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Einstein fondateur de l'imagerie médicale?. 1905. L'effet photoélectrique La relativité restreinte La diffusion. L'effet photoélectrique. Cellule photoélectrique. Nb e -. I. I. 0. Nb e -. I. I. 0. L'effet photoélectrique. Explication de Einstein

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- - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - E N D - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - -
Presentation Transcript

Einstein

fondateur de

l'imagerie médicale?

1905

L'effet photoélectrique

La relativité restreinte

La diffusion


L effet photo lectrique
L'effet photoélectrique

  • Cellule photoélectrique

Nb

e-

I

I

0

Nb

e-

I

I

0


L effet photo lectrique1
L'effet photoélectrique

  • Explication de Einstein

    • Lumière (ondes électromagnétiques)

      Photon E=hn

    • Interaction: phénomène élémentaire

      un photon – un électron lié


½ mv2= hn -EK

hn

K

L

M

L'effet photoélectrique


Importance relative des effets

photoélectrique

Compton

création de paires

Pb

H2O




Le scanner x
Le scanner-X

http://medicalimages.allrefer.com/large/ct-scan-of-thebrain.jpg


Principes du scanner x
Principes du scanner-X

  • Accumuler les acquisitions pour distinguer les faibles différences de densité électronique

  • Changer les angles de vue pour avoir une information sur la profondeur

  • Reconstruire un objet à partir de ses projections 2D.


Reconstruction des images
Reconstruction des images

Rétroprojection

http://www.fmrib.ox.ac.uk

/~peterj/lectures/hbm_1/

img018.GIF

Les différentes méthodes

  • Analytique

  • Rétroprojection filtrée

  • 2DFT


http://mitpress.mit.edu/e-journals/Videre/001/articles/Pennec/PennecVidereDemo/CT.slice.large.gifhttp://mitpress.mit.edu/e-journals/Videre/001/articles/Pennec/PennecVidereDemo/CT.slice.large.gif

http://www.bocaradiology.com/cases/neuro/perfusion/CT%20perfusion%20axial%20RMCA.jpg

http://www.med.harvard.edu/JPNM/TF00_01/Oct3/CT.gif

http://www.wfubmc.edu/interneuro/angiosarcct2a.jpg


Scintigraphie
Scintigraphiehttp://mitpress.mit.edu/e-journals/Videre/001/articles/Pennec/PennecVidereDemo/CT.slice.large.gif

http://info.med.yale.edu/intmed/cardio/imaging/techniques/scintigraphy/graphics/scintigraphic_imaging.gif


Principes de la scintigraphie
Principes de la scintigraphiehttp://mitpress.mit.edu/e-journals/Videre/001/articles/Pennec/PennecVidereDemo/CT.slice.large.gif

  • Un isotope de choix

    99mTc: période 6h g 140 keV (123I,201Tl...)

  • Des molécules spécifiques d'une fonction

    • MDP métabolisme osseux

    • ECD perfusion cérébrale ...

  • Un espoir: l'immuno-radio-thérapie

    anticorps spécifique d'une pathologie marqué

    par un isotope émetteur a.


  • Scintigraphie1
    Scintigraphiehttp://mitpress.mit.edu/e-journals/Videre/001/articles/Pennec/PennecVidereDemo/CT.slice.large.gif


    La relativit
    La relativité http://mitpress.mit.edu/e-journals/Videre/001/articles/Pennec/PennecVidereDemo/CT.slice.large.gif

    La relativité restreinte permet d'expliquer la transformation masse - énergie.

    • Certains isotopes se désintègrent en émettant un positron (anti-particule de l'électron)

      11C de période 20 min 0.96 MeV

      13N de période 10 min 1.19 MeV

      15O de période 2 min 1.72 MeV

      18F de période 110 min 0.635 MeV


    La relativit1
    La relativité http://mitpress.mit.edu/e-journals/Videre/001/articles/Pennec/PennecVidereDemo/CT.slice.large.gif

    e+

    511 keV

    511 keV

    e-

    Les deux photons sont détectés par effet photoélectrique

    dans une caméra à coïncidence ou à temps de vol.

