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École de technologie supérieure

Responsable(s) de cours : Jean-Marc Lina, Catherine Laporte


PLAN DE COURS

Été 2020
GTS601 : Principes de l'imagerie médicale (3 crédits)


Pour assurer la tenue de la session d’été 2020 dans le contexte de la pandémie au Covid19, les modalités particulières suivantes devront être appliquées :

  • La session se fera entièrement à distance
  • L’étudiant inscrit à un cours doit avoir accès à un ordinateur, un micro, une caméra et un accès à internet, idéalement de 10Mb/s ou plus.
  • Les examens (intra, finaux) se feront à distance, la surveillance de ces examens se fera à l’aide de la caméra et du micro de l’ordinateur et pourrait être enregistrée. Ceci est nécessaire pour se conformer aux exigences du bureau canadien d’agrément des programmes de génie afin d’assurer la validité des évaluations.

Si vous ne consentez pas aux modalités décrites ci-haut, vous devez vous désinscrire de vos cours avant le 15 mai et vous pourrez être remboursés. En demeurant inscrit, vous acceptez les modalités particulières de la session E20.




Préalables
Aucun préalable requis
Unités d'agrément
Total d'unités d'agrément : 58,8 14,3 % 85,7 %




Qualités de l'ingénieur

Qn
Qualité visée dans ce cours  
Qn
  Qualité visée dans un autre cours  
  Indicateur enseigné
  Indicateur évalué
  Indicateur enseigné et évalué



Descriptif du cours

Se familiariser avec les principes physiques de synthèse d’images en médecine et des technologies associées, de la source au détecteur.

Passé, présent et avenir de l’imagerie médicale. Radiographie, tomographie, imagerie par résonance magnétique, imagerie par radio-isotopes, imagerie par ultrasons, imagerie optique, photonique et laser, technologies émergentes en imagerie médicale. Illustration de l’application des méthodes en imagerie médicale diagnostique.

Séances de laboratoire permettant de se familiariser avec les différentes méthodes de synthèse d’images médicales d’un point de vue physique et algorithmique.




Objectifs du cours

Description sommaire

Présentation des principales modalités de l’imagerie médicale, tant du point de vue des principes d’acquisition que de l’analyse et l’interprétation des informations contenues dans ces images. Exposé des principes physiques de synthèse d’images en médecine et des technologies associées, de la source au détecteur.

Radiographie, tomographie, imagerie par résonance magnétique, imagerie par radio-isotopes, échographie, imagerie optique, photonique et laser, technologies émergentes en imagerie médicale. Illustration de l’application des méthodes en imagerie médicale diagnostique.

Les cours théoriques sont complétés par des sessions de laboratoire qui permettront à l’étudiant de se familiariser avec les différentes méthodes de synthèse et de traitement d’images médicales d’un point de vue physique et algorithmique.

 

Objectifs

  • Présenter les différents systèmes d’imagerie du milieu clinique.
  • Familiariser l’étudiant(e) avec les concepts et les quantités caractéristiques de l’imagerie numérique, en particulier l’imagerie médicale.

Donner à l’étudiant(e) les connaissances de base nécessaires pour comprendre et manipuler le contenu informationnel des images médicales.




Stratégies pédagogiques

- Un (1) cours magistral par semaine. Chaque cours couvre un thème spécifique.

- Trois (3) ou deux (2) heures de travaux dirigés ou laboratoire hebdomadaires reliés aux thèmes abordés en cours théorique.




Utilisation d’appareils électroniques

Il n'est pas permis d'enregistrer les cours ou les séances de laboratoire sans autorisation explicite du professeur.




Horaire
Groupe Jour Heure Activité
01 Lundi 08:30 - 12:00 Activité de cours
Mardi 08:30 - 10:30 Laboratoire



Coordonnées de l’enseignant
Groupe Nom Activité Courriel Local Disponibilité
01 Jean-Marc Lina Activité de cours Jean-Marc.Lina@etsmtl.ca A-2465
01 Georges Matar Laboratoire cc-Georges.Matar@etsmtl.ca



Cours
Date Contenus traités dans le cours Heures
 

Introduction

  • Historique
  • Imageurs
  • Survol des principes.
3 heures
 

Formation des images

  • Résolution
  • Analyse fréquentielle (Fourier)
  • Image numérique
3 heures
 

Traitement et analyse des images

  • Échantillonnage
  • Histogramme
  • Filtrage dans les domaines spatial et fréquentiel
  • Segmentation des images
  • Recalage des images
6 heures
 

Imagerie par rayons X

  • Rayonnement électromagnétique
  • Transmission et absorption des rayons X par la matière
  • Rayonnements ionisants et santé
  • Production et détection de rayons X
  • Radiographie conventionnelle
  • Mammographie
  • Fluoroscopie
6 heures
 

