Diffusion : Technique 1. 1. Connaître les principes 2. Comprendre lintérêt de la quantification...

Diffusion : Technique

1.1. Connaître les principes 2. Comprendre l’intérêt de la quantification3.3. Reconnaître certains artéfacts

Pr Catherine Oppenheim

Département d’Imagerie Morphologique et Fonctionnelle, Pr Meder, CH Sainte-Anne,

PARIS

QCM 20111. 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.

Séquence IRM

T2 T2 « rapide »

Pixel < 1 mm2

T1 Diffusion

Pixel : 6 mm2

Principes

Séquence IRM

T2 Diffusion

Signal du Liquide Cérébrospinal

Principes

• Mouvements des molécules d’eau

Qu’est ce que la diffusion ?Principes

• Mouvements des molécules d’eau

Qu’est ce que la diffusion ?Principes

• r 2 = 2Dt équation d ’Einsteinavec D = 10-3 mm2/s,

t 100 msec

• Effets de la diffusion sur le signal IRM [1]

r quelques microns

[1] Hanh. Phys res, 1950

Séquence de diffusion

90° 180° Echo

G G

b= 2G22( - /3)

TE/2 TE/2

• Si proton immobile :

déphasage = rephasage => signal inchangé

• Si proton mobile : déphasage

Mouvements aléatoires Rephasage imparfait

Atténuation du signal (SA)

Séquence de Diffusion

T2 Diffusion

Principes

Séquence de Diffusion

T2 Diffusion

Principes

b=0 s/mm2 b=400b=200 b=600 b=1000

diffusion élevée : hyposignal

diffusion restreinte : hypersignal relatif

b = 2G22( - /3)

Comment faire ?

b =1000 s/mm2

Ln

(Sig

nal)

Tissu sain

T2

Liquide

lésion

Diffusion

g

Pente de la droite = Coefficient de Diffusion

Coeff. de DiffusionCoeff. de Diffusion

380.10-6 mm2/s740.10-6 mm2/s

Principes

10/26

r2 = 2Dt où D = …… mm2/s,

SA = e-b.ADC

Mais

• 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

• Atténuation ne varie pas linéairement en fonction de b

Gradients sup-infDroite-gauchePost-antérieur

Diffusion isotrope

Diffusion isotrope et anisotrope

– Isotrope : mouvements identiques dans toutes les directions de l’espace

– Anisotrope (Substance blanche) :

• Taille et densité des fibres • Orientation cohérente des axones

voxel isotrope

voxel anisotrope

Principes

e1

e2

e3

Le tenseur de diffusion

• Voxel isotrope

SDiff=S0e-bD

référentiel [x, y, z] 1 0 00 2 00 0 3

e1

e3

e2D =Dxx Dxy

Dxz

Dyx Dyy

Dyz

Dzx Dzy

Dzz

Diffusivité moyenne = (1 + 2 + 3)/3 = ADC vrai

Voxel anisotrope

SDiff=S0e-bD

e1

e2

e3

x

y

z

Dxx Dxy Dxz

DyzDyy

Dzz

Principes

Cartes d’anisotropie

Anisotropie fractionnelle0 = Isotropie1 = Anisotropie

Principes

i

2i

i

2

i

λ

λλ

2

3FA

[1] Melhem, AJR 2002

Principes

[1]

Tractographie 3D

[1]

Quelle séquence ?

• Minimum : b0 + 6 … 55 … 512 directions

• Valeur de b : 0 … 1000 … 10000 s/mm2

• Durée : 40’’ à 1 heure

6 directions55 directions

b = 800 b = 200040 secondes

Principes

20/44

… calcule t’on l’ADC ?

Quand

Comment

Pourquoi

21/44

Séquence de DIFFUSION

• Signal dépend des mouvements des molécules d’eau

HYPO SIGNALADC élevé

HYPER SIGNALADC bas

Principes

22/44

ADC diminué Hypersignal Diffusion

T2-shine through

T2

ADC

ADCT2 (b=0 s/mm2)

Si hypersignal T2/FLAIR et Diffusion …

+

+

Le calcul d’ADC est indispensable !Le calcul d’ADC est indispensable !

