Imagerie médicale à base de photons
Radiologie, tomographie X, tomographie gamma et positons, imagerie optique
Traité EGEM Electronique - Génie Electrique - MicrosystèmesÉLECTRONIQUE ET MICRO-ÉLECTRONIQUELe traité Electronique, Génie Electrique, Microsystèmes répond au besoin de disposer d'un ensemble de connaissances, méthodes et outils nécessaires à la [...]
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Auteur : Sous la direction de Hervé FANET
Editeur : Hermès / Lavoisier
Collection : Traité EGEM Série Electronique et microélectronique
Date parution : 05/2010CB Google/Apple Pay, Chèque, Virement
Quel est le sujet du livre "Imagerie médicale à base de photons"
Traité EGEM Electronique - Génie Electrique - Microsystèmes
ÉLECTRONIQUE ET MICRO-ÉLECTRONIQUE
Le traité Electronique, Génie Electrique, Microsystèmes répond au besoin de disposer d'un ensemble de connaissances, méthodes et outils nécessaires à la maîtrise de la conception, de la fabrication et de l'utilisation des composants, circuits et systèmes utilisant l'électricité, l'optique et l'électronique comme support.
Conçu et organisé dans un souci de relier étroitement les fondements physiques et les méthodes théoriques au caractère industriel des disciplines traitées, ce traité constitue un état de l'art structuré autour des quatre grands domaines suivants:
- Electronique et micro-électronique
- Optoélectronique
- Génie électrique
- Microsystèmes
Chaque ouvrage développe aussi bien les aspects fondamentaux qu'expérimentaux du domaine qu'il étudie. Une classification des différents chapitres contenus dans chacun, une bibliographie et un index détaillé orientent le lecteur vers ses points d'intérêt immédiats : celui-ci dispose ainsi d'un guide pour ses réflexions ou pour ses choix.
Les savoirs, théories et méthodes rassemblés dans chaque ouvrage ont été choisis pour leur pertinence dans l'avancée des connaissances ou pour la qualité des résultats obtenus.
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Sommaire et contenu du livre "Imagerie médicale à base de photons - Radiologie, tomographie X, tomographie gamma et positons, imagerie optique"
Table des mati?sPr?ce .. 17
Guy Frija
Chapitre 1. Les bases physiques: l'interaction rayonnement-mati?,
ses cons?ences sur la d?ction et l'imagerie m?cale 19
Jean-Pierre Moy
1.1.
Les limites de l'imagerie utilisant la lumi?. 19
1.2.
Imagerie avec d'autres rayonnements . . . . . 20
1.3.
Les rayons X: leur interaction avec la mati?. 22
1.3
.1. Nature des rayons X, production. . . 22
1.3.2.
Loi de Beer-Lambert. . . . . 23
1.3.3.
L'effet photo?ctrique. . . . . . . . . 24
1.3.3.1.
Cas d'un corps simple. . . . 24
1.3.3.2.
Mat?au compos?m?nge 26
1.3.3.3.
Application au filtrage. . . . 28
1.3.3A.
Pouvoir ionisant . . . . . . . 29
1.3.3.5.
Fluorescence X, ?appement. . 30
1.3
A. Cr?iondepaires. ............ 32
1.3.5.
D?ation et perte d'?rgie. L'effet Compton. 32
1.3.5.1.
Indice de r?action. . 35
1.3.6.
Absorption et att?ation. . 36
1.3.7.
Effets chimiques. . . . . . . . 37
1.3.8.La
dose............. ...... 37
lA.
L'imagerie radiologique repose sur l'interaction rayons X-mati?. 38
10 Imagerie m?cale ?ase de photons
1.4.1.
Constitution de l'image . 38
1.4.2.
R?du rayonnement diffus? 41
1.5.
Cons?ences des modes d'interaction sur la d?ction. 42
1.5.1.
Le signal, les bruits .. 43
1.5.1.1.
Absorption. . . . . . . . . 44
1.5.1.2.
Echappement . 45
1.5.1.3.
Le mat?au d?cteur .. 45
1.5.2.
Comptage, int?ation ..... 48
1.5.3.
Les probl?s sp?fiques de l'imagerie. 49
1.5.3.1.
R?lutionspatiale et dose . 50
1.5.3.2.
Echantillonnage . 51
1.5.3.3.
Taille du volume d'interaction. Parallaxe 53
1.6.
Conclusion .. 53
1.7.
Bibliographie . 54
Chapitre 2. Les d?cteurs pour l'imagerie m?cale . . . . . . . . . 55
Herv?ANET
2.1.
Interaction rayonnement mati? et foonation du signal . . . . . . . .. 56
2.1.1.
Cas simple d'un d?cteur plan: explication ph?m?logique. 56
2.1.2.
