irm dillenseger 1

Jean-Philippe DILLENSEGER

Enseignant - Section DTS IMRT Lycée Jean Rostand de STRASBOURG

Perfectionnement en IRM Vendredi 1er octobre 2010

Le codage spatial

Les séquences

Le codage spatial en IRM

Jean-Philippe DILLENSEGER

Enseignant - Section DTS IMRT Lycée Jean Rostand de STRASBOURG

Vendredi 1er octobre 2010

Introduction / généralitésA

Domaine fréquentiel = Lien Domaine temporel <=> spatialB

C Gradients de champs magnétique = Lien Domaine temporel <=> fréquentiel

D Possibilités de codage spatial

Plan de la présentation

Jean-Philippe DILLENSEGERDTS IMRT - STRASBOURG

Echo = signal de RMN émis par les protons d’hydrogène suite à leur excitation par une onde RF

Il existe différents types d’échos...

- Echos de spin- Echos de gradients- Echos stimulés- ...

Echo de spin

Echo de gradient

Echo stimulé

Introduction / généralités

Il existe différents types d’échos...

Introduction / généralitésCet après-midi

... créés par différentes séquences ....

... qui se distinguent par :

- leurs vitesses de création d’échos- leurs possibilités de pondération- leurs sensibilités aux artefacts

- le type d’échos qu’elles créent

Introduction / généralitésIntroduction / généralitésCet après-midi

... qui se distinguent par :

- leurs vitesses de création d’échos- leurs possibilités de pondération- leurs sensibilités aux artefacts

- le type d’échos qu’elles créent

Chaque écho provient de l’ensemble du volume soumis au champ magnétique B0

Pour créer des images, il est nécessaire de d’imposer une origine spatiale aux échos (= codage spatial) ...

... à l’aide d’ outils : les gradients de champs

Domaine fréquentiel

Domaine temporel

Gradients

... à l’aide d’ outils : les gradients de champs

Le remplissage de l’espace de Fourier est nécessaire pour obtenir une image IRM

Domaine fréquentiel Domaine spatial

Relationmathématique

Domaine fréquentiel Domaine spatialDomaine temporel BC

Il existe différentes manières de remplir l'espace de Fourier D

Le choix du type de remplissage est indépendant du type d’écho utilisé

Echo de spin

Echo de gradient

Echo stimulé

Echo de spin

Echo de gradient

Echo stimulé

Echo de spin

Echo de gradient

Echo stimulé

Echo de spin

Echo de gradient

Echo stimulé

Ce matin

f(x,y,z)

Domaine spatial

Domaine Temporel

LIEN ????

Lien Domaine temporel <=> spatialB

f(x,y,z)

Domaine spatial

Domaine Temporel

Lien Domaine temporel <=> spatialB

Domaine Fréquentiel

f(x,y,z)F(kx,ky,kz)s(t)

Domaine spatial virtuel (= série de coupes)

f(x,y,z)

Domaine spatial réel (= patient)

Domaine temporel

Lien Domaine temporel <=> spatialDomaine fréquentiel

BLien Domaine temporel <=> spatialDomaine fréquentiel

Transformée de Fourier d’un signal à une dimension f(x)

Tout signal peut être «éclaté» en un nombre infini de fonctions trigonométriques (sin, cos)

Fréquences basses = allure générale

Fréquences hautes = détails

Il est possible de classer l’ensemble de fonctions trigonométriques d’un signal dans un domaine fréquentiel (= changement de variable)

La transformée de Fourier est la relation mathématique qui lie le domaine spatial f(x) au domaine fréquentiel F(k)

f(x) F(k)

F(k) = ∫f(x)e-2πikxx dx

f(x) = ∫F(k)e-2πikxx dk

TDF TDF-1

Transformée de Fourier d’un signal à une dimension f(x)Transformée de Fourier d’un signal à une dimension f(x)Transformée de Fourier d’un signal à une dimension f(x)Pour les puristes

Transformée de Fourier d’un signal à deux dimensions f(x,y)

f(x,y) F(kx,ky)

Transformée de Fourier d’un signal à deux dimensions f(x,y)

f(x,y) = ∫∫ F(kx,ky) e-2πi(kxx+ kyy) dkxdky F(kx,ky) = ∫∫f(x,y)e-2πi(kxx+ kyy) dxdy

f(x,y) F(kx,ky)

(x,y)e-2πi(kxi(kxi(k x+ kyx+ kyx+ k y) yy) y dxdy

F(kF(kF ,k )

Pour les puristes

Propriétés de l’espace de Fourier

Basses fréquences

Hautes fréquences

Propriétés de l’espace de Fourier

BLien Domaine temporel <=> spatial

Centre de l’espace K=> contraste de l’image

Périphérie de l’espace K=> détails de l’image

Domaine fréquentielPropriétés de l’espace de Fourier

Illustration P. CHOQUET / CHU Strasbourg

D Possibilités de codage spatialD Possibilités de codage spatial

CLien Domaine temporel <=> fréquentielGradients de champs magnétique

f(x,y,z)

