Contributions à l'étude de la classification spectrale et applications

4.5 L’imagerie Tomographique par Emission de Positons 137
Partie 2 :
Imagerie médicale : segmentation d’images de
Tomographie par Emission de Positons
Dans cette partie, nous proposons une méthode de segmentation d’images TEP basée sur la
cinétique du radiotraceur dans l’organisme et sur le spectral clustering. Nous commençons par
décrire le principe de l’imagerie TEP ainsi que la problématique. Puis, après un état de l’art, nous
présentons le spectral clustering pour une segmentation automatique d’images dynamiques. Nous
étudions sa validation par des expérimentations numériques, des critères et une comparaison avec
la méthode référence du k-means.
4.5 L’imagerie Tomographique par Emission de Positons
Nous présentons ici succinctement le principe physique de l’imagerie Tomographique par Emission
de Positons (TEP), ainsi que la quantification de cibles moléculaires par modélisation compartimentale
[115].
Principe de la TEP
La Tomographie par Emission de Positons (ou TEP) est une technique d’imagerie médicale
fonctionnelle quantitative permettant de visualiser les activités du métabolisme [64]. Elle permet de
mesurer in vivo et de manière a-traumatique pour le patient la distribution volumique au sein des
organes d’un paramètre physiologique comme par exemple le métabolisme cellulaire ou la densité
de récepteurs d’un système de transmission neuronal.
La TEP repose sur le principe général de la scintigraphie qui consiste à injecter un traceur dont
on connaît le comportement et les propriétés biologiques pour obtenir une image du fonctionnement
d’un organe. Ce traceur est marqué par un atome radioactif (en général le fluor 18, 18 F ) qui émet
des positons dont l’annihilation produit elle-même deux photons comme le montre la figure 4.13 (a).
La détection de la trajectoire de ces photons par le collimateur de la caméra TEP est réalisée par
un ensemble de détecteurs répartis autour du patient (cf figure 4.13(b)), par effet photoélectrique
[101]. La reconstruction tomographique permet ensuite de localiser le lieu de leur émission et donc la
concentration du traceur en chaque point de l’organe. C’est cette information quantitative que l’on
représente sous la forme d’une image dont les niveaux de gris reflètent la concentration du traceur.
Depuis le milieu des années 1990, le radiomarqueur ou traceur le plus connu et le plus utilisé est
le glucose marqué au fluor 18. L’imagerie TEP du métabolisme du glucose permet la détection
et la localisation des tumeurs et le suivi des patients après la mise en oeuvre des traitements
en oncologie. La faisabilité de cette technique repose sur le fait que les cellules cancéreuses ont
un métabolisme du glucose plus important que les cellules des tissus, et vont donc apparaitre
dans l’image comme des régions présentant une forte radioactivité. L’imagerie TEP est une source
d’information constamment enrichie par la production de nouveaux radiotraceurs spécifiques de
processus d’intérêt. Dans l’étude de la maladie d’Alzheimer par exemple, de nouveaux radiotraceurs
permettent de visualiser la quantité de plaques beta-amyloides et de dégénération neuro-fibrillaire,
qui sont les caractéristiques physiologiques de cette pathologie.