    Avantage: ne nécessite plus de collimateur pour définir

    la direction du rayonnement


    Tomographie par emission de positrons
    Tomographie par Emission de Positronshttp://mitpress.mit.edu/e-journals/Videre/001/articles/Pennec/PennecVidereDemo/CT.slice.large.gif

    • Théoriquement toute molécule biologique peut être marquée par un 11C

      • Pb de période

      • Pb de radiochimie

    • Un marqueur de choix

      18F Deoxy Glucose marqueur du métabolisme énergétique


    Tomographie par emission de positrons1
    Tomographie par Emission de Positronshttp://mitpress.mit.edu/e-journals/Videre/001/articles/Pennec/PennecVidereDemo/CT.slice.large.gif

    http://www.cineactive.com/portfolio/nobel/images/hi_res/pet_2_Thumbz_hi_res.jpg

    http://nuclearmedicine.stanford.edu/research/images/PET_CT.jpg


    Tomographie par emission de positrons2
    Tomographie par Emission de Positronshttp://mitpress.mit.edu/e-journals/Videre/001/articles/Pennec/PennecVidereDemo/CT.slice.large.gif

    http://www.pet.rh.dk/site/eng/Images/hodgkincorfoer.jpg


    Tomographie par emission de positrons3
    Tomographie par Emission de Positronshttp://mitpress.mit.edu/e-journals/Videre/001/articles/Pennec/PennecVidereDemo/CT.slice.large.gif

    http://www.drugabuse.gov/Newsroom/03/PETSmoking.jpg


    La relativit suite
    La relativité (suite)http://mitpress.mit.edu/e-journals/Videre/001/articles/Pennec/PennecVidereDemo/CT.slice.large.gif

    E= c ( p2 + m02 c2 )1/2

    E = m0c2 + p2/(2m0) – p4/(8m03c2) +.....

    m=m0 (1-v2/c2)-1/2

    La relativité restreinte indique que lorsqu'une

    particule chargée se déplaçant à la vitesse

    v=p/m0 dans un champ électrostatique E

    il apparaît dans le référentiel de la particule

    un champ magnétique:

    B' = -1/c2vE

    B' = K pr


    La relativit2
    La relativitéhttp://mitpress.mit.edu/e-journals/Videre/001/articles/Pennec/PennecVidereDemo/CT.slice.large.gif

    Application en mécanique quantique

    La relativité restreinte fait apparaître la nécessité

    d' un moment cinétique intrinsèque de la particule

    P R = -S qui vaut -1/2 h pour l'électron, le proton

    et le neutron.

    D'où la description d'une particule comme

    un point matériel défini par ses trois coordonnées

    spatiales (x,y,z), ses coordonnées de spin

    en fait S2 et Sz , sa masse au repos (m0) et sa charge .


    La r sonance magn tique nucl aire

    Ehttp://mitpress.mit.edu/e-journals/Videre/001/articles/Pennec/PennecVidereDemo/CT.slice.large.gif+

    La résonance magnétique nucléaire

    Noyaux d'hydrogène des molécules d'eau placés

    dans un champ magnétique B0

    spin H = ½ d'où 2 états énergétiques tels que E- - E+= h0

    Onde électromagnétique radiofréquence produite par une bobine alimentée par courant alternatif 0 = B0

    E-

    0 = B0


    ASPECT COLLECTIFhttp://mitpress.mit.edu/e-journals/Videre/001/articles/Pennec/PennecVidereDemo/CT.slice.large.gif

    B0

    B0

    RESULTANTE M0

    B0

    AIMANTATION Nucléaire

    A l'équilibre M0 somme des

    moments magnétiques nucléaires est dirigé suivant B0


    Bhttp://mitpress.mit.edu/e-journals/Videre/001/articles/Pennec/PennecVidereDemo/CT.slice.large.gif0

    B0

    90°

    B1

    SIGNAL DE PRECESSION LIBRE

    M0

    M0

    0


    Bhttp://mitpress.mit.edu/e-journals/Videre/001/articles/Pennec/PennecVidereDemo/CT.slice.large.gif0 +

    e

    B0

    e

    B0 -

    x

    A

    O

    B

    Localisation spatiale du signal RMN

    Imagerie RMN

    Gradients de champ magnétique

    dans les 3 directions de l'espace

    Gradient de lecture

    appliqué pendant l'acquisition du signal RMN

    disperse les fréquences en fonction de x.


    yhttp://mitpress.mit.edu/e-journals/Videre/001/articles/Pennec/PennecVidereDemo/CT.slice.large.gif

    B0 + e

    B0

    B0 - e

    Gradient de Phase

    Appliqué perpendiculairement

    à la direction de lecture et

    en dehors de la période

    d'acquisition

    disperse les phases

    en fonction de y.

