TOMOGRAPHIE PAR PROJECTIONS ORTHOGONALES ET OUVERTURE CODEE

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TOMOGRAPHIEPARPROJECTIONS ORTHOGONALESETOUVERT
URE CODEE

• Corinne GROISELLE
• 14 septembre 2000

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HISTORIQUE (1)

• MM MORETTI LANSIART
• Brevet dinvention n8615225 du 22/12/90
• Brevet d'invention n9611966 du 07/10/93
• Alexandra ROUSSI Etude sur les séquences de
  codage, choix de la séquence de SINGER, calcul
  des côtes du masque (GE400AC), algorithme
  itératif par corrélation équilibrée
• Juin 1994 thèse de Doctorat

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HISTORIQUE (2)

• Problème de résolution sur la coupe et de
  discrimination en profondeur (images fantômes)
• Selma BERRIM reconstruction itérative par le
  maximum de vraisemblance
• Juin 1998 thèse de Doctorat

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OBJECTIFS DE CETTE ÉTUDE

• But
• Améliorer la résolution en profondeur
• Améliorer luniformité
• Améliorer la quantification
• Réaliser des acquisitions in vivo
• Pour cela
• Définition des côtes du masque
• Modification de lalgorithme
• 2nde incidence orthogonale

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CHRONOLOGIE

• Février à septembre 1996 stage de D.E.A.
•  Correction de la diffusion Compton en
  tomographie par ouverture codée 
• Octobre 1996 début de la thèse
• Juin 1997 changement de la gamma-caméra
• GE400AC ? DST-XL (S.M.V.Intl.)
• Juillet 1998 livraison du masque à ouverture
  codée adapté à la gamma-caméra DST-XL
• Eté 2000 patients

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PLAN DE LA PRÉSENTATION

• Les différents types dimagerie par ouverture
  codée
• Le système SCOTI
• Application sous incidence unique
• Application sous 2 incidences orthogonales
• Acquisitions in vivo
• Discussions et perspectives
• Conclusion

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PLAN DE LA PRÉSENTATION

• Les différents types dimagerie par ouverture
  codée
• Le système SCOTI
• Application sous incidence unique
• Application sous 2 incidences orthogonales
• Acquisitions in vivo
• Discussions et perspectives
• Conclusion

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LIMAGERIE PAR OUVERTURE CODÉE
Système multi sténopés

• Détecteur fixe
• Acquisition unique statique
• Acquisition dynamique, multispectrale
• Sténopé sensibilité résolution
• Effet tomographique ? plusieurs sténopés
• Large gamme dangles de vue
• Suppression des artefacts de limagerie en angle
  limité

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FORMALISATION DU CODAGE / DÉCODAGE
10
Formalisation du problème de codage / décodage
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Les différents types de codage Codage de FRESNEL
12
Les différents types de codage Codage
 dépendant du temps 
13
Les différents types de codage Codage multi
sténopés statique
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PLAN DE LA PRÉSENTATION

• Les différents types dimagerie par ouverture
  codée
• Le système SCOTI
• Application sous incidence unique
• Application sous 2 incidences orthogonales
• Acquisitions in vivo
• Discussions et perspectives
• Conclusion

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POSITION DES TROUS SUR LE MASQUE SÉQUENCE DE
SINGER
Motif central 50 trous Masque 196 trous
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SCHÉMA DU DISPOSITIF
17
SCHÉMA DUN STÉNOPÉ
18
HYPOTHÈSES DE TRAVAIL (1)

• Discrétisation pixels, voxels
• Activité concentrée au centre du voxel
• Image somme des projections de chacun des
  points source à travers chacun des trous
• Aucun flux de photons en dehors des trous du
  masque
• Masque dépaisseur nulle et trous circulaires

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HYPOTHÈSES DE TRAVAIL (2)
20
DISCRÉTISATION ISOTROPE

• Objet 4,5 mm soit 29 coupes de 29x39 pixels
• 133,3 x 176,7 x 130,3 mm3

• Masque 3,1 mm

• Détecteur 2,2525 mm

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ALGORITHME DE RECONSTRUCTION

• Algorithme itératif du Maximum de Vraisemblance
• Lange Carson IEEE Trans. Med. Img. Proc. Vol.8
  306-316 1984

?jintensité calculée Yiintensité
mesurée cijcoefficients
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ALGORITHME DE RECONSTRUCTIONCalcul des
coefficients
? 215 millions de coefficients
23
ALGORITHME DE RECONSTRUCTIONReconstruction
itérative
24
MATÉRIEL UTILISÉ
25
PLAN DE LA PRÉSENTATION

• Les différents types dimagerie par ouverture
  codée
• Le système SCOTI
• Application sous incidence unique
• Application sous 2 incidences orthogonales
• Acquisitions in vivo
• Discussions et perspectives
• Conclusion

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CALIBRATION DE LA RECONSTRUCTION

• Évaluation du critère de convergence de
  lalgorithme
• Localisation de la source
• en profondeur ? résolution en profondeur
• dans la coupe ? résolution spatiale
• Évaluation de luniformité

