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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]

Impossible d'afficher l'image. Votre ordinateur manque peut-être de mémoire pour ouvrir l'image ou l'image est endommagée. Redémarrez l'ordinateur, puis ouvrez à nouveau le fichier. Si le x rouge est toujours affiché, vous devrez peut-être supprimer l'image avant de la réinsérer.

[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 …

38/44

– 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