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NEUROIMAGERIE CLINIQIUE SUR IRM 3T
J-Y. Gauvrit, J-C. Ferré, B. Carsin-Nicol, H Raoult, G Mineur, J Aguilar
Unité de Neuroradiologie
Département de Radiologie et Imagerie Médicale
CHU Pontchaillou RENNES
Angers, 23 novembre 2013
IRM : PHYSIQUE
Champ Magnétique
• Energie - Puissance
Gradients
• Accélération
Emission
Qualité d’image
hypergradients
IRMS
60cm 70cm
Organes
Techniques Avancées
Teslas
Hypergradients
Débrouillage? 1 ou 2 examens
confort
Antennes Eléments
parcours patient
IRM DANS LE MONDE
• Chine 1er marché (30%) et fabriquant
• Amérique du Sud (Brésil…)
• Marché de l’IRM : pays émergeants Europe
• Occasion: 1.5T, 3T reconditionnée (revente d’une 3T)
• Low cost : 3T, 1.5T (spécialisée)
VISITES SUR SITES INFORMATIONS • 3T
• Développements technologiques d’abord à 3T
• 50% des ventes d’IRM dans les années à venir en 3T
• CHU Rennes:
• IRM 3T : 8ans encore opérationnelle (versus 1,5T HS 8 ans)
• Valeur de reprise
VISITES SUR SITES INFORMATIONS
• 3T: Capable de tout faire (maitrise) et même mieux
• Cerveau
• Rachis
• Cœur
• Vaisseau
• 3T reconditionnée: chaine numérique
• 3T low cost: • Tunnel 60cm, lit fixe
CUR
CHU Pontchaillou Territoire 5
IRM non programmée
Innovation
d’organisation
Cœur
Vaisseau
Cerveau Pertinence
des soins
1
Seul examen
IRM 3T CLINIQUE IRM 3T « corps entier » Philips
Achevia 3.0T installée en février 2005
En remplacement d’un appareil 1,5T clinique au CHU de Rennes.
5000 examens neuroradiologiques/an programmés- non programmés (urgence 24/24)
SUPERVISION MEDICALE En termes de l'éventuelle nécessité d'une surveillance médicale du patient, une prudence particulière est requise
• Les patients ayant un potentiel supérieur à la normale pour un arrêt cardiaque
• Les patients qui sont susceptibles de développer des convulsions, des réactions ou claustrophobes
• Les patients avec une décompensation cardiaque, les patients fébriles, et les patients présentant une altération de la capacité à transpirer
• Les patients inconscients, sédatifs, ou confondus, et avec qui aucune communication fiable peuvent être maintenues
• les bébés et les petits enfants qui ne peuvent pas attendre pour utiliser le canal de communication audio fourni avec l'appareil
• les examens qui sont effectués à la température ambiante au-dessus de 24 ° C ou à une humidité relative supérieure à 60%
Importance d'informer les patients avant l'examen des effets possibles
EFFETS DU B0
• induction magnétique
• induit des champs électriques et des courants dans les tissus sur les particules chargées:
• modifications de l'ECG: forces sur des H+ dans le sang
circulant dans l'aorte (Effet Hall)
• étourdissements, des nausées: forces sur liquide dans l'organe vestibulaire
• magnetophophenes: récepteurs sur la rétine irrités par courants de Foucault
• goût métallique: les courants induits dans la salive
• effets réversibles
“MR SAFE” AND “MR COMPATIBLE”
• current FDA definitions • MR safe* - The device, when used in the MR environment, has been
demonstrated to present no additional risk to the patient or other individuals, but may affect the quality of the diagnostic information.
• MR compatible* - The device, when used in the MR environment, is MR Safe and has been demonstrated to neither significantly affect the quality of the diagnostic information nor have its operations affected by the MR device.
• * The MR conditions in which the device was tested should be specified since a device which is safe or compatible under one set of conditions may not be found to be so under more extreme MR conditions.
