IRM ostéo articulaire : le Hardware E Pessis,
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IRM ostéo articulaire : le Hardware E Pessis, Centre Cardiologique du Nord, Saint-Denis • Réflexion sur le lien qui existe entre les performances techniques d’une unité IRM et les contraintes médicales et anatomiques nécessaires à l’exploration des pathologies ostéo-articulaires • Réflexion conduite à partir données scientifiques expérience clinique • • • IRM ostéo-articulaires : très exigeant en résolution spatiale La résolution spatiale décrit la capacité de l’examen à distinguer deux structures adjacentes Capital pour l’évaluation pathologique des structures anatomiques de petite taille cartilage articulaire (hanche, poignet, cheville, genoux) tendons de l’épaule, canal rachidien T1 gado T2 • Une résolution anatomique insuffisante expose au risque d’un examen incomplet, voire inutile recours dans un deuxième temps à d’autres examens (arthroscanner) • Il est préférable de réaliser d’emblée l’examen le plus adapté au problème clinique plutôt que de réaliser une série d’explorations incomplètes. • • Parvenir à cette résolution nécessite d’évaluer la qualité globale d’une image d’IRM, qui ne peut être déterminée par un unique paramètre La puissance de l’aimant constitue ainsi un déterminant principal, mais non unique de la qualité d’image 1,5 T 1998 1,5 T 2008 • • La puissance de l’aimant : déterminant principal, mais non unique de la qualité d’image Qualité d’image : 3 déterminants principaux qui interagissent étroitement : 1. le rapport signal sur bruit (RSB) 2. le contraste 3. la résolution spatiale • Le temps d’examen • • Résolution spatiale et RSB varient en sens inverse À champ constant et homogène, toute démarche visant à augmenter la résolution spatiale réduit le signal enregistré peut être en pratique inefficace si le signal disponible est insuffisant : un excès de bruit apparaît à l’image et altère la qualité • Pour augmenter la résolution spatiale il faut : • augmenter la matrice • diminuer l’épaisseur de coupe • diminuer le FOV • temps d’examen • Diminution du RSB • • • Pour compenser le manque de signal disponible (diminution du RSB), on peut augmenter le nombre d’acquisitions (ou nombre d’excitation : Nex) réalisées pour chaque coupe au détriment de la durée d’examen qui s’allonge • Nex x 2 → Temps d’acquisition x 2 • RSB x √(2) = 1,4 • Le bénéfice de l’augmentation de la durée d’examen en termes de qualité d’image n’est ainsi pas garanti. IRM 1,5T Gradients (mt/m) - (T/m/s) Canaux Eléments Tunnel (cm) Essenza 30 / 100 8 à 16 25 à 46 60 Optima MR 360 33/100 Brivo MS spécialisée ostéo 33/120 8 60 Signa Explorer 33/120 16 60 Signa creator 33/120 8 60 Avanto 33/125 à 45/200 18 76 60 Avanto 45/200 32 76 60 Amira 33/125 16 à 24 96 60 Avanto Fit 45/200 48 204 60 Discovery 450 50/200 32 Espree 33/125 à 45/200 18 76 70 Espree 45/200 32 76 70 Aera 33/125 24 102 70 MR 450W GEM 34/150 à 44/200 32 Aera 33/125 à 45/200 48 à 64 44/200 128 Signa Artist 60 60 70 204 70 70 IRM 1,5T Gradients (mt/m) - (T/m/s) Canaux Eléments Tunnel (cm) Essenza 30 / 100 8 25 60 Essenza 30 / 100 16 46 60 Optima MR 360 33/100 Signa Explorer 33/120 16 60 Signa creator 33/120 8 60 Avanto 33/125 à 45/200 18 76 60 Avanto 45/200 32 76 60 Amira 33/125 16 à 24 96 60 Avanto Fit 45/200 48 204 60 Discovery 450 50/200 32 