Imagerie Rapide : EG et EPI

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1 Imagerie Rapide : EG et EPI
E. de Kerviler, D. Hoa

2 Storing data in k-space
many radiofrequency signals Tacq = TR x Ny x Nacc “ space” raw data

3 Tacq = TR x Ny x Nacc Turbo x SENSE Echo de Gradient Echo Planar
Imagerie parallèle

4 Echo de Gradient Différences avec l’écho de Spin
Angle de bascule ≤ 90° Absence d’impulsion de 180° Echo de Spin 90° 180° RF Echo de gradient RF α

5 EG versus ES Echo de Spin Echo de Gradient (FLASH 90°)
TR = 600 ms, TE = 15 ms TE, 5 min 2 acq, 5 mm, 230 mm FoV, 256*256 matrix

6 K-space view of the gradient and spin echo imaging
Ky Ky 1 2 3 . n 1 2 3 . n Kx

7 Echo de gradient Tacq = TR x Ny x Nacc RF  TR le plus court possible
TE Tacq = TR x Ny x Nacc TR le plus court possible

8 Le contraste en écho de Gradient
L’angle de bacule Le temps d’écho

9 Echo de gradient Modifier l’angle agit sur :
La proportion d’aimantation basculée La durée (TR) pour la repousse de l’aimantation Décroissance de l’aimantation transversale liée à : La relaxation T2 Les hétérogénéités du champ magnétique 90° 30°

10 Gradient Echo changing TE
FA 30 TE 30 FA 30 susceptibility effect T2* weighting

11 Gradient Echo changing angle & TE
FA 15 TE 13 FA 50

12 Gradient Echo changing TE
in-phase opposed-phase

13 RF T2* TR > T2* TR < T2* RF Etat d’équilibre de l’aimantation transversale résiduelle TR < T2* RF Destruction de l’aimantation transversale résiduelle Spoiler

14 EG avec destruction de l’aimantation transversale
Contraste surtout T1, fonction de : Angle bascule (pondéré T1 si angle ≈ 90°) TE (peu pondéré T2 si TE court) Mais contraste T2 possible (petit angle et TE long) Acronymes : GE : SPGR, MPSPGR Philips : T1-FFE Siemens : FLASH

15 Angle de Ernst Pour un angle de bascule et un T1 donnés, il existe un TR optimal pour obtenir un maximum de signal T1= 800 ms Signal 1000 ms TR 500 ms TR 200 ms TR 50 ms TR o 100 Excitation angle

16 EG ultra-rapide Contraste surtout T1
Indications : Angio, T1 3D FatSat dynamiques, T1 IP-OP en apnée … Acronymes GE : FGRE, LAVA, VIBRANT, FAME, FSPGR Philips : T1-FFE, THRIVE Siemens : Turbo-Flash, VIBE

17 Exemples

18 Abdomen en apnée Out of phase In phase
 Effacer le signal d’un foie stéatosique

19 Imagerie T1 3D dynamique

20 … Encore plus pondéré T1 Préparation de l’aimantation (Magnetization Prepared …) Applications : Angio, 3D T1 haute résolution Acronymes GE : IR-FSPGR, DE-FSPGR Philips : IR-FFE Siemens : TurboFLASH, MP-RAGE

21 Exemples TurboFLASH MP-RAGE

22 EG avec équilibre de l’aimantation transversale
Contraste mixte de type T2/T1 Acronymes GE : MPGR Philips : FFE Siemens : FISP

23 Signal en écho de gradient
FID + signal SE + échos stimulés Une combinaison de 3 pulses RF résulte en des échos stimulés ...     signal FID signal SE échos stimulés

24 Signal en écho de gradient
    Le signal en écho de gradient avec équilibre de l’aimantation transversale est toujours une combinaison de : FID qui est plutôt T1w / T2*w SE qui est plutôt T2w échos stimulés, plutôt T2w

