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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)

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


• Imagerie « snapshot » d’organes en présence de mouvement rapide





Artifacts de mouvement

Image acquise avec une séquence de plus d ’une minute

Image acquise avec une séquence écho de gradient rapide 17 s


• Imagerie « snapshot » d’organes en présence de mouvement rapide





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




• Réduction d ’artifacts de mouvement


• 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




• Réduction d ’artifacts de mouvement


• 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.


TF


• 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


• 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


• 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)

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