Espree 33/125 à 45/200 18 76 70 Espree 45/200 32 76 70 Aera 33/125 24 102 70 70 32 Aera 33/125 48 204 70 Aera 45/200 48 204 70 Aera 33/125 à 45/200 64 204 70 44/200 128 MR 450W GEM Signa Artist 60 60 70 70 • Gradients : • 30 / 100 • 33 / 125 • 44 / 200 • Canaux : 8 à 64 • Antennes : GRADIENTS • • • • • La résolution spatiale de l’examen IRM dépend étroitement de l’amplitude maximale des bobines de gradients (mT/m) : 30 à 44 L’aimant principal d’un équipement IRM produit le champ magnétique principal dit B0. associé à des bobines de gradient disposées dans chacune des directions de l’espace. Ces bobines créent des variations de champ magnétique qui s’ajoutent au champ principal Ces variations sont utilisées pour la sélection de coupe le codage spatial du signal. Ces gradients de champ sont caractérisés par 2 paramètres principaux • l’amplitude maximale de champ magnétique (mT/m) • plus elle est élevée : 30 à 44 • plus l’appareil autorise l’obtention d’une résolution spatiale élevée (conditionne l’épaisseur minimale de coupe pouvant être obtenue) • La vitesse de montée maximale (T/m/s) • plus cette vitesse est élevée, • plus l’appareil permet le recours à des séquences rapides et complexes • Gradient : intensité maximale détermine la limite inférieure TE épaisseur de coupe FOV • Gradient : cœur de l’IRM et différences de prix Gradients • vitesse de montée maximale par axe , commutation (T/m/s) : 100 – 125 – 200 • amplitude maximum de champ magnétique par axe (mT/m) 30 – 33 - 44 • 30 / 100 • 33 / 125 • 44 / 200 • L’aimant principal IRM produit le champ magnétique principal : Bo B B0 (1,5 T) z • • Pour former une image, il faut localiser dans l'espace le signal qui est reçu par l'antenne réceptrice Gradients de sélection de coupe B B0 (1,5 T) z • Gradients de sélection de coupe B bobine de gradient bobine de gradient B0 (1,5 T) z • • Gradients de sélection de coupe le champ magnétique n'est plus uniforme mais croissant de manière constante B B0 + n 1,5 B0 - n z • • Gradients de sélection de coupe le champ magnétique n'est plus uniforme mais croissant de manière constante B B0 + n 1,5 B0 - n z • • Gradients de sélection de coupe le champ magnétique n'est plus uniforme mais croissant de manière constante B B0 + n 1,5 B0 - n z • Gradients de sélection de coupe B B0 + n 1,5 B0 - n z • Gradients de sélection de coupe B B0 + 2n 1,5 B0 - 2n z • • • Gradients de sélection de coupe la vitesse de rotation (Wo) des protons est dépendante de la valeur du champ magnétique Wo = g x Bo B0 • • • Gradients de sélection de coupe la vitesse de rotation (Wo) des protons est dépendante de la valeur du champ magnétique Wo = g x Bo B0 + n 1,5 B0 - n z • Sélectionner un plan de coupe dans un volume donné à l’aide d’un premier gradient Gz B0 + n B0 B0 - n • Impulsion RF sélective : • pas de fréquence unique (durée infinie) • couvre une bande passante (forme et durée de l’impulsion) • fréquence RF = fréquence des protons du plan d’intérêt • Seule les protons de ce plan de coupe • entrent en résonance • Bascule de 90° • Contribue à la formation du signal • Tous les autres protons en dehors du plan de coupe • Ne seront pas excités • Ne donnent aucun signal • Impulsion RF sélective - F1 F0 + F1 B0 + n B0 B0 - n • Impulsion RF sélective - F1 F0 + F1 B0 + n B0 - n • Impulsion RF sélective • Impulsion RF sélective : couvre