Soutenance mémoire
Le besoin de traitement d’images numériques est présent dans de nombreuses applications, notamment dans le domaine des multimédias, des jeux, des transmissions satellites, de l’imagerie médicale. Une des applications du traitement numérique d’image consiste à modifier les caractéristiques des images : suppression de bruits, mises en formes spectrales ou détection des imperfections dans une image. Très souvent, pour ne pas dire dans tout les cas, un signal (une image) subit des interférences avec des signaux (d’images) indésirables ou des parasites comme des bruits qui sont de nature généralement aléatoires. Il est donc nécessaire de traiter le signal (l’image) afin d’en extraire les informations nécessaires c’est-à-dire le message que transporte le signal (l’image) ou de l’adapter aux moyens de transmissions. L’imagerie médicale est un outil indispensable pour l’aide au diagnostic tels que le traitement et le suivi des pathologies [1]. Les médecins s’appuient sur l’imagerie pour définir ou améliorer leur diagnostic. Les technologies d’acquisition et de traitement d’images, en constante évolution, permettent d’envisager de nouvelles perspectives. Ainsi, en imagerie médicale, certaines parties d’une image scintigraphique peuvent aider à donner un meilleur diagnostic. Prenons le cas du médecin, il peut réaliser une interprétation qualitative des images par analyse visuelle de la zone d’intérêt (aspect homogène ou hétérogène, texture lisse ou granuleuse, fixation intense ou faible, symétrique ou asymétrique,…). C’est pour cette raison que les techniques de traitement numériques d’image interviennent. L’objectif principal de ce travail est de proposer une méthode de traitement numérique d’images scintigraphiques par analyse fréquentielle afin d’améliorer et de faciliter l’interprétation des résultats. La méthode employée est ainsi basée sur l’analyse sceptrale. Elle consiste à calculer numériquement le carré de module de la Transformée de Fourier Discrète (TFD), du logarithme de la densité spectrale de puissance du signal (de l’image). Cette méthode implique que ce signal (cette image) initiale de puissance finie est tronqué(e) par une fenêtre d’espace fini.
NOTION DE SCINTIGRAPHIES
Imagerie
L’imagerie médicale est certainement l’un des domaines de la médecine qui a le plus progressé ces vingt dernières années. Ces récentes découvertes permettent non seulement un meilleur diagnostic mais offrent aussi de nouveaux espoirs de traitement pour de nombreuses maladies. De telles techniques permettent également de mieux comprendre le fonctionnement de certains organes encore mystérieux, comme le cerveau, le cœur, le poumon, le rein. Dans ce travail, nous nous intéressons à la scintigraphie myocardique.
La scintigraphie :
La scintigraphie, ou l’imagerie par émission est un mode d’imagerie médicale appartenant à la médecine nucléaire. Pour cela, on effectue un marquage d’un organe du patient ou de cellules à l’aide d’une dose minime d’un traceur radioactif émettant des photons γ.
La scintigraphie myocardique
La scintigraphie cardiaque ou myocardique est un examen de médecine nucléaire permettant d’explorer l’irrigation du muscle cardiaque en utilisant un produit (radioisotope) injecté par voie intraveineuse, le plus souvent en complément d’une épreuve d’effort.
La scintigraphie myocardique de perfusion
Principe :
La scintigraphie myocardique de perfusion permet d’évaluer la circulation du sang au niveau du muscle cardiaque (évaluation de la perfusion) et donne des renseignements sur sa fonction et ses capacités de contraction. En pratique, on injecte le produit faiblement radioactif dans le sang par voie intraveineuse. Il est disséminé par la circulation sanguine dans tout l’organisme et tous les muscles du corps. Ce produit se fixe dans le muscle cardiaque et l’image scintigraphique obtenue permet de visualiser le rayonnement émis par le muscle cardiaque (ou myocarde). La scintigraphie est le plus souvent couplée à une épreuve d’effort. Dans ce cas, les images sont enregistrées au cours de l’effort puis pendant la phase de récupération et enfin au repos.
Quand le muscle cardiaque est en activité ou à l’effort, il doit recevoir beaucoup plus de sang car il a besoin beaucoup plus d’oxygène. Donc il existe beaucoup de quantités radioactives. Si la circulation est normale c’est-à-dire que les vaisseaux sanguins ne sont pas bouchés, tous les territoires sont irrigués. Par contre, si une partie du vaisseau sanguin est bouchée, les territoires irrigués par ce vaisseau ne reçoivent plus de sang et il y a une diminution des quantités radioactives dans ces territoires. La comparaison de la fixation du radio traceur (la quantité de radioactif) dans le muscle cardiaque au cours de deux examens, l’un à l’effort et l’autre au repos, permet d’étudier la perfusion myocardique. Elle permet également de mettre en évidence les zones musculaires infarcies [2], ainsi les particules radioactives ne pourront plus se fixer dans ces zones non irriguées. La première phase de l’examen consiste donc à pratiquer une stimulation (épreuve d’effort sur bicyclette ou test pharmacologique) afin d’évaluer la perfusion cardiaque d’effort. A la fin de la stimulation, le produit radioactif est injecté par voie intraveineuse et une acquisition tomographique est réalisée une heure après. La deuxième phase de l’examen est réalisée 3 à 4 heures après l’acquisition d’image à l’effort afin d’apprécier la perfusion cardiaque au repos. Pour conclure, le but de cet examen est d’évaluer la circulation du sang au niveau des différents territoires myocardiques à l’effort et au repos.
Résultats :
L’analyse des images permet d’apprécier si l’ensemble du muscle cardiaque reçoit l’afflux de sang dont il a besoin d’effort quand il est au repos.
