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Diffusion : Technique 1. 1. Connaître les principes 2. Comprendre lintérêt de la quantification 3. 3. Reconnaître certains artéfacts Pr Catherine Oppenheim.

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1 Diffusion : Technique Connaître les principes 2. Comprendre lintérêt de la quantification Reconnaître certains artéfacts Pr Catherine Oppenheim Département dImagerie Morphologique et Fonctionnelle, Pr Meder, CH Sainte-Anne, PARIS

2 QCM Concernant limagerie de diffusion, quelle est la proposition fausse ? –Les images de diffusion sont pondérées en T2 –Elle repose habituellement sur une acquisition en écho planar –Est une imagerie des mouvements aléatoires des molécules deau –Les artefacts de susceptibilité sont plus importants dans le sens du codage de phase –A une excellente résolution spatiale 2. Concernant lADC, quelle est (sont) la (les) proposition (s) vraie (s) – Signifie Coefficient de Diffusion Apparent –Diminue quand les mouvements des molécules deau sont restreints –Est plus élevé dans le liquide cérébro-spinal –Est normal en labsence danomalie de signal en T2 et en diffusion (b=1000 s/mm2) –Son calcul nécessite au minimum des acquisitions à deux valeurs de b différentes.

3 Séquence IRM T2 T2 « rapide » Pixel < 1 mm 2 T1 Diffusion Pixel : 6 mm 2 Principes

4 Séquence IRM T2 Diffusion Signal du Liquide Cérébrospinal Principes

5 Mouvements des molécules deau Quest ce que la diffusion ? Principes

6 Mouvements des molécules deau Quest ce que la diffusion ? Principes r 2 = 2Dt équation d Einstein avec D = mm 2 /s, t 100 msec Effets de la diffusion sur le signal IRM [1] r quelques microns [1] Hanh. Phys res, 1950

7 Séquence de diffusion 90° 180°Echo GG b= 2 G 2 2 ( - /3) TE/2

8 Si proton immobile : déphasage = rephasage => signal inchangé Si proton mobile : déphasage Mouvements aléatoires Rephasage imparfait Atténuation du signal (SA)

9 Séquence de Diffusion T2 Diffusion Principes

10 Séquence de Diffusion T2 Diffusion Principes

11 b=0 s/mm 2 b=400 b=200 b=600 b=1000 diffusion élevée : hyposignal diffusion restreinte : hypersignal relatif b = 2 G 2 2 ( - /3) Comment faire ? b =1000 s/mm 2

12 Ln (Signal) Tissu sain T2 Liquide lésion Diffusion Pente de la droite = Coefficient de Diffusion Coeff. de Diffusion mm 2 /s mm 2 /s Principes 10/26 r 2 = 2Dt où D = …… mm 2 /s, SA = e- b.ADC

13 Mais b faibles : diffusion rapide (perfusion capillaire ou microcirculation) = flow sensitive ADC b élevées : flow insensitive ADC (diffusion de leau) Le Bihan et al. Separation of Diffusion and Perfusion in IntraVoxel Incoherent Motion MR Imaging. Radiology 1988 Atténuation ne varie pas linéairement en fonction de b

14 Gradients sup-inf Droite-gauche Post-antérieur Diffusion isotrope

15 Diffusion isotrope et anisotrope –Isotrope : mouvements identiques dans toutes les directions de lespace –Anisotrope (Substance blanche) : Taille et densité des fibres Orientation cohérente des axones voxel isotrope voxel anisotrope Principes e1e1 e2e2 e3e3

16 Le tenseur de diffusion Voxel isotrope S Diff =S 0 e -bD référentiel [x, y, z] e1e1 e3e3 e2e2 D =D = D xx D xy D xz D yx D yy D yz D zx D zy D zz Diffusivité moyenne = ( )/3 = ADC vrai Voxel anisotrope S Diff =S 0 e -b D e1e1 e2e2 e3e3 x y z D xx D xy D xz D yz D yy D zz Principes

17 Cartes danisotropie Anisotropie fractionnelle 0 = Isotropie 1 = Anisotropie Principes

18 [1] Melhem, AJR 2002 Principes [1] Tractographie 3D [1]