Domaine spatial

Domaine spatial Domaine temporel

Domaine spatial

f(x,y,z)

Domaine spatial Domaine temporel

s(t) + application de gradients de champs

dans 3 directions

L’usage de gradients est impératif en IRM = lien tps <=> fréquence

Gradients de champs : représentation spatiale

Gradients de champs : représentation spatiale / temporelle

Codage de fréquence

Gradients de champs : codage par la fréquence

Codage de phase

Gradients de champs : codage par la phase

Codage de fréquence

Codage de phase

Gradients de champs : bilan des codages

a. Si application d’un gradient pendant les ondes RF

L’écho renferme les informations d’une seule coupe ou tranche(perpendiculaire à l’axe d’application)et non du volume complet

= codage de fréquence

Gradient

a. Si application d’un gradient pendant les ondes RF= codage de fréquenceL’écho renferme les informations d’une seule coupe ou tranche(perpendiculaire à l’axe d’application)et non du volume complet

b. Si application d’un gradient pendant l’écho

b. Si application d’un gradient pendant l’écho= codage de fréquence

Gradient

Le signal mesuré au cours de la lecture sera transféré directement dans l’espace k en fonction de l’axe d’application du gradient

k= (γ/2π).G.(t-TE)γen MHz/T en s-1/T

G en T.m-1

t (instant) en s

kz en m-1 => Fréquence spatiale

Lien entre Echo et espace K

Si t>TE => k >0Si t<TE => k <0Si t<TE => k <0

c. Si application d’un gradient entre l’onde RF et l’écho.

Le signal contiendra déjà, lors de sa lecture, un adressage fréquentiel le long de l’axe d’application du gradient (de phase)

= codage de phase

k= (γ/2π).G.Tα α

Gradient

Si G>0 => k >0Si G<0 => k <0

G en T.m-1

T (durée d’application) en s

Le signal contiendra déjà, lors de la lecture, un adressage fréquentiel le long de l’axe d’application du gradient (de phase)

= codage de phase

Gradient

Si G>0 => k >0Si G<0 => k <0

G en T.m-1

Le signal contiendra déjà, lors de la lecture, un adressage fréquentiel le long de l’axe d’application du gradient (de phase)

= codage de phase

Gradient

Si G>0 => k >0Si G<0 => k <0

G en T.m-1

k-théorème : Le signal RMN s(t) réceptionné est l’équivalent d’une transformée de Fourier F du volume f(x,y,z) soumis à des gradients de champs magnétiques.

s(t) = F{f(x,y,z)} (kx,ky,kz)

f(x,y,z)

s(t) + application de gradients de champs

dans 3 directions

TR = 1cycle n

cycle n-1 cycle n+1

Selon le théorème k, l’obtention du volume f(x,y,z) en IRM impose le remplissage de l’espace K selon ses coordonnées (kx,ky,kz)

Cela nécessite la mise en place de 3 gradients de champs (Gx, Gy, Gz) à des instants précis du cycle.

TR = 1cycle n

cycle n-1 cycle n+1

? ? ?Il existe plusieurs possibilités de codage du signal.

Possibilité 1 : Etude « voxel par voxel »

- Application simultanée de 3 gradients de champs lors de l’impulsion RF.

- 1 écho = 1 voxel du volume

- Il faut générer autant d’échos (cycles) que de voxels souhaités. => déplacement du patient / Gradients différents / RF différente

- Le passage par l’espace K n’est pas nécessaire

- Méthode longue, peu exploitée, abandonnée : DAMADIAN - FONAR 1977

- Application simultanée de 3 gradients de champs lors de l’impulsion RF.

- 1 écho = 1 voxel du volume

- Il faut générer autant d’échos (cycles) que de voxels souhaités. => déplacement du patient / Gradients différents / RF différente

- Méthode longue, peu exploitée, abandonnée : DAMADIAN - FONAR 1977- Le passage par l’espace K n’est pas nécessaire

Remplissage «radial» de l’espace-K Possibilité 2 : kx

TEα α

- Sélection d’une coupe par codage de fréquence pendant RF.

- 1 écho = 1 ligne de l’espace k de la coupe

- Gradient de fréquence en x et y lors de la lecture de l’écho :

- 1 coupe = espace k (TF2D)

kx= (γ/2π).Gx(t-TE)ky= (γ/2π).Gy(t-TE)

changement à chaque cycle

Remplissage «radial» de l’espace-K Possibilité 2 :

- Avantages : Bon contraste car passage systématique par le centre de l’espace k / Pas de repliement car pas de codage en phase

- Inconvénients : Artéfacts en étoile / Utilisation de filtres nécessaires pour combler les lacunes périphériques de remplissage de l’espace k- Utilisé en IRM cardiaque, IRM de diffusion / Séquences anti-mouvements (Propeller ....)

