Jérôme Yerly, PhD CIBM/CHUV/MR. Première partie des examens de FMH en radiologie

Transcription

1 Jérôme Yerly, PhD CIBM/CHUV/MR Première partie des examens de FMH en radiologie

2 Diapositives du cours Links «Lectures FMH» Ressources Supplémentaires: Links «Understanding MRI» «Comprendre l'irm : Manuel d'auto-apprentissage» Bruno Kastler, Daniel Vetter, Zoltan Patay, Philippe Germain

3 Le cours sera composé de 3 leçons de 1h45min chacune, avec 15 minutes de pause chaque lecture Composition de l appareillage - Principes de la relaxation - Production d image et reconstruction Rapport signal-bruit - Séquences d imagerie - Effet de flux Produits de contraste - Artefacts - Effets secondaires & dommages éventuels liés à l IRM Réponses Générales Présentations disponibles sur le site internet: Links «Lectures FMH»

4 Composition de l appareillage Aimantation, gradients et antennes Principes de la relaxation Precession, excitation, et relaxation Production d image et reconstruction

5 Aimant: B 0 Gradients: G Antennes: B 1, RF

6 µ µ µ µ µ µ µ µ µ µ µ µ B 0 Σμ 0 M z0 0

7 Relation unissant l intensité du champ magnétique et la fréquence de résonance des spins selon : 0 B 0 Intensité du champ magnétique [T] Vitesse angulaire [MHz] Rapport gyromagnétique propre à chaque catégorie d atome [MHz/T]. 1 H: 42.6 MHz/T 13 C: 19.7 MHz/T 19 F: 40.1 MHz/T

8 M z M 0 cos( ) M 0 z α M B 1 y x B 0 M xy M 0 sin( ) z y x

9 M 0 M z z α M M z (t) y M xy x t M z (t) (M 0 cos( ) M 0 )e t T 1 M 0

10 M 0 M z z α M M xy (t) y M xy x t M xy (t) M 0 sin( )e t T 2

11 Le signal mesurable est une sinusoïde amortie par une exponentielle de temps T2. S N z y x Bobine (Antenne de réception)

12 Localisation spatiale du signal 1. Sélection d un plan de coupe 2. Codage de phase 3. Codage de fréquence y C 1 C 2 C 3 ω 1 ω 2 ω 3 y Φ 1 Φ 1 Φ 1 L 1 ω 1 ω 2 ω 3 ω 1 ω 2 ω 3 B z G p Φ 2 Φ 2 Φ 2 Φ 3 Φ 3 Φ L 2 L 3 x G r x

13 Les signaux IRM mesurés à partir de chaque étape de codage de phase sont stockés dans une matrice de données brutes, connue sous le nom d'espace k ou d'espace de Fourier. y k-space x

14 Une transformation de Fourier bidimensionnelle de cette matrice résulte en la reconstruction de l'image. k-space 2D FT

15 Rapport signal-bruit Séquences d imagerie Effet de flux QCMs

16 Rapport signal-bruit Bruit Signal Séquences d imagerie Effet de flux QCMs

17 Variations aléatoires du signal ne comportant pas d information considérée utile et d origines diverses (la chaîne d instrumentation, thermique, mouvement ).

18 Exemples: Signal Bruit

19 Signal/bruit Rapport entre l intensité du signal étudié et l écart type du bruit de fond. Plus ce rapport est élevé, meilleure est la qualité d image. Image

20 Rapport entre l intensité du signal étudié et l écart type du bruit de fond. Plus ce rapport est élevé meilleure est la qualité d image. Signal sur bruit élevé

21 Signal/bruit Augmente en même temps que l intensité de B T 3T B 0

22 Rapport entre la différence d intensité de signal séparant deux objets et l écart type du bruit de fond. Meilleur est ce rapport, meilleure sera la résolution en contraste de l image.

23 Rapport signal-bruit Séquences d imagerie Séquence d écho de spin (et variations) Séquence d écho de gradient (et variations) Saturation des graisses Effet de flux QCMs

24 Ici nous avons deux images du même objet. Les paramètres d imagerie (fstop, vitesse d'obturation) sont différents, donc l'image de droite montre plus de profondeur..

25 Pondération T2 Pondération T1 FLAIR Pondération densité de protons Cet exemple montre quatre images du même sujet qui ont été acquises avec différentes séquences d'imagerie. En conséquence, les images ont des contrastes différents. Yi-Cheng Zhu et al. Stroke. 2011;42:

26 IRM coronale de kyste simple du rein droit. A) Pondérée en T2, spin echo (TR/TE, 2053/80ms; FOV, 36 cm) B) Pondérée en T1, gradient echo (TR/TE, 228/3.5ms; FOV, 36 cm) C) Pondérée en T1, gradient echo, haute résolution, avec gadolinium (TR/TE, 3.13/1.52ms; FOV, 40 cm) Les images révèlent un simple kyste (flèche) dans la partie médiane du rein droit

27 Séquence constituée d une impulsion radiofréquence initiale de 90 suivie par une impulsion de 180 à un temps TE/2 qui permettra le rephasage des spins et l apparition d un écho au temps TE. Echo

