Université et CHU de Poitiers L’écriture du plan de Fourier Jean-Pierre Tasu Université et CHU de Poitiers j.p.tasu@chu-poitiers.fr

Introduction Les plus grandes avancées technologiques : « Hard » Champs B0 : puissance, homogénéité Antennes : antennes de surface en réseau RF : le « multitransmit » (pour le 3T) Techniques d’acquisition : Imagerie ultra rapide, EPI et diffusion imagerie parallèle

Plan Rappels sur le plan de Fourrier L’ES rapide L’EPI Les méthodes spécifiques L’imagerie parallèle

TF RAPPELS SUR LE PLAN DE FOURRIER Plan de Fourier Plan Image Y Phase L’ES rapide X Y Temps Phase TF L’EPI Les méthodes spécifiques L’imagerie parallèle

RAPPELS SUR LE PLAN DE FOURRIER kY Y L’ES rapide TF L’EPI kX X Les méthodes spécifiques L’imagerie parallèle

RAPPELS SUR LE PLAN DE FOURRIER L’ES rapide TF L’EPI Les méthodes spécifiques L’imagerie parallèle

RAPPELS SUR LE PLAN DE FOURRIER L’ES rapide TF L’EPI Les méthodes spécifiques L’imagerie parallèle

L’écho de spin « classique » Rappels sur le plan de Fourrier Apparition du signal: on se place au centre du plan de Fourier L’ES rapide 90° y R.F L’EPI Gs Gy x Les méthodes spécifiques Gx FID Signal L’imagerie parallèle

L’écho de spin « classique » Rappels sur le plan de Fourrier Déplacement du signal Selon : Gx + Gy L’ES rapide 90° y R.F Gy L’EPI Gs Gy x Gx Les méthodes spécifiques Gx Mise en place du codage spatial avec: Codage en Fréquence : Gx Codage en Phase : Gy Signal L’imagerie parallèle

L’écho de spin « classique » Rappels sur le plan de Fourrier Déplacement du signal Symétriquement Par rapport au centre du plan L’ES rapide 180° 90° y R.F L’EPI Gs Gy Application d’une impulsion de 180° Dite : Impulsion de Rephasage x Les méthodes spécifiques Gx FID Signal L’imagerie parallèle

L’écho de spin « classique » Rappels sur le plan de Fourrier Lecture d’une ligne du plan de Fourier selon Gx L’ES rapide 180° 90° y R.F Application du Gradient de Lecture: écho de signal L’EPI Gs Gy x Les méthodes spécifiques Gx FID Signal L’imagerie parallèle

L’acquisition synchronisée Rappels sur le plan de Fourrier y L’ES rapide L’EPI Les méthodes spécifiques x x x x L’imagerie parallèle

Echo de spin rapide : lire plusieurs lignes après une impulsion 180° Rappels sur le plan de Fourrier Echo de spin rapide : lire plusieurs lignes après une impulsion 180° L’ES rapide L’EPI Philips Siemens GE Hitachi Toshiba ES rapide Turbo SE Fast SE Les méthodes spécifiques L’imagerie parallèle

Écho de spin rapide / / / / Gy 90° R.F y x Signal 90° 180° 180° Rappels sur le plan de Fourrier 180° 180° 90° 90° L’ES rapide R.F / / y L’EPI Gy x Les méthodes spécifiques L’imagerie parallèle Signal / /

Écho de spin rapide / / Temps de Répétition : TR 90° 90° 180° R.F Rappels sur le plan de Fourrier L’ES rapide Temps de Répétition : TR 90° 90° L’EPI 180° Les méthodes spécifiques R.F / / L’imagerie parallèle

Écho de spin rapide Il y a un train d’écho / / Rappels sur le plan de Fourrier Il y a un train d’écho 180° L’ES rapide 90° 90° R.F / / Écho de signal n°1 = TE 1 Écho de signal n°4 = TE4 Écho de signal n°7 = TE 7 L’EPI Signal / / Les méthodes spécifiques Informations pondérées en T1 Informations pondérées en densité de proton Informations pondérées en T2 L’imagerie parallèle

