MR Image quality and artifacts

Qualité d'image et artéfacts

par Denis Hoa

Objectifs pédagogiques

  • Citer les différents paramètres permettant de juger la qualité d’une image
  • Décrire les facteurs influençant le rapport signal / bruit et leur interdépendance
  • Enumérer les différents artéfacts en IRM, leur origine, leur retentissement sur l’image et les moyens de les réduire :
    • Mouvements, images fantômes, flux
    • Susceptibilité magnétique et artéfacts métalliques
    • Troncature / Gibb’s
    • Repliement / aliasing
    • Déplacement chimique
    • Excitation croisée
    • Angle magique
  • Enoncer les critères de base du contrôle qualité IRM

Points clés

Signal/bruit

 

Principes

 

Compromis nécessaire entre.

  • résolution spatiale : taille du voxel, déterminée par les dimensions de la matrice, le champ de vue et l’épaisseur de coupe
  • rapport signal / bruit : dépendant de la taille du voxel, du nombre de mesures et de la bande passante de réception
  • durée d’acquisition totale de la séquence

Conséquences également sur les paramètres de séquences (TE) et les artéfacts

 

Solutions (et contrepartie)

  • Antenne de surface (Diminution du FOV)
  • Augmentation de la taille du voxel (Diminution de la résolution)
  • Augmentation du nombre d'excitations (Augmentation durée)
  • Diminution de la bande passante de réception (Augmentation artéfacts déplacement chimique)

 

 

Mouvements et images fantômes

 

Principes

 

Les mouvements sont à l'origine d'une erreur de codage spatial se traduisant par un flou et des images fantômes propagées dans la direction du codage de phase.

 

Solutions

  • Limiter les mouvements
  • Séquences rapides
  • Synchronisation ou de compensation des mouvements
  • Bandes de présaturation
  • Inverser phase/fréquence

Susceptibilité magnétique

 

Principes

 

A l'interface entre 2 tissus ayant des susceptibilités magnétiques différentes, il existe une distorsion du champ magnétique responsable d'un vide de signal..
Ces artéfacts sont notamment marqués en présence de matériel métallique..
La distorsion de champ peut également être responsable d'une perturbation du codage spatial à l'origine d'une distorsion de l'image à distance.

 

Solutions

  • ES > EG
  • Acquisition parallèle
  • Diminution du TE (modifie le contraste)
  • Augmentation de la bande passante de réception (Diminution du rapport signal/bruit)

Applications

  • Détection des hématomes (produits de dégradation de l'hémoglobine)
  • Auantification des faibles charges en fer hépatique dans l'hémochromatose
  • Détection des métastases (SPIO)
  • Imagerie de perfusion et fonctionnelle

 

Troncature

Principes

L'image est reconstruite par transformée de Fourier 2D inverse à partir de l'espace K. Les données de l'espace K étant en nombre limité (par les dimensions de la matrice), il existe des imperfections lors de la reconstruction des changements brusques de contraste (interface). Ces artéfacts se traduisent par une répétition de l'interface sous la forme de bandes parallèles en hyper ou en hyposignal, s'atténuant lorsque l'on s'éloigne de l'interface. Ils existent dans les directions de codage de phase et de fréquence.

 

Solutions

  • Augmentation des dimensions de la matrice (Augmentation du temps d’acquisition, diminution du rapport signal/bruit)

 

 

Repliement

 

Principes

 

Le repliement ou aliasing correspond à une erreur de codage spatial par sous-échantillonnage, à l'origine de la superposition de structures hors champ sur l'image. Il pose essentiellement problème dans la direction de codage de phase.

