Ramiro Moreno, PhD. Institut des Maladies Métaboliques et Cardiovasculaires (I2MC), U1048 Inserm, CHU de Rangueil, Toulouse

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1 Protocoles IRM et CT compatibles aux applications par mécanique des fluides développées par le projet Optimised Computational Functional Dynamics for Arteries (OCFIA) Ramiro Moreno, PhD Institut des Maladies Métaboliques et Cardiovasculaires (I2MC), U1048 Inserm, CHU de Rangueil, Toulouse Service de Radiologie, CHU de Rangueil, Toulouse Protocoles décrits dans ce document : I. Protocole IRM pour l analyse segmentaire des ventricules (Droit et Gauche) 2 II. Protocole IRM flux 4D pour l étude par mécanique des fluides 4 III. Protocole IRM flux 2D pour l étude par mécanique des fluides d une aorte 5 IV. Protocole CT pour l étude par mécanique des fluides 7 Décembre

2 I. Protocole IRM pour l analyse segmentaire des ventricules (Droit et Gauche) Temps estimé d examen : 20 min. Ces acquisitions sont assez courantes pour l étude de la fonction cardiaque et sont disponibles sur tout appareil IRM moderne. Les conseils présentés ci-dessous cherchent à d optimiser cette pratique pour que les images puissent avoir une double utilité : la radiologie diagnostique et les nouvelles applications en modélisation numérique. Les IRM cardiaques sont réalisées au CHU de Rangueil avec les appareils Magnetom Avanto 1,5T (Siemens, Erlangen, Allemagne) ou Ingenia 1,5T (Philips Healthcare, Eindhoven, Pays-Bas). Voici quelques conseils : 1. L utilisation des séquences «ciné» habituelles est fortement conseillée 2. Imposer des coupes jointives (gap=0) 3. Effectuer suffisamment de coupes (en petit axe) afin de couvrir complètement les volumes à analyser (VD et VG) de la base à l apex. Penser que les images vont 2

3 servir à une reconstruction 3D. 4. Un nombre important de phases cardiaques (35-40) permet d avoir une bonne résolution temporelle du cycle cardiaque et évite certains artéfacts. 5. Les apnées doivent être reproductibles afin d avoir un ensemble de données continu et cohérent en 4D. Pour cela, éviter des apnées trop longues (<15s), ou imposer un navigateur respiratoire. Paramètres de séquence : BodyPartExamined (0018,0015) HEART ScanningSequence (0018,0020) GR SequenceVariant (0018,0021) SK ScanOptions (0018,0022) PFP MRAcquisitionType (0018,0023) 2D SliceThickness (0018,0050) 6 RepetitionTime (0018,0080) EchoTime (0018,0081) NumberofAverages (0018,0083) 1 ImagingFrequency (0018,0084) EchoNumbers (0018,0086) 1 MagneticFieldStrength (0018,0087) 1.5 SpacingBetweenSlices (0018,0088) 6 NumberofPhaseEncodingSteps (0018,0089) 113 EchoTrainLength (0018,0091) 10 PercentSampling (0018,0093) PercentPhaseFieldofView (0018,0094) 100 PixelBandwidth (0018,0095) 723 ProtocolName (0018,1030) cine Petit Axe SENSE TriggerTime (0018,1060) 140 LowR-RValue (0018,1081) 653 HighR-RValue (0018,1082) 855 IntervalsAcquired (0018,1083) 70 HeartRate (0018,1088) 85 ReconstructionDiameter (0018,1100) ReceiveCoilName (0018,1250) MULTI COIL AcquisitionMatrix (0018,1310) 0\124\113\0 In-planePhaseEncodingDirection (0018,1312) ROW FlipAngle (0018,1314) 60 SamplesperPixel (0028,0002) 1 Rows (0028,0010) 240 Columns (0028,0011) 240 PixelSpacing (0028,0030) \ Unknown (2001,1017) 40 (cardiac phases) 3

4 II. Protocole IRM flux 4D pour l étude par mécanique des fluides Temps d examen : 50 min. La séquence IRM flux 4D développé par M. Markl à Freiburg (cf image ci-dessous) convient aux études par mécanique des fluides (CFD) dans les cavités cardiaques ou l aorte. Elles sont idéales pour les applications numériques car l information recueillie permet de définir les conditions limites lors des modélisations selon la méthode OCFIA ( Actuellement cette séquence est en développement chez Siemens, le CHU de Rangueil a une version recherche mais elle est désormais commercialisée en Europe comme une application Siemens (WIP). L image ci-dessus illustre cette séquence qui mesure le 4

5 champ de vitesse selon trois directions d encodage. Ceci permet de reconstruire immédiatement un champ d écoulement mesuré et permet d estimer des grandeurs dérivées, comme le wall shear stress (WSS), avec la résolution spatiale des images. La résolution des équations de mécanique des fluides dans un domaine numérique défini à partir d un examen IRM flux 4D, permet de calculer le champ de vitesses V et de pression P qui est cohérent du point de vue biomécanique pour le volume étudié. La CFD permet de modéliser le champ d écoulement avec une bien meilleure résolution spatiale que celle obtenue avec les mesures IRM initiales. Cette précision est nécessaire pour décrire correctement les variables dérivées. III. Protocole IRM flux 2D pour l étude par mécanique des fluides d une aorte Temps d examen : 25 min. Les centres qui ne disposent pas du protocole IRM flux 4D mentionné plus haut, sont invités à effectuer un protocole de remplacement qui permet de configurer correctement la modélisation numérique proposée dans OCFIA. 1. Une séquence d angiographie par résonance magnétique avec produit de contraste (ARM 3D) 2. Une séquence multicoupes couvrant le volume à modéliser, du type ciné, avec le même centrage que l ARM 3D. Cette séquence est analogue à celle décrite dans le Protocole IRM pour l analyse segmentaire des ventricules (Droit et Gauche) décrit au début, mais cette fois ci s intéressant au volume aortique. 3. Des mesures de vitesses en entrée et en sortie du volume à modéliser, au moyen d une séquence du type contraste de phase habituelle. Dans ce cas, la section mesurée doit être perpendiculaire au plan de coupe. Si le mouvement de paroi est négligeable, on peut se passer de la séquence (2) de ce protocole. 5

