Imagerie Flashcards
Représentation schématique du processus sd’imagerie
Rayonnement
→ interaction rayonnement -matière = signal physique
→ interaction signal matière par le détecteur = signal électrique
→ traitement du signal/ algorithme
→ reconstruction de l’image
→ interprétation par un spécialiste
Imagerie médicale
Visualisation des organismes humaines ou animaux par des techniques autre que la visualisation directe
Technique non invasive
→ Imagerie anatomique et morphologique : forme, taille, position des différents tissus
→ imagerie fonctionnelle : organes en train de fonctionner
Caractéristiques des images
Images ANALOGIQUES
= traduction des variations spatiales physique sous une forme accessible à la visualisation. Une image analogique peut être définie par une fonction A (x;y)
Images NUMERIQUES
= tableau de chiffres = matrice de pixels
L’intensité de chaque pixel ne peut prendre qu’un nombre fini de valeurs auxquelles on donne une signification visuelle ne leur attribuant une couleur
Voxel : petit volume du corps du patient correspondant à un pixel
Tomographie
Coupes transversales, frontales; sagittales
→ Reconstruction des images à partir des projections de Radon (1 rétroprojection = variation d’intensité captée par le détecteur ↔ plusieurs rétroprojections à divers angles = reconstitution de l’image)
Panorama des principales techniques d’imagerie actuelles
En physique, radiation = rayonnement = processus d’émission ou de transmission d’énergie sous forme de particules ou d’ondes électromagnétiques, ou encore d’ondes acoustiques
✯ Utilisation de rayonnements ionisants (E ≥ 13,6 eV = énergie nécessaire pour ioniser une molécule d’eau)
• Radiographie : rayons X - visualisation du coefficient d’absorption des RX
• Scanner X : rayons X - visualisation du coefficient d’absorption des RX
→ DONT Utilisation de la radioactivité
• tomographie par émission monophotonique, en abrégé TEMP, ou SPECT : rayons gamma, visualisation de la densité des molécules marquées
• PET : rayons gamma - visualisation de la densité des molécules marquées
✯ Autres
• échographie : ultrasons - localisation des interfaces
• OCT (tomographie en cohérence optique ou tomographie optique cohérente) : proches IR - localisation des interfaces
• IRM (Imagerie par résonance magnétique) : radiofréquences - visualisation de la densité des atomes
Imagerie radiologique
PRINCIPE PHYSIQUE
La radiographie utilise des rayons X qui traversent le corps humain en étant plus ou moins absorbés par les tissus selon leur densité. Un film photographique recueille l’image ; il est souvent remplacé par un détecteur électronique, plus sensible, qui numérise l’image.
→ Résolution : 0,1 mm
→ Résolution temporelle = 100 ms
Image de projection sur le détecteur (écran luminescent)
I = I(t=0) * e^(-µx)
Intensité varie en fonction du coefficient linéaire d’atténuation et l’épaisseur traversée
→ possibilité de distinguer air, baisse, eau et calcium … mais mauvais contraste entre les différents tissus mous
↪ utilisation de produits de contraste pour visualiser les organes creux
* produits de contraste positifs : très atténuants (radio-opaques) = sels d'iode, ... * produits de contraste négatifs : composés négatifs : composés peu atténuants, ... air, CO2, N2 (utilisés nepneuo)
Exemples:
- en orthopédie ou chez le dentiste pour visualiser le squelette ou les dents.
- tumeurs au niveau des poumons ou des seins (mammographie).
- radiographie du côlon avec un milieu de contraste
- angiographie pulmonaire, coronaire
Scanner X = tomodensitométrie
PRINCIPE PHYSIQUE
- permet de visualiser les organes en 3D, sous forme de coupes. Il utilise lui aussi des rayons X émis pas un tube qui tourne autour du patient ; une succession d’images du corps sont prises à 360° grâce à des capteurs situés de part et d’autre du patient et qui mesurent l’absorption des tissus.
I = I (t=0) * e^(intégrale µ(x)dx)
→ Résolution spatiale de l’ordre de 1 mm
→ Résolution temporelle de qq secondes à qq ms suivant la partie du corps
↪ possibilité de suivre une cinétique cardiaque
↪ TDM du crâne : infarctus cérébral, hémorragie cérébrale, lésions hyperdenses (blanches) de démyélinisation cérébrale
Danger et précautions de l’utilisation de rayons X ?
POUR LE PATIENT
- irradiation essentiellement par faisceau direct mais aussi certains photons diffusés absorbés par d’autres organes
- doses les plus préoccupantes lors des examens avec des temps de copie importants (angiographie)
- ne pas pratiquer d’examen radiologique qui n’aura pas d’incidence diagnostique ou thérapeutique
- limiter l’irradiation à la zone utile
- contrôler l’appareillage régulièrement
- limiter les examens radiologiques chez les femmes aux 10 jours qui suivent les règles.
