IRM viscérale à 3 Tesla « Expérience outre Atlantique » BETH ISRAEL DEACONESS MEDICAL CENTER HARVARD MEDICAL SCHOOL BOSTON, MA IRM viscérale à 3 Tesla « Expérience outre Atlantique » CÉDRIC DE BAZELAIRE SERVICE DE RADIOLOGIE HÔPITAL SAINT-LOUIS, PARIS

Passage de 1,5 à 3 Tesla L’augmentation du champ magnétique Améliore le rapport signal sur bruit Séquences plus rapides Meilleur résolution spatiales Allonge les T1s Amplifie l’effet T2*

Études Allongement des T1s Effet T2* amplifié Mesures des temps de relaxation T1 Spin Labeling Artériel (ASL) Effet T2* amplifié Études dynamiques après injection de produit de contraste

Études Allongement des T1s Effet T2* amplifié Mesures des temps de relaxation T1 Spin Labeling Artériel (ASL) Effet T2* amplifié Études dynamiques après injection de produit de contraste

Allongement des T1 Intensités de signal Temps (s) T11,5T T13T 3 T

Paramètres d’un STIR à 1,5 T Allongement des T1 Les temps de relaxation doivent être connus pour optimiser les séquences Paramètres d’un STIR à 1,5 T

Mesure des T1 viscéraux à 3T 1,5 et 3 Tesla (Signa, VH/I, GE) Mesures : Foie, reins, rate, pancréas, utérus, muscle, graisse Préparation du signal en inversion récupération Acquisition du demi-plan de Fourier en SSFSE (HASTE) Intensité de signal TI3 TI4 TI2 TI5 TI6 Temps IS=M0(1-2e-/T1)

Mesures de T1 1,5 Tesla 3,0 Tesla T1 ± SD (ms) Différence (%) Cortex 966 58 1142 154 18%* Médullaire 1412 1545 142 9% Foie 586 39 809 71 38%* Rate 1057 42 1328 31 26%* Pancréas 584 14 725 24% Muscles 856 61 898 33 5% Moelle osseuse 549 52 73 7% Graisse 343 37 382 13 11% Myomètre 1309 35 1514 156 16% Endomètre 1274 64 1453 123 14% Col utérin 1135 1616 42% Prostate 1317 85 1597 21% * p < 0,05 Radiology. 2004 Mar;230(3):652-9

Diminution du contraste avec l’allongement des T1 Intensité de signal Temps Intensité de signal Temps 1,5 Tesla 3 Tesla

Études Allongement des T1s Effet T2* amplifié Mesures des temps de relaxation T1 Spin Labeling Artériel (ASL) Effet T2* amplifié Études dynamiques après injection de produit de contraste

Arterial Spin Labeling - FAIR Image de contrôle Image de marquage Here is a Spin Labeling Experience In ASP, the blood is used as a tracer. First, blood is labeled outside of the tissue being studied. Then a delay is allowed for labeled blood to enter the tissue, and an labeled image is acquired. The flow of labeled blood decrease the signal intensity. The difference between a control image without labeling and the labeled image is proportional to the blood flow. Soustraction Intensité de signal # Perfusion

Arterial Spin Labeling (ASL) Marquage : inversion de la magnétisation Le marquage diminue avec la repousse T1 L’augmentation du T1 prolonge le marquage Intensité de signal 1.5 T 3 T Temps

Image de perfusion Image T2 HASTE Image de perfusion ASL

ASL : Artéfacts vasculaires Persistance des protons marqués dans la circulation Rôle du délai entre le marquage et la lecture des images Plus le T1 est long plus le délai peut être prolongé

Perfusion des structures abdominales Image T2 HASTE Image de perfusion ASL

Correspondance entre perfusion et rehaussement Image T1 Avant injection Image T1 Après injection Image de perfusion ASL

Perfusion de métastases Nombre Perfusion (ml/min/100g) T1 (sec) Size (cm2) Localisation Moyenne SD Poumon 5 234 116 1,17 0,14 31 17 Reins 4 189 53 1,23 0,20 92 32 Ganglions 181 85 0,24 71 56 Os 3 246 112 1,13 0,04 29 Foie 2 179 44 0,78 40 11 Surrénales 88 24 1,34 35 8 20 194 100 1,15 0,21 41 Acad Radiol 2005;12(3):347-57

Résultats : ASL Réponse précoce au PTK/ZK Here is an example of a T2 SSFSE and perfusion weighted image of a pubic bone metastasis before and after therapy. Before therapy, a high blood flow signal was detected with ASL in the metastasis. A bright signal was also found in the femoral artery. After 1 month of therapy, high signal was still present in vessel, but blood flow signal had dramatically decreased in tumor. We had to wait 4 month, to measure a significant shrinkage of the tumor.

Résultats : ASL Pas de réponse au PTK/ZK Here is an example of a T2 SSFSE and perfusion weighted image of a right rib metastasis before and after therapy. Before therapy, the perfusion signal was similar in the metastasis and in the right kidney cortex. Although, 1 month of therapy, ASL showed an increase of the blood flow in the tumor in agreement with an clear growth of the tumor.

Résultats : ASL Analyse de la réponse Les changements de perfusion tumorale mesurés en ASL à un 1 mois étaient corrélés à l’évolution de la taille des lésions à 4 mois Les modifications de tailles à 1 mois et 4 mois n’étaient pas corrélées Perfusion and size changes in patient were ranked from the highest decrease (rank 1, 2, 3) to the highest increase (rank 10, 11, 12). A significant correlation was found between perfusion changes rank at 1 month and size change rank at 4 month. The patient with the highest decrease in perfusion had 1 month were found to be the best responder at 4 month. However, no correlation was found between size change at 1 and 4 month.

