IRM et Database des images IRM cérébrales

ALJI Mohamed

LaRIT - faculté des sciences - Université Ibn Tofail

2 janvier 2014

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Plan

1 Imagerie par résonance magnétique - IRMHistoire de l’IRMDéfinitionLes images IRMPrincipe

2 Bases de données de l’imagerie médicaleImages synthétiquesImages réelles

3 Questions :

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Histoire

IRM a été découverte par deux physiciens en 1947 :Felix BlochEdward Mills Purcell

Les premieres images cliniques ont été obtenues en 1977.

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Définition de l’IRM

L’imagerie par résonance magnétique (IRM) est une techniqued’imagerie médicale utilisée en radiologie pour étudier l’anatomieet les fonctions du corps, permettant d’obtenir des vues 2D (et parreconstruction d’obtenir des vues 3D) du tissu mou telque lecerveau avec une résolution en contraste élevée.

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Les appareils de mesure IRM

(a) Achieva 3T Philips (b) Panorama HFO Philips

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3 plans : axiale, sagittale, et coronale.

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Multiples tranches/slices axiales

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Les mesures des images IRM

En modifiant les paramètres d’acquisition IRM :le temps de répétition entre deux excitations par ondeelectromagnétiquele temps d’écho, temps entre le signal d’excitation et laréception de l’écho

l’utilisateur peut modifier la pondération de l’image entre : T1, T2ou DP. Cela permet de caractériser les différents composants ducerveau, par exemple : en pondération T1, la substance blancheapparaît plus claire que la substance grise et le liquidecéphalo-rachidien, situé entre la substance grise et l’os apparaît luinettement plus foncé.

Il est possible d’administrer au patient un produit de contrastepour caractériser l’anomalie : Gadolinium.

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Principe de l’IRM - 1

L’IRM utilise les propriétés magnétiques de l’hydrogen et lesondes de fréquence radio (il n’y a pas de radiation).A savoir l’hydrogène est présent en abondance dans l’eau(70% du corps humain) et la graisse.L’hydrogene (1 proton et 1 électron) se comporte comme unebarre aimantée tournant sur son axe avec un pôle nord et unsud. Ils sont orientés de façon aléatoire.

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Principe de l’IRM - 2

Lorsque le patient est placé dans l’appareil de mesure IRM, ilsubit un champ magnétique statique intense souvent entre 1.5et 3T (le champ magnétique de la terre est environ 40 µT ).les hydrogenes s’alignent uniformément parallèle ouanti-parallèle et créent un vecteur magnétique ~M suivant l’axeZ .

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Principe de l’IRM - 3

En réalité, les hydrogènes connaissent une précession. Elletourne autour de leur axe principal comme une toupie.

Quand on ajoute au champ magnétique une énergie sousforme d’onde électromagnétique, le vecteur magnétique ~M sedévie. la fréquence de l’onde est particulière.

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Principe de l’IRM - 4

Lorsque la source de l’onde électromagnétique est coupée, levecteur magnétique retourne à son état de repos.

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Principe de l’IRM - 5

Quand la source de l’onde électromagnétique est éteinte, letissu se relaxe avec différente vitesse :

Le temps nécessaire pour le vecteur magnétique de retourner àson état de repos longitidunale est appelé relaxation T1.Le temps nécessaire pour le spin? axiale de retourner à sonétat de repos transversale est appelé relaxation T2.

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Principe de l’IRM - 6

Le mouvement de relaxation des hydrogenes provoque unsignal électrique qu’on capture par des bobines réceptrices.L’intensité du signal réçu est reportée sur un échelle de gris etles images IRM sont construites. Le retour au repos crée unsignal différent suivant la nature du tissu (eau, graisse, ... ).

References :Berger, A. (2002). How does it work ? Magnetic resonance imaging.British Medical Journal, 324, 35.Lightbox Radiology Education, introduction to the physics ofMagnetic Resonance Imaging (MRI)

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BrainWeb

BrainWeb est une base de données d’images synthétiques ducerveau (normal seulement), réalisées avec un simulateur d’imagesIRM. Les images sont présentées avec plusieurs paramètres :

modalité (T1,T2,DP)épaisseur entre la succession de priseprise coronale, axiale ou sagitaleniveau de bruitniveaux d’intensité non-uniforme

Format des images IRM : MINC, raw ou rawbhttp://www.bic.mni.mcgill.ca/ServicesBrainWeb/

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TumorSim

TumorSim est un logiciel de simulation multi-plateforme (windowset linux seulement) qui génére pathologique verité terrain sur desdonnées en bonne santé.

http://www.nitrc.org/projects/tumorsim/

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MNI BITE : the Montreal Neurological Institute’s BrainImages of Tumors for Evaluation database

L’objectif de cette base de données est de partager des imagesmédicales in vivo de patients atteints de tumeurs du cerveau pourfaciliter le développement et la validation de nouveaux algorithmesde traitement d’image.

Le format des images médicales est MINC.http://www.bic.mni.mcgill.ca/Services/ServicesBITE

Paper : Online database of clinical MR and ultrasound images ofbrain tumors.

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TCIA : The Cancer Imaging Archive

TCIA est un service rendu pour la communauté des chercheurs. Iloffre, en accès libre et en téléchargement, une galerie d’imagesmédicales de différent cancers dont les tumeurs cérébrales.

https://public.cancerimagingarchive.net/ncia/

Contacté, ils ont confirmé le problème de téléchargement.

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BraTS : Multimodal Brain Tumor Segmentation Challenge

Un challenge annuel des meilleures méthodes de segmentationautomatique des tumeurs cérébrales. Il met à disposition desdonnées d’images médicales en format .mha. .

http://www2.imm.dtu.dk/projects/BRATS2012/data.html

Le principe est simple : le participant doit évaluer les performancesde segmentation sur les données d’apprentissage fournis, etsoumettre un bref document décrivant les résultats et la méthodede segmentation utilisée.

https://vsd.unibe.ch/WebSite/BRATS/Start2013

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IBSR* : the Internet Brain Segmentation Repository

IBSR est disponible par l’organisation NITRC. Les imagesmédicales IRM sont de 256x256 en format .img, ayant subi aucunfiltre. Plusieurs cas d’IRM de cerveau sont fournis avec les résultatsde la segmentation manuelle.

IBSRv2.0 : 18 patients, en pondération T1 avec segmentation.plusieurs scans d’une patiente ayant une tumeur, IRM enpondération T1 avec Gadolinium....

http://www.nitrc.org/projects/ibsr

"The MR brain data sets and their manual segmentations were providedby the Center for Morphometric Analysis at Massachusetts GeneralHospital and are available at www.cma.mgh.harvard.edu/ibsr/".

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IBSR : the Internet Brain Segmentation Repository

L’idée : je dispose des images IRM de cerveau normal avec lessegmentations manuelles, que j’utiliserai comme données devalidation des méthodes automatiques de segmentation. Le testsera effectué sur les cas d’images IRM de tumeurs cérébrales.

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MIPAV

Un outil de traitement de l’image médicale, d’analyse et devisualisation des images médicales écrit en java doncmultiplateforme.

http://mipav.cit.nih.gov/index.php

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3 Questions :

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Questions :

1 Est-ce qu’on devrait faire une extraction de l’encéphale ?extraction du contenu de la boite cranienne ? skull-stripping ?

2 Les images IRM cérébrales de 245x245 suffisent ? risque del’effet volume partiel ?

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