25 Equilibre + renforcement du contraste T2
Indication : Peu employé en pratique Pb = artefacts de flux, faible S/B. Acronymes GE : SSFP Philips : T2-FFE Siemens : PSIF

26 Etat d’équilibre + gradients équilibrés
Limitation des artéfacts de flux, très rapide Indications : Imagerie des liquides, angio sans Gado, repérage, HR … Acronymes GE : FIESTA Philips : Balanced FFE Siemens : True FISP In EPI, different artifacts inherent to the technique exists. Excitation alternante Les tissus avec haut T2/T1 (blanc) sont en hypersignal (sang, graisse, liquides)

27 Régime d’équilibre

28 … Encore plus pondéré T2 Mélange de 2 séquences pondérées en T2
FISP + PSIF = DESS TrueFISP + TrueFISP = CISS Indications : Liquides, articulations DESS CISS

29 Séquences en Echo Planar

30 Echo Planar (EPI) 3 types de remplissage du plan de Fourier
Non-blipped EPI Blipped EPI Spiral EPI Imagerie ultra-rapide

31 Echo planar (non-blipped)
  RF TR TE effectif Dans cet exemple, imagerie « Single shot » : tout le plan de Fourier rempli en un TR

32 Trajectoire dans l’espace k du "blipped" EPI
TE eff Rf Gs Gp The ”blipped” version of the EPI pulse sequence. The need of interpolation in the phase encode direction is eliminated. Depending upon the choice of readout gradients, interpolation might be needed in the readout direction. Gr adc

33 Spiral EPI Gradients = 0 au centre du plan de Fourier
Moins d’artefacts de flux t = TE RF Gx Gy Gz t = 0

34 Non-blipped Blipped Distorted EPI Images with Imperfect x-Shim Spiral

35 Echo Planar : Quelle pondération ?
  RF       RF SS = T2 MS = T1 ou T2

36 Echo planar : ES vs EG EPI
90° 180° RF EG ES Signal Glec TE effectif Décroissance du signal par relaxation T2 EG Plan de Fourier

37 Artéfacts en EPI Artéfacts N/2 Déplacement chimique eau - graisse
Artéfact de susceptibilité magnétique Distorsions géométriques (courants de Foucault, ou eddy currents) In EPI, different artifacts inherent to the technique exists.

38 EPI et bande passante Lecture des colonnes  100 ms
=> BP phase = 1/0,1 = 10Hz/pixel The bandwidth of a pulse sequence is normally considered only in the readout direction, and is related to the readout period of one line in k-space, or one echo. The bandwidths is equal to the reciprocal of the readout period. In EPI one also talk about a bandwidth in the phase encode directions. The explanation for this is that only one excitation pulse is played out and thus one can consider a data collection period for the pseudo echo, which will be approximately 100 ms, which is equal to a bandwidth of 1/100ms = 10 Hz /pixel. Lecture d’une ligne 1 ms => BP=128/0,001= Hz/pixel

39 Déplacement chimique eau graisse : 3,5ppm
Décalage du signal de la graisse (direction de phase) à 1,5T => 223 Hz de différence => BPphase=10Hz/pixel => erreur de + de 20 pixels Due to the low bandwidth in the phase encode direction of the EPI pulse sequence, the fat and water signal will be shifted with respect to each other and in order to avoid artifacts fat saturation is required in combination with good shimming. Mauvaise saturation de graisse Saturation de graisse et mauvais shim Saturation de graisse et bon shim

40 Déplacement chimique EPI avec FatSat EPI sans FatSat

41 EPI : applications Diffusion Perfusion Imagerie ultra-rapide
AVC, abcès, tumeurs … Tractographie Corps entier Perfusion BOLD Gado Imagerie ultra-rapide