Gradients de codage en phase : Écho de spin rapide 180° 90° 90° R.F / / Gradients de codage en phase : Faibles puis Forts Gy / / Pondération T1 Signal / /

Gradients de codage en phase : Écho de spin rapide 180° 90° 90° R.F / / Gradients de codage en phase : Forts puis Faibles Gy / / Pondération T2 Signal / /

Écho de spin rapide Rappels sur le plan de Fourrier TR plus long qu’en Spin écho classique : ne donne pas la pondération… Toujours un effet T2 dans la séquence L’ES rapide L’EPI Augmentation du train d’écho effet Pondération T2 augmente Rapport S/B diminue Temps d’acquisition Les méthodes spécifiques Accès aux matrices élevées (512 ou 1024) Persistance du signal de la graisse en pondération T2 L’imagerie parallèle

Écho de spin rapide Applications imagerie de « tous les jours » Rappels sur le plan de Fourrier Applications L’ES rapide imagerie de « tous les jours » L’EPI Les méthodes spécifiques L’imagerie parallèle

Rappels sur le plan de Fourrier Echo de spin ultra-rapide : lire la quasi totalité des lignes après une impulsion 180° L’ES rapide L’EPI Philips Siemens GE Hitachi Toshiba ES ultra-rapide SSH-TSE UFSE SSTSE HASTE SS-FSE FSE - ADA (Super)FASE DIET Les méthodes spécifiques L’imagerie parallèle

128 lignes = ½ plan de Fourier dans le TR Half-Scan : 0,6  Séquence HASTE Rappels sur le plan de Fourrier 128 pulses 180° dans 1 TR L’ES rapide 180° 90° R.F 128 échos dans le même TR L’EPI Signal y Les méthodes spécifiques x 128 lignes = ½ plan de Fourier dans le TR L’imagerie parallèle

240 lignes  plan de Fourier dans 1 TR Half-Scan : 0,9  Séquence RARE Rappels sur le plan de Fourrier 240 pulses 180° dans 1 TR 180° L’ES rapide 90° R.F 240 échos dans le même TR L’EPI Signal y Les méthodes spécifiques x 240 lignes  plan de Fourier dans 1 TR L’imagerie parallèle

Écho de spin ultra rapide Rappels sur le plan de Fourrier Propriétés L’ES rapide Grand TE (écho tardifs) : pondération T2 Dégradation du rapport S/B (écho tardifs) Applications : cholangio MR, IRM anté natal L’EPI Les méthodes spécifiques L’imagerie parallèle

Écho de spin ultra rapide Rappels sur le plan de Fourrier L’ES rapide Cholangio-IRM ou Bili-IRM IRM Obstétricale L’EPI Les méthodes spécifiques L’imagerie parallèle

Rappels sur le plan de Fourrier Echo Planar imaging (EPI) lire tout le plan de Fourier après une seule impulsion L’ES rapide L’EPI Philips Siemens GE Hitachi Toshiba Echo planar - ES SE-EPI EPI SE SE EPI Echo planar - EG FFE-EPI TFE-EPI EPI Perf EPIFI GRE EPI SG-EPI FE-EPI Les méthodes spécifiques L’imagerie parallèle

Écho planar Le Premier écho est un écho de spin 180° 90° R.F Rappels sur le plan de Fourrier 180° 90° L’ES rapide R.F Inversion rapide des gradients de fréquence L’EPI Gs Gy Train d’impulsions de gradients Les méthodes spécifiques Gx Signal L’imagerie parallèle

Naissance d’un Train d’écho Écho planar Rappels sur le plan de Fourrier 180° 90° L’ES rapide Naissance d’un Train d’écho R.F L’EPI Gs Gy Les méthodes spécifiques Gx Signal L’imagerie parallèle

Différent selon la technique Écho planar Rappels sur le plan de Fourrier 180° 90° L’ES rapide R.F L’EPI Gs Différent selon la technique Gy Les méthodes spécifiques Gx Signal L’imagerie parallèle

