Imagerie de Diffusion Organes Mobiles et Corps Entier Alain Luciani, Frederic Pigneur, Emmanuel Itti, Alain Rahmouni CHU Henri Mondor, Universite Paris Est Creteil alain.luciani@hmn.aphp.fr

Imagerie Diffusion Corps entier – WB-DWI Couverture anatomique Imagerie Fonctionnelle « Tout en un »

Applications Cliniques Comment je fais ? Antennes Séquences DWI-MRI • Pré-requis technologiques et instrumentaux Applications Cliniques

Imagerie paramétrique ? Gestion artefacts de mouvements Comment je fais ? IRM Corps entier « Anatomique » Plan Sagittal Coronal Axial Séquences T1 WI T2 avec suppression graisse « Fonctionnelle » Imagerie Diffusion Corps entier (WB-DWI-MRI) • Gradient directions ? • What about breathing ? Imagerie dynamique après injection de pdc (WB- DCE-MRI) • Timing • Plans de coupes Pré-requis ? Impact clinique ? Imagerie paramétrique ? Suppression Graisse Gestion artefacts de mouvements

Acquisitions parallèles Comment je fais ? Antennes • Surface • Body Coil Acquisitions parallèles Résolution spatiale

Comment je fais ? Antennes Surface Antenne Corps

Comment je fais ? Suppression graisse ? Séquences Homogénéité Temps d’acquisition FS STIR

Respiration Libre + multiple Nex Gating : Ceinture (pressure sensor) Comment je fais ? Séquences Respiration Libre + multiple Nex Gating : Ceinture (pressure sensor) Cycle respiratoire Fin d’expiration => Acquisition Trigger :

• Respiration : Impact sur WB – imaging ? Comment je fais ? Séquences Diffusion Weighted Whole Body MRI • Respiration : Impact sur WB – imaging ? 10 volontaires DWI SE EPI sequence TE 76, b0 , 400s/mm2 Respiration libre

Variation intra-individuelle ADC ± 14% Seuil de signification > 27% Comment je fais ? Séquences Diffusion Weighted Whole Body MRI Variation intra-individuelle ADC ± 14% Seuil de signification > 27%

• Respiration : Impact sur WB-DWI ? Comment je fais ? Séquences Diffusion Weighted Whole Body MRI • Respiration : Impact sur WB-DWI ?

Nombre de gradients de diffusion ? Comment je fais ? Séquences Diffusion Weighted Whole Body MRI Nombre de gradients de diffusion ? Mêmes paramètres ; Nex=2

Choix des valeurs de b ? Comment je fais ? Séquences Diffusion Weighted Whole Body MRI Choix des valeurs de b ?

Choix des valeurs de b ? b 0, 500, 1000 s/mm2 Modèle animal CCl4 Comment je fais ? Séquences Diffusion Weighted Whole Body MRI Choix des valeurs de b ? b 0, 500, 1000 s/mm2 Modèle animal CCl4

Diffusion moléculaire Comment je fais ? Séquences Diffusion Weighted Whole Body MRI Principes de la diffusion Diffusion moléculaire Composante perfusive

Diffusion moléculaire Comment je fais ? Séquences Diffusion Weighted Whole Body MRI Principes de la diffusion Diffusion moléculaire Microcirculation Composante perfusive b<100s/mm2 : composante perfusive non négligeable b>100s/mm2: composante perfusive négligeable

Application clinique Comment je fais ? Séquences Diffusion Weighted Whole Body MRI Application clinique

Choix du facteur b Comment je fais ? Séquences Diffusion Weighted Whole Body MRI Choix du facteur b b = 0 s/mm2 b = 50 s/mm2 • T2 WI • Limite effet « perfusion » • Filtre vitesse Koh DM et al. AJR 2007;188:1622-1635

1.5 T ou3 T ? Temps d’acquisition Artefacts Comment je fais ? Séquences Diffusion Weighted Whole Body MRI 1.5 T ou3 T ? Temps d’acquisition Artefacts

