Diffusion : Applications au cerveau

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1 Diffusion : Applications au cerveau 1. Connaître les principes 2. Comprendre l intérêt de la quantification 3. Reconnaître certains artéfacts Pr Catherine Oppenheim c.oppenheim@ch-sainte-anne.fr Département d Imagerie Morphologique et Fonctionnelle, Pr Méder, CH Sainte-Anne, INSERM 894, PARIS

2 Concernant la séquence de diffusion (QRM)? A.Elle repose habituellement sur une acquisition en écho planar B.Elle est habituellement acquise après injection de Gadolinium C.Elle est peu sensible aux artefacts de susceptibilité magnétique D.Elle est insensible aux mouvements E.Est acquise par application de deux lobes de gradients placés de part et d autre du pulse de 180 d une séquence en spin écho

3 Concernant l imagerie de diffusion (b=1000 s/mm 2 ), QRM A. Un voxel dont la diffusion est élevée a un signal qui chute entre b=0 s/mm 2 et b=1000 s/mm 2 B. Est habituellement acquise par application des gradients de diffusion dans 3 directions de l espace C. Les artefacts de susceptibilité magnétique sont plus marqués dans le sens du codage de fréquence que dans le sens du codage de phase. D. Est une image pondérée en T2 E. Est habituellement couplée à une image sans gradient de diffusion

4 Concernant l ADC, quelles sont la (les) proposition(s) vraie (s) A. S exprime en mm 3 /s B. Diminue quand les mouvements des molécules d eau sont restreints C. Son calcul nécessite une acquisition pondérée en T1 D. Dans un milieu isotrope, atténuation du signal = e -b.adc E. Son calcul nécessite au minimum des acquisitions à 3 valeurs de b différentes

5 Principes Séquence IRM T1 T2 T2 «rapide» Diffusion Pixel < 1 mm 2 Pixel : 6 mm 2

6 Séquence IRM Principes T2 Diffusion Signal du Liquide Cérébrospinal

7 Principes Qu est ce que la diffusion? Mouvements des molécules d eau

8 Principes Qu est ce que la diffusion? Mouvements des molécules d eau r 2 = 2Dt avec D = 10-3 mm 2 /s, t 100 msec équation d Einstein r quelques microns Effets de la diffusion sur le signal IRM [1] [1] Hanh. Phys res, 1950

9 Séquence de diffusion Echo TE/2 TE/2 G G b= 2 G 2 2 ( - /3)

10 Si proton immobile : déphasage = rephasage => signal inchangé Si proton mobile : déphasage Atténuation du signal (SA) Mouvements aléatoires Rephasage imparfait

11 Séquence de Diffusion Principes T2 Diffusion

12 Séquence de Diffusion Principes T2 Diffusion

13 Comment faire? b=0 s/mm 2 b=200 b=400 b=600 b=1000 diffusion élevée : hyposignal diffusion restreinte : hypersignal relatif b =1000 s/mm 2 b = 2 G 2 2 ( - /3)

14 Ln (Signal) Pente de la droite = Coefficient de Diffusion Principes SA = e -b.adc mm 2 /s mm 2 /s g Coeff. de Diffusion r 2 = 2Dt où D = mm 2 /s, T2 Diffusion

15 Gradients sup-inf Droite-gauche Post-antérieur Diffusion isotrope

16 Tractographie 3D Principes [1] [1] Melhem, AJR 2002 C Poupon, Neurospin

17 Comment Quand Pourquoi calcule t on l ADC? 17/44

18 Principes Séquence de DIFFUSION Signal dépend des mouvements des molécules d eau HYPO SIGNAL ADC élevé HYPER SIGNAL ADC bas

19 Hypersignal Diffusion ADC bas T2-shine through ADC T2 T2 (b=0 s/mm 2 ) Diffusion (b=1000 s/mm 2 ) ADC

20 Si hypersignal T2/FLAIR et Diffusion + + Le calcul d ADC est indispensable!

21 Hyposignal Diffusion ADC augmenté T2- black-out ADC T2 T2 ADC

22 Diffusion Normale ADC normal T2 wash-out T2 ADC T2/FLAIR Diffusion ADC

23 Blown-up cells Intracellular edema (ischemia) Creutzfeldt-Jakob Status epilepticus High cell density lymphoma, medullobastoma/pnet High viscosity Abces When is ADC decreased? Epidermoid cyst

24 Blown-up cells Intracellular edema (ischemia) Creutzfeldt-Jakob Status epilepticus High cell density lymphoma, medullobastoma/pnet High viscosity Abces When is ADC decreased? Epidermoid cyst

25 Blown-up cells Intracellular edema (ischemia) Creutzfeldt-Jakob Status epilepticus High cell density lymphoma, medullobastoma/pnet High viscosity Abces When is ADC decreased? Epidermoid cyst

26 Blown-up cells Intracellular edema (ischemia) Creutzfeldt-Jakob Status epilepticus High cell density Lymphoma medullobastoma/pnet High viscosity When is ADC decreased? Abces Epidermoid cyst

