Cours de Y. Devaux en PCEM

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L’imagerie générale
Les bases physiques de l’imagerie médicale
Pr J-Y Devaux
Biophysique
Mars 2005
Plan
• Les modalités d’imagerie médicale
• Les propriétés de l’image numérique
• Les notions de « base »
• L’acquisition des images
• Le contraste
• Le traitement des images
• Les images en couleur
Modalités d’imagerie médicale
Une modalité est un type d’imagerie
utilisant un type de rayonnement
spécifique
Rayonnements utilisés
en imagerie médicale
• Rayonnements EM
– Infrarouge : Thermographie
– Visible : Endoscopie, Microscopie
– Ultraviolet : Fluorescence
– Rayons X : Radiographie
– Rayons gamma : Scintigraphie
• Ondes ultrasonores : Echographie
• Champ magnétique : I.R.M.
Rayonnement utilisé
Thermographies cutanées
•Rayonnements EM :
–Infrarouge
– Visible
– Ultraviolet
– Rayons X
– Rayons gamma
• Ondes ultrasonores
• Champ magnétique
Rayonnement utilisé
Endoscopie digestive
Microscopie
•Rayonnements EM :
– Infrarouge
–Visible
– Ultraviolet
– Rayons X
– Rayons gamma
• Ondes ultrasonores
• Champ magnétique

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Rayonnement utilisé
Intestin
Moisissures
•Rayonnements EM :
– Infrarouge
– Visible
–Ultraviolet
– Rayons X
– Rayons gamma
• Ondes ultrasonores
• Champ magnétique
Rayonnement utilisé
Radiographie pulmonaire
•Rayonnements EM :
– Infrarouge
– Visible
– Ultraviolet
–Rayons X
– Rayons gamma
• Ondes ultrasonores
• Champ magnétique
La radiologie RX
• Principe physique : l’atténuation des
photons X provenant d’un tube radiogène
• Paramètres mesurés :
– le coefficient d’atténuation µ
• Les procédés d’imagerie :
– Radiographie
– Tomodensitométrie (TDM, scanner X)
Appareillage
Radiologie conventionnelle Tomodensitomètre
Exemples d’imagerie radiologique
TDM cérébrale
Radiographie du bassin
Rayonnement utilisé
•Rayonnements EM :
– Infrarouge
– Visible
– Ultraviolet
– Rayons X
–Rayons gamma
• Ondes ultrasonores
• Champ magnétique
Scintigraphie cérébrale

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La médecine nucléaire MN
• Principe physique : la distribution d’une
substance radioactive émettant des photons γ
• Paramètres mesurés :
– la concentration radioactive locale
– le coefficient d’atténuation µ
• Les procédés d’imagerie :
– Scintigraphie planaire
– Tomoscintigraphie (TEMP)
– Tomographie par émetteurs
de positons (TEP)
Appareillage
T. E. P.Gamma-caméra
Exemples d’imagerie scintigraphique
Tomographie à
Emission de
Positons
Scintigraphie osseuse
Tomoscintigraphie
cardiaque
Rayonnement utilisé
Echographie foetale
• Rayonnements EM :
– Infrarouge
– Visible
– Ultraviolet
– Rayons X
– Rayons gamma
•Ondes ultrasonores
• Champ magnétique
L’échographie US
• Principe physique : la réflexion des ondes
acoustiques de haute fréquence (quelques MHz)
• Paramètre mesuré :
– l’impédance acoustique
(se modifie entre deux milieux = interface)
– l’atténuation du son par les tissus
• Les procédés d’imagerie :
– L’échographie 2D et 3D
– L’imagerie Doppler couleur
Appareillage
Echographe
Transducteur US

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Exemples d’imagerie ultrasonore
Echographie 3D
Echo-Doppler cardiaque
Rayonnement utilisé
IRM : Imagerie par Résonance Magnétique
• Rayonnements EM :
– Infrarouge
– Visible
– Ultraviolet
– Rayons X
– Rayons gamma
• Ondes ultrasonores
•Champ magnétique
La résonance magnétique RMN
• Principe physique : les variations induites
de champ magnétique (Loi de Lenz)
• Paramètres mesurés :
– la densité ρen protons
– les temps de relaxation T1 et T2
• Les procédés d’imagerie :
– Imagerie par résonance magnétique
– Spectroscopie RMN
Appareillage
Modèle “tunnel” Modèle ouvert
Exemples d’imagerie IRM
Système nerveux IRM vasculaire
Les propriétés de l’image
l’analogique et le numérique
l’image planaire et l’image en coupe
la résolution spatiale
la dynamique de codage
le contraste

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Images analogiques ou numériques ?
• Images analogiques (continues)
– Le biologique est analogique
– Impossibilité de reproduction à l’identique
– Coût important du stockage et de sa gestion
• Images numériques (discrètes)
– Etape de codage analogique-numérique
– Modification facile du contenu (traitement)
– Possibilité d’un abord quantitatif
– Duplication et archivage faciles
La numérisation
Représenter une grandeur physique à l’aide de
la symbolique d’un nombre.
Sur une carte, on peut
représenter la taille d’une
agglomération par :
- un cercle ± grand
(représentation analogique)
- le nb d’habitants
(représentation numérique) Paris : 2,125 M hab.
Bordeaux : 220.000 hab.
La mesure numérique
On obtient directement une valeur numérique :
un voltmètre
numérique
un voltmètre
analogique
0510
+-
V =
V ≈A ≈
Ω
A =
+-
V =
V ≈A ≈
Ω
A =
4,5187 utilisable aussi pour :
-le poids (balance)
-la capacité (jauge)
-la vitesse (tachymètre)
-la durée (chronomètre)
et des milliers d’autres
applications…
le mode d’affichage n’affecte pas la précision de la mesure
Le principe de la numérisation
• L’échantillonnage : on compare à un instant donné
un échantillon de la grandeur à mesurer avec une
grandeur construite à l’aide d’un nombre connu de
petits incréments.
amplitude = 10 u
= 1u 12345678910
La précision dépend du
pas d’échantillonnage
(fréquence).
La fréquence d’échantillonnage doit être au moins le
double de celle de la précision attendue de la mesure.
Théorème de Shannon
Numérisation d’une image
Comment numérise-t-on une image ?
On découpe l’image en un damier où chaque
case (un pixel = picture element) se voit
attribuer une valeur numérique selon la
nuance de gris ou la couleur.
La finesse du damier (le
nombre de pixels dans
l’image) détermine la
résolution spatiale
L’imagerie planaire
1 pixel
détecteur