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OBJETS RADIOACTIFS

• Simulations numériques
• Ligne source sur les coupes n1 n7
• 10 voxels de long x 1 voxel dépaisseur
• Activité simulée par un comptage fixé à 500
  unités arbitraires
• Fantômes physiques
• Ligne source sur les coupes n1 n8
• Tubes capillaires de 45 mm de long - ? 1,1 mm
• 3,7 MBq de technétium-99m

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Images dacquisition des simulations numériques -
1 incidence
29
Simulations numériques - 1 incidenceÉvolution de
lerreur
30
Simulations numériques - coupe n11 incidence -
105 itérations
Résolution spatiale 4,8 mm Résolution en
profondeur 4,5 mm Uniformité 49,0 pixels-1
0,0 pixels-1
31
Simulations numériques - coupe n71 incidence -
111 itérations
Résolution spatiale 4,8 mm Résolution en
profondeur 4,5 mm Uniformité 48,6 pixels-1
0,5 pixels-1
32
Images dacquisition des fantômes physiques - 1
incidence
33
Fantômes physiques - 1 incidenceÉvolution de
lerreur
34
Fantômes physiques - coupe n11 incidence - 67
itérations
Résolution spatiale 5,6 mm Résolution en
profondeur 5,6 mm Uniformité 0,203 MBq/pixel
0,021 MBq/pixel
35
Fantômes physiques - coupe n81 incidence - 78
itérations
Résolution spatiale 7,2 mm Résolution en
profondeur 8,4 mm Uniformité 0,125 MBq/pixel
0,020 MBq/pixel
36
Résultats et discussion sur les reconstructions
sous 1 incidence
simulations
acquisitions
simulations
acquisitions
Résolution en profondeur (mm)
Résolution spatiale (mm)
simulations
acquisitions
Nombre moyen de coups par pixel
Activité moyenne en MBq/pixel
37
FANTÔME COMPLEXE DE THYROÏDE

• 37 MBq de 99mTc

38
FANTÔME COMPLEXE DE THYROÏDEImages de projections
39
FANTÔME COMPLEXE DE THYROÏDE1 incidence - 224
itérations
40
FANTÔME COMPLEXE DE THYROÏDEAcquisition
parallèle OSEM
41
CONCLUSION SUR LE SYSTÈME SCOTI SOUS INCIDENCE
UNIQUE

• Bonne discrimination des régions hétérogènes
• Bonne résolution spatiale
• Résolution se dégrade avec la profondeur
• Problème duniformité

42
PLAN DE LA PRÉSENTATION

• Les différents types dimagerie par ouverture
  codée
• Le système SCOTI
• Application sous incidence unique
• Application sous 2 incidences orthogonales
• Acquisitions in vivo
• Discussions et perspectives
• Conclusion

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MODIFICATION DE LALGORITHME
44
Évolution de lerreur(2 incidences orthogonales)
45
Évolution du comptage dans limage(2 incidences
orthogonales)
46
Simulations numériques - coupe n12 incidences
orthogonales - 36 itérations
Résolution spatiale 4,5 mm (4,8 mm) Résolution
en profondeur 4,5 mm
(4,5 mm) Uniformité 49,0
pixel-1 0,0 pixel-1 (49,0
0,0)
47
Simulations numériques - coupe n72 incidences
orthogonales - 37 itérations
Résolution spatiale 4,5 mm (4,8 mm) Résolution
en profondeur 4,5 mm
(4,5 mm) Uniformité 49,0
pixel-1 0,0 pixel-1 (48,6
0,5)
48
Fantômes physiques - coupe n12 incidences
orthogonales - 33 itérations
Résolution spatiale 4,5 mm (5,6 mm) Résolution
en profondeur 4,5 mm
(5,6 mm) Uniformité 0,252
MBq/pixel 0,008 MBq/pixel
(0,203 MBq/pixel
0,021 MB/pixel )
49
Fantômes physiques - coupe n72 incidences
orthogonales - 32 itérations
Résolution spatiale 4,5 mm (7,2 mm) Résolution
en profondeur 7,3 mm
(8,4 mm) Uniformité 0,191
MBq/pixel 0,009 MBq/pixel
(0,124 MBq/pixel
0,020 MBq/pixel
50
Résultats et discussion sur les reconstructions
sous 2 incidences
simulations
acquisitions
simulations
acquisitions
Résolution en profondeur (mm)
Résolution spatiale (mm)
simulations
acquisitions
Nombre moyen de coups par pixel
Activité moyenne en MBq/pixel
51
Fantôme complexe de thyroïde sous 2 incidences
orthogonales - 165 itérations
52
PLAN DE LA PRÉSENTATION

• Les différents types dimagerie par ouverture
  codée
• Le système SCOTI
• Application sous incidence unique
• Application sous 2 incidences orthogonales
• Acquisitions in vivo
• Discussions et perspectives
• Conclusion

53
CONDITIONS DACQUISITIONS
54
COUPES RECONSTRUITES2 incidences orthogonales
55
Comparaison entre louverture codée et limagerie
pinhole
56
PLAN DE LA PRÉSENTATION

