Artéfacts en imagerie par résonance magnétique Vidéo conférence du 02 Fev 2006 E. Gerardin unité de neuroradiologie CHU Charles Nicolle, Rouen

Rappels Gf GSS Gw GSS Gf Gw Signal Gradient de sélection de coupe (Fc) Gradient de codage de phase Gradient de codage de Fc w6 f3 f2 f1 w1 w2 w3 f1 w1 w2 w3 f2 Gf w1 w2 w3 f3 GSS Gw GSS Gf Gw 90° 180° Signal

Rappels 90° 90° 90° 90° Tac = TR x Nbre Φ x N ex TR 180° 180° 180°

Généralités Les artéfacts en IRM peuvent déformer l’image anatomique réelle et/ou simuler un processus pathologique !!! Il est donc essentiel: De savoir les reconnaître pour éviter les erreurs d’interprétation. De connaître leur origine, pour pouvoir les traiter et améliorer la qualité de l’image

Les différents artéfacts 1 - Artéfacts liés au patient : Artéfacts métalliques Artéfacts de mouvements (physiologiques ou du patient lui-même) 2 - Artéfacts liés au système d’imagerie : Artéfacts de troncature Artéfacts de repliement Artéfacts de déplacement chimique Artéfacts de susceptibilité magnétique

Artéfacts métalliques 1 – Diagnostic: Zone qui associe: un centre vide de signal / un renforcement du signal périphérique / et une déformation de l’image /

Artéfacts métalliques 2 – Mécanisme: Distorsions locales du champ magnétique par du matériel ferromagnétique dans toutes les directions (notamment du codage de phase et de fréquence). Cette distorsion augmente: Avec la taille de l’objet. L’ intensité du champ B0. Les séquences d’écho de gradient (T2*) 3 – Causes Corps étrangers métalliques: CI si INTRA OCCULAIRES Far à paupières Clips chirurgicaux et forage intra osseux.

Artéfacts métalliques

Artéfacts métalliques 4 – Le traitement: Ablation du corps étranger métallique si possible. Mise en place de matériel chirurgical non ferromagnétique: titane, platine, aluminium… Utiliser une séquence d’écho de spin plutôt qu’une séquence d’écho de gradient.

Artéfacts de mouvement 1 – Diagnostic: On retrouve: Pour les mouvements aléatoires, un flou de l’image avec un bruit diffus propagé selon la direction du codage de phase. Pour les mouvements périodiques, des images fantômes propagées selon la direction du codage de phase, couvrant l’ensemble de l’image (hors des limites anatomiques).

Artéfacts de mouvement 2 – Mécanisme: Ces artéfacts se propagent principalement le long de la direction du gradient de codage de phase. Le déplacement d’1 structure entre 2 TR ou au cours du codage de phase rend incorrect sa localisation dans cette direction : soit les spins ne sont pas enregistrés à la même position lors de chaque répétition, soit leur phase ne correspond pas à leur position. Par contre, l’échantillonnage en fréquence est si rapide (x ms) que les déplacements liés aux mouvements physiologiques sont: soit trop limités pour altérer le codage spatial, soit responsables d’un flou dans cette direction.

Artéfacts de mouvement Si le mouvement est périodique (battements cardiaques, pulsations vasculaires ou du LCR, mouvements respiratoires), il va être à l’origine d’images fantômes. Leur intensité  avec: l’Amplitude du mouvement l’Intensité du signal. Elles se propagent selon la direction du codage de phase et couvrent l’ensemble de l’image (même en dehors des limites anatomiques).

Artéfacts de mouvement 3 – Traitements: Diminuer les mouvements des patients: Sédation des enfants de 1 à 7 ans  contention (abdominale  baisse du péristaltisme). Réduire la durée des séquences  écho plana Séquence à temps d’acquisition < 30 secondes  réalisation en apnée (suppression des mouvements respiratoires).

Artéfacts de mouvement 3 – Traitements: Synchronisation de l’acquisition à un mouvement périodique Synchronisation respiratoire: Asservissement du TR à la périodicité du mouvement respiratoire. Acquisition d’une ligne de l’image à chaque cycle respiratoire Augmentation du temps d’acquisition. Synchronisation cardiaque:

Artéfacts de mouvement 3 – Traitements: Bande de pré saturation sur l’objet en mouvement: Déplacer les fantôme hors de la zone d’intérêt

Artéfacts de mouvement Remèdes : Contre-partie Limiter les mouvements (sédation, contention) Séquences rapides nécessite des séquences adaptées pour l'apnée Techniques de synchronisation ou de compensation des mouvements (respiratoires / cardiaques) augmentation du temps d'acquisition, TR dépendant persistance d'un flou Présaturer le signal des structures en mouvement hors de la zone d'intérêt (graisse de la paroi abdominale...) Inverser le codage de phase et de fréquence pour déplacer l'artéfact de la zone d'intérêt modifie les autres artéfacts

Artéfact de repliement (ou Aliasing) 1 – Diagnostic: Lorsque l’objet à imager est plus grand que le FOV. Repliement des structures hors champs du côté controlatéral de l’image. Survient dans le sens de la phase et de la fréquence.

