Un protocole est décrit pour générer des images structurelles à haute résolution des poumons à l’aide de l’imagerie par résonance magnétique (IRM) à temps d’écho ultra-court (UTE). Ce protocole permet d’acquérir des images à l’aide d’une simple séquence d’impulsions IRM pendant la respiration libre.
L’IRM de haute qualité des poumons est mise à l’épreuve par la faible densité tissulaire, la relaxation rapide du signal IRM et les mouvements respiratoires et cardiaques. Pour ces raisons, l’imagerie structurelle des poumons est réalisée presque exclusivement à l’aide de la tomodensitométrie (TDM). Cependant, l’imagerie par tomodensitométrie émet des rayonnements ionisants et est donc moins bien adaptée à certaines populations vulnérables (par exemple, la pédiatrie) ou aux applications de recherche. L’IRM utilisant des temps d’écho ultra-courts (UTE) suscite également de l’intérêt. Cette technique peut être réalisée en respiration libre au cours d’un balayage de ~5 à 10 minutes. Les informations sur les mouvements respiratoires sont codées en même temps que les images ; Ces informations peuvent être utilisées pour « auto-gate » des images. L’auto-déclenchement élimine ainsi la nécessité d’une programmation avancée de la séquence d’impulsions IRM ou de l’utilisation de soufflets respiratoires, ce qui simplifie l’acquisition d’images. Dans ce protocole, des méthodes simples, robustes et efficaces en termes de calcul pour l’acquisition d’une IRM UTE des poumons de haute qualité sont présentées. Ce protocole a été développé pour être utilisé sur un scanner IRM 3T, mais les mêmes principes peuvent être mis en œuvre à une intensité de champ magnétique plus faible. Le protocole comprend des paramètres recommandés pour l’acquisition d’images 3D radiales UTE ainsi que des instructions pour la reconstruction d’images auto-fermées afin de générer des images à des phases respiratoires distinctes. Grâce à la mise en œuvre de ce protocole, les utilisateurs peuvent générer des images UTE haute résolution des poumons avec des artefacts de mouvement minimes, minimes ou nuls. Ces images peuvent être utilisées pour évaluer la structure pulmonaire, ce qui peut être mis en œuvre pour la recherche dans une variété de conditions pulmonaires.
L’imagerie à haute résolution de la structure pulmonaire est un élément essentiel des bilans diagnostiques pour de nombreuses affections pulmonaires. En règle générale, cela est effectué à l’aide de l’imagerie par tomodensitométrie (TDM), qui est parfaitement adaptée pour générer des images à haute résolution des poumons1. Cependant, l’imagerie par tomodensitométrie délivre une dose non négligeable de rayonnement ionisant, ce qui la rend mal adaptée à l’imagerie répétée régulière, à l’imagerie à plusieurs phases respiratoires différentes ou à l’imagerie de certaines populations (par exemple, les enfants). L’imagerie par résonance magnétique (IRM) ne comporte pas le même risque de rayonnement ionisant et se prête donc à de telles tâches d’imagerie. Cependant, il est difficile d’imager les poumons à l’aide de l’IRM en raison de la faible densité tissulaire, des mouvements respiratoires et cardiaques et de la relaxation très rapide du signal 2,3,4.
Une technique d’IRM capable d’atténuer ces défis est l’IRM à temps d’écho ultra-court (UTE) 4,5,6. Dans l’IRM UTE, le signal IRM est échantillonné immédiatement après l’excitation du signal, ce qui réduit l’impact de la relaxation rapide du signal. De plus, cette technique échantillonne l’espace k du centre vers l’extérieur, ce qui conduit à un suréchantillonnage important au centre de l’espace k. Ce suréchantillonnage au centre de l’espace k rend cette technique d’imagerie robuste au mouvement. En plus de cette robustesse inhérente au mouvement, l’échantillonnage répété du centre de l’espace k encode des informations sur le mouvement respiratoire, ce qui permet l’auto-déclenchement des images 7,8,9. Cet auto-gate peut être utilisé pour générer des images à diverses phases respiratoires. Étant donné que les humains passent la majorité de la phase respiratoire à l’expiration, il est courant de générer une image pour la fin de l’expiration, car cette phase contient le plus de données d’imagerie acquises.
Il existe une variété de stratégies d’auto-déclenchement respiratoire dans l’IRM pulmonaire. La première distinction à faire est basée sur l’image vs. Porte10 basée sur l’espace k (Figure 1). Dans le gate basé sur l’image, un ensemble d’images à haute résolution temporelle est généré en reconstruisant de petits sous-ensembles temporels des données d’imagerie. Par la suite, la position du diaphragme dans ces images est utilisée pour identifier la phase respiratoire pour un ensemble donné de projections d’images10,11. Dans le gating basé sur l’espace k, les données du centre de l’espace k (« k0 ») sont examinées 8,9,12. L’intensité du signal de l’image est codée en k0, et donc, l’intensité du point k0 varie avec la respiration. Les projections peuvent ainsi être regroupées en différentes phases respiratoires en fonction de l’intensité de k0. Dans le gating basé sur l’image et dans l’espace k, les projections avec des phases de respiration similaire sont regroupées pour la reconstruction de l’image. Il a été suggéré que le déclenchement basé sur l’image offre une meilleure fidélité dans l’estimation de la phase respiratoire, fournissant ainsi des images avec un flou réduit10,13.