La tomographie numériqu

  • Tomodensitométrie (CT scan)
  • Algorithmes de reconstruction tomographique
  • Transformée de Radon et "Fourier Slice Theorem"
3 heures
 

L’imagerie nucléaire 

  • Radioactivité et radionucléides
  • Gamma caméra et scintigraphie
  • Imagerie SPECT
  • Imagerie PET
3 heures
 

L’imagerie par résonance magnétique

  • Principes fondamentaux de la résonance magnétique et fréquence de Larmor
  • Séquences IRM et contrastes
  • Images et volumes IRM
  • Encodage fréquentiel et encodage de phase
  • Effet BOLD et imagerie fonctionnelle
6 heures
 

L’échographie 

  • Ondes ultrasonores
  • Diffusion, production et détection d’ondes ultrasonores
  • Imagerie en mode B et en mode Doppler
6 heures
 

La tomographie optique

  • Interférométrie
  • Méthodes temporelle et spectrales 
3 heures
  Total 39

 

 

Notes:

Tous les cours sont d'une durée de 3 heures par semaine.

Le contenu du cours pourrait être présenté dans un ordre différent de celui donné dans le plan de cours.




Laboratoires et travaux pratiques
Date Description Heures
  1.  Introduction à MATLAB 4 heures
  2.  Restauration des images 4 heures
  3.  Reconstruction tomographique 4 heures
  4.  Segmentation automatique d'images 6 heures
  5.  Échographie et modélisation géométrique de la carotide 6 heures
  Total 24



Utilisation d'outils d'ingénierie
  • Système échographique (en laboratoire)
  • Logiciel Matlab (analyse numérique des images)



Évaluation
Activité Description % Date
  Quiz (5) 30 %  
  Examen final 30 %  
  Laboratoires (4) 32 %  
  Rapports de lecture (1) 8 %  



Date de l'examen final
Votre examen final aura lieu pendant la période des examens finaux, veuillez consulter l'horaire à l'adresse suivante : http://etsmtl.ca/Etudiants-actuels/Baccalaureat/Examens-finaux


Politique de retard des travaux
Tout travail (devoir pratique, rapport de laboratoire, rapport de projet, etc.) remis en retard sans motif valable, c’est-à-dire autre que ceux mentionnés dans le Règlement des études (1er cycle, article 7.2.7 b / cycles supérieurs, article 6.5.4 b) se verra attribuer la note zéro, à moins que d’autres dispositions ne soient communiquées par écrit par l’enseignant dans les consignes de chaque travail à remettre ou dans le plan de cours pour l’ensemble des travaux.

Dispositions additionnelles

Tolérance pour des délais raisonnables avec justification écrite.  Un retard injustifié entraînera une pénalité de 5% par jour (ouvrable ou non).




Absence à un examen
Dans les cinq (5) jours ouvrables suivants, la tenue de son examen, l’étudiant devra justifier son absence d’un examen durant le trimestre auprès de la coordonnatrice – Affaires départementales qui en référera au directeur du département ou du SEG. Pour un examen final, l’étudiant devra justifier son absence auprès du Bureau du registraire. Dans tous les cas, l’étudiant doit effectuer sa demande en complétant le formulaire prévu à cet effet qui se trouve dans son portail Mon ÉTS/Formulaires. Toute absence non justifiée par un motif majeur (maladie certifiée par un billet de médecin, décès d’un parent immédiat, Activité compétitive d’un étudiant appartenant à un club scientifique ou un club sportif d’élite de l’ÉTS ou au programme « Alliance sport étude » ou autre) à un examen entraînera l’attribution de la note zéro (0).



Plagiat et fraude
Les clauses du « Règlement sur les infractions de nature académique de l’ÉTS » s’appliquent dans ce cours ainsi que dans tous les cours du département. Les étudiants doivent consulter le Règlement sur les infractions de nature académique (https://www.etsmtl.ca/docs/ETS/Gouvernance/Secretariat-general/Cadre-reglementaire/Documents/Infractions-nature-academique ) pour identifier les actes considérés comme étant des infractions de nature académique ainsi que prendre connaissance des sanctions prévues à cet effet.  À l’ÉTS, le respect de la propriété intellectuelle est une valeur essentielle et les étudiants sont invités à consulter la page Citer, pas plagier ! (https://www.etsmtl.ca/Etudiants-actuels/Baccalaureat/Citer-pas-plagier).



Documentation obligatoire

Aucune




Ouvrages de références

Principales

  • BUSHBERG, J.T., et al., The Essential Physics of Medical Imaging, 2nd ed., Lippincott Williams & Wilkins, 2002.
  • DHAWAN, A.P., Medical Image Analysis, IEEE Wiley Press, 2003.

