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Les nouvelles séquences et le contraste
Dr S J Doran
Department of PhysicsUniversity of Surrey
S Dr. S. J. Doran Department of Physics,University of Surrey,Guildford, GU2 5XH, UK
Remerciements
• Gareth Barker (Institute of Neurology, London)
• David CollinsJames D’ArcyAndy Dzik-Jurasz (Institute of Cancer Research, Sutton)
• Andrew Derbyshire (GE Medical Systems)
• Mark Horsefield (University of Leicester)
Résumé
• Raisons pour l’utilisation de nouvelles séquences
• Principes physiques
Génération des échos
L’espace des k
Imagerie echo-planar (EPI)
Imagerie Turbo Spin-Echo (TSE, FSE, RARE)
Principes de base
• Connaissances supposées déjà acquises:
Concept d ’aimantation
Impulsions: 90°, 180° (inversion / refocalisation)
Echos de spin et de gradient
Codage de phase
• Séquences de base:
Séquences écho de spin (avec multi-coupe)
Séquences écho de gradient rapide (RAGE)
Pourquoi utiliser de nouvelles séquences?
• Imagerie « snapshot » d ’organes en présence de mouvement rapide
• Imagerie « snapshot » quand le contraste change très rapidement
• Réduction d’artifacts de mouvement
• Pour rendre possible des études très longues
• Pour porter au maximum l’information acquise dans une seule séance au scanner
L’imagerie cardiaque
Images EPI multi-shot de l’axe court du coeur.
(Tiré de « Ultra-fast MRI, Techniques and Applications »,
Ed. Debatin, McKinnon)
Pourquoi utiliser de nouvelles séquences?
• Imagerie « snapshot » d ’organes en présence de mouvement rapide
• Imagerie « snapshot » quand le contraste change très rapidement
• Réduction d’artifacts de mouvement
• Pour rendre possible des études très longues
• Pour porter au maximum l’information acquise dans une seule séance au scanner
Evolution rapide de contraste
• Image pondérée en T1 et image pondérée en T2* tous les 1.1 s
• Fit au modèle de Tofts et Kermode
Etude double-echo pendantl’administration d’un agentde contraste.
Data avec la permission deJ D’Arcy and D CollinsInstitute of Cancer Research
-5
0
5
10
15
20
25
0 20 40 60 80 100 120 140 160 180
Time (s)
Ch
an
ge
in
R2*
-0,05
0
0,05
0,1
0,15
0,2
0,25
0,3
0,35
0,4
0,45
0 20 40 60 80 100 120 140 160 180
Time (s)
Gd
Co
nce
ntr
atio
n
Pourquoi utiliser de nouvelles séquences?
• Imagerie « snapshot » d’organes en présence de mouvement rapide
• Imagerie « snapshot » quand le contraste change très rapidement
• Réduction d’artifacts de mouvement
• Pour rendre possible des études très longues
• Pour porter au maximum l’information acquise dans une seule séance au scanner
Artifacts de mouvement
Image acquise avec une séquence de plus d ’une minute
Image acquise avec une séquence écho de gradient rapide 17 s
Pourquoi utiliser de nouvelles séquences?
• Imagerie « snapshot » d’organes en présence de mouvement rapide
• Imagerie « snapshot » quand le contraste change très rapidement
• Réduction d’artifacts de mouvement
• Pour rendre possible des études très longues
• Pour porter au maximum l’information acquise dans une seule séance au scanner
Etudes autrement non-faisable: (1) diffusion
Data avec lapermission deMA Horsefield, DK Jones
Cartographie de l’anisotropiedu tenseur de diffusivité
• 60 coupes en 16 minutes
• 2.5 mm3 résolution
• Pour chaque coupe:8 images non-pondérées63 images avec pondération
diffusion (directions différentes)b~1020 s2mm -1 TE=96ms
Pourquoi utiliser de nouvelles séquences?
• Imagerie « snapshot » d ’organes en présence de mouvement rapide
• Imagerie « snapshot » quand le contraste change très rapidement
• Réduction d ’artifacts de mouvement
• Pour rendre possible des études très longues
• Pour porter au maximum l ’information acquise dans une seule séance au scanner
Etudes autrement non-faisable: (2) Fast FLAIR
• 28 coupes en 7 minutes 20 s
• Matrice de 256 x 192
• TR / TE / TI: 11000 / 137 / 2600
Etude FLAIR multi-coupe sur un malade (sclérose multiple)
Data avec la permission de G BarkerInstitute of Neurology, UCL
Pourquoi utiliser de nouvelles séquences?