Figure 1 : Techniques d’auto-déclenchement basées sur l’image et l’espace k. (A) Dans le gate basé sur l’image, des images à faible résolution spatiale et à haute résolution temporelle montrant le diaphragme sont générées à partir de sous-ensembles temporels des données globales. À l’aide d’une ligne sur le diaphragme, le mouvement respiratoire peut être visualisé et regroupé pour la reconstruction de l’image. (B) Dans le gating basé sur l’espace k, le premier point d’une projection centrée de l’espace k (« k0 ») est utilisé pour visualiser le mouvement respiratoire. Après lissage de k0, les différences d’intensité du signal en fonction du cycle respiratoire sont clairement visibles et peuvent être utilisées pour identifier différentes phases respiratoires. Veuillez cliquer ici pour voir une version agrandie de cette figure.
Le gating basé sur l’image et l’espace k peut être effectué à l’aide du gating dur ou du gating doux11,14. En hard gating, seules les projections correspondant à la phase respiratoire souhaitée sont reconstruites. Cependant, cette élimination des projections indésirables peut entraîner une réduction du rapport signal/bruit (SNR) de l’image et une augmentation des artefacts de sous-échantillonnage. Ces effets indésirables peuvent être atténués en utilisant des portes douces. Dans le cadre du gating doux, toutes les projections sont utilisées pour la reconstruction de l’image, mais les projections provenant d’une phase respiratoire indésirable sont pondérées de manière à avoir un impact moindre sur l’image finale. Ce faisant, les images peuvent être reconstruites avec un minimum d’artefacts et un rapport signal/bruit élevé tout en supprimant l’impact des mouvements respiratoires.
Grâce à la combinaison de l’acquisition de l’IRM UTE et de l’auto-déclenchement post-acquisition, il est possible de générer des images de haute qualité qui, bien que n’étant pas équivalentes à la TDM, ont un contraste et une résolution proches de ceux de l’imagerie CT 6,15,16,17,18,19. Ici, un protocole simple est fourni pour collecter et reconstruire des images IRM UTE afin de générer des images de haute qualité de la structure pulmonaire.
Ce protocole est écrit principalement pour les scanners IRM 3T ; 3T est l’intensité de champ la plus couramment utilisée pour l’IRM de recherche. Des intensités de champ magnétique plus faibles telles que 1,5T ou 0,55 T20 récemment disponible peuvent améliorer la qualité d’image et l’intensité du signal dans les poumons, car la relaxation du signal dans les poumons est plus lente à ces intensités de champ.
Bien que tous les efforts aient été faits pour apporter clarté et simplicité à ce protocole et au code de reconstruction d’image fourni, le protocole nécessitera probablement un physicien IRM dédié (ou un expert en IRM similaire) pour établir une séquence d’IRM UTE appropriée sur le scanner IRM. La séquence IRM doit mettre en œuvre une stratégie d’encodage 3D non cartésienne avec des trajectoires d’espace k centrées vers l’extérieur. Il s’agit par exemple de séquences d’imagerie 3D radiales ou spirales 3D (par exemple, « FLORET »)21,22. Il est important de noter que l’ordre des projections doit avoir une bonne stabilité temporelle : sur un sous-ensemble de temps donné, les projections doivent couvrir toute la gamme de l’espace k23. Des exemples de stratégies d’ordonnancement de projection avec une bonne stabilité temporelle sont les moyennes d’or ou la spirale d’Archimède randomisée de Halton. Si un ordre de projection avec une faible stabilité temporelle est utilisé, l’auto-déclenchement post-acquisition omettra de grandes régions de l’espace k, conduisant à des artefacts d’image. Enfin, la séquence doit être capable d’atteindre un temps d’écho (TE) de <100 μs. Le temps de relaxation de T2* dans les poumons à 3T est de <1 ms24, l’utilisation d’un TE très court est donc essentielle pour générer des images de haute qualité.
Lors de l’imagerie UTE des poumons, de nombreuses variantes de l’acquisition et de la reconstruction peuvent être utilisées pour générer des images des poumons. Ce protocole met l’accent sur la facilité de mise en œuvre et l’efficacité de calcul. L’imagerie à l’aide de l’UTE radiale 3D est relativement simple, les séquences d’imagerie étant généralement disponibles auprès des principaux fournisseurs d’IRM. Des outils basés sur MATLAB sont fournis pour la g…
The authors have nothing to disclose.
Le développement de ce protocole et les images présentées comme résultats représentatifs ont été soutenus par la Fondation nationale de la sclérodermie.
Chest MRI Coil | Siemens, GE, Philips,, Other Clinical MRI Imaging Coil Vendor | N/A | A 26 – 32 channel Chest coil should be used |
High Performance Workstation | HP, Apple, or other Computer Hardware company | N/A | A computer with a minimum of 64 GB of Memory is needed for image reconstruction |
Matlab | Mathworks | R2016A or newer | A Matlab license is needed to run the provided computer code |
MRI Phantom | Siemens, GE, Philips, or Other MRI Phantom Vendor | N/A | Any Phantom can be used to test the MRI sequence prior to its use in human subjects. |
MRI Scanner | Siemens, GE, Philips, or Other Clinical MRI Scanner Vendor | N/A | The protocol was developed on a 3T scanner, but 1.5T or 0.55T would also work with minimal adaptation |
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