6 La définition du domaine numérique dépend fortement de la qualité de l ARM 3D (1). Une attention particulière est portée au temps de déclenchement de la séquence (avec gado) afin d acquérir une opacification homogène sur l ensemble du volume (aortique) à étudier. Un exemple est donné ci-dessous avec les paramètres de séquence utilisés au CHU de Rangueil. Paramètres de séquence : Modality (0008,0060) MR Manufacturer (0008,0070) SIEMENS StudyDescription (0008,1030) ANGIO AORTE^STD SeriesDescription (0008,103e) fl3d-obl SAG_post_TT=1.0s ManufacturersModelName (0008,1090) Avanto Contrast_BolusAgent (0018,0010) MULTIHANCE ScanningSequence (0018,0020) GR SequenceVariant (0018,0021) SP\OSP ScanOptions (0018,0022) PFP MRAcquisitionType (0018,0023) 3D SequenceName (0018,0024) *fl3d1 SliceThickness (0018,0050)

7 RepetitionTime (0018,0080) 3.02 EchoTime (0018,0081) 1.08 NumberofAverages (0018,0083) 1 ImagingFrequency (0018,0084) EchoNumbers (0018,0086) 1 MagneticFieldStrength (0018,0087) 1.5 NumberofPhaseEncodingSteps (0018,0089) 222 EchoTrainLength (0018,0091) 1 PercentSampling (0018,0093) 96 PercentPhaseFieldofView (0018,0094) PixelBandwidth (0018,0095) 560 TriggerTime (0018,1060) TransmitCoilName (0018,1251) Body AcquisitionMatrix (0018,1310) 0\320\278\0 In-planePhaseEncodingDirection (0018,1312) ROW FlipAngle (0018,1314) 25 Rows (0028,0010) 320 Columns (0028,0011) 290 PixelSpacing (0028,0030) 1.25\1.25 IV. Protocole CT pour l étude par mécanique des fluides Temps d examen : 5 min La définition du domaine numérique à partir d un examen CT est conditionnée par la qualité de ce dernier. Etant donné qu aucune information de flux n est mesurable directement en scanographie, nous disposons de méthodes de modélisation spécifiques. N étant pas l objectif de ce recueil, nous allons définir uniquement les paramètres d acquisition. En principe, les séquences utilisées en radiologie diagnostique conviennent parfaitement à condition de respecter les conditions suivantes : 1. Que le volume à modéliser soit entièrement couvert par l acquisition CT 2. Que l examen soit fait avec produit de contraste (APC) afin d augmenter le contraste de la lumière circulante. 3. Que l épaisseur de coupe soit assez fine pour reproduire un volume en 3D 7

8 (exemple 2 mm). 4. Il est souhaitable que l examen soit synchronisé à l ECG afin d éviter des artéfacts de flou cinétique (des parties du volume en systole et d autres en systole). Dans l idéal, le volume est obtenu en diastole (100% de dose), la dose est de 20% pendant le reste du cycle. 5. Pour les examens cherchant à modéliser le mouvement des parois (cœur et/ou aorte), il est indispensable d effectuer un examen synchronisé à l ECG avec une dizaine de phases cardiaques avec un protocole full dose (attention à la dose patient). Un exemple d une aorte thoracique traitée par stent-graft est donné dans la figure cidessous, plus bas les paramètres pour cette séquence d acquisition. Exemple des paramètres ImageType (0008,0008) ORIGINAL\PRIMARY\AXIAL\CT_SOM5 SPI Modality (0008,0060) CT 8

9 Manufacturer (0008,0070) SIEMENS StudyDescription (0008,1030) Thorax^THORACOABDOPELV_SANS_AVEC_ (Adulte) SeriesDescription (0008,103e) TAP vx coupes fines médiastin ManufacturersModelName (0008,1090) Sensation 16 BodyPartExamined (0018,0015) CHEST SliceThickness (0018,0050) 2 KVP (0018,0060) 140 DataCollectionDiameter (0018,0090) 500 ProtocolName (0018,1030) THORACOABDOPELV_SANS_AVEC_ Contrast_BolusIngredientConcentration (0018,1049) 300 ReconstructionDiameter (0018,1100) 380 DistanceSourcetoDetector (0018,1110) 1040 DistanceSourcetoPatient (0018,1111) 570 ExposureTime (0018,1150) 500 X-rayTubeCurrent (0018,1151) 252 Exposure (0018,1152) 210 FocalSpots (0018,1190) 1.2 ConvolutionKernel (0018,1210) B30f Rows (0028,0010) 512 Columns (0028,0011) 512 PixelSpacing (0028,0030) \