 

Solutions

  • Codage de phase dans la direction de la plus petite dimension de la matrice (champ de vue asymétrique)
  • Augmentation du FOV (Diminution de la résolution)
  • Suréchantillonnage en phase (Augmentation du temps d’acquisition)

Déplacement chimique

 

Artéfact de déplacement chimique du 1er type

 

La fréquence de précession des protons est influencée par leur environnement électronique moléculaire. Entre les protons de la graisse et de l'eau, il existe une variation de 3.5 ppm (déplacement chimique), correspondant à 1.5 T à un décalage de fréquence de 224 Hz. Ce décalage en fréquence est responsable d'une erreur de codage spatial dans la direction du codage en fréquence, à l'origine d'un surlignement des interfaces tissus/graisse : artéfact de déplacement chimique du premier type.

 

Solutions

  • Suppression du signal de la graisse (Augmentation du temps d’acquisition)
  • Inversion phase / fréquence (Déplace l'artéfact sans le diminuer)
  • Augmentation du bande passante de réception (Diminution du rapport signal/bruit)

Artéfact de déplacement chimique du 2eme type

 

Les différences de phase provoquées par le déplacement chimique sont à l'origine d'un surlignement des contours des organes par un vide de signal lors de séquences en écho de gradient, lorsque le TE est tel que protons de l'eau et de la graisse sont en opposition de phase (TE = 2.2 ms à 1.5 T) : artéfact de déplacement chimique du deuxième type. Il survient dans la direction du codage de phase et de fréquence.

 

 

Excitation croisée

 

Principes

 

Imperfection des impulsions RF sélectives (excitation des coupes adjacentes) ou intersections de paquets de coupes Modification du contraste et/ou perte de signal Surtout en ES multicoupes, ES rapide, IR.

 

Solutions

  • Espacement des coupes (intervalle non imagé)
  • Entrelacement

Angle magique

 

Principes

 

Interactions dipolaires des structures fibrillaires variables en fonction de l’angle avec B0, minimisée à 55° d’où augmentation du T2 et hypersignal T2.

 

Solutions

  • Séquences pondérées T1
  • TE longs
  • Modifier orientation

Applications

  • Imagerie tendons/ligaments en T1
  • +/- étude du rehaussement après injection de gadolinium
  • +/- imagerie avec transfert d'aimantation (MTC)

 

 

Contrôle qualité en IRM

  • Paramètres de signal : signal/bruit, uniformité
  • Paramètres géométriques : qualité du codage spatial, résolution
  • Paramètres de RMN : précision, répétitivité, contraste T1 et T2
  • Artéfacts
  • Paramètres de spectroscopie : homogénéité B0, rapport signal/bruit des pics


Références

  1. Elster. Questions and answers in magnetic resonance imaging. 1994:ix, 278 p..
  2. McRobbie. MRI from picture to proton. 2003:xi, 359 p..
  3. NessAiver. All you really need to know about MRI physics. 1997.
  4. Kastler. Comprendre l'IRM. 2006.
  5. Korin, Felmlee. Adaptive technique for three-dimensional MR imaging of moving structures. Radiology. 1990 Oct;177(1):217-21.
  6. Harris and White. Metal artifact reduction in musculoskeletal magnetic resonance imaging. The Orthopedic clinics of North America. 2006 Jul;37(3):349-59, vi.
  7. Hood, Ho. Chemical shift: the artifact and clinical tool revisited. Radiographics. 1999 Mar-Apr;19(2):357-71.
  8. Bydder, Rahal. The magic angle effect: a source of artifact, determinant of image contrast, and technique for imaging. J Magn Reson Imaging. 2007 Feb;25(2):290-300.
  9. de Certaines and Cathelineau. Safety aspects and quality assessment in MRI and MRS: a challenge for health care systems in Europe. J Magn Reson Imaging. 2001 Apr;13(4):632-8.
  10. Ihalainen, Sipila. MRI quality control: six imagers studied using eleven unified image quality parameters. European radiology. 2004 Oct;14(10):1859-65.
  11. Zhuo and Gullapalli. AAPM/RSNA physics tutorial for residents: MR artifacts, safety, and quality control. Radiographics. 2006 Jan-Feb;26(1):275-97.