- Effets secondaires des agents de contraste iodés : réaction allergique aigue, insuffisance rénale aigue, hyperthyroïdie transitoire
POUR LE PERSONNEL
- irradiation par les photons diffusés
• port d’un dosimètre
• commande des appareils à distance
• port de tabliers et de gants plombés ni nécessité de rester près di patient
Imagerie scintigraphique
- principe général
- scintigraphie classique
- tomographie d’émission monophotonique = SEPCT
- TEP : positron tomographie d’émission de positons
- le PET-Scan
PRINCIPE GENERAL
- Visualiser une structure anatomique ou fonctionnelle de l’organisme en y localisant un isotope radioactif susceptible de détection externe.
- Détection avec des gamma-caméras ou des gamma-caméras modifiées
• Traceur : localisation sélective au niveau d’une structure particulière de l’organisme
• Marqueur : nucléaire radioactif (émetteur gamma ou β+) - quantification de la concentration locale
✯ Scintigraphie classique
- gamma caméra permettant d’obtenir une image de projection de toute la radioactivité présente dans le champ de la caméra
→ utilisation d’émetteurs β- + gamma
Ex : iode 131, xénon 133
mais β- ne pourra pas être détecté
→ augmentation inutile de la dose d’irradiation
↪ utilisation d’émetteurs gamma purs
• 99mTc (technétium métastable)
• 201 TI (thallium)
✯ TEMP ou SPECT
- gamma caméra 1, 2, 3 voire 4 têtes tournant autour du patient pour obtenir un ensemble d’images en coupe de la région étudiée
=> On réalise l’image de la distribution du radiopharmaceutique à l’aide d’une gamma-caméra tournant autour du patient. Celle-ci est essentiellement constituée d’un collimateur (permettant la sélection angulaire des photons) et de détecteurs de rayons gamma. Grâce à un algorithme de reconstruction tomographique, la cartographie tridimensionnelle de l’activité radioactive est estimée et ainsi la distribution du radiopharmaceutique dans l’organisme.
- Avantage par rapport à la scintigraphie classique : localisation du traceur en 3D en évitant le problème de superposition
- même émetteur qu pour la scintigraphie en mode planaire : préférer les émetteurs gamma purs
• 99mTc (technétium métastable)
• 201 TI (thallium)
→ résolution spatiale : 5 à 10 mm
→ résolution temporelle : 1 à 30/40 mins
⚠ Le principe de la TEMP est assez proche de celui de la tomographie par émission de positon (TEP) dans le sens où il s’agit également d’une tomographie d’émission utilisant un radiopharmaceutique.
Cependant, en TEP on utilise des radiopharmaceutiques émetteurs de positons. Ceux-ci donnent naissance à une paire de photons et il est possible de localiser l’émission grâce à leur détection simultanée. On se passe ainsi de l’usage du collimateur ⚠ . La TEP est donc en général une modalité plus sensible et plus résolue
✯ TEP : Tomographie d’émission de positons
- utilisation d’émetteurs β+
• Carbone 11 (t1/2 : 20 mins)
• Fluor 18 (t1/2 = 110 mins)
• Oxygène 15 (t1/2 = 2 mins)
• Azote 13 (1/2 = 10 mins)
Pour carbone 11, azote 13 et oxygène 15, nécessité d’un cyclotron à proximité
↪ émission d’un β+ = positon : collision positon/électron
↪ annihilation des 2 particules en formant 2 photons gamma de 511 kV chacun émis dans des directions opposées
↪ détection des photons gamma en coïncidence avec deux gamma caméras ou un détecteur de positons spécialisé
→ résolution du TEP :
- 5-6 mm dans tout le corps
- 2,5 mm prototype pour l’étude du cerveau
- 1,6 mm animal
On ne pourra pas descendre en dessous (limite : parcours β+ avant annihilation
→ résolution temporelle : 2 minutes
✯ PET-SCAN
- PET : image fonctionnelle ⚠ mais mauvaise résolution spatiale
→ résolution du TEP : 5-6 mm dans tout le corps
→ résolution temporelle : 2 minutes
- Scanner X : image anatomique
→ Résolution spatiale de l’ordre de 1 mm
→ Résolution temporelle de qq secondes à qq ms suivant la partie du corps
Le PET Scan (Tomographie par Émission de Positrons ou TEP en français) est un examen isotopique. Il consiste à injecter un produit légèrement radioactif (isotope) dans le corps, qui va se fixer sur les tumeurs et/ou métastases. L’isotope le plus fréquemment utilisé lors d’un PET Scan est le FDG, une sorte de sucre fluoré dont la durée de vie n’excède pas 2 heures. ⚠
18F = émetteurs β+ (collision positon/électron = annihilation)
(Sur le scanner, on pourra voir une tumeur mais on déterminera l’activité hypermétabolique grâce à la TEP)
Scintigraphie classique
Scintigraphie osseuse ?
