Diffusion : Technique 1. Connaître les principes 2. Comprendre l’intérêt de la quantification 3.
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Diffusion : Technique 1. Connaître les principes 2. Comprendre l’intérêt de la quantification 3. Reconnaître certains artéfacts Pr Catherine Oppenheim Département d’Imagerie Morphologique et Fonctionnelle, Pr Meder, CH Sainte-Anne, PARIS QCM 2011 1. Concernant l’imagerie de diffusion, quelle est la proposition fausse ? – Les images de diffusion sont pondérées en T2 – Elle repose habituellement sur une acquisition en écho planar – Est une imagerie des mouvements aléatoires des molécules d’eau – Les artefacts de susceptibilité sont plus importants dans le sens du codage de phase – A une excellente résolution spatiale 2. Concernant l’ADC, quelle est (sont) la (les) proposition (s) vraie (s) – Signifie Coefficient de Diffusion Apparent – Diminue quand les mouvements des molécules d’eau sont restreints – Est plus élevé dans le liquide cérébro-spinal – Est normal en l’absence d’anomalie de signal en T2 et en diffusion (b=1000 s/mm2) – Son calcul nécessite au minimum des acquisitions à deux valeurs de b différentes. Principes Séquence IRM T1 T2 Pixel < 1 mm2 T2 « rapide » Pixel : 6 mm2 Diffusion Séquence IRM T2 Signal du Liquide Cérébrospinal Principes Diffusion Principes Qu’est ce que la diffusion ? • Mouvements des molécules d’eau Principes Qu’est ce que la diffusion ? • Mouvements des molécules d’eau • r 2 = 2Dt équation d ’Einstein avec D = 10-3 mm2/s, t 100 msec r quelques microns • Effets de la diffusion sur le signal IRM [1] [1] Hanh. Phys res, 1950 Séquence de diffusion 90° 180° Echo TE/2 TE/2 G G b= 2G22( - /3) • Si proton immobile : déphasage = rephasage => signal inchangé • Si proton mobile : déphasage Atténuation du signal (SA) Mouvements aléatoires Rephasage imparfait Principes Séquence de Diffusion T2 Diffusion Séquence de Diffusion T2 Diffusion Principes Comment faire ? b=0 s/mm2 b=200 b=400 diffusion élevée : hyposignal b=600 b=1000 b =1000 s/mm2 diffusion restreinte : hypersignal relatif b = 2G22( - /3) Principes Pente de la droite = Coefficient de Diffusion Ln (Signal) SA = e-b.ADC 740.10-6 mm2/s 380.10-6 mm2/s g Coeff. de Diffusion r2 = 2Dt où D = …… mm2/s, T2 Diffusion 10/26 Mais • Atténuation ne varie pas linéairement en fonction de b • b faibles : diffusion rapide (perfusion capillaire ou microcirculation) = flow sensitive ADC • b élevées : flow insensitive ADC (diffusion de l’eau) Le Bihan et al. Separation of Diffusion and Perfusion in IntraVoxel Incoherent Motion MR Imaging. Radiology 1988 Gradients sup-inf Droite-gauche Post-antérieur Diffusion isotrope Diffusion isotrope et anisotrope – Isotrope : mouvements identiques dans toutes les directions de l’espace Principes voxel isotrope – Anisotrope (Substance blanche) : • Taille et densité des fibres • Orientation cohérente des axones voxel anisotrope Principes Le tenseur de diffusion • Voxel isotrope SDiff=S0e-bD Voxel anisotrope SDiff=S0e-bD D= Dxx Dxy Dxz Dyx Dyy Dyz Dzx Dzy Dzz référentiel [x, y, z] Dxx 1 0 0 e1 0 2 0 e2 0 0 3 e 3 Dxy Dxz Dyy Dyz z x y Diffusivité moyenne = (1 + 2 + 3)/3 = ADC vrai Dzz Principes Cartes d’anisotropie Anisotropie fractionnelle 0 = Isotropie 1 = Anisotropie λ λ λ 2 FA 3 2 i i 2 i i Tractographie 3D [1] [1] Melhem, AJR 2002 [1] Principes Principes Quelle séquence ? 