbes ROC Sain Malade Seuil Sens sibilité moderate mindset 1 - Spécificité 64

65 Valeurs diagnostiques Courbes ROC Sain Malade Seuil Sens sibilité more aggressive mindset 1 - Spécificité 65

66 Valeurs diagnostiques Courbes ROC Sain Seuil Malade Sens sibilité 1 - Spécificité 66

67

68 Valeurs diagnostiques Courbes ROC Espace ROC

69 Valeurs diagnostiques Courbes ROC Courbe ROC

70 Valeurs diagnostiques Courbes ROC Courbe ROC Aire sous la courbe ROC Borne Inferieure 95 Borne Superieure 95 Z Test de l aire sous la courbe à 50%

71 Valeurs diagnostiques Courbes ROC Lecture d une courbe ROC Se Sp

72 Valeurs diagnostiques Courbes ROC Choix du seuil

73 Valeurs diagnostiques Courbes ROC Choix du seuil Seuil Se Sp VPP VPN Index de Youde n Proportion de bien classes VP VN FP FN

74 Valeurs diagnostiques Courbes ROC Comparaison de ROC : AUC sibilité Sens 1 - Spécificité 74

75 Valeurs diagnostiques Courbes ROC Comparaison de ROC : AUC Se 1 - Sp

76 Valeurs diagnostiques Courbes ROC Comparaison de ROC : AUC Se 1 - Sp

77 Conclusion Examens diagnostiques : coût + risque Evaluation des performances Rapport bénéfice risque ROC : outil de classification en optimisant le choix p du seuil

78 Module Image : Imagerie médicale POST TRAITEMENT ET APPLICATIONS Dr Denis Hoa IMAIOS SAS CHU Lapeyronie LIRMM Montpellier - France

79 Post-traitement Voies de recherche Applications non médicales Traitement des images médicales et Applications Post-traitement t t des images médicales Voies de recherche Applications non médicales

80 Post-traitement Voies de recherche Applications non médicales Imagerie vasculaire en IRM

81 Post-traitement Voies de recherche Applications non médicales Imagerie vasculaire en IRM

82 Post-traitement Voies de recherche Applications non médicales Etude des flux en IRM

83 Post-traitement Voies de recherche Applications non médicales Etude de la cinétique cardiaque en IRM

89 Post-traitement Voies de recherche Etude de la cinétique cardiaque en IRM Applications non médicales

94 Post-traitement Voies de recherche Applications non médicales Imagerie de la perfusion cérébrale en IRM

95 Post-traitement Voies de recherche Applications non médicales Imagerie du tenseur de diffusion en IRM

96 Post-traitement Voies de recherche Applications non médicales Imagerie fonctionnelle en IRM

97 Post-traitement Voies de recherche Applications non médicales Spectrographie par RM

98 Post-traitement Voies de recherche Applications non médicales Reformatage TDM Pile de coupes axiales plan sagittal Plan coronal profil face T. Toledo, CHU Lapeyronie, Montpellier

99 Post-traitement Voies de recherche Applications non médicales Reformatage TDM Axiale Coronale Sagittale Oblique T. Toledo, CHU Lapeyronie, Montpellier

100 Post-traitement Voies de recherche Applications non médicales Reformatage TDM Occlusion mécanique du grêle T. Toledo, CHU Lapeyronie, Montpellier Mise en évidence d une du ebride à l aide des vues: coronale et sagittale

101 Post-traitement Voies de recherche Applications non médicales Reformatage TDM Axiale Sagittale Oblique Embol mésentérique Coronale Oblique Curviligne T. Toledo, CHU Lapeyronie, Montpellier

102 Post-traitement Voies de recherche Applications non médicales Reformatage TDM Appendicite aiguë Vue A T. Toledo, CHU Lapeyronie, Montpellier Vue B résultante

103 Post-traitement Voies de recherche Applications non médicales Reformatage TDM Trauma du rein : vue en double oblique. Occlusion mécanique. T. Toledo, CHU Lapeyronie, Montpellier

104 Post-traitement Voies de recherche Applications non médicales Reformatage TDM Reformatage curviligne Appendicite it aiguë. T. Toledo, CHU Lapeyronie, Montpellier Structures tubulaires tortueuses.

105 Post-traitement Voies de recherche Applications non médicales Volume Rendering Osirix

106 Post-traitement Voies de recherche Applications non médicales Volume Rendering Anévrisme de l artère splénique MIP Axiale Oblique Coronale T. Toledo, CHU Lapeyronie, Montpellier VR ciné

107 Post-traitement Voies de recherche Applications non médicales 3D surfacique et endoscopie virtuelle T. Toledo, CHU Lapeyronie, Montpellier

108 Post-traitement Voies de recherche Applications non médicales Coloscopie virtuelle

109 Post-traitement Voies de recherche Applications non médicales Recherche en imagerie médicale Acquisition iti : + précis, + rapide, - délétère Post - traitement : 3D / 4D, analyse automatisée Interprétation : CAD Applications : Réalité augmentée, robotique

110 Post-traitement Voies de recherche Applications non médicales TDM volumique

111 Post-traitement Voies de recherche Applications non médicales Elastographie

112 Post-traitement Voies de recherche Applications non médicales Produits de contraste

113 Post-traitement Voies de recherche Applications non médicales Imagerie moléculaire

114 Post-traitement Voies de recherche Applications non médicales Références Reconstruction ti 3D : Fovia, Volume Graphics CAD : Median Egyptologie : Dr Samuel Merigeaud, IMA Solutions Artistique : Nick Veasey, Leslie Wright

115 Post-traitement Voies de recherche Applications non médicales CAD

116 Post-traitement Voies de recherche Applications non médicales Animaux Dr Samuel Merigeaud, Montpellier

117 Post-traitement Voies de recherche Applications non médicales Fruits Dr Samuel Merigeaud, Montpellier

118 Post-traitement Voies de recherche Applications non médicales Fruits

119 Post-traitement Voies de recherche Applications non médicales Géologie Dr Samuel Merigeaud, Montpellier

120 Conclusion Imagerie in vivo, 2D / 3D / 4D Etude de la structure interne Techniques complémentaires : US / RX / RMN Numérique Voies de recherche : acquisition / traitement / interprétation ti