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Imagerie Rapide : EG et EPI E. de Kerviler, D. Hoa.

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1 Imagerie Rapide : EG et EPI E. de Kerviler, D. Hoa

2 space Storing data in k-space many radiofrequency signals raw data Tacq = TR x Ny x Nacc

3 Turbo x SENSE Echo de Gradient Echo Planar Imagerie parallèle

4 Echo de Spin Echo de Gradient Différences avec lécho de Spin Différences avec lécho de Spin –Angle de bascule 90° –Absence dimpulsion de 180° RF 90° Echo de gradient RF α 180°

5 Gradient Echo Simplest sequence Simplest sequence –alpha flip-gradient recalled echo 3 parameters 3 parameters –TR –TE –flip angle Reduced SAR Reduced SAR Artifact prone Artifact prone post-surgical change blooming artifact post-surgical change blooming artifact

6 Gradient Echo FIDgradient recalled echo RF pulse rephase dephase signal gradient

7 TR = 600 ms, TE = 15 ms TE, 5 min 2 acq, 5 mm, 230 mm FoV, 256*256 matrix EG versus ES Echo de Gradient (FLASH 90°)Echo de Spin

8 K-space view of the gradient and spin echo imaging Kx Ky n n n n

9 Echo de gradient RF TR TE Tacq = TR x Ny x Nacc TR le plus court possible

10 Le contraste en écho de Gradient Langle de baculeLe temps décho

11 Déphasage dans le plan transversal : EG vu du ciel y x z M xy y x z dephase phase coherencyphase dispersion

12 y x z M xy phase coherency Minus T2* decay Déphasage dans le plan transversal : EG vu du ciel rephase y x z M xy phase dispersion

13 Echo de gradient Modifier langle agit sur : Modifier langle agit sur : –La proportion daimantation basculée –La durée (TR) pour la repousse de laimantation Décroissance de laimantation transversale liée à : Décroissance de laimantation transversale liée à : –La relaxation T2 –Les hétérogénéités du champ magnétique 90° 30°

14 Gradient Echo changing TE TE 9 FA 30 TE 9 FA 30 TE 30 FA 30 TE 30 FA 30 susceptibility effect T2* weighting

15 Gradient Echo changing angle & TE TE 20 FA 15 TE 20 FA 15 TE 13 FA 50 TE 13 FA 50

16 TR > T2* T2* RF TR < T2* RF Etat déquilibre de laimantation transversale résiduelle TR < T2* RF Destruction de laimantation transversale résiduelle Spoiler

17 EG avec destruction de laimantation transversale Contraste surtout T1, fonction de : 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) Mais contraste T2 possible (petit angle et TE long) Acronymes : Acronymes : –GE : SPGR, MPSPGR –Philips : T1-FFE –Siemens : FLASH

18 Gradient Echo changing TE TE TE in-phase opposed-phase

19 Angle de Ernst Pour un angle de bascule et un T1 donnés, il existe un TR optimal pour obtenir un maximum de signal Pour un angle de bascule et un T1 donnés, il existe un TR optimal pour obtenir un maximum de signal o 50 ms TR Signal Excitation angle 200 ms TR 500 ms TR 1000 ms TR T1= 800 ms

20 EG ultra-rapide Contraste surtout T1 Contraste surtout T1 Indications : Angio, T1 3D FatSat dynamiques, T1 IP-OP en apnée … Indications : Angio, T1 3D FatSat dynamiques, T1 IP-OP en apnée … Acronymes Acronymes –GE : FGRE, LAVA, VIBRANT, FAME, FSPGR –Philips : T1-FFE, THRIVE –Siemens : Turbo-Flash, VIBE