19 Quelle s é quence ? Minimum : b … 55 … 512 directions Valeur de b : 0 … 1000 … s/mm 2 Dur é e : 40 à 1 heure 6 directions55 directions b = 800b = secondes Principes

20 20/44 … calcule ton lADC ? Quand Comment Pourquoi

21 21/44 Séquence de DIFFUSION Signal dépend des mouvements des molécules deau HYPO SIGNAL ADC élevé HYPER SIGNAL ADC bas Principes

22 22/44 ADC diminué Hypersignal Diffusion T2-shine through T2 ADC T2 (b=0 s/mm 2 )

23 Si hypersignal T2/FLAIR et Diffusion … + + Le calcul dADC est indispensable !

24 24/44 ADC T2 ADC augmenté Hyposignal Diffusion T2- black-out T2 ADC

25 25/44 ADCT2/FLAIR Diffusion ADC normal Diffusion Normale T2 wash-out T2 ADC

26 26/44 Comment le calculer ? Analyse visuelle des cartes dADC Ratio dADC +++ Pas de différences Dt/Gh entre régions « miroir » Pas différence Homme/femme Variation selon lâge Valeurs absolues (mm 2 /s) Si pas dADC : Interprétation diffusion + T2 +++

27 27/44 Les cellules gonflent –Œdème intracellulaire (ischémie) Hypercellularité –Certaines tumeurs La viscosité augmente –Abcès La diffusion (ADC) diminue si …

28 28/44 Les cellules gonflent –Œdème intracellulaire (ischémie) Hypercellularité –Certaines tumeurs La viscosité augmente –Abcès La diffusion (ADC) diminue si …

29 29/44 Les cellules gonflent –Œdème intracellulaire (ischémie) Hypercellularité –Certaines tumeurs La viscosité augmente –Abcès La diffusion (ADC) diminue si …

30 30/44 Les cellules gonflent –Œdème intracellulaire (ischémie) Hypercellularité –Certaines tumeurs La viscosité augmente –Abcès Œdème post critique La diffusion (ADC) diminue si …

31 31/44 Eau extracellulaire Destruction tissulaire –Gliose –Démyélinisation Contenu liquidien –Kyste arachnoïdien –Nécrose tumorale La diffusion (ADC) augmente si …

32 32/44 Eau extracellulaire Destruction tissulaire –Gliose –Démyélinisation Contenu liquidien –Kyste arachnoïdien –Nécrose tumorale La diffusion (ADC) augmente si …

33 33/44 Eau extracellulaire Destruction tissulaire –Gliose –Démyélinisation Contenu liquidien –Kyste arachnoïdien –Nécrose tumorale La diffusion (ADC) augmente si …

34 34/44 Eau extracellulaire Destruction tissulaire –Gliose –Démyélinisation Contenu liquidien –Kyste arachnoïdien –Nécrose tumorale * * La diffusion (ADC) augmente si …

35 35/44 Eau extracellulaire Destruction tissulaire –Gliose –Démyélinisation Contenu liquidien –Kyste arachnoïdien –Nécrose tumorale La diffusion (ADC) augmente si …

36 Concernant lADC, quelle est la proposition vraie? 1.Sa baisse signe une ischémie artérielle 2.Est diminué dans une séquelle ischémique 3.Son calcul nécessite au moins 3 acquisitions à différentes valeurs de b. 4.Normal si le T2 et la diffusion sont normaux 5.Fiable même pour les petites lésions 1

37 temps 24-48h Aigu Chronique Diffusion et Ischémie ? > 1-2 semaines

38 Concernant lADC, quelle est la proposition vraie? 1. 2.Est diminué dans une séquelle ischémique 1

39 Concernant lADC, quelle est la proposition vraie? 1.Sa baisse signe une ischémie artérielle 2.Est diminué dans une séquelle ischémique 3.Son calcul nécessite au moins 3 acquisitions à différentes valeurs de b. 4.Normal si le T2 et la diffusion sont normaux 5.Fiable même pour les petites lésions ischémique 1 Ln Signal b =0 b =1000