Scintigraphie cardiaque ?
Scintigraphies : osseuses, pulmonaires, thyroïdiennes et cardiaques
- diagnostic plus précis et plus précise d’anomalies osseuses, de tumeurs, de métastases
- limites : certaines métastases ne sont pas fixantes, les hyper fixations ne sont pas obligatoirement métastatiques (remaniement perpétuel de l’os)
→ retour au scanner ou à l’IRM indispensable
Préparation:
- déshabillage inutile
- enlever les objets métalliqes
- aucune préparation : pas besoin de jeûne, hospitalisation ou anesthésie
- ingestion d’1 L d’eau en 2 heures
- après examen, alimentation normale, reprise d’une activité normale
Déroulement de l’examen :
• injection IV du produit radioisotopique (et non de contraste) : technétium 99m = émetteur gamma pur
• délai de prise des clichés après injection : qq minutes à plusieurs heures
• position du patient : assis ou couché, et immobile (pénibilité)
• durée ≈ 3h
• examen non douloureux avec faible risque toxique ou allergique
✯ Scintigraphie osseuse
– Biphosphonates couplés au 99mTc
– 18FNa (Fluore de sodium)
☞ Fixation du produit (traceur : biphosphonates)
- circulation du traceur dans le sang
- captation par le squelette maximale à 3h
- fixation plus importante dans les zones malades car plus vascularisées
☞ Résultats :
- obtention d’une succession dans le temps de plusieurs images des organes interessés
- impossible de visualiser une évolution, une transformation ou un mouvement
- en noir ou blanc
- anomalies = déficit de fixation ou hyper fixation
- des lésions hypofixante et hyperfixantes peuvent s’associer sur le même cliché
- l’interprétation doit intégrer les antécédents médicaux, chirurgicaux et traumatiques du patient
✯ Scintigraphie cardiaque (coronarienne)
- thallium 201
PET-Scan : contre-indications ?
- Grossesse
- Allaitement (contre-indication relative : arrêt de l’allaitement pendant 6 heures)
- du PET : aucune ! FDG non toxique, pas allergisant,, indolore
- du scanner sans injection de produit de contraste : aucune : les affections pulmonaires et les maladies hématologiques ne nécessitent pas d’injection de produit de contraste en général
- du scanner avec injection de produit iodé: proscrit si
- antécédent d’allergie grave à l’iode
- asthme déséquilibré ou si crise dans les 8 jours précédents
- arrêt des biguanides la veille chez le sujet diabétique avec urée-créatinine puis reprise le lendemain de l’examensi nouvelle urée-créatinine normales.
Si intolérance ou allergie à l’iode : prémédication (loratadine, methylprednisolone, hydroxyzine)
PET-SCAN :
- jours précédents l’examen
- à l’arrivée dans le service
JOURS PRECEDENTS
- ingestion d’ 1 à 2L de boissons gazeuses la veille de l’examen
☞ si patient hospitalisé :
pas de perfusion de sérum glucose
☞ patient diabétique :
injection de FDG programmée vers 8h du matin, afin de s’affranchir au maximum du potentiel pic d’hyperglycémie de 12h (rythme nycthéméral cortisonique) : action de l’insuline sur les cellules musculaires
- se faire conduire jusqu’au centre
- FDG : fixation musculaire : tout exercice est à proscrire les 2 jours précédant l’examen y compris la conduite automobile le jour même (muscle autour du cou et des bras/avant-bras), la marche, le footing…
- Avant de passer l’examen, le patinet doit être à jeun depuis 6 heures. Possibilité d boire (eau, thé, café non sucré) : pas de jus de fruit
- Deux biscottes sans beurre non confiture sont autorisées le matin
A L’ARRIVEE DANS LE SERVICE
- vérification de la glycémie : doit être < 7 mmol/L (max jusqu’à 10 mmol/L)
- en salle d’injection (ou après passage aux toilettes), décubitus dans un lit ou fauteuil adapté. Patient seul dans la pièce.
- injection IV du radio-traceur FDG
- repos strict pendant 45 mins à 1h : pas de lecture, ne pas tourner la tête, parler n minimum, pas de checking-gum
Le produit doit aller se fixer au niveau de l’organe à étudier et non pas au niveau des muscles.
L’examen en lui-même dure de 20 à 40 mins
Dangers et précautions
des rayons X, de l’imagerie ultrasonore, de l’IRM ?
