Imagerie Rapide : EG et EPI

Report
Imagerie Rapide :
EG et EPI
E. de Kerviler, D. Hoa
Storing data in k-space
many radiofrequency signals
Tacq = TR x Ny x Nacc
“ raw data space”
Echo de
Gradient
Tacq = TR x Ny x Nacc
Turbo x SENSE
Echo
Planar
Imagerie
parallèle
Echo de Gradient

Différences avec l’écho de Spin
– Angle de bascule ≤ 90°
– Absence d’impulsion de 180°
Echo de Spin
90°
RF
Echo de gradient
RF
α
180°
Gradient Echo

Simplest sequence
– alpha flip-gradient recalled echo

3 parameters
– TR
– TE
– flip angle


Reduced SAR
Artifact prone
post-surgical
change
“blooming”
artifact
Gradient Echo
dephase
gradient
rephase
signal

RF pulse
FID
gradient recalled
echo
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
K-space view of the gradient
and spin echo imaging
Ky
1
2
3
.
.
.
.
.
.
.
n
Ky
1
2
3
.
.
.
.
.
.
.
n
Kx
Echo de gradient
RF




TR
TE
Tacq = TR x Ny x Nacc
TR le plus court possible
Le contraste en écho de
Gradient
L’angle de bacule
Le temps d’écho
Déphasage dans le plan
transversal : EG vu du ciel
y
y
Mxy
dephase
z
x
Mxy
phase coherency
z
x
phase dispersion
Déphasage dans le plan
transversal : EG vu du ciel
y
y
Mxy
z
phase dispersion
rephase
x
z
x
Mxy
phase coherency
Minus T2* decay
Echo de gradient

Modifier l’angle agit
sur :
– La proportion
d’aimantation
basculée
– La durée (TR) pour la
repousse de
l’aimantation
90°
30°

Décroissance de
l’aimantation
transversale liée à :
– La relaxation T2
– Les hétérogénéités du
champ magnétique
Gradient Echo
changing TE
TE 9
FA 30
susceptibility effect
TE 30
FA 30
T2* weighting
Gradient Echo
changing angle & TE
TE 20
FA 15
TE 13
FA 50
RF
T2*
TR > T2*
RF
RF
Spoiler
TR < T2*
TR < T2*
Etat d’équilibre de l’aimantation
transversale résiduelle
Destruction de l’aimantation
transversale résiduelle
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
Gradient Echo
changing TE
TE 13.42
in-phase
TE 15.66
opposed-phase
Angle de Ernst

Pour un angle de bascule et un T1
donnés, il existe un TR optimal pour
obtenir un maximum de signal
Signal
T1= 800 ms
1000 ms TR
500 ms TR
200 ms TR
50 ms TR
a Ernst = arc cos e - TR T
1
100o
Excitation angle
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
Exemples
Abdomen en apnée
Out of phase
In phase
 Effacer le signal d’un foie stéatosique
Imagerie T1 3D dynamique
… 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
Exemples
TurboFLASH
MP-RAGE
EG avec équilibre de
l’aimantation transversale


Contraste mixte de type T2/T1
Acronymes
– GE : MPGR
– Philips : FFE
– Siemens : FISP
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
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
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
Excitation alternante
Les tissus avec haut T2/T1 (blanc) sont en hypersignal (sang, graisse, liquides)
Régime d’équilibre
… Encore plus pondéré T2

Mélange de 2 séquences pondérées en
T2
– FISP + PSIF = DESS
– TrueFISP + TrueFISP = CISS

Indications : Liquides, articulations
DESS
CISS
SÉQUENCES EN ECHO
PLANAR
Echo Planar (EPI)

3 types de remplissage du plan de
Fourier
– Non-blipped EPI
– Blipped EPI
– Spiral EPI

