imagerie rapide : eg et epi e. de kerviler, d. hoa

Imagerie Rapide :EG et EPI

E. de Kerviler, D. Hoa

“ space”

Storing data in k-space

many radiofrequency signals

raw data

Tacq = TR x Ny x Nacc

Tacq = TR x Ny x NaccTurbo x SENSE

Echo de

Gradient

Echo Planar

Imagerie

parallèle

Echo de Spin

Echo de Gradient

Différences avec l’écho de Spin– Angle de bascule ≤ 90°– Absence d’impulsion de 180°

RF

90°

Echo de gradient

RF

α

180°

Gradient Echo

Simplest sequence– alpha flip-gradient recalled echo

3 parameters– TR– TE– flip angle

Reduced SAR Artifact prone

post-surgical change

“blooming” artifact

Gradient Echo

FID gradient recalledecho

RF pulse

rephase

dephase

signal

gradient

TR = 600 ms, TE = 15 ms TE, 5 min2 acq, 5 mm, 230 mm FoV, 256*256 matrix

EG versus ES

Echo de Gradient (FLASH 90°)Echo de Spin

K-space view of the gradient and spin echo imaging

Kx

Ky

123.......n

Ky

123.......n

Echo de gradient

RFTR

TE

Tacq = TR x Ny x Nacc

TR le plus court possible

Le contraste en écho de Gradient

L’angle de bacule Le temps d’écho

Déphasage dans le plan transversal : EG vu du ciel

y

xz Mxy

y

xz

Mxydephase

phase coherency phase dispersion

y

xz Mxy

phase coherencyMinus T2* decay

Déphasage dans le plan transversal : EG vu du ciel

rephase

y

xz

Mxy

phase dispersion

Echo de gradient

Modifier l’angle agit sur :– La proportion

d’aimantation basculée

– La durée (TR) pour la repousse de l’aimantation

Décroissance de l’aimantation transversale liée à :– La relaxation T2– Les hétérogénéités

du champ magnétique

90°

30°

Gradient Echochanging TE

TE 9FA 30

TE 30FA 30

susceptibility effect T2* weighting

Gradient Echochanging angle & TE

TE 20FA 15

TE 13FA 50

TR > T2*

T2*

RF

TR < T2*

RF

Etat d’équilibre de l’aimantation transversale résiduelle

TR < T2*

RF

Destruction de l’aimantation transversale résiduelle

Spoiler

EG avec destruction de l’aimantation transversale Contraste surtout T1, fonction de :

– Angle bascule (pondéré T1 si angle ≈ 90°)

– TE (peu pondéré T2 si TE court) Mais contraste T2 possible (petit

angle et TE long) Acronymes :

– GE : SPGR, MPSPGR– Philips : T1-FFE– Siemens : FLASH

Gradient Echochanging TE

TE 13.42 TE 15.66

in-phase opposed-phase

Angle de Ernst

Pour un angle de bascule et un T1 donnés, il existe un TR optimal pour obtenir un maximum de signal

100 o

50 ms TR

Signal

Excitation angle

200 ms TR

500 ms TR

1000 ms TRT1= 800 ms

EG ultra-rapide

Contraste surtout T1 Indications : Angio, T1 3D FatSat

dynamiques, T1 IP-OP en apnée … Acronymes

– GE : FGRE, LAVA, VIBRANT, FAME, FSPGR

– Philips : T1-FFE, THRIVE– Siemens : Turbo-Flash, VIBE

Exemples

Abdomen en apnée

In phaseOut of phase

Effacer le signal d’un foie stéatosique

Imagerie T1 3D dynamique

… Encore plus pondéré T1 Préparation de l’aimantation

(Magnetization Prepared …) Applications : Angio, 3D T1 haute

résolution Acronymes

– GE : IR-FSPGR, DE-FSPGR– Philips : IR-FFE– Siemens : TurboFLASH, MP-RAGE

Exemples

TurboFLASH MP-RAGE

EG avec équilibre de l’aimantation transversale Contraste mixte de type T2/T1 Acronymes

– GE : MPGR– Philips : FFE– Siemens : FISP

Signal en écho de gradient

Le signal en écho de gradient avec équilibre de l’aimantation transversale est toujours une combinaison de :• FID qui est plutôt T1w / T2*w• SE qui est plutôt T2w• échos stimulés, plutôt T2w

Signal en écho de gradient

signal FID

signal SE

FID + signal SE+ échos stimulés

échos stimulés

Une combinaison de 3 pulses RF résulte endes échos stimulés ...

Etat d’équilibre + gradients équilibrés Limitation des artéfacts de flux,

très rapide Indications : Imagerie des

liquides, angio sans Gado, repérage, HR …

Acronymes– GE : FIESTA– Philips : Balanced FFE– Siemens : True FISPExcitation alternante

Les tissus avec haut T2/T1 (blanc) sont en hypersignal (sang, graisse, liquides)

Régime d’équilibre

… Encore plus pondéré T2 Mélange de 2 séquences

pondérées en T2– FISP + PSIF = DESS– TrueFISP + TrueFISP = CISS

Indications : Liquides, articulations

DESS CISS

SÉQUENCES EN ECHO PLANAR

Echo Planar (EPI)

3 types de remplissage du plan de Fourier– Non-blipped EPI– Blipped EPI– Spiral EPI

Imagerie ultra-rapide

Echo planar (non-blipped)