• Les différents types dimagerie par ouverture
  codée
• Le système SCOTI
• Application sous incidence unique
• Application sous 2 incidences orthogonales
• Acquisitions in vivo
• Discussions et perspectives
• Conclusion

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DISCUSSION ET PERSPECTIVES (1)

• Diffusion et atténuation
• Correction des images de projections des
  coefficients
• Optimisation de la résolution spatiale
• Échantillonnage plus fin
• Amélioration de la programmation et de la
  capacité de calcul de la machine

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DISCUSSION ET PERSPECTIVES (2)

• Optimisation de la résolution en profondeur
• Incidences supplémentaires
• 4 incidences 2 x 2 même temps dacquisition
• Amélioration de luniformité
• Modélisation exacte du système

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PLAN DE LA PRÉSENTATION

• Les différents types dimagerie par ouverture
  codée
• Le système SCOTI
• Application sous incidence unique
• Application sous 2 incidences orthogonales
• Acquisitions in vivo
• Discussions et perspectives
• Conclusion

60
CONCLUSION GÉNÉRALE (1)

• La nécessité dune incidence orthogonale a été
  démontrée et assure la validité de la méthode
• La méthode est sensible et résolutive dans le
  plan de coupe (4,5mm) et en profondeur
  (4,5mm-7,3mm)

61
CONCLUSION GÉNÉRALE (2)

• Limagerie gamma en ouverture codée sera
  applicable chez lhomme quand luniformité sera
  satisfaisante
• La méthode ouvre des perspectives de tomographie
  dynamique multispectrale

62
(No Transcript)
63
GE 400 AC vs DST-XL

• Epaisseur du masque 3,5 mm(3,5 mm)
• Distance focale 201,5 mm (336,0 mm)
• Distance du volume au masque 117,0 mm (168,0
  mm)
• Nombre de trous 196 (196)
• Diamètre dun sténopé 1,980 mm (3,1 mm)
• UFOV 385 mm (540 x 400 mm²)

64
Diapos supplémentaires(GENERALITES)
65
Principe de limagerie en médecine nucléaire
66
Principe général de fonctionnement dune
gamma-camera
Mesure de lénergie et localisation spatiale
cristal
collimateur
67
Les différents types dacquisitions

• Planaires images de projections
•  corps entier 
• multi-spectrales
• dynamiques
• Tomographie coupes dun volume
• gated SPECT

68
La reconstruction tomographique

• Algorithmes analytiques (FBP)
• pas de paramétrage
• filtrage (filtre rampe)
• Algorithmes itératifs
• paramétrisation finie de limage
• modélisation des mesures
• contraintes à priori
• critère darrêt des itérations

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Les limites de limagerie

• La sensibilité
• La résolution
• temporelle
• spectrométrique
• spatiale
• en profondeur
• La difficulté de mesures quantitatives
• la diffusion
• latténuation

70
Les différents types de reconstructions

• Lauto-corrélation
• La corrélation équilibrée
• Le delta-decoding
• La décomposition en valeurs singulières
• La méthode itérative ART

71
Diapos supplémentaires(1 INCIDENCE)
72
Simulations numériques - 1 incidenceÉvolution du
comptage dans limage
73
Simulations numériques - 1 incidenceLocalisation
en profondeur
74
Simulations numériques - coupe n11 incidence -
43 itérations
75
Simulations numériques - coupe n7 1 incidence -
51 itérations
76
Simulations numériques - 1 incidenceRésolution
en profondeur
77
Simulations numériques - 1 incidenceRésolution
spatiale
78
Simulations numériques - 1 incidenceUniformité
79
Fantômes physiques - 1 incidenceÉvolution du
comptage dans limage
80
Fantômes physiques - 1 incidenceLocalisation en
profondeur
81
Fantômes physiques - coupe n11 incidence - 29
itérations
82
Fantômes physiques - coupe n81 incidence - 30
itérations
83
Fantômes physiques - 1 incidenceRésolution en
profondeur
84
Fantômes physiques - 1 incidenceRésolution
spatiale
85
Fantômes physiques - 1 incidenceUniformité
86
Fantôme complexe de thyroïde1 incidence - 79
itérations
87
Diapos supplémentaires(2 INCIDENCES ORTHOGONALES)
88
Simulations numériques - coupe n12 incidences
orthogonales - 26 itérations
89
Simulations numériques - coupe n7 2 incidences
orthogonales - 27 itérations
90
Fantômes physiques - coupe n1 2 incidences
orthogonales - 18 itérations
91
Fantôme physique - coupe n7 2 incidences
orthogonales - 17 itérations
92
Coupes reconstruites(2 incidences orthogonales)
93
Résolution en profondeur - coupe n1(2
incidences orthogonales)
94
Résolution en profondeur - coupe n7(2
incidences orthogonales)
95
Résolution spatiale - coupe n1(2 incidences
orthogonales)
96
Résolution spatiale - coupe n7(2 incidences
orthogonales)
97
Uniformité - coupe n1(2 incidences orthogonales)
98
Uniformité - coupe n7(2 incidences orthogonales)
99
Évolution de lerreur