42 Imagerie de diffusion b 1000 CDA

43 Tenseur de diffusion (glioblastome)
正常側の左側面へ30degずつ回転させた。 Tracking FA>0.25，base is T2W

44 Tumeurs Diffusion normale Diffusion restreinte Diffusion accrue

45 Diffusion corps entier

46 Myélome stade III

47 Imagerie parallèle

48 Imagerie cérébrale 1 antenne tête 8 canaux
8 éléments = 8 antennes Signal enregistré 8 fois S/B x √8

49 Voyage dans le plan de Fourier
Ky Temps pour remplir la totalité du plan de Fourier = N x TR N : Nombre de lignes de phase Phase Read TR/line Kx

50 Voyage dans le plan de Fourier
Ky Temps pour remplir la totalité du plan de Fourier = N x TR / n N : Nombre de lignes de Phas n : nombre d’éléments d’antenne Phase Read TR/line Kx

51 Antennes phased array : 2 façons de travailler
Anciennes séquences, mais avec un meilleur rapport S/B Nouvelles séquences d’imagerie parallèle Plus rapides avec la même résolution De même durée avec une résolution plus élevée

52 Imagerie abdominale 2 antennes 6 canaux
+ + =

53 En IRM, quand le FOV est supérieur à l’objet nous observons une reproduction fidèle de l’image.

54 Si le FOV est plus petit que l’image, nous observons une image repliée qui se superpose au dessus de l’image reproduite dans le sens de la phase “réel” Phase “repliement” image objet

55 Plan de Fourier 256 256 256 128 FOV carré FOV rect.

56 Exemple d’une antenne en réseau phasé 2 éléments
Chaque antenne a une certaine sensibilité (C est le facteur de sensibilité) Chaque antenne “voit” une partie de l’objet Ant 1 C1 Ant 2 C2 image objet

57 Les sensibilités d’antennes sont mesurées ; nous pouvons donc calculer le signal pour chaque point x,y et éliminer le repliement. Ant 1 C1 Ant 2 C2 Image SENSE objet

58 Imagerie // : Parallel Acquisition Technique

59 Le SENSE permet de « déplier » l’image

60 … (exemple avec 3 éléments d’antenne)
Comme marche le GRAPPA ? … (exemple avec 3 éléments d’antenne) Acquisition uniquement des lignes ROUGES (donc 3 fois plus rapide). Pour les lignes ROUGES, addition des signaux d’antenne comme suit C1+C2+C3 Pour les lignes BLEUES -C1+C3 (enlèvement de C2) Pour les lignes JAUNES C1-C2+C3

61 Comment ça marche ? Acquisition: Reconstruction: SENSE GRAPPA
Données repliées + Carte de sensibilité Reconstruction:

62 Suppression de l’aliasing “à la source” dans la matrice 2D (espace k)
GRAPPA : Suppression de l’aliasing “à la source” dans la matrice 2D (espace k) Ant1 Ant2 SMASH SENSE SENSE : suppression de l’aliasing “dans l’image” après double TF

63 Quel gain en temps ? En théorie, accélération maximum = nombre d’éléments d’antenne En pratique, il faut ajouter : Données additionnelles acquises au centre du plan de Fourier Cartes de sensibilité des antennes

64 Avantages Rapidité Résolution Résolution = 1 x 2 x 4 mm3 durée : 17 s
Sans SENSE : apnée 24 s. Avec SENSE : apnée 12 s.

65 Inconvénients Rapport S/B Artefacts Temps de reconstruction
Replié Inconvénients Rapport S/B Artefacts Temps de reconstruction Plan de coupe Mal déplié 1/2 FOV Temps / 2 1/3 FOV Temps / 3 1/4 FOV Temps / 4

66 Facteur 1 Facteur 2 Facteur 3 Facteur 4

67 Artefacts d’imagerie //
FOV carré 250mm FOV rectangulaire 125mm SENSE GRAPPA FOV carré 350mm FOV rectangulaire 175mm SENSE GRAPPA

68 Conclusion Imagerie ultra-rapide Imagerie parallèle
Lecture du signal par des EG ou variantes Toujours un effet T2* Contraste majoritairement T2, sauf si on ralenti la séquence ou si on détruit l’aimantation transversale Imagerie parallèle Attention au rapport S/B Attention au repliement