Imagerie ultra-rapide
Echo planar (non-blipped)
RF


TR
TE
effectif
Dans cet exemple, imagerie « Single shot » :
tout le plan de Fourier rempli en un TR
Trajectoire dans l’espace
k du "blipped" EPI
TE
Rf
Gs
Gp
Gr
adc
eff
Spiral EPI
Gradients = 0 au centre du plan de Fourier
Moins d’artefacts de flux
RF
t=0
Gx
Gy
Gz
t = TE
Non-blipped
Blipped
Spiral
Distorted EPI Images
with Imperfect x-Shim
Echo Planar : Quelle
pondération ?
RF
RF




SS = T2




MS = T1 ou T2
Echo planar : ES vs EG
EPI
ES
RF
90°
180°
EG
ES
Signal
Glec
TE
effectif
Décroissance du signal par relaxation T2
EG
Plan de Fourier
Artéfacts en EPI




Artéfacts N/2
Déplacement chimique eau - graisse
Artéfact de susceptibilité magnétique
Distorsions géométriques
(courants de Foucault, ou eddy
currents)
EPI et bande passante
Lecture des
colonnes  100 ms
=> BP phase = 1/0,1 =
10Hz/pixel
Lecture d’une ligne 1 ms
=> BP=128/0,001=128000 Hz/pixel
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
Mauvaise saturation
de graisse
Saturation de graisse
et mauvais shim
Saturation de graisse
et bon shim
Déplacement chimique
EPI avec FatSat
EPI sans FatSat
EPI : applications

Diffusion
– AVC, abcès, tumeurs …
– Tractographie
– Corps entier

Perfusion
– BOLD
– Gado

Imagerie ultra-rapide
Imagerie de diffusion
b 1000
CDA
Tenseur de diffusion
(glioblastome)
Tracking FA>0.25,base is T2W
Tumeurs
Diffusion normale
Diffusion restreinte
Diffusion accrue
Diffusion corps entier
Myélome stade III
IMAGERIE PARALLÈLE
Imagerie cérébrale
1 antenne tête 8 canaux
8 éléments = 8 antennes
Signal enregistré 8 fois
S/B x √8
Remplissage du plan de
FourierKy
=
N x TR
N : Nombre de lignes de
phase
Phase
Temps pour remplir la
totalité du plan de
Fourier
Read TR/line
Kx
Remplissage du plan de
FourierKy
Temps pour remplir la
totalité du plan de
Fourier
N x TR / n
N : Nombre de lignes de
Phase
n : nombre d’éléments
d’antenne
Phase
=
Read TR/line
Kx
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
En IRM, quand le FOV est supérieur à l’objet
nous observons une reproduction fidèle de
l’image.
image
objet
Imagerie abdominale
2 antennes 6 canaux
+
+
=
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
Phase
“réel”
“repliement”
image
objet
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
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
Imagerie // : Parallel
Acquisition Technique
Le SENSE permet de « déplier » l’image
Comment ça marche ?
Reconstruction:
SENSE
Données repliées
+
Carte de sensibilité
GRAPPA
Acquisition:
GRAPPA :
Suppression de l’aliasing “à la source” dans la matrice 2D (espace k)
Ant1
Ant2
SENSE
SMASH
SENSE :
suppression de l’aliasing “dans l’image” après double TF
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
Avantages


Rapidité
Résolution
Résolution
= 1 x 2 x 4 mm3
durée : 17 s
Sans SENSE :
apnée 24 s.
Avec SENSE :
apnée 12 s.
Résolution
= 1 x 2 x 2 mm3
durée : 17 s
Replié
Inconvénients




Mal
Rapport S/B
déplié
Artefacts
Temps de reconstruction
Plan de coupe
1/2 FOV
Temps / 2
1/3 FOV
Temps / 3
1/4 FOV
Temps / 4
Facteur 1
Facteur 3
Facteur 2
Facteur 4
Artefacts d’imagerie //
FOV carré 250mm
FOV rectangulaire 125mm
SENSE
GRAPPA
FOV carré 350mm
FOV rectangulaire 175mm
SENSE
GRAPPA
Conclusion

Imagerie ultra-rapide
– 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

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