21 Exemples

22 Abdomen en apnée In phaseOut of phase Effacer le signal dun foie stéatosique

23 Imagerie T1 3D dynamique

24 … Encore plus pondéré T1 Préparation de laimantation (Magnetization Prepared …) Préparation de laimantation (Magnetization Prepared …) Applications : Angio, 3D T1 haute résolution Applications : Angio, 3D T1 haute résolution Acronymes Acronymes –GE : IR-FSPGR, DE-FSPGR –Philips : IR-FFE –Siemens : TurboFLASH, MP-RAGE

25 Exemples TurboFLASHMP-RAGE

26 EG avec équilibre de laimantation transversale Contraste mixte de type T2/T1 Contraste mixte de type T2/T1 Acronymes Acronymes –GE : MPGR –Philips : FFE –Siemens : FISP

27 Signal en écho de gradient Le signal en écho de gradient avec équilibre de laimantation transversale est toujours une combinaison de : FID qui est plutôt T1w / T2*w SE qui est plutôt T2w échos stimulés, plutôt T2w

28 Signal en écho de gradient signal FID signal SE FID + signal SE + échos stimulés échos stimulés Une combinaison de 3 pulses RF résulte en des échos stimulés...

29 Etat déquilibre + gradients équilibrés Limitation des artéfacts de flux, très rapide Limitation des artéfacts de flux, très rapide Indications : Imagerie des liquides, angio sans Gado, repérage, HR … Indications : Imagerie des liquides, angio sans Gado, repérage, HR … Acronymes Acronymes –GE : FIESTA –Philips : Balanced FFE –Siemens : True FISP Excitation alternante Les tissus avec haut T2/T1 (blanc) sont en hypersignal (sang, graisse, liquides)

30 Régime déquilibre

31 … Encore plus pondéré T2 Mélange de 2 séquences pondérées en T2 Mélange de 2 séquences pondérées en T2 –FISP + PSIF = DESS –TrueFISP + TrueFISP = CISS Indications : Liquides, articulations Indications : Liquides, articulations DESSCISS

32 SÉQUENCES EN ECHO PLANAR

33 Echo Planar (EPI) 3 types de remplissage du plan de Fourier 3 types de remplissage du plan de Fourier –Non-blipped EPI –Blipped EPI –Spiral EPI Imagerie ultra-rapide Imagerie ultra-rapide

34 Echo planar (non-blipped) RF TR TE effectif Dans cet exemple, imagerie « Single shot » : tout le plan de Fourier rempli en un TR

35 Trajectoire dans lespace k du "blipped" EPI TE eff Rf Gs Gp Gr adc

36 Spiral EPI t = TE RF Gx Gy Gz t = 0 Gradients = 0 au centre du plan de Fourier Moins dartefacts de flux

37 Distorted EPI Images with Imperfect x-Shim Non-blipped B lipped Spiral

38 Echo Planar : Quelle pondération ? RF RF SS = T2MS = T1 ou T2

39 Echo planar : ES vs EG EPI 90° 180° RF Signal Décroissance du signal par relaxation T2 Glec Plan de Fourier TE effectif EG ES

40 Artéfacts en EPI Artéfacts N/2 Artéfacts N/2 Déplacement chimique eau - graisse Déplacement chimique eau - graisse Artéfact de susceptibilité magnétique Artéfact de susceptibilité magnétique Distorsions géométriques (courants de Foucault, ou eddy currents) Distorsions géométriques (courants de Foucault, ou eddy currents)

41 EPI et bande passante Lecture dune ligne 1 ms => BP=128/0,001= Hz/pixel Lecture des colonnes 100 ms => BP phase = 1/0,1 = 10Hz/pixel

42 Déplacement chimique eau graisse : 3,5ppm Décalage du signal de la graisse (direction de phase) Mauvaise saturation de graisse Saturation de graisse et mauvais shim Saturation de graisse et bon shim à 1,5T => 223 Hz de différence => BPphase=10Hz/pixel => erreur de + de 20 pixels

