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

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

Résumé Raisons pour l’utilisation de nouvelles séquences Principes physiques Génération des échos L’espace des k Imagerie echo-planar (EPI) Imagerie Turbo Spin-Echo (TSE, FSE, RARE)

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)

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

L’imagerie cardiaque Images EPI multi-shot de l’axe court du coeur. (Tiré de « Ultra-fast MRI, Techniques and Applications », Ed. Debatin, McKinnon)

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

Evolution rapide de contraste Image pondérée en T1 et image pondérée en T2* tous les 1.1 s Fit au modèle de Tofts et Kermode Etude double-echo pendant l’administration d’un agent de contraste. Data avec la permission de J D’Arcy and D Collins Institute of Cancer Research

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Artifacts de mouvement Image acquise avec une séquence de plus d ’une minute Image acquise avec une séquence écho de gradient rapide 17 s

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

Etudes autrement non-faisable: (1) diffusion Cartographie de l’anisotropie du tenseur de diffusivité 60 coupes en 16 minutes 2.5 mm3 résolution Pour chaque coupe: 8 images non-pondérées 63 images avec pondération diffusion (directions différentes) b~1020 s2mm -1 TE=96ms Data avec la permission de MA Horsefield, DK Jones

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Etudes autrement non-faisable: (2) Fast FLAIR Etude FLAIR multi-coupe sur un malade (sclérose multiple) 28 coupes en 7 minutes 20 s Matrice de 256 x 192 TR / TE / TI: 11000 / 137 / 2600 Data avec la permission de G Barker Institute of Neurology, UCL

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

Ex: protocole pour l ’imagerie du cancer rectal k T1 w scout RAGE T2w TSE cartographie D Burst cartographie T2 multi-echo spectro. 20/135 ms STEAM Administration de contraste cartographie RAGE perfusion / perméabilité (7 mins.1 image tous les 4s) spectro. 135ms STEAM distribution finale RAGE de l ’agent de contraste Durée totale ~50 mins. P D TE: 135 ms Pre-contrast TE: 135 ms Post-contrast Data avec la permission de A Djik-Jurasz

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

Principes physiques: génération des échos (2) Echo FSE, TSE RARE Impulsion90° 180° … a Echo Gradient de lecture … EPI

Principes physiques: L’espace des k (1) On acquiert une matrice de points dans le « domaine temporel » autrement dit « l’espace des k ». Chaque écho correspond à une ligne différente. L’image est obtenue par la transformation de Fourier.

Principes physiques: L’espace des k (2) TF

Principes physiques: L’espace des k (3) Pour obtenir l ’image, il faut acquérir la valeur de chacun des points dans l’espace des k. Le but d’une 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 d’acquisition des points (trajectoire dans l’espace des k) Le nombre d’excitations (« shots ») Le nombre de points acquis par shot Le temps d ’acquisition pour chaque point

Principes physiques: L’espace des k (4) Deux façons de se déplacer dans l ’espace des k Gradient  trajectoire régulière sans discontinuités Impulsion RF 180°  saut discontinu d’un côté à l’autre

Principes physiques: L’espace 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 l’autre 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, GE PR EPI Single-shot TSE Spiral I-EPI TSE / RARE / p-EPI I-SpiraI

La gamme des séquences rapides Meilleur Compromis Taille de matrice Compromis Pire 1024 Séquences entrelacées I-EPI, TSE 512 séquences expérimentales ultra-rapides SE GE RAGE 256 128 EPI HASTE, GRASE 64 0.01 0.1 1 10 100 1,000 10,000 Temps d’acquisition / s 1 battement de coeur 1 respiration

Imagerie echo-planar (EPI) Images avec une seule excitation (single-shot) ~30-150 ms Beaucoup utilisé en imagerie fonctionelle Images pondérées en «T2* + flou » Mais … Demande un bon shim — très susceptible à la distortion due aux inhomogénéïtés du champ magnétique B0 Sécurité: dB/dt, bruit acoustique

Contraste des images EPI Gradient de lecture … a Echo … Sans relaxation Decroissance rapide des échos selon T2* a … Situation réelle

Image typique TSE avec préparation T1 par inversion-récupération 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 B0 Possibilité de saturation de la graisse par inversion Mais … Sécurité: déposition d’énergie RF limite le nombre de tranches Image typique TSE avec préparation T1 par inversion-récupération 9 tranches, 256x160, ETL 32 Temps d’acquisition 23 s TR / TE / TI: 4600 / 76/ 140

Decroissance des échos selon T2 Contraste des images TSE Sans relaxation Echo 90° 180° Plus d’échos  plus rapide plus de pondération T2 plus floue. N/4 Decroissance des échos selon T2 Situation réelle N/12 N/4

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 l’écho de gradient rapide, l’imagerie EPI et l’imagerie TSE et leur variantes. Chaque méthode introduit ses propres modifications au contraste de l’image.

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