Artéfact de repliement 2 – Mécanisme dans la phase: Pour coder les spins dans le sens de la phase, on applique un gradient de phase qui va de 0° à 360°. Ceci permet de marquer chaque voxel par la phase. 0° 10° 270° 360° 10° 270° Gp

Artéfact de repliement 2 – Mécanisme dans la phase (suite): Si un objet est situé en dehors du champs de vue, il est quand même soumis au gradient de phase et donc déphasé de façon supérieure aux spins dans le FOV Ceci va entraîner un codage erroné et une projection de cette objet sur l’image. 1° 10° 30° 270° 360° 390° 10° 30° = 390 - 360 Hors champ 270° Gp

Artéfact de repliement 2 – Mécanisme dans la fréquence (suite): Le principe est proche. Tout objet hors du FOV et avec une fréquence supérieure à la fréquence d’échantillonnage est replié dans l’image. Gf 1° 10° 256° Hors champ Si fréquence > 2 X fréquence d’échantillonnage

Artéfact de repliement 3 – Traitements dans le sens du codage de fréquence: Disposition d’un filtre passe bas (arrête les hautes fréquences, Fc > Fn (ou Fe/2) . Augmenter la fréquence d ’échantillonnage = réaliser un suréchantillonnage dans le sens du codage de lecture (« over sampling »). Cette solution n’entraînant pas d ’augmentation du temps d ’acquisition.

Artéfact de repliement 3 – Traitements dans le sens du codage de phase: Adaptation de la matrice et du FOV à la forme de l’objet. Objet rectangulaire  utiliser une matrice et un FOV asymétrique. Fait correspondre le plus petit côté avec le sens du codage de phase  Tac le plus petit à résolution spatiale et S/B constants

Artéfact de repliement 3 – Traitements dans le sens du codage de phase : Adaptation de la matrice et du FOV à la forme de l’objet. Objet rectangulaire  utiliser une matrice asymétrique et un FOV carré. Permet de couvrir tout l’objet sans augmenter la matrice  Tac constant, augmentation du S/B mais baisse de la résolution spatiale.

Artéfact de repliement 3 – Traitements dans le sens du codage de phase : Suréchantillonnage en phase. 50

Artéfact de repliement Remèdes : Contre-partie Placer le codage de phase dans la direction de la plus petite dimension de la matrice   Augmenter le champ de vue Diminution de la résolution spatiale Suréchantillonnage en phase Augmentation du temps d'acquisition

Artéfact de troncature 1 – Diagnostic : Au niveau des interfaces présentant une zone de transition abrupte de signal (Ex: LCR / moelle). Alternance de striations d’intensité faible et élevée parallèle à la zone de variation brutale du signal.

Artéfact de troncature 2 – Mécanisme : Une image anatomique contient un éventail infini de fréquences. En IRM elles sont échantillonnées en utilisant un nombre fini de fréquences. Pour traduire une variation brutale de signal (onde carrée) il faudrait une gamme infinie d’échantillons en phase et fréquence. 2 16

Artéfact de troncature 2 – Mécanisme : . Le nombre d’échantillons mesurés est défini par les dimensions de la matrice, dans la direction du codage de phase et de fréquence. La limite principale est dans le sens du codage de phase ou la matrice est la plus faible pour limiter le Tac.

Artéfact de troncature effet pseudo-syringomyélique :

Artéfact de troncature 3 – Traitements : Augmentation de la matrice d’acquisition 128x128  256x256 Augmente le nombre d’échantillons  les ondelettes sont plus rapprochées et moins grandes.  L’artéfact est moins visible mais reste présent. 128 x 128 256 x 256

Artéfact de troncature 3 – Traitements : Utilisation de filtres éliminant les signaux de haute fréquence : plus ou moins efficaces

Artéfact de troncature Remèdes : Contrepartie Augmenter la taille de la matrice Augmentation du temps d'acquisition Diminution du rapport signal/bruit

Artéfact de susceptibilité magnétique 1 – Diagnostic: Au niveau d’une région où sont juxtaposées 2 structures ayant des susceptibilités magnétiques très différentes (Ex: air / parenchyme, os / parenchyme). Zone vide de signal Distorsion de l’image Air intra-pétreux

Artéfact de susceptibilité magnétique 2 – Mécanisme : A l’interface entre 2 tissus ayant des susceptibilités magnétiques différentes, il existe une distorsion du champ magnétique B0. Ces inhomogénéités de champ constantes (de type T2*) sont responsables de déphasages et de décalages de fréquences localisés  une perte de signal Ces artéfacts sont majorés par : les séquences d’écho de gradient (inhomogénéités de champ) Les TE longs (augmentent la durée du déphasage) La taille des pixels. Mm = 0 Mm

Artéfact de susceptibilité magnétique 3 – Traitements : Substituer la séquence d’écho de gradient par une séquence d’écho de spin. Grâce à l’impulsion de rephasage de 180°, l’écho de spin permet de corriger les inhomogénéités de champ constantes au sein d’un voxel. Sinus sphénoïdal Écho de gradient Écho de spin

Artéfact de susceptibilité magnétique 3 – Traitements (suite): Diminuer le temps d’enregistrement (TE). La baisse du temps entre l’impulsion de 90° et le recueil du signal  une baisse des déphasages. Rocher TE = 60 ms TE = 30 ms

Artéfact de susceptibilité magnétique 4 – Intérêt : Repérage des lésions hémorragiques EG classique >>> écho planar (b1000).