• impact on patient prescreening at 3T (implants, clips…)
-Le Bon
• Rapport S/N élévé
• Allongement du T1 • Aug contraste sang/tissu
• Diminution dose de gado
• Déplacement chimique: • Séparation spectrale
• Meilleure FAT SAT
• Augmentation du contraste T2*: • perfusion, effet BOLD
• Imagerie T2 peu modifié
-la Brute
Artéfacts de Flux
Effects Diélectrique Image hétérogène
Imagerie parallèle
Faible contraste T1
SAR SAR SAR Acquisition parallèle
EN PRATIQUE : LES CONTRAINTES
SAR pas de problème particulier.
Plus de sensations vertigineuses ou de chaleur
Matériels chirurgicaux : Pas de majoration des artéfacts
Pas tous testés à 3T
3 TESLA (SEUL) IMAGERIE PARALLELE
• Susceptibilité Plus Moins
• SAR Plus Moins
• Distortion Géométrique Plus Moins
• SNR Plus “Moins”
• CNR Moins More Sequences
• effect diélectrique plus de signal central plus de signal périphérique
4 min 25 40% de gain
conventionnel
2 min 23
MultiTransmit
Courtesy: Bonn University Hospital
T2w TSE
EMISSION PARALLELE
3
2
Challe
nges 3
T
avanta
ges
MultiTransmit
Uniformité de l’image
&
Consistance
Rapidité
Avec Multi-Transmit
la RF est adaptée
à chaque patient
Avec Multi-Transmit
la RF
est plus homogène
SAR locale Ombres diélectriques
EMISSION PARALLELE
Voyons aussi ce que ça change…..
Augmentation du SNR: j’en fais quoi?
- diminution temps d’acquisition
- augmentation résolution
- Imagerie avancée: IRMf, Perfusion
Diminution temps d’acquisition
Pas d’intéret chez les patients agités
Accidents vasculaires cérébraux: Time is Brain
Rajouter une séquence sans augmenter
le temps total d’examen
Augmentation Résolution spatiale
Plus petit pixel exploré
Matrice plus élevée et champ de vue plus petit
Neuro and Ostéo-articulaire
En Pratique : Imagerie cérébrale
• Antenne Neuro 8 puis 16 canaux
• Antenne Neuro-Vasculaire 8 et 16 canaux
• Utilisation de l’imagerie parallèle (SENSE)
• Toutes les indications neurologiques et
neurochirurgicales
SEP
après injection de gadolinium
24 Coupes de 5 mm
3 min 50
Contraste substance SB/SG
médiocre
Indications de cette séquence
aux SEP (protocole interrégional)
et base du crâne (hypophyse-
CAI)
T1 2D SE
3D T1 EG
Récidive d’un oligodendrogliome anaplasique
182 coupes de 1 mm 4 min 02
Après injection de 2/3 dose de Gadolinium
24 Coupes de 5 mm 2 min 34
Coupes coronales T2 EG : à noter les artéfacts peu
marqués au niveau de la base du crâne
T2 EG
T2 EG UHR
Imagerie de susceptibilité magnétique
Thrombophlébite cérébrale
20 coupes de 2,5 mm 5 min 58
IMAGERIE CÉRÉBRALE
optimisation de la séquence /1,5T
distorsions limitées par l’imagerie parallèle
Augmentation de la résolution spatiale des séquences de tenseurs de diffusion
Diffusion
IMAGERIE CÉRÉBRALE
Perfusion
Optimisation de la séquence de perfusion de premier passage T2* (PRESTO)
Diminution de la quantité de Gadolinium
injectée à 0,10 mmol/kg
Sur les images natives, artéfacts de susceptibilité visibles surtout en fosse postérieure et en regard de la base du crâne
Meilleure différentiation B/G par SNR
Glioblastome
25 Coupes de 4 mm , 1,6 sec par dynamique
0,2cc/kg à une vitesse de 4,5cc/s
Imagerie cérébrale
Perfusion
IMAGERIE CÉRÉBRALE
Gain en signal : Augmentation possible de la résolution spatiale
Accès à de plus grands volumes
Modification des Contrastes Allongement et rapprochement des T1 des tissus stationnaires
Diminution des doses de contraste
Contraintes Matériels :
Clips Titane : artéfacts
D’embolisation : pas de gêne
Dès 24 h
Angio-IRM
67
Contraste à 3 T
Courtoisie : University of Leuven, Belgium
0.57 x 0.75 x 0.83 mm3
SENSE*2 - 8 min
0.57 x 0.75 x 0.83 mm3
SENSE*2 - 8 min
0.39 x 0.41 x 0.5 mm3
SENSE*2.5 - 7:53 min
1.5 T 3 T 3 T
ANGIO-IRM : ARM-3D DYNAMIQUE
4D-TRACK
Dynamique vasculaire
Utilisation des avantages du 3T, de l’imagerie parallèle, de techniques avancées d’acquisition (Centra et Keyhole)
Indications : Malformations artérioveineuses (MAV)
Fistules artérioveineuses (FD FCC)
Bilan d’hématome lobaire
IRMf image + biblio
A 3T :
Meilleure résolution spatiale
Meilleure détection des zones activées
Imagerie cérébrale IRMf d’activation
IMAGERIE CÉRÉBRALE
Spectro-RM
• Augmentation du rapport S/B diminution taille du voxel et temps
d’acquisition.