Application d’un petit gradient de codage en phase appelé : EPI « Blipped » Rappels sur le plan de Fourrier Application d’un petit gradient de codage en phase appelé : BLIP L’ES rapide y L’EPI R.F Gs x Gy Les méthodes spécifiques Gx Blip Blip Signal L’imagerie parallèle

Remplissage de l’espace k de Fourier en un seul TR ! EPI « Blipped » Rappels sur le plan de Fourrier Remplissage de l’espace k de Fourier en un seul TR ! L’ES rapide y L’EPI R.F Gs Gy x Les méthodes spécifiques Gx Signal L’imagerie parallèle

EPI « Mansfield » Rappels sur le plan de Fourrier Application d’un gradient de codage en phase de pente continue et régulière L’ES rapide y R.F L’EPI Gs Gy x Les méthodes spécifiques Gx Signal L’imagerie parallèle

EPI « Mansfield » Remplissage de l’espace k de Fourier en un seul TR ! Rappels sur le plan de Fourrier Remplissage de l’espace k de Fourier en un seul TR ! L’ES rapide y R.F L’EPI Gs Gy x Les méthodes spécifiques Gx Signal L’imagerie parallèle Technique de « Lecture en dents de scie » de l’espace K

Écho planar Séquence ultra rapide Artéfacts Rappels sur le plan de Fourrier Séquence ultra rapide Artéfacts blurring (décalage des lignes de lecture) Susceptibilité magnétique Application : Diffusion +++ L’ES rapide L’EPI DWI-P DWI-M DWI-S DWI-I b=0 Les méthodes spécifiques L’imagerie parallèle

Rappels sur le plan de Fourrier L’ES rapide On peut également lire autrement le plan de Fourier : - L‘imagerie spirale - L‘imagerie propeler - Les techniques de lecture asymétrique - l‘imagerie parallèle L’EPI Les méthodes spécifiques L’imagerie parallèle

Imagerie spirale kY kX k-space Image Rappels sur le plan de Fourrier L’ES rapide L’EPI kX Les méthodes spécifiques L’imagerie parallèle

Imagerie spirale Jusqu’à 100 images/sec Rappels sur le plan de Fourrier Imagerie spirale L’ES rapide L’EPI Les méthodes spécifiques Jusqu’à 100 images/sec L’imagerie parallèle Application : perfusion myocardique

Imagerie “propeler” (ou Blaid) Rappels sur le plan de Fourrier L’ES rapide L’EPI Les méthodes spécifiques L’imagerie parallèle

Lecture renouvellée du centre du plan de Fourier Rappels sur le plan de Fourrier L’ES rapide L’EPI Les méthodes spécifiques Lecture renouvellée du centre du plan de Fourier Correction du mouvement du patient (surtout cyclique) L’imagerie parallèle Vidéo de GE health Care

Imagerie asymétrique Kmax Kmin Acquisition en mode «Linear » Rappels sur le plan de Fourrier Kmax L’ES rapide L’EPI Les méthodes spécifiques L’imagerie parallèle Kmin Acquisition en mode «Linear »

Imagerie asymétrique Kmax Kmin Acquisition en mode « Low-High » Rappels sur le plan de Fourrier Kmax L’ES rapide L’EPI Les méthodes spécifiques L’imagerie parallèle Kmin Acquisition en mode « Low-High »

Imagerie asymétrique Kmax Kmin Acquisition en mode « Asymmetric » Rappels sur le plan de Fourrier Kmax L’ES rapide L’EPI Les méthodes spécifiques L’imagerie parallèle Kmin Acquisition en mode « Asymmetric »

Applications : Avantages: Plus de signal que le mode linéaire Rappels sur le plan de Fourrier Applications : L’ES rapide Avantages: Plus de signal que le mode linéaire Moins de blurring avec des shots longs Applications : imagerie ostéo articulaire (imagerie du cartilage) L’EPI Les méthodes spécifiques L’imagerie parallèle