Artéfact de susceptibilité magnétique Remèdes : Contrepartie Séquences en écho de spin plutôt qu'en écho de gradient   TE court (diminution de la perte de signal) Contraste DP/T1 Augmenter la bande passante de réception (réduction du TE minimal) Diminution du rapport signal sur bruit détection des hématomes (produits de dégradation de l'hémoglobine) quantification des faibles charges en fer hépatique dans l'hémochromatose détection des métastases (produits de contraste captés par le SRE) imagerie de perfusion

Artéfact de déplacement chimique 1 – Diagnostic : Au niveau d’une interface entre de la graisse et de l’eau. Dans le sens du gradient de codage de fréquence. Deux zones, une d’hypo signal et l’autre d’hyper signal apparaissent aux interfaces graisse / eau. Interface: Rein / Graisse péri rénale Interface: Os spongieux / Os cortical

Artéfact de déplacement chimique 2 – Mécanisme : Les protons situés dans la graisse et ceux situés dans l’eau n’ont pas la même fréquence de résonance (fréquence de Larmor). Lors de l’application d’un gradient de fréquence, les protons subissent une variation linéaire de leur fréquence de résonance en fonction de leur position. graisse eau w0 w0-3,25 Fréquence de résonance (ppm) ω2 ω1 ω0

Artéfact de déplacement chimique 2 – Mécanisme (suite) : Les protons de la graisse précessent plus lentement que les protons de l’eau. Après application du gradient de fréquence, leur localisation spatiale sera décalée le long de ce gradient, si la différence de fréquence entre l’eau et la graisse est > au décalage en fréquence d’un ou plusieurs pixels.

Artéfact de déplacement chimique 3 – Mécanisme (suite) : Il est plus prononcé sur des IRM de haut champ. (le décalage de fréquence entre l’eau et la graisse augmente). Il est inversement proportionnel à la largeur de la bande passante. Bande passante étroite Bande passante large

Artéfact de déplacement chimique 3 – Traitements : Augmenter la puissance des gradients. Augmenter la bande passante  mais baisse du signal sur bruit Acquisition en suppression de graisse

Artéfact de déplacement chimique Remèdes à l'artéfact de déplacement chimique de premier type Contre-partie Annulation du signal de la graisse Augmentation du temps d'acquisition Inversion de la direction du codage de fréquence et de phase Déplace l'artéfact sans le diminuer Augmentation de la bande passante de réception Diminution du rapport signal sur bruit caractérisation tissulaire : détection des mélanges eau/graisse (stéatose hépatique, adénomes surrénaliens) imagerie spectroscopique

Quiz Denis Hoa et al. 2005. L’IRM pas à pas. www.e-mri.com" . B. Kastler. 5e édition. Comprendre l’IRM, manuel d’auto-apprentissage. Masson

Cas N°1 De quel type sont les artéfacts visibles sur cet examen ? A – susceptibilité magnétique D – Mouvement B – troncature E – repliement C – déplacement chimique

Cas N°1 Dans quelle direction est codée la phase ? A – droit - gauche B – haut – bas

Cas N°1 Réponses: D et A

Cas N°2 De quel type sont les artéfacts visibles sur cet examen ? A – susceptibilité magnétique D – Mouvement B – troncature E – repliement C – déplacement chimique

Cas N°2 Comment corriger cet artéfact ? A – augmenter le FOV B- inverser le sens du codage de phase C – utiliser une séquence FSE D – faire un suréchantillonnage en phase

Cas N°2 Réponses: E et AD

Cas N°3 De quel type sont les artéfacts visibles sur cet examen ? A – susceptibilité magnétique D – Mouvement B – troncature E – repliement C – déplacement chimique

Cas N°3 Quelle (s) proposition (s) est (sont) juste (s) ? A – Ils sont liés à la présence de structures ayant des susceptibilités magnétiques très différentes B – Ils entraînent un vide de signal C – Ils entraînent une distorsion de l’image D – ils diminuent pour les séquencesd’écho de spin

Cas N°3 Réponses: A et ABCD

Cas N°4 De quel type sont les artéfacts visibles sur cet examen ? A – susceptibilité magnétique D – Mouvement B – troncature E – repliement C – déplacement chimique

Cas N°4 Pour le corriger il faut diminuer la taille de la matrice ? A – vrai B - faux

Cas N°4 Réponses: B et B

Cas N° 5 De quel type sont les artéfacts visibles sur cet examen ? A – susceptibilité magnétique D – Mouvement B – troncature E – repliement C – déplacement chimique

Cas N°5 Dans quelle direction est codée la phase ? A – droit – gauche B – haut – bas Quelle solution pour le supprimer ?

Cas N°5 Réponses: C et A