28 1.) Sélection de coupe à t=0 (Impulsion 90 ). G s z RF 90 z 90 G s t x t=0 y

29 Signal 2.) Déphasage (courbe en T 2 * pendant TE/2). y z x y x T 2 * 0 t

30 3.) Impulsion 180 à t=te/2. RF 180 G s t z t=te/2 x y

31 Signal 3.) Refocalisation à t=te. x z t = TE y TE y x t

32 Signal RF G s t z z z z x x x x y y y y TE/2 TE/2 T 2 T 2 * t t=0 t=te/2 écho de spin t=te

33

34 Temps de répétition TR et temps d écho TE TR RF G s Signal t TE

35 TR RF G s G r G p Signal t PLAN DE FOURIER

36 TE RF G s G r G p Signal T 2 t PLAN DE FOURIER

37 Inversion RF TI (temps d inversion) G s G r G p Signal Mz T1 court T1 long

38 Inversion RF TI G s G r G p Signal Mz T1 court T1 long

39 Inversion RF TI G s G r G p Signal Mz T1 court T1 long

40 1.) t=0: Application de l impulsion de 90 qui bascule l aimantation dans le plan transversal et qui doit coïncider avec G s. 2.) Gradient de codage de phase G p (codage des lignes de la matrice dans le plan de Fourier). 3.) t=te/2: application de l impulsion de ) t=te: gradient de lecture G r bipolaire qui doit coïncider avec la réapparition du signal par écho de spin. 6.) t=tr: répétition de la séquence.

41 Séquence constituée d une impulsion radiofréquence initiale (d un angle de bascule généralement inférieur à 90 ) suivi de l inversion de polarité du gradient de lecture (gradient bipolaire) qui permettra le rephasage des spins et l apparition d un écho au temps TE.

42 1.) Sélection de coupe à t=0 (Impulsion <90 ). G s z RF 30 z 30 G s t x y

43 2.) Déphasage (courbe <T 2 * - accélérée par le gradient de lecture G r ). z RF 30 x G s y G r Signal t <T 2 *

44 3.) Rephasage des déphasages induit par le même gradient. z RF 30 x G s y G r Signal T 2 * t écho de gradient

45 Temps d écho TE. z RF 30 TE x G s y G r Signal T 2 * t écho de gradient

46 Temps de répétition TR. T R T R RF 30 TE Spoiler G s G r Signal t t=0 t=te t=tr

47 TR RF 30 TE G s G r G p Signal t PLAN DE FOURIER

48 1.) t=0: Application de l impulsion de <90 qui bascule l aimantation dans le plan transversal et qui doit coïncider avec G s. Les spins sont en phase. 2.) Gradient de codage de phase G p (codage des lignes de la matrice dans le plan de Fourier). 3.) Gradient de lecture G r bipolaire équilibré. 4.) t=te: les spins sont rephasés, l écho de gradient apparaît. 5.) t=tr: Répétition de la séquence.

49 TR RF 60 TE 60 G s G r G p Signal <T 2 * t PLAN DE FOURIER

50

51

52

53

54 TR Court Long TE Court Long Image pondérée en T1 - Image pondérée par la densité des protons Image pondérée en T2

55 Les séquences de saturation des graisses permettent de supprimer la composante graisseuse des tissus stationnaires dans les régions qui en contiennent beaucoup. On réalise cela en incorporant dans la séquence une impulsion sélective centrée exactement sur le pic de résonance de la graisse. Graisses Protons 0-220Hz (1.5T) 0-440Hz (3T) 0

56 RF G s G r G p Signal Signal protons eau + graisses! Mz Graisses Protons de l eau

57 Saturation des graisses RF G s G r G p Signal Signal protons eau! Mz Graisses Protons de l eau

58 œdème Protons Graisses 0-220Hz (1.5T) 0-440Hz (3T) 0

59 Rapport signal-bruit Séquences d imagerie Effet de flux Flux & IRM Temps de vol & angiographie QCMs

60

61 Un flux est caractérisé par: sa vitesse son accélération sa direction coupe, épaisseur Δz vitesse v vaisseau & sang

62 Absence de signal: Phénomène de sortie de coupe. Les protons quittent le plan de coupe (bleu) entre l impulsion 90 et l impulsion 180. Seuls les protons ayant subi les deux impulsions peuvent engendrer un écho de spin. Les protons stimulés par l impulsion 90 (violet) quittent totalement le plan de coupe avant l impulsion 180 et sont remplacés par des protons n ayant pas d aimantation transversale (pas de signal). TE/ coupe t Image vesseau «noir»

63 Absence de signal: Phénomène de sortie de coupe. Image sang «noir» Technique d'écho de spin à sang noir pour visualiser la valve aortique

64 Renforcement du signal par afflux: Phénomène d entrée de coupe. Les protons stationnaires stimulés par les multiples impulsions 90 (bleu) sont partiellement saturés (signal diminué). Pendant l intervalle TR, il y a un renouvellement des protons circulant à travers le plan de coupe. Ce sont des protons «frais» et leur vecteur d aimantation longitudinal est maximal et par conséquent aussi le signal qu ils engendrent. Sang circulant TR Tissue Stationnaire (coupe) Phénomène de saturation du signal TR Image sang «blanc» t

65 TR t Mz stationnaire M z0 M sss Mz sang circulant M z0 Image sang «blanc» Tissue Stationnaire (coupe) Sang circulant

66 Renforcement paradoxal: Phénomène d entrée de coupe. Image sang «blanc» «Temps de vol»

67 Principe de l accroissement d intensité du signal des spins circulants qui entrent la coupe d IRM comparativement à l intensité des spins stationnaires (saturation partielle). Ce principe est à la base d une des techniques d angio-irm.

68 Avec l aimable autorisation de : Dr. Gerard Crelier