Avec un TE ultra court (UTE: ultrashort TE) Rappels sur le plan de Fourrier L’ES rapide Demi RF (10ms) Gradients puissants (40 mT/m, bientôt 57) TE ultra courts (80ms) L’EPI Signal Les méthodes spécifiques L’imagerie parallèle TE ultra court TE court temps

Asymmetric TSE (1.5 T) TR/TE 3000/30 Linear Sc 4:54 Asymmetric Sc 3:25 Rappels sur le plan de Fourrier Asymmetric TSE (1.5 T) L’ES rapide L’EPI Les méthodes spécifiques TR/TE 3000/30 Linear Sc 4:54 Asymmetric Sc 3:25 Asymmetric: Renforcement du contour du cartilage Signal liquidien renforcé L’imagerie parallèle

Acquérir plus d‘informations : L‘imagerie parallèle Rappels sur le plan de Fourrier Acquérir plus d‘informations : L‘imagerie parallèle L’ES rapide L’EPI Les méthodes spécifiques L’imagerie parallèle

L‘imagerie parallèle Acquérir plus d‘informations Rappels sur le plan de Fourrier L‘imagerie parallèle Acquérir plus d‘informations L’ES rapide L’EPI Philips Siemens GE Hitachi Toshiba Imagerie parallèle Sense Asset Les méthodes spécifiques L’imagerie parallèle Sense = SENSitivity Encoding Asset = Area Spatial Sensitivity Encoding Technique PAT = Parallel Acquisition Technique

Principes de l’imagerie parallèle Rappels sur le plan de Fourrier Imagerie conventionnelle L’ES rapide L’EPI Espace K Espace image Les méthodes spécifiques L’imagerie parallèle

? Principes de l’imagerie parallèle TF reconstruction Rappels sur le plan de Fourrier L’ES rapide reconstruction TF ? L’EPI Les méthodes spécifiques Sous-échantillonnage de l’espace K Repliement Chute du S/B L’imagerie parallèle

Principes de l’imagerie parallèle Rappels sur le plan de Fourrier Pourquoi un repliement ? L’ES rapide Visualisation (fréquence élévée) L’EPI Sous-échantillonnage Les méthodes spécifiques L’imagerie parallèle ….

Principes de l’imagerie parallèle Rappels sur le plan de Fourrier Pourquoi un repliement ? L’ES rapide L’EPI Les méthodes spécifiques Sous-échantillonnage Repliement L’imagerie parallèle

Principes de l’imagerie parallèle Rappels sur le plan de Fourrier Pourquoi moins de signal ? L’ES rapide L’EPI Les méthodes spécifiques Sous-échantillonnage de l’espace K G facteur géométrique de l’antenne, R facteur d’accélération. Pour R = 2,5, pas de perte car g est inférieur à 1,1 3 fois moins de lignes (R=3, facteur d’accélération) L’imagerie parallèle

Principes de l’imagerie parallèle Rappels sur le plan de Fourrier Avec deux antennes ; L’ES rapide FOV L’EPI Les méthodes spécifiques antenne 1 antenne 2 L’imagerie parallèle antenne 1

Principes de l’imagerie parallèle Rappels sur le plan de Fourrier Avec deux antennes ; L’ES rapide FOV L’EPI Les méthodes spécifiques antenne 1 L’imagerie parallèle antenne 1

Principes de l’imagerie parallèle Rappels sur le plan de Fourrier Avec deux antennes ; L’ES rapide FOV L’EPI Les méthodes spécifiques antenne 2 antenne 2 L’imagerie parallèle antenne 1

Principes de l’imagerie parallèle Rappels sur le plan de Fourrier Avec deux antennes ; L’ES rapide FOV L’EPI Les méthodes spécifiques antenne 2 L’imagerie parallèle

Principes de l’imagerie parallèle Rappels sur le plan de Fourrier Pour résumer ; L’ES rapide antenne 1 FOV antenne 2 A : signal replié faible + signal non replié B : signal non replié C : signal replié fort + signal non replié A B C A’ : signal replié fort + signal non replié B’ : signal non replié C’ : signal replié faible + signal non replié A’ B’ C’ L’EPI Les méthodes spécifiques L’imagerie parallèle n équation à n inconnues

Antenne tête à 8 canaux Antenne tête de MRI Devices Corp. Rappels sur le plan de Fourrier L’ES rapide L’EPI Les méthodes spécifiques L’imagerie parallèle Antenne tête de MRI Devices Corp.

