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Diffusion : Technique
1.1. Connaître les principes 2. Comprendre l’intérêt de la quantification2. 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
Séquence IRM
Principes
T2 T2 « rapide »
Pixel < 1 mm2
T1 Diffusion
Pixel : 6 mm2
Séquence IRMPrincipes
T2 Diffusion
� Signal du Liquide Cérébrospinal
• Mouvements des molécules d’eau
Qu’est ce que la diffusion ?Principes
• Mouvements des molécules d’eau
Qu’est ce que la diffusion ?Principes
Séquence de diffusion
90° 180° EchoTE/2 TE/2
G G
δ∆
δ
b= γ2G2δ2(∆ - δ/3)
�
�
�
• Si proton immobile :
déphasage = rephasage => signal inchangé
• Si proton mobile : déphasage
��
�
Mouvements aléatoires Rephasage imparfait
Atténuation du signal (SA)
Séquence de DiffusionPrincipes
T2 Diffusion
Séquence de DiffusionPrincipes
T2 Diffusion
b=0 s/mm2 b=400b=200 b=600 b=1000
Comment faire ?
� diffusion élevée : hyposignal
� diffusion restreinte : hypersignal relatif
b = γ2G2δ2(∆ - δ/3)
b =1000 s/mmb =1000 s/mmb =1000 s/mmb =1000 s/mm2222
Ln (
Sig
nal)
g
Pente de la droite = Coefficient de Diffusion
380.10-6 mm2/s740.10-6 mm2/s
Principes
SA = e-b.ADCLn
(S
igna
l)
T2 Diffusion
g
Coeff. de DiffusionCoeff. de Diffusion
10/26
r2 = 2Dt équation d ’Einstein où D = 10-3 mm2/s, t≈100 msec
Mais
• b faibles : diffusion
• Atténuation ne varie pas linéairement en fonction de b
• b faibles : diffusion rapide (perfusion capillaire) = follow sensitive ADC
• b élevée : flow insensitive ADC
Le Bihan Radiology 1988
Cartographie d’ADC
• Logiciel dédié
• En couleur ou noir et blanc • En couleur ou noir et blanc
• Pas d’influence du T2
• Quantification VRAIE de la diffusion
Quel matériel ?• Echo-planar (1 image < 100 ms) gèle les
mouvements macroscopiques
• Gradients > 20 mT/m, vitesse de commutation rapide
FLAIR Diffusion
G G∆
Gradients sup-inf Droite-gauche Post-antérieur
Diffusion isotrope
Diffusion isotrope et anisotrope
– Isotrope : mouvements identiques dans toutes les directions de l’espace
– Anisotrope (Substance blanche) :
voxel isotrope
Principes
– Anisotrope (Substance blanche) :• Taille et densité des fibres
• Orientation cohérente des axones
voxel anisotrope
Le tenseur de diffusion
• Voxel isotrope
SDiff=S0e-bD
Voxel anisotrope
Principes
référentiel [x, y, z]λλλλ1 0 00 λλλλ2 00 0 λλλλ3
e1
e3
e2D =Dxx Dxy Dxz
Dyx Dyy Dyz
Dzx Dzy Dzz
Diffusivité moyenne = (λ1 + λ2 + λ3)/3 = ADC vrai
Voxel anisotrope
SDiff=S0e-bD
xy
z
Dxx Dxy Dxz
DyzDyy
Dzz
Quelle séquence ?
• Minimum : b0 + 6 … 55 … 512 directions
• Valeur de b : 0 … 1000 … 10000 s/mm2
6 directions 55 directions
Principes
• Durée : 40’’ à 1 heureb = 800 b = 2000
40 secondes
Cartes d’anisotropiePrincipes
Anisotropie fractionnelle
0 = Isotropie1 = Anisotropie
( )∑
∑ −=
i
2i
i
2
i
λ
λλ
2
3FA
Principes
Tractographie 3D
[1]
[1] Melhem, AJR 2002
[1]
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[1]
Œdème cérébral
Œdème = augmentation de l’eau cérébrale
Normal ExtracellulaireIntracellulaire
Physiopathologie
Diffusion et œdème cérébralExtracellulaire
• = Vasogénique
Intracellulaire• = Cytotoxique
• Diffusion : Hyposignal• Réactionel (Tumeur …)• Réversible
• Diffusion : Hypersignal• Accident ischémique Artériel• Irréversible
Quand
Comment
Pourquoi
23/44
… calcule t’on l’ADC ?
Quand
Séquence de DIFFUSION
• Signal dépend des mouvements des molécules d’eau
Principes
24/44HYPO SIGNAL
ADC élevéHYPER SIGNAL
ADC bas
ADC diminué Hypersignal Diffusion
T2-shine through
T2
ADC
25/44ADCT2 (b=0 s/mm2)
Si hypersignal T2/FLAIR et Diffusion …
+
26/44
+
Le calcul d’ADC est indispensable !Le calcul d’ADC est indispensable !