• Imagerie « snapshot » d ’organes en présence de mouvement rapide
• Imagerie « snapshot » quand le contraste change très rapidement
• Réduction d ’artifacts de mouvement
• Pour rendre possible des études très longues
• Pour porter au maximum l ’information acquise dans une seule séance au scanner
Ex: protocole pour l ’imagerie du cancer rectal
• T1 w scout RAGE
• T2w TSE
• cartographie D Burst
• cartographie T2 multi-echo
• spectro. 20/135 ms STEAM
Administration de contraste
• cartographie RAGEperfusion / perméabilité(7 mins.1 image tous les 4s)
• spectro. 135ms STEAM
• distribution finale RAGEde l ’agent de contraste
Durée totale ~50 mins.
TE: 135 msPre-contrast
TE: 135 ms Post-contrast
T2 k
P D
Data avec la permission de A Djik-Jurasz
Principes physiques: génération des échos (1)
Impulsion
Echo
FLASHRAGEFISP, etc.
• L ’information est contenue dans les signaux échos.
• La réalisation d’une sequence rapide consiste en la génération de longs trains d’échos.
• Chaque écho subit un codage de phase different.
Principes physiques: génération des échos (2)
EPI
Echo
FSE, TSERARE
Impulsion90°
180° 180° 180° 180°
Echo
Gradientde lecture
…
…
…
Principes physiques: L’espace des k (1)
• On acquiert une matrice de points dans le « domaine temporel » autrement dit « l’espace des k ».
• Chaque écho correspond à une ligne différente.
• L’image est obtenue par la transformation de Fourier.
Principes physiques: L’espace des k (2)
TF
Principes physiques: L’espace des k (3)
• Pour obtenir l ’image, il faut acquérir la valeur de chacun des points dans l’espace des k.
• Le but d’une séquence rapide est de passer par tous ces points le plus rapidement possible.
• Les facteurs qui différencient entre les séquences sont:
La méthode de génération des échos L ’ordre d’acquisition des points (trajectoire dans l’espace des k) Le nombre d’excitations (« shots ») Le nombre de points acquis par shot Le temps d ’acquisition pour chaque point
Principes physiques: L’espace des k (4)
• Deux façons de se déplacer dans l ’espace des k
Gradient trajectoire régulière sans discontinuités
Impulsion RF 180° saut discontinu d’un côté à l’autre
Principes physiques: L’espace des k (5)
• Les premières séquences utilisaient le même nombre de shots que de pas de codage en phase.Lent, mais plus facile techniquement
• A l’autre extrême, on peut acquérir toutes les données en un seul shot.Hyper-rapide mais difficile
• On peut combiner les avantages avec les séquences dites « interleaved » (entrelacées).
SE, GE PR
EPI Single-shot TSE Spiral
I-EPI TSE / RARE / -EPI I-SpiraI
La gamme des séquences rapides
Taille de matrice
64
128
256
512
1024
0.01 0.1 1 10 100 1,000 10,000
Temps d’acquisition / s
SEGER
AG
E
Séquences entrelacées I-EPI, TSE
HA
STE
, GR
AS
E
EP
I
séquences expérimentales ultra-rapides
Pire
Meilleur Compromis
1 battementde coeur
1 respiration
Compromis
Imagerie echo-planar (EPI)
• Images avec une seule excitation(single-shot) ~30-150 ms
• Beaucoup utilisé en imagerie fonctionelle
• Images pondérées en «T2* + flou »
Mais …
• Demande un bon shim — très susceptible à la distortion due aux inhomogénéïtés du champ magnétique B0
• Sécurité: dB/dt, bruit acoustique
Contraste des images EPI
Echo
…
Gradientde lecture
…
…
Sans relaxation
Situation réelle
Decroissance rapide des échos selon T2*
Imagerie turbo spin-echo (TSE, FSE, RARE)
• Images avec plusieurs excitations(multi-shot), souvent acquises sans respirer
• Images single-shot (HASTE)
• Pas susceptible aux effets des inhomogénéïtés du champ magnétique B0
• Possibilité de saturation de la graisse par inversion
Mais …
• Sécurité: déposition d’énergie RF limite le nombre de tranches
Image typique TSE avec préparation T1 par
inversion-récupération
9 tranches, 256x160, ETL 32Temps d’acquisition 23 s
TR / TE / TI: 4600 / 76/ 140
Contraste des images TSESans relaxation
Situation réelleDecroissance des
échos selon T2
Echo
90°
180° 180° 180° 180°
N/4
N/4 N/12
Plus d’échos
plus rapideplus de pondération T2
plus floue.
Conclusions
• Il existe de nombreuses raisons pour utiliser des séquences rapides IRM.
• Il y a trois méthodes principales pour produire les échos qui sont nécessaires.
• Ces méthodes correspond à l’écho de gradient rapide, l’imagerie EPI et l’imagerie TSE et leur variantes.
• Chaque méthode introduit ses propres modifications au contraste de l’image.
Remerciements
• Gareth Barker (Institute of Neurology, London)
• David CollinsJames D’ArcyAndy Dzik-Jurasz (Institute of Cancer Research, Sutton)
• Mark Horsefield (University of Leicester)