Possibilité 2 : Remplissage «radial» de l’espace-K

- Avantages : Bon contraste car passage systématique par le centre de l’espace k / Pas de repliement car pas de codage en phase

- Inconvénients : Artéfacts en étoile / Utilisation de filtres nécessaires pour combler les lacunes périphériques de remplissage de l’espace k- Utilisé en IRM cardiaque, IRM de diffusion / Séquences anti-mouvements (Propeller ....)

Possibilité 2 : Remplissage «radial» de l’espace-K

TEα α

- Sélection d’une coupe par codage de fréquence pendant RF.

- 1 écho = 1 ligne de l’espace k de la coupe

- Gradient de fréquence en x lors de la lecture de l’écho

- 1 coupe = espace k (TF2D)

- Gradient de codage de phase en y avant la lecture de l’écho

kx= (γ/2π).Gx(t-TE)

ky= (γ/2π).Gy.T

kychangement à chaque cycle

Remplissage «linéaire» de l’espace-K Possibilité 3 :

- Technique la plus utilisée- Séquences Echos de Spin, Echo de gradient, Echo de Spin rapide, ....- Avantages : Pas d’artéfacts en étoile / accès à des pondérations pures

- Inconvénients : Coupes>1,5 mm par manque de signal => pas d’isotropie /Artéfacts de repliement en y (lié au codage de phase)/ long si coupes fines

Remplissage «linéaire» de l’espace-K Possibilité 3 :

- 1 écho = 1 espace K

Méthode d’ « écho planar »kx

- Remplissage de l’espace K par « aller-retour »- Alternance rapide des gradients = Intensité sonore élevée

- Imagerie très rapide

Possibilité 4 :

- 1 écho = 1 espace K- Remplissage de l’espace K par « aller-retour »- Alternance rapide des gradients = Intensité sonore élevée- Imagerie très rapide- Artefacts de distorsion- Exploitée en Imagerie de Diffusion, Perfusion, Fonctionnelle

Méthode d’ « écho planar »Possibilité 4 :

- 1 écho = 1 espace K- Remplissage de l’espace K par « aller-retour »- Alternance rapide des gradients = Intensité sonore élevée- Imagerie très rapide- Artefacts de distorsion- Exploitée en Imagerie de Diffusion, Perfusion, Fonctionnelle

Méthode d’ « écho planar »Possibilité 4 :

TEα α

- Remplissage de l’espace K en «spirale»- remplissage en une fois ou en plusieurs étapes (= plusieurs échos)- Imagerie rapide - Très exploitée en Angio-IRM Gado

Possibilité 5 : Remplissage élliptique

- Remplissage de l’espace K en «spirale»- remplissage en une fois ou en plusieurs étapes (= plusieurs échos)

TEα α

- Imagerie rapide - Très exploitée en Angio-IRM Gado- Souvent exploitée en 3D = Acquisition volumique

Possibilité 5 : Remplissage élliptique

TEα α

Coupe épaisse (=volume)

kzkzkzk- Acquisition d’un volume (ou d’une tranche épaisse) = 3D.

- 1 écho = 1 ligne de l’espace k (du volume)

- Gradient de fréquence en x lors de la lecture de l’écho

- Espace k volumique (TF3D)

- Gradient de codage de phase en y et en z avant la lecture de l’écho

kx= (γ/2π).Gx(t-TE)

ky= (γ/2π).Gy.T kz= (γ/2π).Gz.T

Acquisition «volumique»Possibilité 6 :

kzkzkzk

- Technique en devenir : Angio / Haut champ (3T)

- Nécessite des séquences très rapides : EGR, ESR et dérivées...

- Avantages : Pas d’artéfacts en étoile / Pas de filtres nécessaires / accès à des coupes fines (<1mm) => isotropie- Inconvénients : Acquisitions longues (>6min (hors angio)) / Nécessite un S/B très élevé (3T) / difficultés d’obtentions de contrastes purs (T1, T2,..)

Acquisition «volumique»Possibilité 6 :

Axe d’avenir : méthode itérativeTEα α

- Obtention et exploitation de «projections» sur 360° (comme pour la méthode 2)- Reconstruction par méthode itérative (idem TEP) = abandon de la méthode par rétroprojection filtrée

Axe d’avenir : méthode itérativeSIEMENS 2010 : EGR-T1 - Acquisition radiale - Reconstruction itérative - cadence : 30 images/sec

- Obtention et exploitation de «projections» sur 360° (comme pour la méthode 2)- Reconstruction par méthode itérative (idem TEP) = abandon de la méthode par rétroprojection filtrée- Nécessite moins de projections donc moins de temps ! Possibilité de reconstruire des coupes à des temps t différents (30 images/sec).- Pas d’artéfacts en étoile- Exploitée pour les acquisitions en tps réel hors synchro !

http://www.youtube.com/watch?v=uTOhDqhCKQs&feature=player_embedded

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