27 Blown-up cells Intracellular edema (ischemia) Creutzfeldt-Jakob Status epilepticus High cell density Lymphoma medullobastoma/pnet High viscosity When is ADC decreased? Abces Epidermoid cyst

28 Blown-up cells Intracellular edema (ischemia) Creutzfeldt-Jakob Status epilepticus High cell density Lymphoma medullobastoma/pnet High viscosity When is ADC decreased? Abces Epidermoid cyst

29 Blown-up cells Intracellular edema (ischemia) Creutzfeldt-Jakob Status epilepticus High cell density Lymphoma medullobastoma/pnet High viscosity When is ADC decreased? Abces Epidermoid cyst

30 When is ADC increased? Extracellular edema Tissular destruction Gliosis Demyelination Liquid content arachnoïd cyst Tumor necrosis

31 When is ADC increased? Extracellular edema Tissular destruction Gliosis Demyelination Liquid content arachnoïd cyst Tumor necrosis

32 When is ADC increased? Extracellular edema Tissular destruction Gliosis Demyelination Liquid content arachnoïd cyst Tumor necrosis

33 When is ADC increased? Extracellular edema Tissular destruction Gliosis Demyelination Liquid content arachnoïd cyst Tumor necrosis

34 When is ADC increased? Extracellular edema Tissular destruction Gliosis Demyelination Liquid content Arachnoïd cyst Tumor necrosis * *

35 When is ADC increased? Extracellular edema Tissular destruction Gliosis Demyelination Liquid content Arachnoïd cyst Tumor necrosis

36 Concernant l ADC, quelle est la proposition vraie? 1 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

37 Diffusion et Ischémie? Aigu 24-48h > 1-2 semaines Chronique temps

38 Concernant l ADC, quelle est la proposition vraie? Est diminué dans une séquelle ischémique

39 Concernant l ADC, quelle est la proposition vraie? 1 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 ischémique Ln Signal b =0 b =1000

40 Concernant l ADC, quelle est la proposition vraie? 1 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 ischémique Log signal ADC b=0 b=1000

41 5. ADC Fiable même pour les petites lésions ischémique FAUX 1 Log signal ADC b=0 b=1000

42 Pourquoi la substance grise est elle en hypersignal sur les images de diffusion? 2

43 Substance Grise et Blanche 2 Signal DIF Substance grise > Blanche ADC SG SB ( mm 2 /s) Dû à l hypersignal T2 de SG > SB

44 Pourquoi ne voit on pas les enveloppes graisseuses en diffusion? T2 (b=0 s/mm 2 ) Diffusion (b=1000 s/mm 2 ) Pour limiter les arterfacts de deplacements chimiques, les sequences commerciales utilisent toutes une methode de suppression de graisse.

45 Comment éviter cet artéfact? 3

46 3 1. Impossible car c est une diffusion 2. Augmenter la matrice 3. Repositionner la tête du patient 4. Arrêt des mouvements du patient 5. Inverser PHASE et FREQUENCE

47 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.

48 Susceptibilité magnétique Séquence EPI single shot Erreur codage phase Artefacts plus marqués dans le sens du codage de phase 3

49 Susceptibilité magnétique Autres techniques d acquisition Si on tient à utiliser l écho-planar EPI + imagerie parallèle ( Bdw, TE) Cas 1 Cas 2 Remarque : Tout ce qui réduit le TE, réduit les artéfacts de susceptibilité magnétique car moins de déphasage TE = 120 ms TE = 86 ms

50 Quelle est la différence entre ces deux acquisitions?

51 Que s est il passé? 4 T2 : b=0 Diffusion ADC

52 Direction 1 Direction 2 Direction 3 4 Image moyennée

53 Concernant la séquence de diffusion (QRM)? A.Elle repose habituellement sur une acquisition en écho planar B.Elle est habituellement acquise après injection de Gadolinium C.Elle est peu sensible aux artefacts de susceptibilité magnétique D.Elle est insensible aux mouvements E.Est acquise par application de deux lobes de gradients placés de part et d autre du pulse de 180 d une séquence en spin écho Réponse A, E

54 Concernant l imagerie de diffusion (b=1000 s/mm 2 ), QRM A. Un voxel dont la diffusion est élevée a un signal qui chute entre b=0 s/mm 2 et b=1000 s/mm 2 B. Est habituellement acquise par application des gradients de diffusion dans 3 directions de l espace C. Les artefacts de susceptibilité magnétique sont plus marqués dans le sens du codage de fréquence que dans le sens du codage de phase. D. Est une image pondérée en T2 E. Est habituellement couplée à une image sans gradient de diffusion Réponse A, B, D, E

55 Concernant l ADC, quelles sont la (les) proposition(s) vraie (s) A. S exprime en mm 3 /s B. Diminue quand les mouvements des molécules d eau sont restreints C. Son calcul nécessite une acquisition pondérée en T1 D. Dans un milieu isotrope, atténuation du signal = e -b.adc E. Son calcul nécessite au minimum des acquisitions à 3 valeurs de b différentes Réponse B, D

56 Conclusion Fin du XX ème siècle Début du XXI ème siècle