RAYONS X
- irradiation non homogène
- irradiation de certains organes très importante
- irradiation proportionnelle à l’activité injectée
→ activité injectée la plus faible possible en restant compatible avec la qualité des images
↪ intérêt des marqueurs depériode courte
• pour le patient
- contre-indiqué chez la femme enceinte ou allaitant : examens pratiqués chez la femme en première partie du cycle menstruel ou si on a la preuve de l’absence de grossesse
- examen pouvant être pratiqué chez l’enfant
- dans certains examens; prise d’iode non radioactif pour saturer la captation thyroïdienne
- attente du patient dans un local spécial : zone en dépression• pour le personnel
- port de dosimètre
- contrôle des urines
- utilisation d’enceintes de protection, de gants, de cache seringue plombés.
IMAGERIE ULTRASONORE
- les ultrasons ne sont pas ionisants
- dissipation thermique dans les tissu mais pendant l’examen, échauffement local négligeable
- Effet de cavitation pour des intensités très supérieurs à celles utilisées en imagerie
- pas d’effet cancérigène ou tératogène connu
→ “totale” innocuité
→ largement utilisé en obstétrique pour le suivi de la grossesse et le diagnostic prénatal des anomalies
IRM
- rayonnement non ionisant
- nécessité d’un environnement particulier : pas de masses métalliques en mouvement à proximité
- création de potentiels transmembranaires mais sans danger pour les champs magnétiques utilisés actuellement
- dissipation thermiques dans les tissus actuellement sans danger
Techniques utilisant des ultrasons
- subjectivité : échographiste dépendant
Ultrasons : entre 20 kHz et 20 MHz
Impédance = Z = ϱiCi
Par conservation de l’énergie :
Ii = Ir + It
Ir/Ii
= R = coefficient de réflexion
= (Z2 - Z1)² / (Z2 + Z1)²
Nécessité d’utiliser un gel entre la sonde et la peau car 1/1000 de l’énergie ultrasonore est transmise à l’interface air-tissus
PRINCIPE DE L’ECHOGRAPHIE
- repose sur l’utilisation des ultrasons. Produits par vibration, ils sont émis à partir d’une sonde ; une partie du son se perd dans l’air ambiant, l’autre pénètre les tissus et est réfléchie par les obstacles qu’elle rencontre.
La production et la détection des ondes ultrasonores repose sur l’effet piézoélectrique.
= propriété que possèdent certains matériaux de se polariser électriquement sous l’action d’une contrainte mécanique et réciproquement de se déformer lorsqu’on leur applique un champ électrique.
Le même matériau peut servir de source d’ultrasons et de détecteur de signal réfléchi.
→ impulsions sonores de 1 à 15 MHz.
Xi = C * t/2
ECHOGRAPHIE
✯ Echographie 2D et 3D classiques
- balayage de la sonde (transducteur avec un angle fixe) : balayage due volume plan par plan
- les tissus apparaissent d’autant plus clairs qu’ils sont plus échogènes (noir = absence d’écho)
✯ Echographie 3D en mode VCI
- méthode d’acquisition volumique : acquisition simultanée des données correspondant à plusieurs plans
→ très bon contraste
→ Résolution spatiale ≈ 50µm
→ Résolution temporelle : de l’ordre de qq ms
↪ cinétique cardiaque
ECHOGRAPHIE DOPPLER
Source immobile et observateur immobile : l’observateur reçoit un son de fréquence inchangée
Source immobile et observateur se rapprochant de la source : l’observateur reçoit un son de fréquence plus élevée
Source immobile et observateur s’éloignant de la source : l’observateur reçoit un son de fréquence plus faible
=> L’analyse de ces différences de fréquence permet de remonter à la vitesse de déplacement
Globules rouges : calcul de leur vitesse et de leur direction possible.
☞ DOPPLER CONTINU
- Emission et détection des ultrasons en continu par la sonde
• spectre de vitesses
• le signal alimente un haut-parleur
☞ DOPPLER PULSE
- Emission et détection de brèves impulsions ultrasonores par la sonde
- Codage couleur des flux sanguin (rouge = s’approche de la sonde ; bleu = s’éloigne de la sonde)
Visualisation directe des flux sanguins qui se superposent à l’image en échographie
Techniques d’imagerie utilisant de la lumière
OCT : analogue à l’imagerie ultrasonore si ce n’est qu’elle utilise des ondes lumineuses à la place d’ondes sonores.
La vitesse de la lumière est très élevée : le temps pour obtenir l’écho ne peut pas être mesuré directement.
• utilisation de l’interférométrie de faible cohérence
• utilisation de longueurs d’ondes dans le proche IR pour limiter la diffusion
λ ≈ 800 nm
λ ≈ 1300 nm
↪ rayonnement non ionisants
Profondeur de pénétration 2-3 mm (comparable aux profondeurs auxquelles sont réalisées les biopsies) mais plus faible que celle des ultrasons.
→ Résolution spatiale = 1 à 15 µm (la meilleure)
→ Résolution temporelle = de l’ordre de qq ms
↪ DMLA : dégénérescence de la rétine (macula)
↪ Pathologie coronarienne