6 directions 55 directions • Minimum : b0 + 6 … 55 … 512 directions • Valeur de b : 0 … 1000 … 10000 s/mm2 • Durée : 40’’ à 1 heure 40 secondes b = 800 b = 2000 Comment Quand Pourquoi … calcule t’on l’ADC ? 20/44 Principes Séquence de DIFFUSION • Signal dépend des mouvements des molécules d’eau HYPO SIGNAL ADC élevé HYPER SIGNAL ADC bas 21/44 Hypersignal Diffusion ADC diminué T2-shine through ADC T2 T2 (b=0 s/mm2) ADC 22/44 Si hypersignal T2/FLAIR et Diffusion … + + Le calcul d’ADC est indispensable ! Hyposignal Diffusion ADC augmenté T2- black-out ADC T2 T2 ADC 24/44 Diffusion Normale ADC normal T2 wash-out T2 T2/FLAIR Diffusion ADC ADC 25/44 Comment le calculer ? • Analyse visuelle des cartes d’ADC • Ratio d’ADC +++ • Pas de différences Dt/Gh entre régions « miroir » • Pas différence Homme/femme • Variation selon l’âge • Valeurs absolues (mm2/s) • Si pas d’ADC : • Interprétation diffusion + T2 +++ 26/44 La diffusion (ADC) diminue si … • Les cellules gonflent – Œdème intracellulaire (ischémie) • Hypercellularité – Certaines tumeurs • La viscosité augmente – Abcès 27/44 La diffusion (ADC) diminue si … • Les cellules gonflent – Œdème intracellulaire (ischémie) • Hypercellularité – Certaines tumeurs • La viscosité augmente – Abcès 28/44 La diffusion (ADC) diminue si … • Les cellules gonflent – Œdème intracellulaire (ischémie) • Hypercellularité – Certaines tumeurs • La viscosité augmente – Abcès 29/44 La diffusion (ADC) diminue si … • Les cellules gonflent – Œdème intracellulaire (ischémie) • Hypercellularité – Certaines tumeurs • La viscosité augmente – Abcès • Œdème post critique 30/44 La diffusion (ADC) augmente si … • Eau extracellulaire • Destruction tissulaire – Gliose – Démyélinisation • Contenu liquidien – Kyste arachnoïdien – Nécrose tumorale 31/44 La diffusion (ADC) augmente si … • Eau extracellulaire • Destruction tissulaire – Gliose – Démyélinisation • Contenu liquidien – Kyste arachnoïdien – Nécrose tumorale 32/44 La diffusion (ADC) augmente si … • Eau extracellulaire • Destruction tissulaire – Gliose – Démyélinisation • Contenu liquidien – Kyste arachnoïdien – Nécrose tumorale 33/44 La diffusion (ADC) augmente si … • Eau extracellulaire • Destruction tissulaire – Gliose – Démyélinisation * • Contenu liquidien – Kyste arachnoïdien – Nécrose tumorale * 34/44 La diffusion (ADC) augmente si … • Eau extracellulaire • Destruction tissulaire – Gliose – Démyélinisation • Contenu liquidien – Kyste arachnoïdien – Nécrose tumorale 35/44 Concernant l’ADC, quelle est la proposition vraie? 1. Sa baisse signe une ischémie artérielle 2. Est diminué dans une séquelle ischémique 3. Son calcul nécessite au moins 3 acquisitions à différentes valeurs de b. 4. Normal si le T2 et la diffusion sont normaux 5. Fiable même pour les petites lésions 1 Diffusion et Ischémie ? Aigu 24-48h > 1-2 semaines Chronique temps Concernant l’ADC, quelle est la proposition vraie? 1 1. 2. Est diminué dans une séquelle ischémique Concernant l’ADC, quelle est la proposition vraie? 1. 2. 3. 4. 5. 1 Sa baisse signe une ischémie artérielle Est diminué dans une séquelle ischémique Son calcul nécessite au moins 3 acquisitions à différentes valeurs de b. Ln Signal Normal si le T2 et la diffusion sont normaux Fiable même pour les petites lésions ischémique b =0 b =1000 Concernant l’ADC, quelle est la proposition vraie? 1. 2. 3. 4. 