24/44ADCT2

ADC augmenté Hyposignal Diffusion

T2- black-out

T2

ADC

25/44ADCT2/FLAIR Diffusion

ADC normalDiffusion Normale

T2 wash-out

T2 ADC

26/44

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 +++

27/44

• Les cellules gonflent– Œdème intracellulaire

(ischémie)

• Hypercellularité

– Certaines tumeurs

• La viscosité augmente

– Abcès

La diffusion (ADC) diminue si …

28/44

• Les cellules gonflent– Œdème intracellulaire

(ischémie)

• Hypercellularité

– Certaines tumeurs

• La viscosité augmente

– Abcès

La diffusion (ADC) diminue si …

29/44

• Les cellules gonflent– Œdème intracellulaire

(ischémie)

• Hypercellularité

– Certaines tumeurs

• La viscosité augmente

– Abcès

La diffusion (ADC) diminue si …

30/44

• Les cellules gonflent– Œdème intracellulaire

(ischémie)

• Hypercellularité

– Certaines tumeurs

• La viscosité augmente

– Abcès

• Œdème post critique

La diffusion (ADC) diminue si …

31/44

• Eau extracellulaire

• Destruction tissulaire

– Gliose

– Démyélinisation

• Contenu liquidien

– Kyste arachnoïdien

– Nécrose tumorale

La diffusion (ADC) augmente si …

32/44

• Eau extracellulaire

• Destruction tissulaire

– Gliose

– Démyélinisation

• Contenu liquidien

– Kyste arachnoïdien

– Nécrose tumorale

La diffusion (ADC) augmente si …

33/44

• Eau extracellulaire

• Destruction tissulaire

– Gliose

– Démyélinisation

• Contenu liquidien

– Kyste arachnoïdien

– Nécrose tumorale

La diffusion (ADC) augmente si …

34/44

• Eau extracellulaire

• Destruction tissulaire

– Gliose

– Démyélinisation

• Contenu liquidien

– Kyste arachnoïdien

– Nécrose tumorale

*

*

La diffusion (ADC) augmente si …

35/44

• Eau extracellulaire

• Destruction tissulaire

– Gliose

– Démyélinisation

• Contenu liquidien

– Kyste arachnoïdien

– Nécrose tumorale

La diffusion (ADC) augmente si …

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

temps

24-48h24-48hAiguAigu ChroniqueChronique

Diffusion et Ischémie ?

> 1-2 semaines

Concernant l’ADC, quelle est la proposition vraie?

1.

2. Est diminué dans une séquelle ischémique

1

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 ischémique

1

Ln Signal

b =0 b =1000

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 ischémique

1

Log signal

b=0 b=1000

ADC

5. ADC Fiable même pour les petites lésions ischémique FAUX

1

Log signal

b=0 b=1000

ADC

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

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

3

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

Susceptibilité magnétique• Séquence EPI single shot

– Erreur codage phase – Artefacts plus marqués dans le sens du

codage de phase

3

• Autres techniques d’acquisition : – Si on tient à utiliser l’écho-planar

• EPI + imagerie parallèle SENSE ou ASSET ( Bdw, TE)

Susceptibilité magnétique

Diffusion sans ASSET

TE = 120 ms

Diffusion avec ASSET

TE = 86 ms

Cas 1 Cas 2 Remarque : Tout ce qui réduit le TE, réduit les artéfacts de susceptibilité magnétique car moins de déphasage

antenne multicanaux antenne

multicanaux

Artéfacts

Diffusion ADCADCT2 : T2 : bb=0=0

Que s’est il passé ? 4

Image moyennée

Direction 1 Direction 3Direction 2

4

QCM 20111. 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 20111. 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