    Gradient de sélection de tranche

    Impulsion sélective:

    pendant un gradient

    suivant z

    ni

    TF

    Dn

    ni

    ni

    Dn

    n0

    z

    Dz

    0


    180°http://mitpress.mit.edu/e-journals/Videre/001/articles/Pennec/PennecVidereDemo/CT.slice.large.gif

    90°

    Excitation RF

    Gs

    Gr

    Gp

    Enregistre RF

    Séquence d'imagerie (spin écho)


    Imagerie par Résonancehttp://mitpress.mit.edu/e-journals/Videre/001/articles/Pennec/PennecVidereDemo/CT.slice.large.gif

    Magnétique Nucléaire

    Le sujet est placé dans un

    champ magnétique intense

    La tête du sujet est placée

    dans une antenne qui émet

    et reçoit des ondes radio


    M ningiome
    Méningiomehttp://mitpress.mit.edu/e-journals/Videre/001/articles/Pennec/PennecVidereDemo/CT.slice.large.gif


    Angiographie rmn
    Angiographie RMNhttp://mitpress.mit.edu/e-journals/Videre/001/articles/Pennec/PennecVidereDemo/CT.slice.large.gif

    http://www.oitamed.ac.jp/hospital/inform/gazo/mri/mra.jpg

    http://www.zensharen.or.jp/khbb/mra.jpg


    Irm fonctionnelle
    IRM fonctionnellehttp://mitpress.mit.edu/e-journals/Videre/001/articles/Pennec/PennecVidereDemo/CT.slice.large.gif

    • Définition

      image de l'activité cérébrale obtenue par RMN

    • Principe:

      Augmentation du signal RMN lors de la réaction d'hypervascularisation dans les zones cérébrales actives.

      (Blood Oxygen Level Dependent = BOLD)


    Im avec support tactilo kinesth sique

    AVEUGLEShttp://mitpress.mit.edu/e-journals/Videre/001/articles/Pennec/PennecVidereDemo/CT.slice.large.gif

    VOYANTS

    AIRES COMMUNES

    Frontale et Aires somatosensorielles

    Aire pré-motrice Pariétale et Aires visuelles associatives

    IM avec support tactilo-kinesthèsique


    La diffusion
    La diffusionhttp://mitpress.mit.edu/e-journals/Videre/001/articles/Pennec/PennecVidereDemo/CT.slice.large.gif

    • Théorie classique

      Loi de Fick ; solution: c= f(x2/4Dt)

    • Marche au hasard

      Probabilité de trouver une molécule qui fait des sauts de longueur l en un temps t; solution: P = f(x2t/2tl2)

      d'où l'équation de Einstein-Smoluchowski

      D = l2/2t oux2 = 2 D t


    Importance de la diffusion en m decine nucl aire
    Importance de la diffusion en médecine nucléairehttp://mitpress.mit.edu/e-journals/Videre/001/articles/Pennec/PennecVidereDemo/CT.slice.large.gif

    Pour rejoindre sa cible le traceur est d'abord véhiculé par le sang mais du capillaire à la cellule le transfert se fait par diffusion.

    C 'est phénomène lent:

    diffusion du glucose dans l'eau

    D= 510-10 m2s-1

    100 nm en 1 ms ; 1 cm en 1 jour


    La rmn est une m thode de choix pour mesurer la diffusion
    La RMN est une méthode de choix pour mesurer la diffusionhttp://mitpress.mit.edu/e-journals/Videre/001/articles/Pennec/PennecVidereDemo/CT.slice.large.gif

    • Principe

      • Écho élimine les hétérogénéités de l'aimant

      • Les molécules d'eau qui diffusent entre le 90° et l'acquisition ne participent plus au signal RMN

      • Pour augmenter la sensibilité à la diffusion, on applique un gradient intense.