• Meilleure résolution spectrale
• Précautions dans la position des
voxels
Spectro-RM multivoxel 2D CSI
neurocytome
Imagerie parallèle
4 min 18
IMAGERIE MÉDULLO-RACHIDIENNE
Antenne 6 éléments en quadrature
Faible contraste T1
Qualité de l’imagerie est variable en T1
Utilisation de petits champs
Amélioration par le développement de nouvelles antennes et de l’émission parallèle
Imagerie médullo-rachidienne
SEP et cervicarthrose
Séquences sagittales TSE T1, TSE T2 et axiale 3D FFE T2
• Mme D, 74 ans
• porteuse d’une « petite boule » en arrière de l’angle
mandibulaire depuis plusieurs années, inchangée
• à l’occasion d’un examen EDC des TSA, découverte d’images
parotidiennes bien limitées, bilatérales, assez homogènes à
droite, quelques zones kystiques à gauche, hypoéchogènes,
avec quelques vaisseaux internes
4 masses parotidiennes, 2 / parotides
en hyposignal en T1 et T2, discrète prise de contraste plutôt périphérique
• au total : femme âgée, lésions bilatérales et multiples
• ADC bas à 0.8 x10-3mm2/sec (< 1)
• courbe B
• l’association des éléments diffusion et perfusion est en faveur d’un cystadénolymphome
• ADC plus bas que celui des TM
• perfusion de type B : vascularisation importante et stroma richement cellulaire
INTRODUCTION
• Arterial Spin Labeling (ASL) ou marquage des protons artériels
• Technique IRM d’étude de la perfusion cérébrale (Detre et al. MRM 1992)
• Non invasive • Non irradiante
• Sans injection de produit de contraste exogène
• Quantitative • Débit sanguin cérébral (DSC)
• Fiable et reproductible
• Principal inconvénient : faible rapport signal sur bruit (RSB)
• Séquences disponibles sur IRM
PRINCIPES DE L’ASL
• Acquisition des images
1. Marquage des spins artériels par une impulsion RF
2. Temps d’Inversion TI : délai permettant aux spins marqués de rejoindre le volume d’intérêt
3. Acquisition du volume d’intérêt
Une 2e acquisition du volume d’intérêt est réalisée sans marquage
Introduction
PRINCIPES DE L’ASL
• Traitement des données et quantification
- =
Image marquée Image contrôle Image de
perfusion Cartographie du
débit sanguin
cérébral (DSC)
→
Modèle de
quantification
↓
PRINCIPES DE L’ASL
• Mesure du DSC par ASL est fiable
• Mesure du DSC par ASL est reproductible
Introduction
93
PRINCIPES DE L’ASL
Introduction
95
Traitement
•Prétraitement
•Quantification DSC
Acquisition
•Marquage ASL
•Acquisition des coupes
•Matériel IRM
PRINCIPES DE L’ASL
Acquisition
• Marquage ASL
• Acquisition des coupes
• Matériel IRM
Traitement
• Prétraitement
• Quantification DSC
Applications
• Artéfacts
• Neuro
• Autres
ASL CONTINU (CASL)
• Méthode historique
• Marquage continu (2-4s) et sélectif des protons passant au travers d’un plan de marquage avec un état d’équilibre
• Avantages • RSB élevé
• Quantification DSC robuste
• Mais • SAR et effets de transfert d’aimantation
élévés (en particulier à 3T)
• Limitation matérielle (pas d’antenne multicanaux)
98
Detre et al. Magn Reson Med 1992
ASL PULSÉ (PASL)
• Une RF large mais brève • en amont zone d’intérêt (boîte de marquage) :
STAR, QUIPPS, Q2TIPS • Sur tout la zone d’intérêt : FAIR