Antennes Imagerie parallèle Gating respiratoire Suppression graisse Comment je fais ? Séquences Messages Clés Antennes Imagerie parallèle Gating respiratoire Suppression graisse Injection ? DWI imaging : TR/TE Direction de gradients Epaisseur de coupe / Gap Choix des valeurs de b Medical staff with the help of A Vignaud developement of an imaging strategy / PROTOCOL

Temps d’acquisition : 20 – 45’ Example de protocole WB-DWI Temps d’acquisition : 20 – 45’ Whole Body Scout View Sagittal T1 SE Coronal T2 TSE FS / STIR (2 à 3 Steps) (HASTE / Transverse TSE - > Lung) 4. DWI : Transverse DWI : 50,400,800s/mm2; TE=76ms 5. Transverse 2D EG T1 FS / Dixon / Water excitation 5mm Limite erreurs chevauchement workflow

Applications cliniques Données de la littérature : Abondante mais hétérogène ! Instrumentation et type de tumeurs Staging tumeur primitive : débattu -> Instrumentation Antoch et al. JAMA 2003; 98 patients ; various Primary; Accuracy PET-CT (80%) > WB-MRI (52%) Yi et al. Radiology 2008; 165 patients; NSCLC; Accuracy T staging WB MRI (86%) > PET-CT (82%) Screening et détection tumorale Fischer et al. Eur Radiol 2011; 21:246-255 68 patients staging of malignant Tumor by PET-CT (Ref Standard) Concomitant WB-MRI (T2 + DWI b =0 / b= 700s/mm2) Accuracy overall 82% reaching 91% for liver mets Métastases osseuses Mélanome : Laurent et al. Eur J Radiol 2009; Epub Se IRM (DWI) = 82 % vs. 72% PET-CT Sp IRM (DWI) = 97% vs. 92% PET-CT Cancer Prostate : R Venkitaraman et al. J Med Imaging Rad Oncology 2009;53:530-533 39 patients MRI > 99mTc Cancer poumon (NSCLC): Takenaka et al. J. Magn. Reson. Imaging 2009;30:298-30 209 patients MRI (DWI) > 99mTc and PET-CT ……………. Hematologic Malignancies

Takahara et al Radiat Med. 2004 Applications cliniques WB-DWI-MRI et Lymphome Takahara et al Radiat Med. 2004

WB-DWI-MRI et Lymphome Applications cliniques WB-DWI-MRI et Lymphome Investigative Radiology 2009

Staging comparé avec TDM Applications cliniques WB-DWI-MRI et Lymphome Protocol Philips Achieva® Surface coil Free breathing SS SE EPI 8612/78ms b= 0 – 1000s/mm2 + STIR T2 / T1 Staging comparé avec TDM Investigative Radiology 2009

Meilleure Se / TDM Moelle osseuse Atteinte extra digestive Applications cliniques WB-DWI-MRI et Lymphome Meilleure Se / TDM Moelle osseuse Atteinte extra digestive Investigative Radiology 2009

Surface Coils (76 elements) Applications cliniques WB-DWI-MRI et Lymphome 1.5T Henri Mondor Surface Coils (76 elements) SNR Parallel acq; facteur 2 Gating respiratoire TR = Cycle respiratoire ADC maps

Detection – Staging ganglionnaire Applications cliniques WB-DWI-MRI et Lymphome Detection – Staging ganglionnaire b50 ADC b800 CT PET PET/CT Patient de 57 ans avec lymphome folliculaire et lymphome B grandes cellules concomitant. Lesions stand out on b800 images; all showed restricted diffusion. Node (white/black arrow) clearly identified on DWI, which was detected retrospectively on PET/CT due to low FDG uptake (probable follicular). Bone lesion (arrowheads) higher FDG uptake than nodes (large-cell proven). • 94% des ggs détectés en WB-DWI-MRI et TEP TDM • 89% des aires ggs positives en TEP TDM ont diffusion restreinte

Detection – Staging Ganglionnaire Applications cliniques WB-DWI-MRI et Lymphome Detection – Staging Ganglionnaire b50 b800 ADC Homme de 24 ans DLBC avec atteinte hépatique Spill-out effect de tumeur principale en TEP Note: normal spleen and bone marrow show restricted diffusion. • Résolution spatiale en WB-DWI =gg ou masse ?