    180°http://mitpress.mit.edu/e-journals/Videre/001/articles/Pennec/PennecVidereDemo/CT.slice.large.gif

    90°

    Excitation RF

    Gs

    Gr

    Gp

    G

    Gdiffusion

    Enregistre RF

    Séquence d'imagerie de diffusion


    IMAGERIE DU TENSEUR DE DIFFUSIONhttp://mitpress.mit.edu/e-journals/Videre/001/articles/Pennec/PennecVidereDemo/CT.slice.large.gif

    Myeline

    //

    

    Axone

    Membrane Axonale

    Neurofilament

    Microtubule

    Matière Blanche (MB)

    Schéma de la structure de la myéline

    Diffusion de l’eau préférentiellement le

    long des microtubules


    MYELINISATION DU SYSTEME NERVEUX CENTRALhttp://mitpress.mit.edu/e-journals/Videre/001/articles/Pennec/PennecVidereDemo/CT.slice.large.gif

    naissance

    Embryogénèse

    Prolifération

    Migration neuronale

    Différenciation

    Axonogénèse

    Dendritogénèse

    Synaptogénèse

    Myelinisation

    Formation de la gaine de myeline


    Les modèles animaux des maladieshttp://mitpress.mit.edu/e-journals/Videre/001/articles/Pennec/PennecVidereDemo/CT.slice.large.gifde la myéline

    • Explorer in vivo les modifications structurales de la myéline dans les cerveaux de souris MBP-TTK

    • Etudier les processus de dysmyelinisation et remyelinisation

    1- Les mutations spontanées des gènes de l’oligodendrocyte

    2- Encéphalomyélite allergique expérimentale (EAE)

    3- Les infections virales: (TMEV, MHV)

    4- Les substances chimiques

    5- Les approches transgéniques:

    Introduction d’un gène à toxicité inductible HSV1-TTK

    Expression ciblée du HSV1-TTK dans les oligodendrocytes

    Objectif


    METHODOLOGIEhttp://mitpress.mit.edu/e-journals/Videre/001/articles/Pennec/PennecVidereDemo/CT.slice.large.gif

    90

    Amplitude gradient:G= 140mT/mm

    Durée: =5800 µs

    =20 ms

    FOV: 25 mm ln(M)=ln(M0) - 2 G2 2 (- /3)D

    TR: 1500 ms

    TE: 35 ms

    Coupe Sagittale: 1 mm

     2h 30min


    METHODOLOGIEhttp://mitpress.mit.edu/e-journals/Videre/001/articles/Pennec/PennecVidereDemo/CT.slice.large.gif

    • Acquisition d’images = mesure paramètres tenseur de diffusion

      1 référence (IMAGE SANS GRADIENT)

      + 6 directions du gradient de diffusion

    Z

    Y

    X

    ZY

    YX

    ZX


    ehttp://mitpress.mit.edu/e-journals/Videre/001/articles/Pennec/PennecVidereDemo/CT.slice.large.gif1

    e2

    e3

    1 0 0

    0 2 0

    0 0 3

    1~ 2 ~3

    diffusion isotrope

    1>> 2 ~3

    diffusion anisotrope

    1 > 2 >3

    Tenseur de diffusion

    Dxx Dyx Dzx

    Dxy Dyy Dzy

    Dxz Dyz Dzz

    Diagonalisation

    D =

    //= 1 > 2, 3: diffusion axiale (parallèle)

    = (2+ 3)/2 :diffusion radiale

    (transverse sur les fibres)


    Résultatshttp://mitpress.mit.edu/e-journals/Videre/001/articles/Pennec/PennecVidereDemo/CT.slice.large.gif

    2

    x10-3mm2/s

    0

    Gauche-Droit (1)

    Témoin

    Dorso-Ventral(2)

    Antéro-Posterieur (3)

    Gauche-Droit (1)

    Dorso-Ventral (2)

    Antéro-Posterieurr (3)

    Traitée


    Résultatshttp://mitpress.mit.edu/e-journals/Videre/001/articles/Pennec/PennecVidereDemo/CT.slice.large.gif

    Témoin

    Traitée

    <D>

    <D>

    1

    x10-3mm2/s

    0

    FA

    FA

    1

    0

    15 Jours


    Tractographiehttp://mitpress.mit.edu/e-journals/Videre/001/articles/Pennec/PennecVidereDemo/CT.slice.large.gif

    CC de souris

    témoin

    CC de souris

    traitée


    Conclusion
    Conclusionhttp://mitpress.mit.edu/e-journals/Videre/001/articles/Pennec/PennecVidereDemo/CT.slice.large.gif

    • Einstein peut clairement être considéré comme l'un des fondateurs de la compréhension de l'interaction des ondes électromagnétiques avec la matière donc de l'imagerie médicale par les ondes électromagnétiques.


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