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Einstein fondateur de l'imagerie médicale?

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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
slide1
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

slide4
½ mv2= hn -EK

hn

K

L

M

L'effet photoélectrique

slide5
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
slide11
http://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
Scintigraphie

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

principes de la scintigraphie
Principes de la scintigraphie
  • 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.

la relativit
La relativité

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

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 Positrons
  • 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 Positrons

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 Positrons

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

tomographie par emission de positrons3
Tomographie par Emission de Positrons

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

la relativit suite
La relativité (suite)

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 relativité

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
E+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

slide24
ASPECT COLLECTIF

B0

B0

RESULTANTE M0

B0

AIMANTATION Nucléaire

A l'équilibre M0 somme des

moments magnétiques nucléaires est dirigé suivant B0

slide25
B0

B0

90°

B1

SIGNAL DE PRECESSION LIBRE

M0

M0

0

slide26
B0 +

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.

slide27
y

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

slide28
180°

90°

Excitation RF

Gs

Gr

Gp

Enregistre RF

Séquence d'imagerie (spin écho)

slide29
Imagerie par Résonance

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

angiographie rmn
Angiographie RMN

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

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

irm fonctionnelle
IRM fonctionnelle
  • 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
AVEUGLES

VOYANTS

AIRES COMMUNES

Frontale et Aires somatosensorielles

Aire pré-motrice Pariétale et Aires visuelles associatives

IM avec support tactilo-kinesthèsique
la diffusion
La diffusion
  • 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 nucléaire

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 diffusion
  • 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.
slide39
180°

90°

Excitation RF

Gs

Gr

Gp

G

Gdiffusion

Enregistre RF

Séquence d'imagerie de diffusion

slide40
IMAGERIE DU TENSEUR DE DIFFUSION

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

slide41
MYELINISATION DU SYSTEME NERVEUX CENTRAL

naissance

Embryogénèse

Prolifération

Migration neuronale

Différenciation

Axonogénèse

Dendritogénèse

Synaptogénèse

Myelinisation

Formation de la gaine de myeline

slide42
Les modèles animaux des maladiesde 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

slide43
METHODOLOGIE

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

slide44
METHODOLOGIE
  • 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

slide45
e1

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)

slide46
Résultats

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

slide47
Résultats

Témoin

Traitée

1

x10-3mm2/s

0

FA

FA

1

0

15 Jours

slide48
Tractographie

CC de souris

témoin

CC de souris

traitée

conclusion
Conclusion
  • 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.
ad