Les nouvelles séquences et le contraste

1. S Department of Physics, University of Surrey, Guildford, GU2 5XH, UK Dr. S. J. Doran Les nouvelles séquences et le contraste Dr S J Doran Department of Physics University of Surrey

2. 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)

3. 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)

4. 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)

5. 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

6. L’imagerie cardiaque Images EPI multi-shot de l’axe court du coeur. (Tiré de « Ultra-fast MRI, Techniques and Applications », Ed. Debatin, McKinnon)

7. 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

8. Etude double-echo pendant l’administration d’un agent de contraste. • Image pondérée en T1 et image pondérée en T2* tous les 1.1 s • Fit au modèle de Tofts et Kermode Evolution rapide de contraste Data avec la permission de J D’Arcy and D Collins Institute of Cancer Research

9. 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

10. Artifacts de mouvement Image acquise avec une séquence de plus d ’une minute Image acquise avec une séquence écho de gradient rapide 17 s

11. 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

12. Data avec la permission de MA Horsefield, DK Jones Etudes autrement non-faisable: (1) diffusion • Cartographie de l’anisotropie • du tenseur de diffusivité • 60 coupes en 16 minutes • 2.5 mm3 résolution • Pour chaque coupe: • 8 images non-pondérées • 63 images avec pondération diffusion (directions différentes) • b~1020 s2mm -1 TE=96ms

13. 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

14. Data avec la permission de G Barker Institute of Neurology, UCL Etudes autrement non-faisable: (2) Fast FLAIR Etude FLAIR multi-coupe sur un malade (sclérose multiple) • 28 coupes en 7 minutes 20 s • Matrice de 256 x 192 • TR / TE / TI: 11000 / 137 / 2600

15. 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

16. T2 k D P TE: 135 ms Pre-contrast TE: 135 ms Post-contrast 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. Data avec la permission de A Djik-Jurasz

17. Principes physiques: génération des échos (1) • 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. Echo Impulsion a FLASH RAGE FISP, etc.

18. Echo Impulsion90° FSE, TSE RARE 180° 180° 180° 180° Echo a … … Gradient de lecture Principes physiques: génération des échos (2) … EPI

19. 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.

20. Principes physiques: L’espace des k (2) TF

21. 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

22. 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

23. SE, GE PR EPI Single-shot TSE Spiral I-SpiraI I-EPI TSE / RARE / p-EPI 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).

24. La gamme des séquences rapides Meilleur Compromis Taille de matrice Compromis Pire 1024 Séquences entrelacées I-EPI, TSE 512 séquences expérimentales ultra-rapides SE GE RAGE 256 EPI 128 HASTE, GRASE 64 10,000 0.01 0.1 1 10 100 1,000 Temps d’acquisition / s 1 battement de coeur 1 respiration

25. 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

26. Echo a … … Gradient de lecture Contraste des images EPI Sans relaxation Decroissance rapide des échos selon T2* a … Situation réelle

27. 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 32 Temps d’acquisition 23 s TR / TE / TI: 4600 / 76/ 140

28. Echo 90° 180° 180° 180° 180° Contraste des images TSE Sans relaxation Plus d’échos  plus rapide plus de pondération T2 plus floue. N/4 Decroissance des échos selon T2 Situation réelle N/12 N/4

29. 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.

30. Remerciements • Gareth Barker (Institute of Neurology, London) • David CollinsJames D’ArcyAndy Dzik-Jurasz (Institute of Cancer Research, Sutton) • Mark Horsefield (University of Leicester)