5. Sa baisse signe une ischémie artérielle Est diminué dans une séquelle ischémique Son calcul nécessite au moins 3 acquisitions à différentes valeurs de b. Normal si le T2 et la diffusion sont normaux Fiable même pour les petites lésions ischémique 1 Log signal ADC b=0 b=1000 5. ADC Fiable même pour les petites lésions ischémique FAUX 1 Log signal ADC b=0 b=1000 Pourquoi la substance grise est elle en hypersignal sur les images de diffusion ? 2 Substance Grise et Blanche • SignalDIF Substance grise > Blanche – ADC SG SB (0.76 0.13 10-3 mm2/s) – Dû à l’hypersignal T2 de SG > SB 2 Comment éviter cet artéfact ? 3 3 1. 2. 3. 4. 5. Impossible car c’est une diffusion Augmenter la matrice Repositionner la tête du patient Arrêt des mouvements du patient Inverser PHASE et FREQUENCE Imagerie Echo-planaire (EPI) • 64 à 128 phases par TR L’EPI est très sensible à la qualité de l’encodage en phase (qui permet de réaliser le codage de la position des mesures) car l’erreur s’accumule au sein du train d’acquisition qui est long. Artéfacts 3 Susceptibilité magnétique • Séquence EPI single shot – Erreur codage phase – Artefacts plus marqués dans le sens du codage de phase Susceptibilité magnétique • Autres techniques d’acquisition : – Si on tient à utiliser l’écho-planar • EPI + imagerie parallèle SENSE ou ASSET ( Bdw, TE) Cas 1 Cas 2 Remarque : Tout ce qui réduit le TE, réduit les artéfacts de susceptibilité magnétique car moins de déphasage antenne multicanaux Diffusion sans ASSET Diffusion avec ASSET TE = 120 ms TE = 86 ms Artéfacts 4 Que s’est il passé ? T2 : b=0 Diffusion ADC Direction 1 Direction 2 Direction 3 4 Image moyennée QCM 2011 1. Concernant l’imagerie de diffusion, quelle est la proposition fausse ? – Les images de diffusion sont pondérées en T2 – Elle repose habituellement sur une acquisition en écho planar – Est une imagerie des mouvements aléatoires des molécules d’eau – Les artefacts de susceptibilité sont plus importants dans le sens du codage de phase – A une excellente résolution spatiale 2. Concernant l’ADC, quelle est (sont) la (les) proposition (s) vraie (s) – Signifie Coefficient de Diffusion Apparent – Diminue quand les mouvements des molécules d’eau sont restreints – Est plus élevé dans le liquide cérébro-spinal – Est normal en l’absence d’anomalie de signal en T2 et en diffusion (b=1000 s/mm2) – Son calcul nécessite au minimum des acquisitions à deux valeurs de b différentes. QCM 2011 1. Concernant l’imagerie de diffusion, quelle est la proposition fausse ? – Les images de diffusion sont pondérées en T2 – Elle repose habituellement sur une acquisition en écho planar – Est une imagerie des mouvements aléatoires des molécules d’eau – Les artefacts de susceptibilité sont plus importants dans le sens du codage de phase – A une excellente résolution spatiale 2. Concernant l’ADC, quelle est (sont) la (les) proposition (s) vraie (s) – Signifie Coefficient de Diffusion Apparent – Diminue quand les mouvements des molécules d’eau sont restreints – Est plus élevé dans le liquide cérébro-spinal – Est normal en l’absence d’anomalie de signal en T2 et en diffusion (b=1000 s/mm2) – Son calcul nécessite au minimum des acquisitions à deux valeurs de b différentes. Conclusion Fin du XX ème siècle Début du XXI ème siècle Pour en savoir plus • Tout organe. Cahier FMC, J Radiol. vol spécial diffusion. 2010. • Cerveau. EMC-Radiologie 2 (2005) 133–164 • Cerveau. J Radiol. 2007 Mar;88:428-43 • Tenseur. J Radiol 2007;88:510-20 • Piège et artéfact. J Radiol. 2006 ;87:1837-47