Complémentaires

  • PRINCE, J. L. and LINKS, J. M., Medical Imaging: Signals and Systems, Prentice-Hall, 2006.
  • HENDEE, W. R. and RITENOUR, E. R., Medical Imaging Physics, Wiley-Liss, 2002.
  • GUY, C. and FFYTCHE, D., An Introduction to the Principles of Medical Imaging, Imperial College Press, 2005.
  • KAK, A. C. and SLANEY, M., Principles of Computerized Tomographic Imaging, SIAM, 2001.
  • SHUNG, K. K., Diagnostic Ultrasound: Imaging and Blood Flow Measurements, CRC Press, 2006.
  • HORNAK, J. P., The Basics of MRI, livre en ligne, http://www.cis.rit.edu/htbooks/mri/, 1996-2011.
  • BOUDOUX, C., Fundamentals of biomedical optics, Pollux Editions, 2017.



Adresse internet du site de cours et autres liens utiles

Site du cours: https://ena.etsmtl.ca/




Autres informations

GTS601    SESSION ETE 2020  COURS/TRAVAUX DIRIGÉS

Organisation du cours dans la session (zoom) : lundi, 8:30 – 12:00

Chaque cours consiste en une série d’environ 5 segments de 30 minutes espacés de 5 minutes.  Chaque segment comprendra une présentation préenregistrée ou ‘en direct’ par zoom. Avant et après chaque présentation, 5 minutes seront réservées aux questions portant sur le segment précédent ou la présentation qui vient d’être vue.  

Les Quizz seront des exercices de cours à choix multiples accessibles dans le site moodle du cours.

 

Semaine

Cours

TD-Laboratoires

Cours 1

4 mai

1. Introduction

2. L’imagerie médicale

3. Aspects socio-économiques

4. Traitement de l’image médicale

5 mai, 9:00-12:00:

TD.1 (facultatif)

Introduction à matlab

Cours 2

11 mai

(L)

1. Modèle de formation des Images

2. Analyse spectrale

3. Echantillonnage

12 mai, 8:30-9:30

TD.2

Cours 3

25 mai

  1. 1. Rayonnement et Matière Biologique

2. Loi de Beer-Lambert

3. Absorption et diffusion

4. Effets ionisants

26 mai: 9:00 – 12:00

Labo1, ‘restauration d’images’ (8%)

 

Cours 4

1 juin

Quizz 1 (6%) 

(L)

1. La radiographie

2. Production de rayon X

3. film radiologique

4. Collimation

5. Quizz 1

2 juin: 9:00 – 11:00

Labo 1 (suite)

Remise : 16/06

Cours 5

8 juin

1. La tomodensitométrie

2. La tomographie numérique

3. La transformée de Radon

4. La transformée de radon inverse

5. Le CT-scan

9 juin : 8:30 – 10:00

TD.3

 

Cours 6

15 juin

Quizz 2 (6%) 

 

1. Traitement numérique des images

2. Histogramme

3. Filtrage

4. Filtre de Wiener

5. Approche multi-échelle

6. Quizz 2

16 juin : 9:00 – 11:00

Labo 2, ‘Reconstruction Tomographique’ (8%)

Cours 7

22 juin

 

1. Imagerie IRM

2. Fréquence de Larmor

3. Relaxation transverse/longitudinale

4. Echo de spin

 (relâche)

Cours 8

29 juin

Quizz 3 (6%)

(L)

1. Imagerie IRM T1/T2

2. Qualité de l’image IRM anatomique

3. IRM fonctionnelle et BOLD

4. Quizz 3

30 juin : 9:00 – 11:00

Labo 2 (suite)

Remise : 14/07

 

 

Cours 9

6 juillet

1. Segmentation K-means

2. Croissance de régions

2. Recalage d’Images

7 juillet : 9:00 – 11:00

Labo 3, ‘Segmentation automatique d’image’ (8%)

Cours 10

13 juillet

Quizz 4 (6%)

 

1. Echographie

2. Modèle de propagation acoustique

3. Impédance

4. Ultrasons et matière biologique

5. Quizz 4

14 juillet : 9:00 – 11:00

Labo 3 (suite)

Remise : 28/07

Cours 11

20 juillet

(L)

1. Echographie en mode B

2. Production de faisceaux d’US

3. Echographie Doppler

 21 juillet : 8 :30-10:00

TD.4

 

Remise L : < 28 juillet

Cours 12

27 juillet

Quizz 5 (6%)

 

1. Imagerie Nucléaire

2. Imagerie gamma

3. Radioéléments

4. Camera gamma

 

28 juillet : 9:00-11:00

Labo 4, ‘Echographie (analyse)’ (8%)

 

 

Cours 13

3 aout

 

1. Imagerie SPECT

2. Imagerie PET

3. Imagerie OCT

 

4 aout : 9:00–11:00

Labo 4 (suite)

 

Remise : 8/08

L : ‘lecture dirigée’ (8%)

EXAMEN FINAL (30%)

 

Cours :Jean-Marc Lina

Travaux Dirigés / Laboratoires :Jean-Marc Lina et Georges Matar