une bande passante (forme et durée d’impulsion) bande passante B0 - n épaisseur de coupe B0 + n B0 + 2n bande passante B0 - 2n épaisseur de coupe bande passante B0 - 3n épaisseur de coupe B0 + 3n bande passante B0 - n épaisseur de coupe B0 + n bande passante B0 - n épaisseur de coupe B0 + n bande passante B0 - n épaisseur de coupe B0 + n • Epaisseur plan de coupe // bande passante (bande de fréquence) de l’impulsion sélective RF • Bande passante étroite coupes fines période d’impulsion RF augmentée augmentation du temps • Epaisseur plan de coupe // amplitude du gradient • Gradient élevé coupes fines approche géométrique • Gradient de codage de phase B-n B+n • Gradient de codage de phase • Gradient de codage de phase • Codage en phase -φ1 -φ1 -φ1 φ0 -φ0 -φ0 +φ1 +φ1 +φ1 • Gradient de lecture : pendant la lecture du signal • Gradient de lecture : pendant la lecture du signal • Codage en phase -φ1 -φ1 -φ1 φ0 -φ0 -φ0 +φ1 +φ1 +φ1 • Gradient de lecture : chaque proton a une valeur contrôlée de phase et de fréquence -φ1 -ω1 -φ1 ω0 -φ1 +ω1 φ0 -ω1 -φ0 ω0 -φ0 +ω1 +φ1 -ω1 +φ1 ω0 +φ1 +ω1 • Séquence d’écho de Spin 180° 90° RF Signal Gss Gφ Gω • Séquence d’écho de Spin Gss • Séquence d’écho de Spin Gss • Séquence d’écho de Spin 180° 90° RF Signal Gss Gφ Gω TE • Séquence d’écho de Spin 180° TR 90° RF Signal Gss // TE // // Gφ // Gω // • Séquence d’écho de Spin 180° TR 90° RF Signal Gss // TE // // Gφ // Gω // bande passante de lecture TDF Plan de Fourier TE TR phase TR TR TR TR Plan de Fourier phase fréquence • FOV Image Plan de Fourier Fréquence FOV x Phase FOV y 2 DFT • FOV Plan de Fourier Image Fréquence FOV x Phase FOV y 2 DFT Plan de Fourier Phase Fréquence ∆ Ky = différence d’amplitude entre les applications successives du gradient de phase Gφm Ky = amplitude maximale du gradient de phase Plan de Fourier Phase Fréquence ∆ Ky = différence d’amplitude entre les applications successives du gradient de phase Gφm Ky = amplitude maximale du gradient de phase • Gradient : intensité maximale détermine la limite inférieure TE épaisseur de coupe FOV • Gradient et diffusion • Gradient et diffusion • 3T Hypo gradient Hyper gradient • Antennes • Antennes • émission des impulsions RF • réception du signal (très faible) • Antenne de volume • émettrice et réceptrice • uniquement réceptrice (antenne corps émettrice) • signal reçu augmente quand le diamètre de l’antenne diminue • adaptation à l’anatomie : coefficient de remplissage antenne épaule antenne cheville • Antenne de surface • uniquement réceptrice • signal reçu important (proximité avec les tissus qui l’émettent) • signal diminue quand la profondeur augmente • bruit diminué : car volume qui le produit est plus petit • Adaptation à l’anatomie • S/B élévé : permet de diminuer le FOV et l’épaisseur de coupe Naevus dermique Imagerie parallèle • Exploite les multiples éléments d’une antenne en réseau phasé élément 1 • Combine les signaux de plusieurs éléments d’antennes en réseau phasé afin de reconstruire l’image • Espace K sous échantilloné élément 2 Imagerie parallèle 8 élements 16 élements Imagerie parallèle • La reconstruction de l’image peut se faire de plusieurs façons • Soit on reconstruit l’image globale à partir des images produites par chaque antenne • reconstruction dans le domaine image, après transformée de Fourier : • SENSE (SENSitivity