• Avantages • Mise en oeuvre facile • Antenne Multicanaux
• Imagerie parallèle possible
• Multi TI possible (QUASAR : temps de transit artériel)
• Possibilité de marquage vasculaire sélectif
• Mais • Effets de transit artériel • SNR plus faible
99
Edelman et al. Radiology 1994 Wong et al. Magn Reson Med 1998 Petersen et al. Magn Reson Med 2006
ASL PSEUDO-CONTINU (PCASL)
• Méthode « hybride »
• Multiples brèves RF pendant une longue période
• Avantages • RSB élevé
• Reproductibilité +++
• Mise en oeuvre matérielle facile
• Mais • Pas de détermination TTA
100
Wu et al. Magn Reson Med 2007
ACQUISITION DES IMAGES
• Contexte : Faible RSB
Augmenter le nombre d’acquisition (couple images marquées-non marquées) mais augmentation temps d’acquisition
-> Compromis « clinique » 30 acquisitions (~ 3min30)
• 2D SS EPI : méthode principalement utilisée • RSB satisfaisant et rapidité d’acquisition • Mais distorsions
• 3D segmentées SE-EG (ex : 3D GRASE) • Meilleur SNR, moins de distorsions et meilleure couverture
• Avec méthode de suppression du signal du tissu stationnaire (Background Suppression)
Acquisition
102
ASL : FAIBLE RSB
• Augmenter le champs magnétique • Augmentation intrinsèque du RSB
• Meilleur suppression des tissus environnants
• Augmentation de la durée de marquage (par allongement de la relaxation longitudinale)
• T1 sang : 1,5T ->1350 ms 3T-> 1650ms
Acquisition 104
Wang et al. Magn Reson Med 2002
ASL : FAIBLE RSB
• Utilisation des antennes multicanaux • Possible avec PASL et pCASL
• 12 canaux-> 32 canaux : RSB +39%
• Possibilité Imagerie Parallèle
Acquisition 105
Ferré et al. JMRI 2012
PRINCIPES DE L’ASL
Traitement des images
106
Acquisition
•Marquage ASL
•Acquisition des coupes
•Matériel IRM
Traitement des images
•Prétraitement
•Quantification DSC
PRINCIPES DE L’ASL
Applications
107
Acquisition
• Marquage ASL
• Acquisition des coupes
• Matériel IRM
Traitement
• Prétraitement
• Quantification DSC
Applications
• Artéfacts
• Neuro
• Autres
APPLICATIONS DE L’ASL
• Étude de la perfusion cérébrale
• Recherche – Neurosciences
• Pathologie psychiatrique
• Dépression (Duhameau et al. Psychiatry Research 2010)
• Pathologie neurovasculaire
• À la phase aigue (Wang et al. Stroke 2012)
• À la phase chronique
• Pathologie tumorale
• Caractérisation tumorale (Wolf et al. JMRI 2005)
• Suivi post thérapeutique (Weber et al. Invest Radiol 2004)
TTM ASL
rCBV (DSC) ASL
rCBV (DSC) ASL
APPLICATIONS DE L’ASL
• Étude de la perfusion cérébrale
• Démences
• Intérêt +++
• Mise en évidence d’hypoperfusion dans MA, DFT…
(Du et al. Neurology 2006, Hu et al. Neurology 2010)
TEP-FDG ASL
Esquevin et al. JFR 2012
APPLICATIONS DE L’ASL
• ASL et IRM fonctionnelle d’activation
• Possible d’obtenir des cartographies de l’activation neuronale par ASL (ASLf)
• Fonction motrices, somesthésiques, langage…
• ASLf vs IRMf BOLD, semble (Raoult et al. Neuroimage 2011)
• + reproductible en inter et intra individuel
• + spécifique spatialement
• Meilleure résolution temporelle
• Pas encore validée en
application clinique
Applications
110
ARM 4D ultra dynamique sans injection
- Très haute résolution temporelle: 100 ms