RF

TR

TE effectif

Dans cet exemple, imagerie « Single shot » : tout le plan de Fourier rempli en un TR

Trajectoire dans l’espace k du "blipped" EPI

TE eff

Rf

Gs

Gp

Gr

adc

Spiral EPI

t = TE

RF

Gx

Gy

Gz

t = 0

Gradients = 0 au centre du plan de FourierMoins d’artefacts de flux

Distorted EPI Images with Imperfect x-Shim

Non

-blip

ped

Blip

ped

Spi

ral

Echo Planar : Quelle pondération ?RF

RF

SS = T2

MS = T1 ou T2

Echo planar : ES vs EG EPI

90° 180°RF

Signal

Décroissance du signal par relaxation T2

Glec

Plan de Fourier

TE effectif

EG

EG

ES

ES

Artéfacts en EPI

Artéfacts N/2 Déplacement chimique eau -

graisse Artéfact de susceptibilité

magnétique Distorsions géométriques

(courants de Foucault, ou eddy currents)

EPI et bande passante

Lecture d’une ligne 1 ms => BP=128/0,001=128000 Hz/pixel

Lecture des colonnes 100

ms=> BP phase = 1/0,1 =

10Hz/pixel

Déplacement chimique eau graisse : 3,5ppmDécalage du signal de la graisse (direction de phase)

Mauvaise saturation de

graisse

Saturation de graisseet mauvais shim

Saturation de graisseet bon shim

à 1,5T => 223 Hz de différence => BPphase=10Hz/pixel => erreur de + de 20 pixels

Déplacement chimique

EPI avec FatSat EPI sans FatSat

EPI : applications

Diffusion– AVC, abcès, tumeurs

…– Tractographie– Corps entier

Perfusion– BOLD– Gado

Imagerie ultra-rapide

b 1000 CDA

Imagerie de diffusion

Tracking FA>0.25， base is T2W

Tenseur de diffusion (glioblastome)

Tumeurs

Diffusion normale

Diffusion restreinte

Diffusion accrue

Diffusion corps entier

Myélome stade III

IMAGERIE PARALLÈLE

Imagerie cérébrale1 antenne tête 8 canaux

8 éléments = 8 antennes

Signal enregistré 8 fois

S/B x √8

Read TR/line

Pha

se

Temps pour remplir la totalité du plan de Fourier

= N x TR

N : Nombre de lignes dephase

Kx

Ky

Remplissage du plan de Fourier

Read TR/line

Pha

se

Temps pour remplir la totalité du plan de Fourier

= N x TR / n

N : Nombre de lignes dePhasen : nombre d’éléments d’antenne

Kx

Ky

Remplissage du plan de Fourier

Antennes phased array :2 façons de travailler

Anciennes séquences, mais avec un meilleur rapport S/B

Nouvelles séquences d’imagerie parallèle– Plus rapides avec la même

résolution– De même durée avec une résolution

plus élevée

En IRM, quand le FOV est supérieur à l’objet nous observons une reproduction fidèle de l’image.

objetimage

+

=+

Imagerie abdominale2 antennes 6 canaux

Si le FOV est plus petit que l’image, nous observons une image repliée qui se superpose au dessus de l’image reproduite dans le sens de la phase

objetimage

“réel”

“repliement”

Pha

se

Chaque antenne a une certaine sensibilité (C est le facteur de sensibilité)Chaque antenne “voit” une partie de l’objet

objetimage

Ant 1C1

Ant 2C2

Exemple d’une antenne en réseau phasé 2 éléments

Les sensibilités d’antennes sont mesurées ; nous pouvons donc calculer le signal pour chaque point x,y et éliminer le repliement.

objet

Image SENSE

Ant 1C1

Ant 2C2

Imagerie // : Parallel Acquisition Technique

Le SENSE permet de « déplier » l’image

Comment ça marche ?

Acquisition:

Reconstruction:

Données repliées+

Carte de sensibilité

GR

AP

PA

SE

NS

E

SE

NS

E

SM

AS

H

GRAPPA : Suppression de l’aliasing “à la source” dans la matrice 2D (espace k)

SENSE : suppression de l’aliasing “dans l’image” après double TF

Ant1Ant2

Quel gain en temps ?

En théorie, accélération maximum = nombre d’éléments d’antenne

En pratique, il faut ajouter :– Données additionnelles acquises au

centre du plan de Fourier– Cartes de sensibilité des antennes

Avantages

Rapidité Résolution Résolution

= 1 x 2 x 4 mm3

durée : 17 s

Résolution= 1 x 2 x 2

mm3

durée : 17 sSans SENSE : apnée 24 s.

Avec SENSE : apnée 12 s.

Inconvénients Rapport S/B Artefacts Temps de reconstruction Plan de coupe

1/2 FOVTemps / 2

1/3 FOVTemps / 3

1/4 FOVTemps / 4

Replié

Mal

déplié

Facteur 1 Facteur 2

Facteur 3 Facteur 4

FOV carré 250mm FOV rectangulaire 125mm SENSE GRAPPA

FOV carré 350mm FOV rectangulaire 175mm SENSE GRAPPA

Artefacts d’imagerie //

Conclusion

Imagerie ultra-rapide– Lecture du signal par des EG ou

variantes– Toujours un effet T2* – Contraste majoritairement T2, sauf

si on ralenti la séquence ou si on détruit l’aimantation transversale

Imagerie parallèle– Attention au rapport S/B– Attention au repliement