Cas g?ral du d?cteur multi-?ctrodes et champs
de pond?tion , 60
2.1.3.
Cas d'un d?cteur r?. , 67
2.1.4.
Exemples du d?cteur silicium et du d?cteur ?istes ou pixels 71
2.1.4.1.
D?cteur plan. . . . . . . . . . 71
2.1.4.2.
D?cteur ?istes ou ?ixels. . . . . . . 74
2.1.5.
Influence de la taille du d?cteur . . . . . . . 75
2.1.6.
Comment le probl? peut se compliquer. . 79
2.1.7.
Utilisations des impulsions de courant ?es fins de mesure. 80
2.2.
Les mesures de flux, d'?rgie, de temps et de position . 86
2.2.1.
Les mesures de flux. . . . 86
2.2.2.
Les mesures d'?rgie. 91
2.2.3.
Le bruit ?ctronique. 95
2.2.4.
Mesures de temps. . . . 104
2.2.5.
Mesures de position. . . 107
2.3.
Les d?cteurs semi-conducteurs 110
2.3.1.
La chambre d'ionisation solide. . 110
2.3.2.
Les d?cteurs semi-conducteurs ?onction 112
2.3.2.1.
Explication ph?m?logique . . . . 112
2.3.2.2.
Mod?sation de la d?ction par diode. . 113
Table des mati?s Il
2.3.3.Laphotoconduction.
................ 116
2.3.4.
Mat?aux semi-conducteurs pour la d?ction. 119
2.3.5.D?cteurssilicium.
................ 122
2.3.5.1.
D?cteurs implant?et barri? de surface 122
2.3.5.2.
D?cteurs silicium-lithium. 123
2.3.6.
D?cteurs germanium. . . . . . . . . . . . . . 124
2.3.7.
D?cteurs tellurure de cadmium. . . . . . . . 126
2.4.
M?nisme de la scintillation et cha? de mesure. 128
2.4.1.
Cha? de mesure ?ase de scintillateur 128
2.4.2.
M?nismes de la scintillation 129
2.4.3.
Mat?aux inorganiques. . . . . . . . . . 131
2.4.4.
Mat?aux organiques . . . . . . . . . . . 132
2.4.5.
Qualit?es mesures de temps et d'?rgie. 133
2.4.6.
Fonctionnement et utilisation des photomultiplicateurs 137
2.4.7.
Technologie des photocathodes. . . . . . . . . . . . . 138
2.4.8.
Couplage du scintillateur et du photomultiplicateur. . 139
2.4.9.
Les photodiodes. . . . . . . . 140
2.5.Lesimageurs............. 143
2.5.1.
Caract?stiques principales. 143
2.5.2.
Les technologies d'imageurs 145
2.5.2.1.
Le couple film ?an. . 145
2.5.2.2.
L'intensificateur d'images 145
2.5.2.3.
Les ?ans photo-stimulables. 146
2.5.2.4.
Les panneaux plats. . . . . . . 146
2.5.2.5.
Les d?cteurs pour gamma cam?. . 147
2.5.2.6.
Les d?cteurs pour cam?s positons. 148
2.6.Bibliographie.
..................... 148
Chapitre 3. Traitement des images de radiographie num?que pour
laquantification .................................. 149
Jean R1NKEL et Jean-Marc DfNTEN
3.1.
Introduction aux capteurs plans. . . . . . . . 149
3.1.1.
Techniques de d?ction des rayons X. 150
3.1.1.1.
D?ction indirecte. . . . . 150
3.1.1.2.
D?ction directe. . . . . . 151
3.1.2.
Evaluation des performances. . 152
3.1.2.1.
Grandeurs caract?stiques 152
3.1.2.2.
Comparaison de diff?nts syst?s 153
3.1.3.
Applications cliniques. . . . . . . . . . . . 154
12
Imagerie m?cale ?ase de photons
3.2.
Relation entre les grandeurs physiques et l'acquisition radiographique 155
3.2.1.
Loi d'att?ation . . . 155
3.2.2.
Poly-chromaticit?. . 156
3.2.3.
Rayonnement diffus?157
3.2.4.
R?nse du capteur. . 158
3.2.5.Synth?
........ 159
3.3.
Acc?aux coefficients d'att?ation lin?re ?artir de l'image
d'att?ation................................... 160
3.3.1.
Traitements li?aux effets du capteur. . . . . . . . . . . . . . 160
3.3.1.1.
Mod?sation de la fonction de r?nse d'un pixel J;,j 160
3.3.1.2.Correction
degain...................... 162
3.3.1.3.
Une m?ode de correction de la non-lin?it?. . . 163
3.3.1.4.
Une m?ode de correction de la PSF du capteur par
d?nvolution.......................... 164
3.3.2.