Études Allongement des T1s Effet T2* amplifié Mesures des temps de relaxation T1 ASL Effet T2* amplifié Études dynamiques après injection de produit de contraste

Analyse compartimentale Modèle dérivé du modèle de Kety Ctis : Concentration tissulaire Cp : Concentration artérielle plasmatique EF : Coefficient de transfert Cp(t) Tumeur Ctis(t) e EF Magn Reson Med 1991;17:357-367

Saturation du signal par effet T2* Relation signal ~ concentration complexe Saturation de l’effet T1 Atténuation par effet T2* Intensité de signal 3 T 1,5 T Concentration de Gd

Mesures de T1 et de T2* Séquence en écho de gradient avec deux échos Deux temps d’écho (TE1 1,5ms - TE2 3,5ms) [1] T2* was measuring using a fast gradient echo sequence employing 2 TE’s a short one (TE1) and a longer one (TE2) given two images I1 and I2, the ratio I1/I2 give a T2* weighted image without T1 effect. It’s also possible to extract the T2* value from Eq1 if you know TE2, TE1, I1, and I2. Eq2 show how to obtain a T1 weighted image without T2* effect. [2] J Magn Reson Imaging. 1999 May;9(5):663-9 Magn Reson Med. 2000 Jun;43(6):820-7

L’atténuation T2* in vitro Résultats obtenus à 3 T Fantômes : sang + Gd Here are signal intensities as a function of the concentration of Gd-DTPA in blood phantom before and after T2* correction. Uncorrected signal intensity is a poor measure of high concentration due to T1 saturation and the T2* attenuation which begin around 5 mM. Above 5 mM, T2* measure is the only reliable way assess high concentration.

Fin d’injection Premier passage 1 mn après injection Here is a representative example of 3T DUAL FGRE images. It’s a coronal view of the lung obtained immediately post injection, during the first pass and during the enhancement of the lung tumor. Fin d’injection

Mesures des concentrations au premier passage Signal avec 2 TE Mesures de T2* Calibration T2* Signal intensity changes in the aorta of a patient as a function of time after injection of gadolinium. The difference in signal intensity between both TE’s was used to assess the T2* as a function of time. The maximum T2* effect coincides with the first pass of the bolus. Using the fit to measurements of T2* in blood phantom, high concentration seen at the first pass of the bolus of Gd-DTPA were estimated from the T2* without using the T1 contrast.

Impact de l’effet T2* sur la fonction d’entrée à 3 Tesla Concentration (mmol Gd/l) Erreur AIF (%) Moyenne ±SD 186 113 4,7 2.8 -58 37 Minimum 31 0,2 -34 Maximum 431 9,4 -98 In our patients, we found a 22% attenuation of the signal intensity at the peak due to T2* effect. Ignoring the T2* attenuation led to an underestimation of the peak concentration of 60%.

Rehaussement tumoral A 3T : Plus d’effet T2* mais plus de signal Fonction d’entrée Rehaussement tumoral The use of a regular dose of contrast agent for injection produced a readily detectable enhancement in tumor. A 3T : Plus d’effet T2* mais plus de signal

Impact de la correction de l’AIF sur l’analyse microcirculatoire Erreur moyenne ± SD (%) P Ktrans -57 ± 36 0,059 e -11 ± 83 0,14 Ignoring T2* effect led also to an overestimation of Ktrans of the Tofts model in our patients.

Conclusion : travailler à 3T Limites de l’imagerie 3T Réduit le contraste (T1 ) Augmente l’effet T2* Défis technologiques Nouvelles techniques ASL Analyse dynamique Spectroscopie […] Merci de votre attention

Inversion récupération et séquence SSFSE

CASL : transformation des protons en traceurs Image de contrôle Image de marquage - Image de soustraction perfusion

Réactivité de la perfusion cérébrale Ventilation Normale Normale Hypo Hyper Hypo Hyper Volontaires sains Patients hypertendus

Résultats : ASL Réponse précoce au PTK/ZK

Résultats : ASL Temps de progression Les changements de perfusion tumorale mesurés en ASL à un 1 mois étaient corrélés aux temps de progression Les changements de taille tumorale à un 1 mois et le temps de progression n’étaient pas corrélés Early changes at 1 month in blood flow and tumor size compared to time to progression of the disease after initiation of the treatment. A significant correlation between BF changes at one month and TTP was found. All patients with an higher decrease in perfusion than 30% were found to be good responder to the treatment indicated with Red point. No correlation between early and late size changes was found.

Perfusion rénale Référence Technique N° de sujets Perfusion (ml/min/100g) SD P- value Bazelaire et al. (3) ASL MRI 5 275 14* Roberts et al. (4) 7 278 55 P = 0,91 Alpert et al. (5) H2O15 PET 340 40 P = 0,02 * Fiabilité de la mesure :  7% (p>0,95) 1. Acad Radiol 2005;12(3):347-57 2. Radiology 1995;196:281-286 3. J Nucl Med 2002;43:470-475

Surveillance d’un traitement antiangiogénique 25 patients Cancer du rein multimétastatique Inhibiteur du récepteur du VEGF PTK/ZK Novartis 3 Tesla (Signa, VH/I, GE) Because antiangiogenic therapy acts by reducing the blood flow, monitoring blood flow appears to be an atractive indicator of treatment success We had 3 Our Blood flow measeurment options Nuclear medicine can provide perfusion but it has a limited spatial resolution. Dynamic contrast study can theoretically separate perfusion and permeability, but it still challenging. We chose the Spin labeling which measure directly the Blood flow.