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Plan
• Le scanner médical : comment ça marche ?• Où le patient est une étoile…• Quelques projets de recherches
Modèle physiquede l’atténuation en radiographie
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Modèle physiquede l’atténuation en radiographie
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La transformée de Radon
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Transformée deRadon
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Mathématiques
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Plan
• Le scanner médical : comment ça marche ?• Où le patient est une étoile…• Quelques projets de recherches
Imagerie DopplerCatherine Mennessier
(Thèse Observatoire de Grenoble-97)
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Vitesse radiale d’un point à la surface de l’étoile :
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Effet Doppler : décalage en longueur
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Courbes d’iso-vitesse radiale
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Tomographie Imagerie Doppler
Nord Sud
Plan
• Le scanner médical : comment ça marche ?• Où le patient est une étoile…• Quelques projets de recherches
Quelques projets de recherche
• Tomographie dynamique• Scanner ouvert en salle d’opération• Problème de l’échantillonnage
Problématique : tomographie dynamique
IMAGERIE D’UN VOLUME DYNAMIQUE : RECONSTRUCTION 4D
O
Evolution des scanners:- augmentation du nombre de coupes acquises simultanément
- augmentation de la vitesse de rotation
Tomographie dynamique : applications médicales
Projet européen DynCTIST-1999-10515LETI (2000-2003)
TOMO-FLUOROSCOPIE 3D - intervention guidée par l’image
Radiology, Mai 1999
ETUDES CINETIQUES EN RADIOTHERAPIE
- mieux délimiter le contour de la zone cible et des organes
Tomographie dynamique : applications cardiaques
Enjeu des études cardiaques : diagnostic précoce•Études cinétiques et fonctionnelles•Études non invasives des coronaires
Avantages des scanners X en cardiologie:•Facilité d’accès en milieu hospitalier et usage accepté•Pas de contre-indication /patient ( IRM)•Non invasif ( usage catheter)•Forte résolution spatiale (études cardiovasculaires)
www.medical.philips.com/
Mouvement respiratoire
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Compensation du mouvement0
Initial image without compensation compensation () compensation(2)
Thèse de Sébastien RouxCollaboration UJF/CEA-LETI/CNRS
Quelques projets de recherche
• Tomographie dynamique• Scanner ouvert en salle d’opération• Problème de l’échantillonnage
Une ligne de détecteur(L)
S(I0)
D(Id)
source de rayons X
objet
Image en niveaux de gris
Imagerie radiologique en salle d’opération et reconstruction 3D
Méthodes d’identification de surfaces
Thèse d’Anne BilgotCo-encadrée par V.Perrier LMC-IMAG
Méthodes de modélisation de surfaceTechniques d’ondelettes
The MI3 projectMinimal Invasive Interventional Imaging
A project supported by
http://mi3.vitamib.com/
Jan. 2000 - Dec. 2002Budget : EUR. 2.664.000
SOFTWARE
Spine surgery
C-arm with flat panel detector
3D scanner
Dental surgery
3D reconstruction based on deformable models
and a priori knowledge
Femoral head 3D reconstruction
for surgical planning
CLINICAL
APPLICATIONS
HARDWARE
Navigation platform
ConsortiumUniversité Joseph Fourier (France)Administrative & financial co-ordinator
Laurent [email protected]
PRAXIM (France)Scientific co-ordinator
Stéphane Lavallé[email protected]
University of Ljubljana (Slovenia) Franjo [email protected]
Helmholtz Institute Aachen (Germany) [email protected]
QR (Italy) Gianmaria [email protected]
TRIXELL (France) Gerald [email protected]
Vrije Universiteit Brussel (Belgium) Michel [email protected]
Project number : IST-1999-12338Key action : Systems and services for the citizenAction line : Health
HORIZONTAL VIEW
Left vertebral pedicle
Spinal cord
Potential spine surgery applications for MI3:pedicle
screw insertion
Pedicle screw insertion
Results with conventional procedures
• 10 to 40 % of misplaced screws :
Roy-Camille et al. : 14% ; Weinstein et al. : 21% ; Sim : 10% ; Jerosch et al. : 40% ; Saillant et al. : 23% ; Vaccaro et al. : 41%; Liljenquist et al. : 25%.
Fluoroscopy-based Navigation
Stealth Station (Medtronic/Sofamor-Danek)
FluoroNav (Medtronic/Sofamor-Danek)
Computer-assisted systems for pedicle screw placement
CT-based Navigation
Clinical results (overall)
• With CT-based
- 73 patients; 177 pedicle screws
6.2% (11/177) of misplaced screws (cortex penetration >2 mm)
• With FluoroNav
- 15 patients; 46 pedicle screws
17% (6/40) of misplaced screws (cortex penetration >2 mm)
FluoroNav :+ No preoperative Imaging required+ Less radiation for patient and staff+ No intraoperative registration required
FluoroNav vs CT-based
- Pseudo-axial view is missing (no real 3D information)
Intraoperative trajectory = OK ! Postoperative result = misplaced screw!
FluoroNav : 15 year old female patient with scoliosis
Set of 2D projections 3D information !!
FluoroNav :+ No preoperative Imaging required+ Less radiation for patient and staff+ No intraoperative registration required
FluoroNav vs CT-based
CT-based :+ No intraoperative irradiation+ Real 3D image information
- Pseudo-axial view is missing (no real 3D information)
- Time-consuming Registration (2 to 10 min with StealthStation)- Preoperative CT scan necessary- Possible anatomical modification between preoperative CT scan and surgery not taken into account by system.
MI3 combines the advantages of CT scan based and Virtual Fluoroscopy based navigation
CT:•Real 3D model
VF:•No preoperative Imaging required•Less radiation for patient and staff•No registration required•Image data correspond to the actual intraoperative situation
Further:•The imaging system replaces conventional C-arm -> less hardware overhead•Digital X-ray detector provides distortion free high resolution images
MI3 project
2D images 3D realityObjectiveReconstruction of 3D shapes using
intra-operative data only • 3D reconstruction from several X-ray projections• Bone shape identification from few X-ray projections
Quelques projets de recherche
• Tomographie dynamique• Scanner ouvert en salle d’opération• Problème de l’échantillonnage
Principal résultat
)(ˆ g négligeable en dehors de 3e
DKSi f est essentiellement b bande limitée
Natterer93, en 2D
Conclusion
• L’imagerie médicale nécessite– Des modèles physiques– Des analyses mathématiques– Des algorithmes efficaces– Des systèmes d’information– …– De la biologie et de la chimie (imagerie
nucléaire)
Conclusion
• Faites des sciences – De la Physique, de la mécanique, …
– Des mathématiques– Des mathématiques appliquées– De l’informatique– De la chimie, de la biologie, …
• Débouchés de l’imagerie médicale : industrie (SIEMENS, PHILIPS, TRIXELL,…), recherche, hôpitaux,…