Atteinte profonde WB-DWI-MRI et Lymphome Applications cliniques b50 T2WI Homme de 54 ans avec atteinte DLBC et Lymphome folliculaire concomittant DWI helped to confirm hepatic involvement in case of small focal lesions. On PET/CT, FDG uptake of liver was within normal range. DWI and PET findings matched in 100% of organ evaluated DWI missed diffuse involvement of the normal-sized spleen in one patient but correctly identified focal involvement of the spleen More sensitive for involvement of liver and kidneys

Atteinte profonde WB-DWI-MRI et Lymphome Applications cliniques b800 42 ans DLBCL avec atteinte rénale On PET/CT, lesions might be masked by normal FDG excretion, which would depend on the color scale adjustment ADC

WB-DWI-MRI et Lymphome Applications cliniques WB-DWI-MRI et Lymphome b50 b800 ADC b50 b800 ADC After four chemotherapy cycles, residual mass 8 x 1 cm persisted  CR uncertain (Cheson 1999) but PET (-)  CR (Revised Cheson 2007). No restricted diffusion on ADC map after treatment. • 23 y/o patient DLBCL Mediastin • 4 cycles de CT : Masse résiduelle 8x1cm (CRu) mais TEP TDM négatif => CR • Pas de diffusion restreinte

WB-DWI-MRI 3T et Lymphome Applications cliniques WB-DWI-MRI 3T et Lymphome b50 ADC 51 y/o DLBCL Initial Staging 3T WB DWI Siemens Verio® SE EPI STIR WE b 50, 400, 800s/mm2 b800 Examen du Jeudi 18 Novembre 2010   COMPTE-RENDU DE L’EXAMEN TEP-TDM Indications : Bilan d’extension initial d’un probable lymphome agressif avec une énorme masse axillaire gauche compressive. Technique : Examen réalisé sur l’imageur TEP-TDM Gemini Philips. Injection de 3-5 MBq/kg de 18F-fluoro-désoxy-glucose (18FDG), acquisition après 60 min de repos strict d’une tomographie de transmission TDM en mode hélicoïdal (120 kV, 50 mAs) puis d’une tomographie d’émission TEP en balayage corps entier (du haut du crâne à mi-cuisse, sans et avec correction d’atténuation). Non diabétique, glycémie 4,3 mmol/L, poids 55 kg, activité injectée 242 MBq, CTDI 7 mGy, DLP 760 mGy.cm. Résultats : L’examen met en évidence la présence d’un foyer d’hyperfixation hétérogène axillaire gauche (SUV max = 16,9) avec une hypofixation centrale correspondant sur les coupes TDM à une masse infiltrante hétérogène alternant une zone hyperdense périphérique et une zone hypodense centrale s’étendant sur 7,6 cm de grand axe refoulant le parenchyme pulmonaire gauche, associée à des adénopathies médiastinales antérieures dont le diamètre oscille entre 0,9 et 2 cm de grand axe fixant d’une manière moins intense le FDG (SUV max = 9 ,9). Absence d’autre foyer d’hyperfixation pathologique sur le reste des segments corporels examinés. Conclusion : Aspect scintigraphique en faveur d’un syndrome lymphoprolifératif sus-diaphragmatique atteignant la région axillaire gauche et médiastinale antérieure (SUV max = 15,9).