Encoding), • ASSET (Array Spatial Sensitivity Encoding Technique) Imagerie parallèle • Soit on reconstruit le plan de Fourier de l’image à partir des signaux fréquentiels de chaque antenne • reconstruction dans le domaine fréquentiel, avant la transformée de Fourier • GRAPPA (GeneRalized Auto-calibrating Partially Parallel Acquisition) • ARC (Autocalibrating Reconstruction for Cartesian Imaging) Imagerie parallèle • reconstruction dans le domaine fréquentiel, avant la transformée de Fourier • pas de remplissage de toutes les lignes de l’espace K • le système calcule les autres lignes en combinant le signal capté par les différents éléments d’antennes Imagerie parallèle Plan de Fourier Imagerie parallèle • Codage de phase partiel • Ce qui accélère d’autant la vitesse d’acquisition • Ce facteur d’accélération est choisi par l’utilisateur Imagerie parallèle : avantage • Pour un facteur d’accélération de 2 • On obtient une réduction • du temps d’acquisition : / 2 • du TE des séquences avec train d’échos • de certains artéfacts… Imagerie parallèle : inconvénient • Réduction S/B : environ 40% pour accélération x 2 • 1,5 T : facteur limitant • Antenne : nombre de canaux • 3T : importante réserve de signal • Obligation d’utiliser des antennes en réseau phasé • chaque élément d’antenne doit avoir une chaîne de réception – conversion digitale séparée (canaux) • chaque élément d’antenne (4 à 48) est associé à une chaîne radiofréquence dédiée et dont les signaux pourront être traités et combinés ensemble • chaque élément d’antenne doit avoir une chaîne de réception – conversion digitale séparée : canaux • Canaux : 8 à 64 1 5 2 6 3 7 4 8 • chaque élément d’antenne (4 à 48) est associé à une chaîne radiofréquence dédiée et dont les signaux pourront être traités et combinés ensemble • chaque élément d’antenne doit avoir une chaîne de réception – conversion digitale séparée : canaux • Canaux : 8 à 64 1 2 • Canaux : 8 , 16, 32, 64 ? : que choisir • antenne genou : 16 canaux • antenne flex (surface 16 canaux) • Canaux : 8 , 16, 32, 64 ? : que choisir • antenne flex (surface 16 canaux) • Hanche : flex + antenne rachis (table) • antenne postérieure : 40 éléments (100cm) • antenne postérieure : 40 éléments • flexibilité • Rachis dorso lombaire • Rachis lombaire • L4 L5 • Rachis lombaire • L4 L5 • Hanche gauche • IRM entrée de gamme • Pas de flexibilité Cube 3D Cube 3D Cube 3D FSE 2D IRM 3T • Signal = V (volume du voxel) . ωo (fréquence de Larmor) . Mo (aimantation à l’équilibre) • S = V . ωo . Mo ωo = γ . Bo Mo = f . Bo / 4kT • S proportionnel à Bo² • Signal 3T = 4 x Signal 1,5T IRM 3T / 1,5T = x 2 le rapport signal sur bruit S/B • • • Séquence 2D Fast Spin écho (FSE) • Épaisseur : 2 mm Cube 3D : 0,6 mm Épaisseur : 0,6 mm Matrice : 416 x 386 3D Cube : reformatage 3D Cube : reformatage 2 mm / 0,6 mm 2 mm 0,6 mm FSE 3D : coupe sagitalle reformatée en coronale • • • • • 3T augmentation de la résolution spatiale : 3D S/B consevé temps d’acquisition conservé examen de qualité régulière Economie • • • 1,5 T : 700 à 1200 k€ (puissance des gradients) Baisse continue des forfaits techniques et de l’acte médical La France n’est plus un marché premium • IRM moyen de gamme • non universitaire • hypogradient • IRM haut de gamme • IRM universitaire • hypergradient • Bientôt • IRM pour tous : cardiologue, rhumatologue • IRM 0,2 T