Traitement du raYOJU1ement diffus?ar le patient. . . 167
3.3.2.1.
Revue des principales approches de correction
durayonnement diffus?........................ 167
3.3.2.2.
M?ode de correction du rayonnement diffus?ouplant
mod?sationanalytiqueetcalibrage ................. .. 169
3.4.
Acc??es grandeurs physiques en combinant plusieurs radiographies
d'uncapteurplan .......... 176
3.4.1.
L'imageriebi-?rgies. . . . . . . . . . . . . . . . . 176
3.4.2.CTaveccapteur
plan. ................. 181
3.4.2.1.
Vers la tomographie avec capteur plan. . . . 181
3.4.2.2.
Adaptation de la m?ode de correction du diffus?183
3.4.2.3.
R?ltats. 184
3.5.
Conclusion. . 186
3.6.
Bibliographie. . . . . . 187
Chapitre 4. La tomographie par rayons X . 189
Fran?se PEYRlN et Philippe DOUEK
4.1.
Introduction . 189
4.2.
Principe des premiers syst?s d'acquisition . 190
4.2.1.
Syst?s translation-rotation: le et 2e g?rations. 191
4.2.2.
Syst?s ?aisceau ?ntail: 3e et 4e g?rations 193
4.3.
Aspects physiques et probl? direct . 193
4.3.1.
Nature de l'image tomographique . 194
4.3.2.
Mod?sation du ph?m? physique 195
4.3.3.
Mod?sation des donn? . 197
4.4.
Principe de la reconstruction d'images tomographiques 198
4.4.1.
Position du probl?. . . . . . . . . . 198
4.4.2.
M?odes analytiques . . . . . . . . . . . . 199
4.4.2.1.
Th?? coupe-projection. . . . . . 199
4.4.2.2.
Algorithme par r?oprojection filtr?00
4.4.2.3.
Qualit?e l'image et artefacts. 203
4.4.3.
M?odes discr?s. . . . . . . . 206
4.4.3.1.
Expression du probl?. . . . . 206
4.4.3.2.
M?odes it?tives: ART, SIRT 208
4.4.4.3.
Autres m?odes. . . . . . . . . . 210
4.4.Conclusion
.................... 211
4.5.
Evolution des scanners X et des algorithmes de reconstruction . . 212
4.5.1.
Syst?s spiral?ou h?co?ux. . . . . . . . . . . 212
4.5.2.
Syst?s r?lement 3D : parall? ou divergents. 215
4.5.3.
Syst?s divergents h?co?ux. 218
4.5.4.
Syst?s dual source ...... 219
4.5.5.
Notions de dosim?ie . . . . . 219
4.6.
Exemples d'applications cliniques. . 220
4.6.1.Introduction
............ 220
4.6.2.
Scanner cardiaque: synchronisation ?'ECG 221
4.6.2.1
. Mode s?entiel prospectif. . . . . 222
4.6.2.2.
Mode h?co?l r?ospectif. . . . 223
4.6.2.3.
Indications cliniques. . . . . . . . . 225
4.6.3.Imageriedeperfusion
........... 227
4.6.3.1.
Acquisition dynamique avec d?cteurs ?arge couverture. 228
4.6.3.2.
Application ?a perfusion c?brale. . . 228
4.7.
De la tomographie ?a micro-tomographie. . 230
4.7.1.
Applications ost?articulaires . . . . . . 230
4.7.2.
Syst?s de tomographie p?ph?que. 231
4.7.3.
Syst?s de micro-tomographie. . 231
4.8.
Conclusion . . 233
4.9.Bibliographie................. 234
Chapitre 5. La tomographie par ?ssion de positons
: principes
et applications. ................................. 239
R?ne TREBOSSEN
5.1.Introduction.
................................. .. 240
5.1.1.D?llition.
............................... .. 240
5.1.2.
La TEP par rapport aux autres techniques d'imagerie mol?laire 241
14
Imagerie m?cale ?ase de photons
5.2.
La TEP: principe et performances . 242
5.2.1.
Les radio-pharmaceutiques . 242
5.2.2.
Le principe physique de la TEP. 244
5.2.2.1.
Ev?ments d?ct?.... 244
5.2.2.2.
Acquisition des ?nements . 245
5.2.3.
Traitement des donn? acquises . 247
5.2.3.1.
Organisation des ?nements acquis . 247
5.2.3.2.
Reconstruction d'images ?artir des ?nements acquis. 247
5.2.3.3.
Normalisation des donn? acquises .. 249
5.2A.
Reconstruction des images .... 249
5.2A.1.
Reconstructions analytiques . 249
5.2A.2.
Reconstructions it?tives ... 250
5.2.5.
Principales performances des TEP. 250
5.2.5.1.