WB-DWI-MRI 3T et Lymphome Applications cliniques WB-DWI-MRI 3T et Lymphome b50 54 y/o DLBCL Initial Staging 3T WB DWI Siemens Verio® SE EPI b 50, 400, 800s/mm2 b800 Examen du Jeudi 18 Novembre 2010   COMPTE-RENDU DE L’EXAMEN TEP-TDM Indications : Bilan d’extension initial d’un probable lymphome agressif avec une énorme masse axillaire gauche compressive. Technique : Examen réalisé sur l’imageur TEP-TDM Gemini Philips. Injection de 3-5 MBq/kg de 18F-fluoro-désoxy-glucose (18FDG), acquisition après 60 min de repos strict d’une tomographie de transmission TDM en mode hélicoïdal (120 kV, 50 mAs) puis d’une tomographie d’émission TEP en balayage corps entier (du haut du crâne à mi-cuisse, sans et avec correction d’atténuation). Non diabétique, glycémie 4,3 mmol/L, poids 55 kg, activité injectée 242 MBq, CTDI 7 mGy, DLP 760 mGy.cm. Résultats : L’examen met en évidence la présence d’un foyer d’hyperfixation hétérogène axillaire gauche (SUV max = 16,9) avec une hypofixation centrale correspondant sur les coupes TDM à une masse infiltrante hétérogène alternant une zone hyperdense périphérique et une zone hypodense centrale s’étendant sur 7,6 cm de grand axe refoulant le parenchyme pulmonaire gauche, associée à des adénopathies médiastinales antérieures dont le diamètre oscille entre 0,9 et 2 cm de grand axe fixant d’une manière moins intense le FDG (SUV max = 9 ,9). Absence d’autre foyer d’hyperfixation pathologique sur le reste des segments corporels examinés. Conclusion : Aspect scintigraphique en faveur d’un syndrome lymphoprolifératif sus-diaphragmatique atteignant la région axillaire gauche et médiastinale antérieure (SUV max = 15,9).

WB-DWI-MRI 3T et Lymphome Applications cliniques WB-DWI-MRI 3T et Lymphome b50 b800 54 y/o DLBCL 6 cycles CT   Examen du Jeudi 27 Janvier 2011 COMPTE-RENDU DE L’EXAMEN TEP-TDM Indications : Bilan à 4 cycles de R ACVBP d’un lymphome agressif avec masse axillaire gauche compressive sur la TEP initiale. Technique : Examen réalisé sur l’imageur TEP-TDM Gemini Philips. Injection de 3-5 MBq/kg de 18F-fluoro-désoxy-glucose (18FDG), acquisition après 60 min de repos strict d’une tomographie de transmission TDM en mode hélicoïdal (120 kV, 50 mAs) puis d’une tomographie d’émission TEP en balayage corps entier (du haut du crâne à mi-cuisse, sans et avec correction d’atténuation). Non diabétique, glycémie 5,2 mmol/L, poids 53 kg, activité injectée 260 MBq, CTDI 7 mGy, DLP 774 mGy.cm. Résultats : On retrouve la masse axillaire gauche qui a diminué de taille par rapport à l’examen TEP-TDM à 2 cycles (diamètre 3 cm) et dont la fixation du 18FDG a légèrement diminué (SUV max. = 2,6). Fixation modérée diffuse le long de l’œsophage en rapport avec une vraisemblable œsophagite. Par ailleurs, absence de foyer hypermétabolique suspect sur le reste des segments explorés. Conclusion : En comparaison avec la TEP-TDM réalisée le 22/12/2010 (TEP à 2 cures), on retrouve toujours la masse axillaire gauche dont le SUV a faiblement diminué (SUV max. à ce jour = 2,6), traduisant une réponse métabolique partielle. Docteur HAYEK Georges Professeur Michel MEIGNAN

