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Les nouvelles séquences et le contraste Dr S J Doran Department of Physics University of Surrey S Dr. S. J. Doran Department of Physics, University of.

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

2 Remerciements Gareth Barker (Institute of Neurology, London) David Collins James DArcy Andy Dzik-Jurasz (Institute of Cancer Research, Sutton) Andrew Derbyshire (GE Medical Systems) Mark Horsefield (University of Leicester)

3 Résumé Raisons pour lutilisation de nouvelles séquences Principes physiques Génération des échos Lespace 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 dartifacts de mouvement Pour rendre possible des études très longues Pour porter au maximum linformation acquise dans une seule séance au scanner

6 Limagerie cardiaque Images EPI multi-shot de laxe 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 dartifacts de mouvement Pour rendre possible des études très longues Pour porter au maximum linformation acquise dans une seule séance au scanner

8 Evolution rapide de contraste Image pondérée en T 1 et image pondérée en T 2 * tous les 1.1 s Fit au modèle de Tofts et Kermode Etude double-echo pendant ladministration dun agent de contraste. Data avec la permission de J DArcy and D Collins Institute of Cancer Research

9 Pourquoi utiliser de nouvelles séquences? Imagerie « snapshot » dorganes en présence de mouvement rapide Imagerie « snapshot » quand le contraste change très rapidement Réduction dartifacts de mouvement Pour rendre possible des études très longues Pour porter au maximum linformation 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 » dorganes en présence de mouvement rapide Imagerie « snapshot » quand le contraste change très rapidement Réduction dartifacts de mouvement Pour rendre possible des études très longues Pour porter au maximum linformation acquise dans une seule séance au scanner

12 Etudes autrement non-faisable: (1) diffusion Data avec la permission de MA Horsefield, DK Jones Cartographie de lanisotropie du tenseur de diffusivité 60 coupes en 16 minutes 2.5 mm 3 résolution Pour chaque coupe: 8 images non-pondérées 63 images avec pondération diffusion (directions différentes) b~1020 s 2 mm -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 Etudes autrement non-faisable: (2) Fast FLAIR 28 coupes en 7 minutes 20 s Matrice de 256 x 192 TR / TE / TI: / 137 / 2600 Etude FLAIR multi-coupe sur un malade (sclérose multiple) Data avec la permission de G Barker Institute of Neurology, UCL

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 Ex: protocole pour l imagerie du cancer rectal T 1 w scoutRAGE T 2 wTSE cartographie DBurst cartographie T 2 multi-echo spectro. 20/135 msSTEAM Administration de contraste cartographieRAGE perfusion / perméabilité (7 mins.1 image tous les 4s) spectro. 135msSTEAM distribution finaleRAGE de l agent de contraste Durée totale~50 mins. TE: 135 ms Pre-contrast TE: 135 ms Post-contrast T2T2 kPD Data avec la permission de A Djik-Jurasz

17 Principes physiques: génération des échos (1) Impulsion Echo FLASH RAGE FISP, etc. L information est contenue dans les signaux échos. La réalisation dune sequence rapide consiste en la génération de longs trains déchos. Chaque écho subit un codage de phase different.

18 Principes physiques: génération des échos (2) EPI Echo FSE, TSE RARE Impulsion 90° 180° Echo Gradient de lecture … … …

19 Principes physiques: Lespace des k (1) On acquiert une matrice de points dans le « domaine temporel » autrement dit « lespace des k ». Chaque écho correspond à une ligne différente. Limage est obtenue par la transformation de Fourier.

20 Principes physiques: Lespace des k (2) TF

21 Principes physiques: Lespace des k (3) Pour obtenir l image, il faut acquérir la valeur de chacun des points dans lespace des k. Le but dune 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 dacquisition des points (trajectoire dans lespace des k) Le nombre dexcitations (« shots ») Le nombre de points acquis par shot Le temps d acquisition pour chaque point

22 Principes physiques: Lespace des k (4) Deux façons de se déplacer dans l espace des k Gradient trajectoire régulière sans discontinuités Impulsion RF 180° saut discontinu dun côté à lautre

23 Principes physiques: Lespace 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 lautre 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, GEPR EPISingle-shot TSESpiral I-EPI TSE / RARE / -EPI I-SpiraI

24 La gamme des séquences rapides Taille de matrice ,000 10,000 Temps dacquisition / s SE GE RAGE Séquences entrelacées I-EPI, TSE HASTE, GRASE EPI séquences expérimentales ultra-rapides Pire MeilleurCompromis 1 battement de coeur 1 respiration Compromis

25 Imagerie echo-planar (EPI) Images avec une seule excitation (single-shot) ~ ms Beaucoup utilisé en imagerie fonctionelle Images pondérées en «T 2 * + flou » Mais … Demande un bon shim très susceptible à la distortion due aux inhomogénéïtés du champ magnétique B 0 Sécurité: dB/dt, bruit acoustique

26 Contraste des images EPI Echo … Gradient de lecture … … Sans relaxation Situation réelle Decroissance rapide des échos selon T 2 *

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 B 0 Possibilité de saturation de la graisse par inversion Mais … Sécurité: déposition dénergie RF limite le nombre de tranches Image typique TSE avec préparation T 1 par inversion-récupération 9 tranches, 256x160, ETL 32 Temps dacquisition 23 s TR / TE / TI: 4600 / 76/ 140

28 Contraste des images TSE Sans relaxation Situation réelle Decroissance des échos selon T 2 Echo 90° 180° N/4 N/12 Plus déchos plus rapide plus de pondération T 2 plus floue.

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 lécho de gradient rapide, limagerie EPI et limagerie TSE et leur variantes. Chaque méthode introduit ses propres modifications au contraste de limage.

30 Remerciements Gareth Barker (Institute of Neurology, London) David Collins James DArcy Andy Dzik-Jurasz (Institute of Cancer Research, Sutton) Mark Horsefield (University of Leicester)


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