ADC augmenté Hyposignal Diffusion
T2- black-out
T2
ADC
27/44ADCT2
ADC normalDiffusion Normale
T2 wash-out
T2 ADC
28/44ADCT2/FLAIR Diffusion
Comment le calculer ?
• Analyse visuelle des cartes d’ADC
• Ratio d’ADC +++• Pas de différences Dt/Gh entre régions
« miroir »
29/44
« miroir »
• Pas différence Homme/femme
• Variation selon l’âge
• Valeurs absolues (mm2/s)
• Si pas d’ADC : • Interprétation diffusion + T2 +++
• Les cellules gonflent– Œdème intracellulaire
(ischémie)
• Hypercellularité
La diffusion (ADC) diminue si …
30/44
• Hypercellularité
– Certaines tumeurs
• La viscosité augmente
– Abcès
• Les cellules gonflent– Œdème intracellulaire
(ischémie)
• Hypercellularité
La diffusion (ADC) diminue si …
31/44
• Hypercellularité
– Certaines tumeurs
• La viscosité augmente
– Abcès
• Les cellules gonflent– Œdème intracellulaire
(ischémie)
• Hypercellularité
La diffusion (ADC) diminue si …
32/44
• Hypercellularité
– Certaines tumeurs
• La viscosité augmente
– Abcès
• Les cellules gonflent– Œdème intracellulaire
(ischémie)
• Hypercellularité
La diffusion (ADC) diminue si …
33/44
• Hypercellularité
– Certaines tumeurs
• La viscosité augmente
– Abcès
• Œdème post critique
• Eau extracellulaire �
• Destruction tissulaire– Gliose
La diffusion (ADC) augmente si …
34/44
– Gliose
– Démyélinisation
• Contenu liquidien– Kyste arachnoïdien
– Nécrose tumorale
• Eau extracellulaire �
• Destruction tissulaire– Gliose
La diffusion (ADC) augmente si …
35/44
– Gliose
– Démyélinisation
• Contenu liquidien– Kyste arachnoïdien
– Nécrose tumorale
• Eau extracellulaire �
• Destruction tissulaire– Gliose
La diffusion (ADC) augmente si …
36/44
– Gliose
– Démyélinisation
• Contenu liquidien– Kyste arachnoïdien
– Nécrose tumorale
• Eau extracellulaire �
• Destruction tissulaire– Gliose
La diffusion (ADC) augmente si …
37/44
– Gliose
– Démyélinisation
• Contenu liquidien– Kyste arachnoïdien
– Nécrose tumorale
*
*
• Eau extracellulaire �
• Destruction tissulaire– Gliose
La diffusion (ADC) augmente si …
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– Gliose
– Démyélinisation
• Contenu liquidien– Kyste arachnoïdien
– Nécrose tumorale
Concernant l’ADC, quelle est la proposition vraie?
1. Sa baisse signe une ischémie artérielle2. Est diminué dans une séquelle ischémique3. Son calcul nécessite au moins 3
1
3. Son calcul nécessite au moins 3 acquisitions à différentes valeurs de b.
4. Normal si le T2 et la diffusion sont normaux5. Fiable même pour les petites lésions
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 artérielle2. Est diminué dans une séquelle ischémique3. Son calcul nécessite au moins 3
acquisitions à différentes valeurs de b.
1
acquisitions à différentes valeurs de b. 4. Normal si le T2 et la diffusion sont
normaux5. Fiable même pour les petites lésions
ischémique
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
1
Log signal3. 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
Log signal
b=0 b=1000
ADC �
5. ADC Fiable même pour les petites lésions ischémique FAUX
1
Log signalLog 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 diffusion2. Augmenter la matrice
3
3. Repositionner la tête du patient4. Arrêt des mouvements du patient5. Inverser PHASE et FREQUENCE
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
ν
ϕ
Susceptibilité magnétique• Séquence EPI single shot
– Erreur codage phase – Artefacts plus marqués dans le sens du
codage de phaseν
ϕ
3
νϕ
• Autres techniques d’acquisition : – Si on tient à utiliser l’écho-planar
• EPI multishot (� TE) • EPI + imagerie parallèle SENSE ou ASSET (� Bdw, � TE)
Susceptibilité magnétique
Diffusion sans ASSETTE = 120 ms
Diffusion avec ASSETTE = 86 ms
Cas 1 Cas 2 Remarque : Tout ce qui réduit le TE, réduit les artéfacts de susceptibilité magnétique car moins de déphasage
☺ Disponible chez tous les constructeurs si antenne multicanaux
Artéfacts
Que s’est il passé ? 4
Diffusion ADCADCT2 : T2 : bb=0=0
Direction 1 Direction 3Direction 2
Image moyennée
Direction 3Direction 2
4
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. A paraître
• Cerveau. EMC-Radiologie 2 (2005) • 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. Poster électronique.
JFR 2005; J Radiol. 2006 ;87:1837-47