On peut ainsi distinguer:
– des zones du myocarde normales, où le marqueur est fixé de façon intense (maximale)
– des zones où le sang arrive au ralenti en raison d’un rétrécissement du coronaire, la captation du produit radioactif est alors réduite (inférieur à 80% à 50%)
– des zones où le sang n’arrive plus (infarctus) se traduisant par une absence de fixation ou absence de produit radioactif. (Inférieur à 50%) .
La formation de l’image scintigraphique
La scintigraphie permet d’obtenir une image de la totalité ou d’une partie d’un organe donné. Pour acquérir ses images, la scintigraphie utilise un Gamma Caméra.
Le gamma caméra
a. Les isotopes
La scintigraphie est une technique d’investigation médicale basée sur l’utilisation de molécules spécifiques, marqueuses d’une fonction physiologique [3]. Celles-ci sont introduites dans l’organisme le plus souvent par voie intraveineuse. Les radio éléments utilisés sont émetteurs de rayons gamma (γ) ou beta+ (β+). Les isotopes les plus utilisés en médecine nucléaire sont le Technétium 99m (99mTc) et l’iode 131 (131I). Le 99mTc émet principalement un rayonnement γ de 148 keV, particulièrement bien adapté au récepteur. Sa demi-vie est de 6 heures, ce qui donne suffisamment de temps pour l’acquisition des images et permet une élimination rapide de la radioactivité.
b. Instrumentation
Le « gamma-caméra » ou caméra à scintillation est un appareil qui permet aux médecins nucléaires d’effectuer des scintigraphies, de détecter et de localiser l’origine du rayonnement émis par l’isotope radioactif au sein de l’organisme. Il est composé d’un large cristal plat d’iodure de sodium qui émet de la lumière lorsqu’il est traversé par des rayons γ, à la manière d’un écran renforçateur en radiologie. Le nombre, l’énergie et la position du rayonnement γ recueilli par le cristal sont transmis à un analyseur multicanaux qui traite cette information pour transmettre à un ordinateur les éléments constitutifs de l’image scintigraphique. L’ordinateur gère l’acquisition et le traitement final des images recueillies.
c. Principe de détection
En médecine nucléaire, l’acquisition de signal ou d’image est basée sur la détection des rayonnements par interaction avec le milieu détecteur et sur l’analyse quantitative de leurs spectres. L’un des premiers moyens de détection a utilisé l’émission de la lumière liée à l’absorption des rayonnements par certains matériaux. Ces derniers émettent des rayonnements de phosphorescence ou de fluorescence après excitation par une particule chargée. Pour des interactions γ- détecteur, ces particules sont des électrons produits par l’effet photoélectrique ou par effet Compton. Ensuite, la désexcitation de molécules s’effectue par une émission de photons lumineux. Ce phénomène est appelé scintillation.
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Table des matières
INTRODUCTION
PREMIERE PARTIE : NOTION DE SCINTIGRAPHIES
I.1 Imagerie
I.1.1 La scintigraphie myocardique
I.2 La formation de l’image scintigraphique
I.2.1 Le gamma- caméra
I.2.2 Les grands types d’acquisition des images
I.2.3 Représentation des images
I.3 Image numérique
I.3.1 Définition
I.3.2 Types d’images
I.3.3 Les différents formats d’image
DEUXIEME PARTIE : THEORIE DE LA TRANSFORMEE DE FOURIER ET LE SCEPTRE
II.1 Théorie de la Transformée de Fourier
II.1.1 Transformée de Fourier continue
II.1.1.1 TFC 1 Dimension
II.1.1.2 TFC 2 Dimensions
II.1.2 Transformée de Fourier discrète
II.1.2.1 TFD 1 Dimension
II.1.2.2 TFD 2 Dimensions
II.1.3 Algorithmes et programmes
II.1.3.1 L’algorithme de calcul de transformée de Fourier rapide 1D
II.1.3.2 Transformée de Fourier rapide bidimensionnelle
II.2 SCEPTRE
II.2.1 Définition
II.2.2 Processus de calcul
II.2.3 Organigramme
TROISIEME PARITE : DEBRUITAGE PAR SEUILLAGE DE COEFFICIENTS D’ONDELETTE
III.1 La Transformée en ondelettes
III.1.1 Ondelette
III.1.2 Transformée en ondelettes continue (TOC)
III.1.2.1 Définition
III.1.2.2 Notions d’échelle et de posions
III.1.2.3 Propriétés
III.1.2.4 Expression de la TOC
III.1.3 Quelques exemples d’ondelette mère
III.1.4 Conclusions
III.1.5 Transformée Inverse Continue en Ondelettes
III.1.6 Transformée en ondelette discrète
III.1.6.1 Discrétisation de la TOC
III.1.6.2 Notion de détails et d’approximation
III.1.6.3 Analyse multirésolution
III.1.6.4 Transformée Inverse
III.1.6.5 Analyse multirésolution à 2 dimensions
III.1.7 Conclusions
III.2 Algorithmes de seuillage des coefficients
III.2.1 Principe général
III.2.2 Méthodes de seuillage
III.2.2.1 Seuillage brut ou « hard thresholding »
III.2 .2.2 Rétrécissement ou « shrinkage »
III.2.3 Détermination du seuil à utiliser
QUATRIEME PARTIE : RESULTATS ET INTERPRETATIONS
IV.1 Résultats de débruitage par seuillage de coefficients d’ondelettes
IV.2 .Résolutions et interprétation de l’analyse sceptrale
CONCLUSION
ANNEXE A
ANNEXE B
BLIBLIOGRAPHIE