R?lution spatiale . 250
5.2.5.2.
La sensibilit? 251
5.2.5.3.
Les taux de co?idences et le NECR .. 251
5.3.
Les tomographes . 252
5.3.1.
D?cteur . 252
5.3.1.1.
Les cristaux scintillants . 253
5.3.1.2.
Le convertisseur lumi?-signal ?ctrique. 253
5.3.1.3.
Le couplage des cristaux aux convertisseurs. 254
5.3.1A.
Les convertisseurs directs. 254
5.3.2.
Les syst?s TEP . 255
5.3.3.
Arrangement des d?cteurs . 255
5.3A.
Uniformit?e la r?lution spatiale sur le champ de vue
des syst?s: la mesure de la profondeur d'interaction . 256
5.3.5.
La mesure du temps de vol . 256
SA.
Application clinique de la TEP bilan d'extension des cancers. 257
5A.1.
Bases physiologiques . 257
5A.2.
Protocole d'acquisition et de reconstruction . 258
5A.3.
Interpr?tion des images: sensibilit?p?ficit?e cette modalit?d'imagerie m?cale. . . . . . 258
5.5.
Conclusion .. 259
5.6.
Bibliographie . 260
Chapitre 6. L'imagerie mono-photonique. 263
Ir? BUVAT
6.1.
Introduction . 263
6.2.
Principe g?ral de l'imagerie mono-photonique 264
6.2.1.
Radiotraceurs . 264
6.2.2.D?cteurs
.............................. 265
6.2.3.Traitementdu
signal........................ 266
6.3.
Syst? de d?ction classique en imagerie mono-photonique:
lagamma-cam? ?intillations ...................... 267
6.3.1.
Principe g?ral d'une gamma-cam? ?cintillations classique. 267
6.3.2.
Variantes dans les composantes de la cam? ?cintillations. . 269
6.3.2.1.
Collimateur. . . . . . . . . . 269
6.3.2.2.Scintillateur........................ 270
6.3.2.3.
Tubes photomultiplicateurs. . . . . . . . . . . . . . . 272
6.3.3.
Performances et utilisation des cam?s ?cintillations
classiques .......................... 273
6.4.
Syst?s innovants : d?cteurs ?emi-conducteurs 275
6.5.
Reconstruction tomographique et corrections. . . . . 276
6.5.1.
Reconstruction tomographique . . . . . . . . . . 276
6.5.1.1.
Reconstruction analytique par r?oprojection filtr? 278
6.5.1.2.
Reconstruction it?tive. . . . 281
6.5.1.3.
Reconstruction 3D . 284
6.5.2.
Corrections. . . . 285
6.5.2.1.
Att?ation . . . . . . . 286
6.5.2.2.
Diffusion. . . . . . . .. 288
6.5.2.3.
R?lution spatiale non stationnaire. 289
6.5.2.4.
Effet de volume partiel . . . . 291
6.5.2.5.
Mouvement. 292
6.6.
D?cteurs hybrides. . . . 294
6.7.
Applications. . . . . . . . 296
6.8.
D?loppements futurs. . 297
6.9.
Conclusion. . . 298
6.10.
Bibliographie. . . . . . . . . 299
Chapitre 7. L'imagerie optique. 303
Anabela DA SILVA
7.1.Introduction.
................................. 303
7.2.
Physique de la propagation lumineuse dans les tissus biologiques . 305
7.2.1.
Echelles de mesure et r?lution: diff?ntes techniques
d'imagerie..................... 305
7.2.2.
Interaction lumi?-mati?. 307
7.2.2.1.
L'indice de r?action 307
7.2.2.2.L'absorption.
............ 308
7.2.2.3.La
diffusion............. 311
7.2.3.
Du probl? direct au probl? inverse. . 315
7.2.3.1.
Les mod?s de propagation de la lumi? dans les milieux
diffusants
: r?lution du probl? direct . . . . . . . . . . . . . . .. 317
7.2.3.2.
Probl? inverse du diagnostic ?'imagerie 3D . . . . . .. 326
7.3.
Diff?ntes techniques d'imagerie optique pour diff?ntes applications 328
7.3.1.
S?ction des photons balistiques ou serpentiles . 329
7.3.1.1.
S?ction spatiale. 329
7.3.1.2.
S?ction temporelle. . . . . . . . . . 330
7.3.1.3.
S?ction par coh?nce temporelle. 331
7.3.2.
Photons multi-diffus?. . . . . . 332
7.3.2.1.
Imagerie du petit anima!. . . 334
7.3.2.2.
Imagerie du corps humain. . 340
7.3.2.3.
Les techniques alternatives. 349
7.4.
Conclusion . . 353
7.5.Bibliographie.
............... 354
Index. ......................................... .. 367