Applications corps entier 3D VIBE Combined WB-DCE MRI and WB-DWI-MRI in Lymphoma b50 T2 WI ADC map 54 y/o DLBCL Initial Staging Stage IV (Bone) Examen du Mardi 15 Juin 2010 COMPTE-RENDU DE L’EXAMEN TEP-TDM   Indications : Bilan d’extension initial chez une patiente âgée de 53 ans présentant de multiples lésions osseuses vertébrales. La biologie a objectivé un pic à l’EPP, LDH à 500 et une anémie. Le scanner montre une masse mésentérique de grêle. Une biopsie osseuse réalisée a objectivé un lymphome à grandes cellules. Technique : Examen réalisé sur l’imageur TEP-TDM Gemini Philips. Injection de 3-5 MBq/kg de 18F-fluoro-désoxy-glucose (18FDG), acquisition après 60 min de repos strict d’une tomographie de transmission TDM en mode hélicoïdal (120 kV, 50 mAs) puis d’une tomographie d’émission TEP en balayage corps entier (du haut du crâne à mi-cuisse, sans et avec correction d’atténuation). Non diabétique, glycémie 5,1 mmol/L, poids 67 kg, activité injectée 327 MBq, CTDI 7 mGy, DLP 658 mGy.cm. Résultats : A l’étage thoracique, la scintigraphie ne montre pas de foyer d’hyperfixation pathologique du FDG et notamment en regard du médiastin. La TDM retrouve un petit nodule thyroïdien lobaire droit infracentimétrique, sans hypermétabolisme en regard. A l’étage abdominal, la scintigraphie montre un renforcement de la fixation du FDG (SUV max = 3,4) en regard d’une anse mésentérique grêlique. On observe pas d’hypermétabolisme pathologique en regard du foie, du pancréas et des surrénales. La TDM retrouve des ganglions mésentériques, latéro-aortiques et interaortico-cave sans hypermétabolisme en regard. A l’étage osseux, la scintigraphie retrouve des foyers d’hyperfixation très intenses (SUV max = 24). La TDM retrouve des lésions osseuses lithiques sur les os longs (les humérus et les fémurs) ainsi que le gril costal, les vertèbres, le bassin (ailes iliaques, sacro-iliaques et sacrum) les deux fémurs. Conclusion : Hypermétabolisme pathologique (SUV max = 24) en regard de localisations osseuses secondaires disséminées sur l'ensemble du squelette.

Approche foncitonnelle combinée Applications cliniques Approche foncitonnelle combinée b50 ADC map 54 y/o DLBCL Initial Staging Stage IV (Bone) b800 b800 Examen du Mardi 15 Juin 2010 COMPTE-RENDU DE L’EXAMEN TEP-TDM   Indications : Bilan d’extension initial chez une patiente âgée de 53 ans présentant de multiples lésions osseuses vertébrales. La biologie a objectivé un pic à l’EPP, LDH à 500 et une anémie. Le scanner montre une masse mésentérique de grêle. Une biopsie osseuse réalisée a objectivé un lymphome à grandes cellules. Technique : Examen réalisé sur l’imageur TEP-TDM Gemini Philips. Injection de 3-5 MBq/kg de 18F-fluoro-désoxy-glucose (18FDG), acquisition après 60 min de repos strict d’une tomographie de transmission TDM en mode hélicoïdal (120 kV, 50 mAs) puis d’une tomographie d’émission TEP en balayage corps entier (du haut du crâne à mi-cuisse, sans et avec correction d’atténuation). Non diabétique, glycémie 5,1 mmol/L, poids 67 kg, activité injectée 327 MBq, CTDI 7 mGy, DLP 658 mGy.cm. Résultats : A l’étage thoracique, la scintigraphie ne montre pas de foyer d’hyperfixation pathologique du FDG et notamment en regard du médiastin. La TDM retrouve un petit nodule thyroïdien lobaire droit infracentimétrique, sans hypermétabolisme en regard. A l’étage abdominal, la scintigraphie montre un renforcement de la fixation du FDG (SUV max = 3,4) en regard d’une anse mésentérique grêlique. On observe pas d’hypermétabolisme pathologique en regard du foie, du pancréas et des surrénales. La TDM retrouve des ganglions mésentériques, latéro-aortiques et interaortico-cave sans hypermétabolisme en regard. A l’étage osseux, la scintigraphie retrouve des foyers d’hyperfixation très intenses (SUV max = 24). La TDM retrouve des lésions osseuses lithiques sur les os longs (les humérus et les fémurs) ainsi que le gril costal, les vertèbres, le bassin (ailes iliaques, sacro-iliaques et sacrum) les deux fémurs. Conclusion : Hypermétabolisme pathologique (SUV max = 24) en regard de localisations osseuses secondaires disséminées sur l'ensemble du squelette.