SMASH SENSE Acquisition: Espace K sous-échantillonné Rappels sur le plan de Fourrier Acquisition: Images avec repliement L’ES rapide SMASH SENSE Espace K sous-échantillonné L’EPI Les méthodes spécifiques L’imagerie parallèle SMASH = simultaneous acquisition of spatial harmonics

Principes de l’imagerie parallèle Rappels sur le plan de Fourrier Résumé : Antennes superficielles en réseau (« phase array ») Calcul de l’algorithme de dépliement Séquence de calibration : SENSE, SMASH Auto calibration pendant l’acquisition : GRAPPA ( pour Generalized Autocalibrating Partially Parallel Acquisitions) Facteur d’accélération : x 2… L’ES rapide L’EPI Les méthodes spécifiques Séquence de calibration (1 minutes) L’imagerie parallèle

Principes de l’imagerie parallèle Rappels sur le plan de Fourrier Avantages : Diminue le temps d’acquisition, à S/B égal Aller plus vite Augmenter la résolution spatiale Diminue le train d’écho : Diminution de l’effet T2, Rapport S/B augmenté Moins de saturation de la graisse Améliore les séquences de diffusion (Blurring diminué) L’ES rapide L’EPI Les méthodes spécifiques Séquence de calibration (1 minutes) L’imagerie parallèle

Augmenter la résolution spatiale Rappels sur le plan de Fourrier Antenne 8 éléments TSE L’ES rapide L’EPI Les méthodes spécifiques Référence imagerie parallèle x2 L’imagerie parallèle Matrice : 300 x 512 600 x 512

Diminuer le temps d’acquisition Rappels sur le plan de Fourrier L’ES rapide L’EPI Les méthodes spécifiques TE: 76 ms ES: 1.02 ms Matrix: 96 x 128 System: Sonata, 8-Channel Neuro Coil Array Single shot EPI SE Référence Imagerie parallèle (x2) L’imagerie parallèle Temps d’acq : 100 ms 50 ms

Diminution des artéfacts liés à des trains d’écho long : Rappels sur le plan de Fourrier Diminution des artéfacts liés à des trains d’écho long : Artéfact d’hypersignal de la graisse L’ES rapide Train d’écho :13 Pas d’IP Train d’écho :7 R=2 L’EPI Les méthodes spécifiques L’imagerie parallèle

Moins de distorsion et d’effet de susceptibilité Diminuer les artéfacts Rappels sur le plan de Fourrier Moins de distorsion et d’effet de susceptibilité Single shot diffusion imaging L’ES rapide L’EPI Les méthodes spécifiques x 2 x 2,5 TE: 88 ms System: Sonata, 8-Channel Neuro Coil Array Référence Imagerie parallèle Temps d’acq : 134 ms 134 ms 92 ms Résolution : 128 x 128 256 x 256 256 x 256 L’imagerie parallèle

Artéfacts spécifiques Rappels sur le plan de Fourrier Artéfacts spécifiques Défaut de cohérence entre calibration et image Respiration, mouvement… L’ES rapide L’EPI Les méthodes spécifiques L’imagerie parallèle

FOV : > moitié de l’objet Rappels sur le plan de Fourrier Artéfacts spécifiques Champ de vue trop petit L’ES rapide FOV L’EPI Les méthodes spécifiques L’imagerie parallèle R=2 FOV : > moitié de l’objet

correction aliasing aliasing Rappels sur le plan de Fourrier L’ES rapide L’EPI Les méthodes spécifiques L’imagerie parallèle aliasing

CONCLUSION Les méthodes de reconstruction moderne du plan de Fourier ont permis le développement de l’imagerie moderne en IRM (cœur, diffusion, perfusion…) L’imagerie parallèle est le « multi barrette » de l’IRM