- Innocuité complète: répétition des imageries (suivi MAV ++)
basé sur des techniques d’IRM avec des gradients très
rapides
+ ASL
+ ECG-gated : distorsions dues à la pulsatilité et au vide de
signal liés au flux
Yan et al, Radiology. 2010
Yu et al, MRI, 2012
APPLICATIONS DE L’ASL • Applications extra-cérébrales
• Perfusion rénale
• Principalement techniques FAIR • Mesures corrélées à la TEP (même si
sténose artère rénale) • Bonne reproductibilité intra et inter
session • Caractérisation des tumeurs rénales
(de Bazelaire et al. Acad Radiol 2005; Lanzmann et al. Radiology 2012)
• En contexte expérimental, perfusion
de • Os pathologique • Pancréas • Utérus et placenta • Prostate
Applications
116
Lanzmann et al. Radiology 2012
PRINCIPAUX AVANTAGES ET INCONVÉNIENTS DE L’ASL
Avantages Inconvénients
- Pas d’irradiation
- Pas d’injection de produit de contraste
exogène
- Quantification absolue possible du débit
sanguin tissulaire et du temps de transit
tissulaire
- Mesures répétées possibles
- Reproductibilité
- Faible rapport signal sur bruit :
Temps acquisition minimal de 3 min
Résolution spatiale limitée
- Quantification du volume sanguin tissulaire
impossible (ex : volume sanguin cérébral)
- Absence d’harmonisation des techniques
(type de marquage, acquisition des images,
post-traitement) entre les constructeurs
- Optimisation, automatisation et
standardisation du post-traitement en
développement
117
ONCOLOGIE: TUMEUR
• Tumeur 1er: 30 000 nouveaux cas
• Tumeur 2sd: 120 000 nouveaux cas
• Incidence augmente pour les <14 ans et >70 ans
• Accès au cerveau difficile y compris pour des biopsies
• Nouveaux traitements: anti angiogénique
Diagnostic de certitude
IRM
IMAGERIE FONCTIONNELLE & STRUCTURELLE
1. Affirmer le diagnostic et éliminer certains diagnostics différentiels
2. Rechercher des critères pronostiques
3. Définir une stratégie thérapeutique
4. Assurer un suivi
Tumeur: Objectifs de l’Imagerie
images natives après images natives avant cartographie du VSC
IMAGERIE FONCTIONNELLE ET STRUCTURELLE
• IRM de perfusion
• Micronéoangiogénèse
• Avec ou sans injection
• Tt d’image (cartes de perfusion)
• IRM spectroscopique
• Métabolites cérébraux
• Profil et cartographie évocateur de tumeur
Spectro-RM multivoxel :
neurocytome
Aspect de la courbe obtenue
dans le voxel signalé dans un
carré
Cartographie du NAA.
SPECTRO-RM
SPECTRO-RM
Récidive d’oligidendrogliome anaplasique
SRM monovoxel TE court et TE long : 2 min 40 x 2
SUIVI D’UNE TUMEUR : 1ER CAS
• Opéré et irradié en temporal droit, anomalie infratentorielle homolatérale : pdc ?
• radionécrose en perfusion
SUIVI D’UNE TUMEUR : 2ÈME CAS
• Opéré et irradié en temporal droit, anomalie infratentorielle vermienne : pdc ?
• néoangiogénèse : récidive tumorale
Plaques de SEP histopathologiquement
centrées autour de petites veinules 1-2
Lesions actives de SEP demonstrate
des amas de lymphocytes perivenulaires 3-4
Lesions chroniques de SEP montrent
des signes d’atteinte vasculaire 5
1. Dawson JW (1916)
2. Fog T (1964)
3. Adams CWM et al (1989)
4. Tanaka et al (1975)
5. Adams CWM et al (1985)
SEP & ATTEINTE VASCULAIRE HEMODYNAMIQUE