Introduction à l imagerie biomédicale
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- Adélaïde Gravel
- il y a 6 ans
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1 Introduction à l imagerie biomédicale Philippe Ciuciu (CEA/SHFJ) ciuciu@shfj.cea.fr CEA/SHFJ 1
2 Cours inspiré du module du Master de physique médicale et biologique Université de Paris Sud, Orsay Supports utilisés : cours d Irène Buvat ( CEA/SHFJ 2
3 Plan Trois types d imagerie biomédicale Principales modalités d imagerie biomédicale Intérêt du traitement d images biomédicales CEA/SHFJ 3
4 Introduction 1895 Aujourd hui CEA/SHFJ 4
5 Trois types d imagerie Imagerie morphologique : étude de l anatomie Radiographie, IRM, scanner X (TDM), échographie : haute résolution spatiale (~1mm) Imagerie fonctionnelle : étude de processus biochimiques et physiologiques imagerie scintigraphique, TEP, SPECT résolution spatiale (~4 à 12mm) Plus récemment toutes les modalités: IRMf, échographie CEA/SHFJ 5
6 Trois types d imagerie 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 CEA/SHFJ 6
7 Introduction à l imagerie fonctionnelle Etude de la fonction d un organe - synthèse d une molécule - utilisation d une molécule pour synthétiser une substance - fonction mécanique Etude de la perfusion d un organe Généralement, vision plus «macroscopique» que ce que l on entend par imagerie moléculaire (imagerie des gènes et des protéines) CEA/SHFJ 7
8 Insuffisance de l imagerie anatomique Imagerie morphologique suspecte Imagerie fonctionnelle anormale caractéristiques fonctionnelles indispensables pour statuer sur la nature d une anomalie anatomique CEA/SHFJ 8
9 Insuffisance de l imagerie anatomique Imagerie anatomique normale Imagerie fonctionnelle anormale modifications physiologiques ou biochimiques précédant les altérations anatomiques CEA/SHFJ 9
10 Insuffisance de l imagerie fonctionnelle Imagerie fonctionnelle anormale Absence de repère anatomique Imagerie anatomique nécessaire à la localisation des anomalies fonctionnelles Imageries anatomiques et fonctionnelles : complémentaires David Brasse, University of Pittsburgh CEA/SHFJ 10
11 Comparaison des différentes modalités Radiologie (RX) Rayons X - Transmission Imagerie de Médecine Nucléaire (MN) Rayons γ - Emission Imagerie Ultrasonore (US) Ultrasons - Excitation / Lecture Imagerie de Résonance Magnétique (IRM) Spin (du proton) - Excitation / Lecture CEA/SHFJ 11
12 Plan Trois types d imagerie biomédicale Principales modalités d imagerie biomédicale Intérêt du traitement d images biomédicales CEA/SHFJ 12
13 Comparaison des différentes modalités : Phénomène physique mis en jeu Imagerie Ultrasonore (US) Hz Imagerie de Résonance Magnétique (IRM) Hz Micro ondes Infrarouge Visible Ultraviolet Radiologie (RX) Hz (20 à 150 kev) Imagerie de Médecine Nucléaire (MN) Hz (70 à 511 kev) CEA/SHFJ 13
14 Comparaison des différentes modalités : Mode de formation de l image Modalité «directe» Radiographie Nécessité d une «reconstruction» Tomographie Scanner (X)- SPECT - PET Fourier (2D ou 3D) IRM Construction d images Ultrasons CEA/SHFJ 14
15 Comparaison des différentes modalités : Temps d examen PET SPECT Radiologie Tomodensitométrie IRM Echographie Doppler 4 mm à 60 mn 6 mm à 60 mn rés. 0.1 mm 0.02s /3 s 1 mm 2s / 30 s 1 mm 0.05 s / 20 mn 1 mm 0.02 s 3 mm 0.05 s Compromis résolution spatiale temps d acquisition CEA/SHFJ 15
16 Caractéristiques des images 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 CEA/SHFJ 16
17 Echographie Texture Bruit (BBG +) / x Résolution (anisotrope + PSF) Dérive du fond (TGC) Ombres, renforcements Image «dérivée» CEA/SHFJ 17
18 Echographie : Image «dérivée» CEA/SHFJ 18
19 Echographie : bruits additif et multiplicatif CEA/SHFJ 19
20 Tomodensitométrie X Résolution isotrope (Reconstruction spirale) Bruit (Poisson Bruit Blanc Gaussien +) Niveau de Gris absolu (Hounsfield) CEA/SHFJ 20
21 Bruit Médecine Nucléaire Poissonien sur sinogrammes «Gaussien corrélé» sur image reconstruite Atténuation Diffusion PSF variable CEA/SHFJ 21
22 Imagerie par Résonance Magnétique Dérive du fond (Antennes, gradients) T1, T2, T2*, Black blood,... Temps de vol Bruit (BBG + / Ricien) CEA/SHFJ 22
23 Imagerie de vélocimétrie Myocarde, sang, valves Caractéristiques de la modalité Bruit de phase CEA/SHFJ 23
24 Plan Trois types d imagerie biomédicale Principales modalités d imagerie biomédicale Intérêt du traitement d images biomédicales CEA/SHFJ 24
25 Traitement d images morphologiques Opérations morphologiques canoniques Quantification : niveaux de gris/échelles de couleur Correction de biais d intensité 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) CEA/SHFJ 25
26 Traitement d images fonctionnelles Opérations fonctionnelles canoniques Segmentation fonctionnelle Recalage anatomo-fonctionnel multimodal Fusion d informations (eg EEG/IRMf) Filtrage temporel : débruitage, élimination de dérives Analyse statistique des séquences d images (3D+t) Détection d activation Quantification de l activité (médecine nucléaire) suivi thérapeutique/ évaluation des traitements CEA/SHFJ 26
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