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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 …
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• 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