43 Déplacement chimique EPI avec FatSatEPI sans FatSat

44 EPI : applications Diffusion Diffusion –AVC, abcès, tumeurs … –Tractographie –Corps entier Perfusion Perfusion –BOLD –Gado Imagerie ultra-rapide Imagerie ultra-rapide

45 b 1000 CDA Imagerie de diffusion

46 Tracking FA>0.25 base is T2W Tenseur de diffusion (glioblastome)

47 Tumeurs Diffusion normale Diffusion restreinte Diffusion accrue

48 Diffusion corps entier

49 Myélome stade III

50 IMAGERIE PARALLÈLE

51 Imagerie cérébrale 1 antenne tête 8 canaux 8 éléments = 8 antennes Signal enregistré 8 fois S/B x 8

52 Read TR/line Phase Temps pour remplir la totalité du plan de Fourier = N x TR N : Nombre de lignes de phase Kx Ky Remplissage du plan de Fourier

53 Read TR/line Phase Temps pour remplir la totalité du plan de Fourier = N x TR / n N : Nombre de lignes de Phase n : nombre déléments dantenne Kx Ky Remplissage du plan de Fourier

54 Antennes phased array : 2 façons de travailler Anciennes séquences, mais avec un meilleur rapport S/B Anciennes séquences, mais avec un meilleur rapport S/B Nouvelles séquences dimagerie parallèle Nouvelles séquences dimagerie parallèle –Plus rapides avec la même résolution –De même durée avec une résolution plus élevée

55 En IRM, quand le FOV est supérieur à lobjet nous observons une reproduction fidèle de limage. objet image

56 + =+ Imagerie abdominale 2 antennes 6 canaux

57 Si le FOV est plus petit que limage, nous observons une image repliée qui se superpose au dessus de limage reproduite dans le sens de la phase objet image réel repliement Phase

58 Chaque antenne a une certaine sensibilité (C est le facteur de sensibilité) Chaque antenne voit une partie de lobjet objet image Ant 1 C1 Ant 2 C2 Exemple dune antenne en réseau phasé 2 éléments

59 Les sensibilités dantennes sont mesurées ; nous pouvons donc calculer le signal pour chaque point x,y et éliminer le repliement. objet Image SENSE Ant 1 C1 Ant 2 C2

60 Imagerie // : Parallel Acquisition Technique

61 Le SENSE permet de « déplier » limage

62 Comment ça marche ? Acquisition: Reconstruction: Données repliées + Carte de sensibilité GRAPPA SENSE

63 SMASH GRAPPA : Suppression de laliasing à la source dans la matrice 2D (espace k) SENSE : suppression de laliasing dans limage après double TF Ant1 Ant2

64 Quel gain en temps ? En théorie, accélération maximum = nombre déléments dantenne En théorie, accélération maximum = nombre déléments dantenne En pratique, il faut ajouter : En pratique, il faut ajouter : –Données additionnelles acquises au centre du plan de Fourier –Cartes de sensibilité des antennes

65 Avantages Rapidité Rapidité Résolution Résolution Résolution = 1 x 2 x 4 mm 3 durée : 17 s Résolution = 1 x 2 x 2 mm 3 durée : 17 s Sans SENSE : apnée 24 s. Avec SENSE : apnée 12 s.

66 Inconvénients Rapport S/B Rapport S/B Artefacts Artefacts Temps de reconstruction Temps de reconstruction Plan de coupe Plan de coupe 1/2 FOV Temps / 2 1/3 FOV Temps / 3 1/4 FOV Temps / 4 Replié Mal déplié

67 Facteur 1Facteur 2 Facteur 3Facteur 4

68 FOV carré 250mmFOV rectangulaire 125mm SENSEGRAPPA FOV carré 350mmFOV rectangulaire 175mm SENSEGRAPPA Artefacts dimagerie //

69 Conclusion Imagerie ultra-rapide 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 laimantation transversale Imagerie parallèle Imagerie parallèle –Attention au rapport S/B –Attention au repliement


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