Gradients de diffusion

L’objectif des séquences pondérées en diffusion est d’obtenir des images dont le contraste est influencé par les différences de mobilité de molécule d’eau. Ceci est réalisé en ajoutant des gradients de diffusion dans la phase préparatoire d’une séquence d’imagerie, le plus souvent de type SE-EPI (préparation écho de spin – imagerie ultra-rapide écho planar) pondérées T2.
Les gradients de diffusion sont intenses, symétriques par rapport à l’impulsion de 180° de rephasage :

  • les spins des molécules d’eau immobiles entre l’application des deux gradients sont déphasés par le premier gradient et rephasés par le second.

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  • les spins des molécules d’eau qui se sont déplacées, dans la direction des gradients durant le délai entre les deux applications de gradient, ne vont pas être rephasés par le deuxième gradient : ils se déphasent par rapport aux noyaux d’hydrogène des molécules d’eau immobiles.

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Si l’on considère toute une population de molécules d’eau d’un voxel, plus les molécules d’eau diffusent rapidement, plus elles seront déphasées et moins le signal enregistré sera important.
Cette technique permet de pondérer en diffusion une séquence d’imagerie quelconque. La séquence d’écho planar – écho de spin est en général préférée pour sa vitesse, ce qui limite les artéfacts de mouvements (macroscopiques).
Les méthodes d’acquisition parallèle permettent d’accroître la qualité des images de diffusion en réduisant la durée de la séquence, le TE et certains artéfacts.

Pondération en diffusion, ADC

Le degré de pondération en diffusion de la séquence, exprimé par le facteur b (en s/mm2), dépend des caractéristiques des gradients de diffusion :

  • amplitude du gradient
  • durée d’application
  • délai entre les deux gradients

La sensibilité de ces séquences étant limitée à la diffusion dans la direction des gradients, il est nécessaire de les répéter en appliquant les gradients de diffusion dans au moins 3 directions de l’espace. La magnitude de la diffusion calculée à partir des 3 images de diffusion ainsi obtenues donne l’image pondérée en diffusion globale ("image trace"). A l’aide de deux séquences de diffusion avec des facteurs b différents, le degré de mobilité des molécules d’eau peut être évalué quantitativement en calculant le coefficient de diffusion apparent (ADC). L’ADC est représenté sous la forme d’une cartographie, dont les valeurs (en mm2s-1) ne dépendent plus du T2, un hyposignal correspondant alors à une restriction de la diffusion.
En pratique courante, une imagerie de diffusion cérébrale comportera une acquisition avec un facteur b = 0 s/mm2 (pondérée T2) et une imagerie avec un facteur b = 1000 s/mm2 (avec une pondération en diffusion)
Comme les séquences de diffusion sont en fait des séquences pondérées T2 sensibilisées à la diffusion grâce aux gradients, le contraste de l’image de diffusion aura à la fois une composante de diffusion et une composante T2 dont il faudra prendre en compte dans l’interprétation. Notamment, un hypersignal en image de diffusion avec b = 1000 s/mm2 peut correspondre à une restriction de la diffusion mais aussi à une lésion déjà en hypersignal T2 (effet de rémanence T2 ou T2-shine-through) .

 

Gradients de diffusion et facteur b

 

Le facteur b est déterminé par la relation suivante :

 

Avec :

  • G = amplitude du gradient
  • t = durée d’application du gradient
  • ? = délai entre les centres des deux gradients de diffusion

Le facteur b est d’autant plus grand que les gradients sont intenses, appliqués longtemps et espacés dans le temps.
L’avantage de gradients intenses est d’éviter d’avoir à recourir à un allongement des durées et de l’espacement des gradients qui imposeraient un TE encore plus long (sans que cela n’ôte la part de pondération T2 dans le signal).

 

Calcul du coefficient de diffusion apparent (ADC)

 

La relation entre facteur b et pondération du signal en diffusion est du type :

 

Si l’on a deux acquisitions jumelles avec des facteurs b différents, l’ADC peut être calculé :

Signal T2 et en diffusion

Image de diffusion (b1000)
(Diffusion + T2)
Signal en pondération
T2 (B0)

ADC

 

(Diffusion seule)

Diffusion restreinte hyper iso hypo
hyper ++ hyper hypo
Effet de rémanence T2.
T2-shine-through
hyper hyper iso
Diffusion accélérée hypo iso hyper
iso hyper hyper
T2-dark-through hypo hypo iso