40 Concernant lADC, quelle est la proposition vraie? 1.Sa baisse signe une ischémie artérielle 2.Est diminué dans une séquelle ischémique 3.Son calcul nécessite au moins 3 acquisitions à différentes valeurs de b. 4.Normal si le T2 et la diffusion sont normaux 5.Fiable même pour les petites lésions ischémique 1 Log signal b=0 b=1000 ADC

41 5. ADC Fiable même pour les petites lésions ischémiqueFAUX 1 Log signal b=0 b=1000 ADC

42 Pourquoi la substance grise est elle en hypersignal sur les images de diffusion ? 2

43 Substance Grise et Blanche Signal DIF Substance grise > Blanche –ADC SG SB ( mm 2 /s) –Dû à lhypersignal T2 de SG > SB 2

44 Comment éviter cet artéfact ? 3

45 1.Impossible car cest une diffusion 2.Augmenter la matrice 3.Repositionner la tête du patient 4.Arrêt des mouvements du patient 5.Inverser PHASE et FREQUENCE 3

46 Imagerie Echo-planaire (EPI) 64 à 128 phases par TR LEPI est très sensible à la qualité de lencodage en phase (qui permet de réaliser le codage de la position des mesures) car lerreur saccumule au sein du train dacquisition qui est long.

47 Artéfacts Susceptibilité magnétique Séquence EPI single shot –Erreur codage phase –Artefacts plus marqués dans le sens du codage de phase 3

48 Autres techniques dacquisition : –Si on tient à utiliser lécho-planar EPI + imagerie parallèle SENSE ou ASSET ( Bdw, TE) Susceptibilité magnétique Diffusion sans ASSET TE = 120 ms Diffusion avec ASSET TE = 86 ms Cas 1Cas 2 Remarque : Tout ce qui réduit le TE, réduit les artéfacts de susceptibilité magnétique car moins de déphasage antenne multicanaux

49 Artéfacts Diffusion ADC T2 : b=0 Que sest il passé ? 4

50 Image moyennée Direction 1 Direction 3 Direction 2 4

51 QCM Concernant limagerie de diffusion, quelle est la proposition fausse ? –Les images de diffusion sont pondérées en T2 –Elle repose habituellement sur une acquisition en écho planar –Est une imagerie des mouvements aléatoires des molécules deau –Les artefacts de susceptibilité sont plus importants dans le sens du codage de phase –A une excellente résolution spatiale 2. Concernant lADC, quelle est (sont) la (les) proposition (s) vraie (s) – Signifie Coefficient de Diffusion Apparent –Diminue quand les mouvements des molécules deau sont restreints –Est plus élevé dans le liquide cérébro-spinal –Est normal en labsence danomalie de signal en T2 et en diffusion (b=1000 s/mm2) –Son calcul nécessite au minimum des acquisitions à deux valeurs de b différentes.

52 QCM Concernant limagerie de diffusion, quelle est la proposition fausse ? –Les images de diffusion sont pondérées en T2 –Elle repose habituellement sur une acquisition en écho planar –Est une imagerie des mouvements aléatoires des molécules deau –Les artefacts de susceptibilité sont plus importants dans le sens du codage de phase –A une excellente résolution spatiale 2. Concernant lADC, quelle est (sont) la (les) proposition (s) vraie (s) – Signifie Coefficient de Diffusion Apparent –Diminue quand les mouvements des molécules deau sont restreints –Est plus élevé dans le liquide cérébro-spinal –Est normal en labsence danomalie de signal en T2 et en diffusion (b=1000 s/mm2) –Son calcul nécessite au minimum des acquisitions à deux valeurs de b différentes.

53 Conclusion Fin du XX ème siècle Début du XXI ème siècle

54 Pour en savoir plus Tout organe. Cahier FMC, J Radiol. vol spécial diffusion Cerveau. EMC-Radiologie 2 (2005) 133–164 Cerveau. J Radiol Mar;88: Tenseur. J Radiol 2007;88: Piège et artéfact. J Radiol ;87:


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