WB-DWI-MRI 3T et Lymphome Applications cliniques WB-DWI-MRI 3T et Lymphome 54 y/o DLBCL Initial Staging Stage IV (Bone) b50 ADC b800 Examen du Mardi 15 Juin 2010 COMPTE-RENDU DE L’EXAMEN TEP-TDM   Indications : Bilan d’extension initial chez une patiente âgée de 53 ans présentant de multiples lésions osseuses vertébrales. La biologie a objectivé un pic à l’EPP, LDH à 500 et une anémie. Le scanner montre une masse mésentérique de grêle. Une biopsie osseuse réalisée a objectivé un lymphome à grandes cellules. Technique : Examen réalisé sur l’imageur TEP-TDM Gemini Philips. Injection de 3-5 MBq/kg de 18F-fluoro-désoxy-glucose (18FDG), acquisition après 60 min de repos strict d’une tomographie de transmission TDM en mode hélicoïdal (120 kV, 50 mAs) puis d’une tomographie d’émission TEP en balayage corps entier (du haut du crâne à mi-cuisse, sans et avec correction d’atténuation). Non diabétique, glycémie 5,1 mmol/L, poids 67 kg, activité injectée 327 MBq, CTDI 7 mGy, DLP 658 mGy.cm. Résultats : A l’étage thoracique, la scintigraphie ne montre pas de foyer d’hyperfixation pathologique du FDG et notamment en regard du médiastin. La TDM retrouve un petit nodule thyroïdien lobaire droit infracentimétrique, sans hypermétabolisme en regard. A l’étage abdominal, la scintigraphie montre un renforcement de la fixation du FDG (SUV max = 3,4) en regard d’une anse mésentérique grêlique. On observe pas d’hypermétabolisme pathologique en regard du foie, du pancréas et des surrénales. La TDM retrouve des ganglions mésentériques, latéro-aortiques et interaortico-cave sans hypermétabolisme en regard. A l’étage osseux, la scintigraphie retrouve des foyers d’hyperfixation très intenses (SUV max = 24). La TDM retrouve des lésions osseuses lithiques sur les os longs (les humérus et les fémurs) ainsi que le gril costal, les vertèbres, le bassin (ailes iliaques, sacro-iliaques et sacrum) les deux fémurs. Conclusion : Hypermétabolisme pathologique (SUV max = 24) en regard de localisations osseuses secondaires disséminées sur l'ensemble du squelette.

Combined WB-DCE MRI and WB-DWI-MRI in Lymphoma Clinical Applications Combined WB-DCE MRI and WB-DWI-MRI in Lymphoma b50 54 y/o DLBCL After 6 cycles CT ADC b800 Examen du Lundi 30 Août 2010   COMPTE-RENDU DE L’EXAMEN TEP-TDM Indications : Bilan à 4 cures d’un lymphome B diffus à grandes cellules avec atteinte osseuse diffuse. Technique : Examen réalisé sur l’imageur TEP-TDM Gemini Philips. Injection de 3-5 MBq/kg de 18F-fluoro-désoxy-glucose (18FDG), acquisition après 60 min de repos strict d’une tomographie de transmission TDM en mode hélicoïdal (120 kV, 50 mAs) puis d’une tomographie d’émission TEP en balayage corps entier (du haut du crâne à mi-cuisse, sans et avec correction d’atténuation). Non diabétique, glycémie 4,3 mmol/L, poids 59 kg, activité injectée 286 MBq, CTDI 7 mGy, DLP 701X mGy.cm. Résultats : L’examen met en évidence une fixation modérée et diffuse sur l’ensemble du squelette avec un aspect hétérogène prédominant au niveau du gril costal gauche (SUV max = 4,7). Absence d’autre foyer d’hyperfixation pathologique sur le reste des segments corporels examinés. Conclusion : Aspect scintigraphique en faveur d’une bonne réponse thérapeutique (réduction du SUV de plus de 80 %) ; stable par rapport à l’examen du 26/07/2010 sous réserve d’une probable activation médullaire qui peut masquer une lésion osseuse évolutive.

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